分析化學(xué)第一章概論

分析化學(xué)

主講人：于翠辦公室：貝爾樓201手機nalyticalChemistry1.學(xué)時：48學(xué)時課，（周一1-16周，周四雙周）2.教材：《分析化學(xué)》第五版，武漢大學(xué)編，高等教育出版社。3.成績評定：期末考試占70%；平時+期中30%，作業(yè)每周一次，每次計分。4.學(xué)習(xí)方法：預(yù)習(xí)、聽講、復(fù)習(xí)、作業(yè)；答疑(?)、習(xí)題課(?)教學(xué)要求與安排Teachingdemandsandschedule1.分析化學(xué)，R.Kellner等編，李克安、金欽漢等譯，北京大學(xué)出版社，2001,82.分析化學(xué)（第三版），華中師范大學(xué)等，高等教育出版社，2006,43.21世紀(jì)的分析化學(xué)，汪爾康主編，科學(xué)出版社，19994.Quantitativechemicalanalysis(5thed),DanielC.Harris,NewYork:W.H.Freeman,c1999.教學(xué)參考書References經(jīng)典分析化學(xué):(C.R.Fresenius)Anleitung

zür

Qualtitativen

Chemischen

AnalyseAnleitung

zür

Quantitativen

Chemischen

Analyse徐壽和傅蘭雅分別譯為《化學(xué)考質(zhì)》（定性分析）

《化學(xué)求數(shù)》（定量分析）分析儀器出現(xiàn)以后

《化學(xué)分析》《儀器分析》當(dāng)前：

《分析化學(xué)》=化學(xué)分析+紫外？？

《儀器分析》=？分析化學(xué)的內(nèi)容Contentsofanalyticalchemistry分析化學(xué)發(fā)展簡史一、分析化學(xué)的三次革命：1.19世紀(jì)末20世紀(jì)初從手藝(Art)到科學(xué)(Science)定性(是什么？)、定量(有多少？)qualitativequantitative2.二次世界大戰(zhàn)前后從化學(xué)分析(Chemicalanalysis)到儀器分析(Instrumentalanalysis)結(jié)構(gòu)(如何構(gòu)成?)分析化學(xué)發(fā)展簡史3.20世紀(jì)70年代從分析化學(xué)到分析科學(xué)形態(tài)、狀態(tài)、作用、機理、表面、反應(yīng)性等

morphology,speciation,function,mechanism,surface,mterfacereactivityetc

分析化學(xué)發(fā)展簡史分析化學(xué)的發(fā)展經(jīng)歷了三次巨大的變革分析化學(xué)的任務(wù)確定物質(zhì)的化學(xué)組成——定性分析，是什么，what?測量各組成的含量——定量分析,是多少，howmuch?表征物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、形態(tài)、能態(tài)——結(jié)構(gòu)分析、形態(tài)分析、能態(tài)分析,是怎樣，structure;state;distribution例如：茶葉中有哪些微量元素？茶葉中咖啡堿的含量？咖啡堿的化學(xué)結(jié)構(gòu)？微量元素的形態(tài)？化學(xué)成分的空間分布？在不同的生長階段，茶葉中的營養(yǎng)成分的變化？例如：生物大分子結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系？農(nóng)業(yè)：水土調(diào)查；農(nóng)作物品質(zhì)檢查；農(nóng)藥及其殘留物檢驗工業(yè)：原料分析；產(chǎn)品檢驗；生產(chǎn)工藝流程控制國防：武器生產(chǎn)；犯罪活動的偵破；社會：體育（興奮劑）、生活產(chǎn)品質(zhì)量（魚新鮮度、食品添加劑、農(nóng)藥殘留量）、環(huán)境質(zhì)量（污染實時檢測）、法庭化學(xué)（DNA技術(shù)，物證）、文物鑒定；國際貿(mào)易（商品檢驗）；化學(xué)：新化合物的結(jié)構(gòu)表征；分子層次上的分析方法；生命科學(xué)：DNA測序（20世紀(jì)生命科學(xué)領(lǐng)域最宏大項目）；活體檢測；環(huán)境科學(xué)：環(huán)境監(jiān)測；污染物分析；材料科學(xué)：新材料，結(jié)構(gòu)與性能；醫(yī)藥：臨床化驗與疾病診斷；天然藥物有效成分與結(jié)構(gòu)及構(gòu)效關(guān)系研究┄┄所有這些人類活動的每一步都離不開分析化學(xué)。分析化學(xué)的作用二、分析化學(xué)的定義

AnalyticalchemistryisascienceofmeasurementandcharacterizationExtractedfrom:LaitinenHA,Anal.Chem.1980,52:605A

AnalyticalchemistryisascienceofinstrumentationandmeasurementsExtractedfrom:HieftjeGM,Anal.Chem.2000,72(9):309A

Analyticalchemistry

isascientificdisciplinethat

developsandapplies

methods,instrumentationandstrategiesto

obtaininformation

onthecompositionandnatureofmatterinspaceandtime.Extractedfrom:KellnerR,MermetJM,OttoM,etal.AnalyticalChemistry,Weinheim,Wiley-Vch,1998中譯本：分析化學(xué)，李克安，金欽漢譯，北京：北大出版社，2001分析化學(xué)的發(fā)展趨向一、分析儀器研發(fā)

-----分析化學(xué)研究的重要內(nèi)容儀器是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)：極譜儀----產(chǎn)生了極譜學(xué)：Polarography光譜儀----產(chǎn)生了光譜學(xué)：Spectrosopy色譜儀----產(chǎn)生了色譜學(xué)：Chromatography質(zhì)譜儀----產(chǎn)生了質(zhì)譜學(xué)：Massspectrometry分析儀器推動分析化學(xué)的發(fā)展！二、分析化學(xué)的主要應(yīng)用

-----向生命科學(xué)領(lǐng)域轉(zhuǎn)移醫(yī)學(xué)和生物工程：基因組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)食品安全，疾病預(yù)防、診斷和治療目標(biāo)：分子水平上實時研究生命過程；了解基因改造影響；藥物的組合化學(xué)合成方法篩選；現(xiàn)場監(jiān)測、生化武器等三、分析方法研究的熱點

-----綜合形態(tài)分析（元素、成分分析方法的研究不再是熱點）分子光譜：1.振動光譜-在線和非侵入檢測；

2.質(zhì)譜法---組成和結(jié)構(gòu)信息。電分析法：1.溶液電化學(xué)測定研究；

2.界面性質(zhì)研究?；瘜W(xué)成像：顯微鏡技術(shù)+光譜方法—分子探測器新技術(shù)應(yīng)用：在體、原位、實時、非侵入（計算機、激光、納米、芯片、光纖、仿生等新技術(shù)）四、離化學(xué)越來越遠

--分析化學(xué)發(fā)展的另一個重要趨向（許多生命過程都在溶液中進行，溶液化學(xué)反應(yīng)是電化學(xué)和化學(xué)發(fā)光獲得信號的基礎(chǔ)，樣品的制備離不開化學(xué)反應(yīng)）（目前和將來面臨的大量極富挑戰(zhàn)性的分析問題，化學(xué)的作用將越來越?。┓乔秩胧絅IR方法；電子眼；電子鼻；X-射線光譜法；NMR法；成像技術(shù)等5數(shù)據(jù)分析DataAnalysis12436樣品制備SamplePreparation樣品采集Sampling樣品測定SampleAnalysis問題提出FormulationQuestion結(jié)果報告WritingReports定量分析過程分析化學(xué)過程及分析結(jié)果的表示分析化學(xué)過程取樣處理消除干擾測定計算均勻有代表性符合實際妥善保存溶解熔融消解灰化掩蔽分離

常量組分（>1%化學(xué)法）微量組分（儀器分析法）分析化學(xué)化學(xué)分析儀器分析酸堿滴定配位滴定氧化還原滴定沉淀滴定電化學(xué)分析光化學(xué)分析色譜分析波譜分析重量分析滴定分析電導(dǎo)、電位、電解、庫侖極譜、伏安發(fā)射、吸收，熒光、光度氣相、液相、離子、超臨界、薄層、毛細管電泳紫外、紅外、核磁、質(zhì)譜各種分析方法的試樣用量方法試樣質(zhì)量試液體積常量分析>0.1g>10ml半微量分析0.01~0.1g1~10ml微量分析0.1~10mg0.01~1ml超微量分析<0.1mg<0.01ml按待測成分含量分：常量組分分析(>1%),微量組分分析(0.01~1%),痕量組分分析(<0.01％)仲裁分析及例行分析量的概念概念常量分析半微量分析微量分析固態(tài)試樣質(zhì)量/g>0.10.01-0.1<0.01液態(tài)試樣體積/mL>101-100.01-1常量組分微量組分痕量組分組分含量>1%0.01-1%<0.01%常量、微量、痕量(10-6)、超痕量(10-9-10-12)

克毫克微克納克皮克飛克

10-310-610-910-1210-15

ppmppbppt滴定分析法概述

標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)準(zhǔn)溶液待測溶液被測物質(zhì)指示劑化學(xué)計量關(guān)系酸堿滴定法、絡(luò)合滴定法氧化還原滴定法、沉淀滴定法1

滴定分析法：又稱容量分析法。滴定(Titration)：滴加標(biāo)準(zhǔn)溶液的操作過程化學(xué)計量點(Stoichiometric

point)：滴加標(biāo)準(zhǔn)溶液與待測組分恰好完全反應(yīng)的這一點。指示劑(Indicator)：滴定分析中能發(fā)生顏色改變而指示終點的試劑滴定終點(Endpoint)：指示劑變色之點。終點誤差(Errorofendpoint)：實際分析操作中滴定終點（指示劑變色點）與化學(xué)計量點之間的差別而引起的誤差。

基本術(shù)語

滴定反應(yīng)和滴定方式1.按一定的反應(yīng)式定量進行（99.9%以上）2.快（或可加熱、催化劑）3.有適當(dāng)?shù)姆椒ù_定終點（指示劑）直接滴定置換滴定：用K2Cr2O7標(biāo)定Na2S2O3(+KI)返滴定：Al+EDTA(過量)CaCO3+HCl(過量)Zn2+NaOH間接滴定：Ca2+CaC2O4(s)H2C2O4KMnO4基準(zhǔn)物質(zhì)和標(biāo)準(zhǔn)溶液1、基準(zhǔn)物質(zhì):

能用于直接配制或標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)。要求：組成與化學(xué)式相符；純度高；穩(wěn)定；摩爾質(zhì)量大；滴定反應(yīng)時無副反應(yīng)。2、標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制:已知準(zhǔn)確濃度的試劑溶液。配制方法有直接配制法和標(biāo)定法兩種。1、直接法配制標(biāo)準(zhǔn)溶液（一般使用基準(zhǔn)試劑）可用直接法配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的物質(zhì)，應(yīng)具備的條件：

a.物質(zhì)必須具有足夠的純度，即含量≥99.9%；

b.物質(zhì)的組成與化學(xué)式應(yīng)完全符合；

c.穩(wěn)定；

d.摩爾質(zhì)量大。2.標(biāo)定

準(zhǔn)確稱取基準(zhǔn)物，溶解后，滴定。1.配制溶液

配制成近似所需濃度的溶液。3.確定濃度

由基準(zhǔn)物質(zhì)量和滴定液體積計算之。2.間接法配制標(biāo)準(zhǔn)溶液（步驟）

實驗室常用試劑分類級別中文名優(yōu)級純化學(xué)純guarantee分析純GRARCPBR英文標(biāo)志1級3級2級生化試劑analyticalchemicalGradebiochemical綠

紅藍咖啡色標(biāo)簽顏色標(biāo)準(zhǔn)試劑、高純試劑、專用試劑（色譜純、光譜純）分析結(jié)果的表示1、被測組分的化學(xué)表示形式以待測組分實際存在形式表示如：測得了N的含量，根據(jù)實際情況：以NH3,NO3-,NO2-等表示以氧化物或元素形式的含量表示（如待測組分的實際存在形式不清楚）Fe，F(xiàn)e2O3，SO2（1）固體樣:質(zhì)量分數(shù)

B=mB(g)ms(g)

通常用百分數(shù)表示

(NaCl)=6.7%（2）液體樣:mB待測組分的質(zhì)量ms試樣質(zhì)量2、待測組分含量的表示方法物質(zhì)的量濃度(c)：待測組分的物質(zhì)的量（n)試液的體積(V)（mol·L-1)氣體試樣：通常以體積分數(shù)或質(zhì)量濃度表示待測組分含量的表示方法液體物質(zhì)的量濃度mol/L

質(zhì)量摩爾濃度mol/kg

質(zhì)量分數(shù)%（mB/mS)

體積分數(shù)%（VB/Vs)

摩爾分數(shù)%（nB/nS)

質(zhì)量濃度mg/L,ng/L,g/L等1.物質(zhì)的量濃度（簡稱濃度）

——單位體積溶液所含溶質(zhì)的物質(zhì)的量（nB）。單位為mol·L-1。一、標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度表示法應(yīng)指明基本單元：原子、分子、離子、電子或他們的組合。

——與每毫升標(biāo)準(zhǔn)溶液相當(dāng)?shù)拇郎y組分的質(zhì)量。

表示法：T待測物/滴定劑單位：g·mL-1例：測定鐵含量的KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液，其濃度表示：或表示：lmLKMnO4溶液相當(dāng)于0.005682g鐵，

1mL

的KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液能把

0.005682gFe2+→Fe3+。適用于工業(yè)生產(chǎn)中批量分析：

m(Fe)＝T·V。若:2.滴定度

aA+bB=cC+dD

A為被測組分，B為標(biāo)準(zhǔn)溶液；若以VB為反應(yīng)完成時標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗的體積(mL)，mA和MA分別代表物質(zhì)A的質(zhì)量(g)和摩爾質(zhì)量。當(dāng)反應(yīng)達到計量點時：由滴定度定義TA/B=mA/VB，得：濃度c與滴定度T之間關(guān)系求0.1000mol·L-1NaOH

標(biāo)準(zhǔn)溶液對H2C2O4的滴定度。解：NaOH

與H2C2O4的反應(yīng)為：

H2C2O4+2NaOH

＝Na2C2O4+2H2O例題：1.直接滴定

測組分A與滴定劑B間的反應(yīng)為：

aA+bB=cC+dD化學(xué)計量點時：amolA

恰好與bmolB

作用完全

nA

∶nB

＝a∶b2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2CO3nHCl=2nNa2CO3被測組分的物質(zhì)的量nA與滴定劑nB

的關(guān)系（1）確定標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度（2）確定稱取基準(zhǔn)物或試樣量范圍

滴定液體積一般為20~25mL左右,濃度約0.1mol·L-1

（3）估計標(biāo)準(zhǔn)溶液消耗體積VA稱取基準(zhǔn)物或試樣質(zhì)量(mB)標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)溶液A

時:用已知濃度的NaOH

標(biāo)準(zhǔn)溶液測定H2SO4溶液濃度：

H2SO4+2NaOH＝Na2SO4+2H2O若被測物為溶液時：

涉及到兩個或兩個以上反應(yīng)，從總的反應(yīng)中找出實際參加反應(yīng)物質(zhì)的物質(zhì)的量之間關(guān)系。例：以KBrO3為基準(zhǔn)物標(biāo)定Na2S2O3溶液的濃度。

BrO3-+6I-+6H+＝3I2+3H2O+Br-

（1）

I2+2S2O32-＝2I-

+S4O62-

（2）

例：用KMnO4法滴定Ca2+。2.

間接法滴定b.

標(biāo)定法：根據(jù)滴定劑和被測物質(zhì)的比計算求出。bB＋tT=aAcB=b/t·

cT·VT/VB

=bmT/tMT

VB標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度計算

a.直接配制法稱一定量的基準(zhǔn)物質(zhì)BmB(g)直接溶于一定量V(L)的溶劑配制。

cB=nB/V=mB/MBV

稱取試樣的質(zhì)量ms，測得被測組分的質(zhì)量為m，則被測組分在試樣中的質(zhì)量分數(shù)wA為：滴定劑的濃度cB、消耗體積VB。反應(yīng)的摩爾比a∶b(通式)反應(yīng)：aA+bB=cC+dD

被測標(biāo)液被測組分質(zhì)量分數(shù)的計算例：選用鄰苯二甲酸氫鉀作基準(zhǔn)物，標(biāo)定0.lmol·L-1

NaOH溶液的準(zhǔn)確濃度。應(yīng)稱取基準(zhǔn)物多少克？如改用草酸(H2C2O4·2H2O)作基準(zhǔn)物，應(yīng)稱取多少克？解：以鄰苯二甲酸氫鉀（KHC8H4O4）作基準(zhǔn)物時：

KHC8H4O4+OH-

＝KC8H4O4-

+H2O

nNaOH

=n

KHC8H4O4

m

KHC8H4O4=n

KHC8H4O4·M

KHC8H4O4=nNaOH

·M

KHC8H4O4

=cNaOH

VNaOH·M

KHC8H