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第 1 章 概 论 (Introduction)

第 1 章 概 论 (Introduction). 1.1 分析化学的定义、任务和作用 1.2 分析方法的分类与选择 1.3 分析化学发展简史与发展趋势 1.4 分析化学参考文献 1.5 分析化学过程及分析结果的表示 1.6 滴定分析概述 1.7 基准物质和标准溶液 1.8 滴定分析中的计算. 1.1 分析化学的定义、任务和作用. 分析化学的定义. 徐寿（ 1818-1884 ）： “考质求数之学，乃格物之大端，而为化学之极致也。” 1950s ： 分析化学是研究物质化学组成的分析方法及有关理论的一门学科 , 是化学学科的一个重要分支。

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第 1 章 概 论 (Introduction)

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Presentation Transcript

  1. 第1章 概 论(Introduction) 1.1 分析化学的定义、任务和作用 1.2 分析方法的分类与选择 1.3 分析化学发展简史与发展趋势 1.4 分析化学参考文献 1.5 分析化学过程及分析结果的表示 1.6 滴定分析概述 1.7 基准物质和标准溶液 1.8 滴定分析中的计算

  2. 1.1 分析化学的定义、任务和作用 分析化学的定义 • 徐寿（1818-1884）：“考质求数之学，乃格物之大端，而为化学之极致也。” • 1950s：分析化学是研究物质化学组成的分析方法及有关理论的一门学科,是化学学科的一个重要分支。 • 1990s：分析化学是人们获得物质化学组成和结构信息的科学。 • 现在（FECS）：是一门发展并运用各种方法、仪器和策略以获取有关物质在相对时空内的组成和性质的信息的一门科学。 • 分析化学的定义是一个发展、变化着的动态概念！是信息科学的组成部分！

  3. 分析化学的任务 1. 确定物质的化学组成——定性分析(有什么？) 　　例1：某食堂食物中毒 　　取白色晶体物发面 → 小苏打(NaHCO3) 　　取白色晶体+水溶解+H2SO4→白色↓ →BaSO4↓ (Ba2+，Sr2+，Pb2+) 　　试液+AgNO3(HNO3)→白色↓ →AgCl↓(Cl-，Br-，I-) 　　可知此白色晶体为BaCl2·2H2O

  4. 　　例2：假食盐(NaNO2，NaNO3) NO2-： 　　　　试液+HAc+KI(氧化还原)→I2(CCl4)→呈紫色 → NO2-氧化性 NO3-： 试液+HAc+Zn(还原)→NO2- 　　　　可证明NO3-的存在

  5. 分析化学的任务 2. 测量各组成的含量——定量分析（有多少？） 　　例3：铁矿石含铁<10%为贫矿， 　　　　　含铁>30%为富矿具有可采价值． 　　 若定性：Fe3++SCN-(H+)→FeSCN2+血红 　　 若定量：Fe2++Cr2O72-(H+)→Fe3++2Cr3+

  6. 分析化学的任务 3. 表征物质的化学结构、形态、价态、能态、动态 ——结构分析、形态分析、价态 分析、能态分析、动态分析 例4：茶叶中有哪些微量元素？茶叶中咖啡碱的含量？咖啡碱的化学结构？微量元素的形态？在不同的生长阶段，茶叶中的营养成分的变化？

  7. 分析化学的作用 1、科学研究： 化学学科：无机、有机、物理化学 其他学科：生物学、医学、药学 新兴学科：生命科学、材料科学、 能源科学、环境科学

  8. 分析化学的作用 2、国民经济 工业：资源勘探和开发、工业产品开发 农业：土壤普查；化肥、农药、农副产品 质检、作物营养评价 商贸：商品检验 环保：环境检测、环境评价、三废处理 质检: 食品检测 卫生: 疾病控制 3、国防建设：核武器研制、辑毒、刑侦

  9. 社 会 其它科学技术领域 社会需要 研究与发展 分析问题 分析化学 分析化学与社会和其它科学技术领域的关系

  10. 1.2 分析化学的分类 • 根据任务分类： • 定性分析Qualitative analysis 物质的组成 • 定量分析Quantitative analysis 物质的含量 • 结构分析Structure analysis 物质的结构：分子结 构，晶体结构，分子聚集体的高级结构 蛋白质的构象(-螺旋、型结构，球状蛋白的三级结构） DNA测序（DNA Sequencing) • 形态分析formation analysis 物质的形态 • 能态分析energy-state analysis 物质的能态

  11. DNA双螺旋结构与碱基结构示意图 Adenine (A) Guanine (G) 腺嘌呤鸟嘌呤 Suger-phosphoate backboog Cytosine (C) Thymine (T) Uracil (U) 胞嘧啶胸腺嘧啶尿嘧啶 Base

  12. 分析化学的分类 • 根据分析对象分类 无机分析Inorganic analysis 有机分析Organic analysis 药物分析Pharmacological analysis 水质分析Water analysis 食品分析Food analysis 元素分析Elemental analysis 工业分析Industrial analysis 法庭分析Forensic analysis 等等……

  13. 分析化学的分类 • 根据工作性质分类 例行分析Routine analysis 仲裁分析Referee analysis • 根据测量原理分类 化学分析Chemical analysis 仪器分析Instrumental analysis

  14. 分析化学的分类 • 根据取样量分类 方 法 试样质量/ mg 试液体/mL 常量(Macro)分析 >100 >10 半微量(semimicro) 10~100 1~10 微量(micro) 0.1~10 0.01~1 超微量(ultramicro) <0.1 <0.01 • 根据含量分类 常量成分分析 (>1%) 微量成分 (0.01-1%) 痕量成分 (<0.01%) 

  15. 课程设置 酸碱滴定 滴定分析 配位滴定 化学分析 氧化还原滴定 沉淀滴定 重量分析 可见吸光光度法 光谱分析 …… 仪器分析 色谱分析 电化学分析 ……

  16. 分析方法的选择 常量组分测定 采用化学分析法（相对误差小，灵敏度低） 微量组分测定 采用仪器分析法（相对误差大，灵敏度高） 掌握各分析方法特点

  17. 例： • 石灰石中钙的测定，常量成分(>1%) 采用化学分析法——滴定分析法 • 石灰石中微量铁的测定，微量成分(<1%) 采用仪器分析法——分光光度法。

  18. 1.3 分析化学的发展简史和趋势 • 人类有科技就有化学，化学从分析化学开始 波一耳(Boyle) 的元素学说的建立（1661） 拉瓦锡(Lavoisier)的定量分析（1756） • 20世纪分析化学的三次大变革 第一次变革：四大平衡理论(1900～1940) 从技术发展成科学 第二次变革：物理与电子学的发展(1940～1950)： 从经典分析化学发展为现代分析化学 第三次变革：计算机应用(1970～Present) ： 使分析化学向一门信息科学转化

  19. 现代分析化学学科的发展趋势 1）提高灵敏度：pmol/L(10-12mol/L) 到zmol/L（10-21 mol/L）,使检测单个原子或单个分子成为可能。 2）解决复杂体系的分离和提高分析方法的选择性：生命体系、中药等，化合物已超过2650万种。 3）扩展时空多维信息：现代NMR、MS的发展，可提供有机物分子的精细结构、空间排列构型及瞬态等变化信息。 4）微型化及微环境表征与测定：芯片实验室、生物芯片。 5）价态、形态分析及表征：六、三价铬，有机、无机砷。 6）生物大分子及生物活性物质的表征与测定：活体分析 7）非破坏性检测及遥测：无损分析、遥测分析。 8）自动化及智能化

  20. 芯片实验室（Lab on a chip）

  21. 勇气号火星车

  22. 凤凰号发现火星土壤中可能含有高氯酸盐

  23. 1.4 分析化学参考文献 国内外有影响的分析化学期刊：（P4-7自学） Anal. Chem.; Electrophoresis; Anal. Chem. Acta; Talanta; Anal. Lett.; Journal of Chromatography A; Journal of Chromatography B; Journal of Separation Science; Rapid Communications in Mass Spectrometry; etc.

  24. 国内外有影响的分析化学期刊：（ P4-7自学） 《分析化学》 《分析试验室》 《分析测试学报》 《分析科学学报》 《药物分析杂志》 《岩矿测试》 《冶金分析》 《理化检验化学分册》 《分析化学文摘》 《色谱分析》

  25. 因特网上化学信息：（ P4-7自学） 国内外搜索引擎网址： http：//www.google.com/ http：//www.yahoo.com.cn/ 网上化学化工期刊: http://www.cnki.net/ http://www.sciencedirect.com/ 化学化工资源导航站点: http://www.chinweb.com.cn/ http://www.chemnet.com.cn/ http://chem.wzu.edu.cn/

  26. 1.5 分析化学过程和分析结果表示 1.5.1 分析化学过程 • 1、 试样的采取、处理与分解（第２章） • 2、分析化学中常见的分离与富集方法（第１１章） • 3、分析测定（第５－１０章） • 4、分析结果的计算与评价（第３、４章）

  27. 1.5.2 分析结果的表示 1、待测组分的化学表示形式 2、待测组分含量的表示方法 • 气体试样： v/v % mg·L-1 • 液体试样： mol·L-1 g·L-1μg·L-1 ng·L-1 • 固体试样：m/m % μg·g-1 ppm（1O-6） ppb （1O-9） ppt （1O-12）

  28. 本 章 作 业 P21 思考题 6 P22 4 讨论课（1） (第三周周五3-4节) Anal. Chem. WZU.

  29. 滴定管 滴定剂 被滴定溶液 1.6 滴定分析法概述 1.6.1 滴定分析及特点 2HCl+Na2CO3=2NaCl+H2CO3 化学计量点(sp) 滴定终点(ep) 指示剂（In) 终点误差(Et ) 方法特点：准确度高（ Et0.2%） Anal. Chem. WZU.

  30. 滴定分析法的分类 以化学反应为为基础的分析方法，称为化学分析法(chemical analysis)，包括重量分析法和滴定分析法. 四大平衡体系： 酸碱平衡 配位平衡 氧化还原平衡 沉淀平衡 四种滴定分析法： 酸碱滴定法 配位滴定法 氧化还原滴定法 沉淀滴定法 Anal. Chem. WZU.

  31. 直接滴定 Zn2+ NaOH 间接滴定：Ca2+ CaC2O4(s) H2C2O4 1.6.2 滴定分析法对化学反应的要求和滴定方式 1. 确定的化学计量关系 2. 反应能定量完成（> 99.9%） 3. 快(或可加热、催化剂) 4. 有适当的方法确定终点(指示剂) 置换滴定：用K2Cr2O7标定Na2S2O3(KI) 返滴定:Al+EDTA(过量)、 CaCO3+HCl(过量) KMnO4 Anal. Chem. WZU.

  32. 1.7 基准物质和标准溶液 H2C2O4.2H2O Na2B4O7.10H2O 酸碱滴定 标定酸：Na2CO3，Na2B4O7.10H2O 常用基准物质 络合滴定 氧化还原滴定 标定还原剂：K2Cr2O7，KIO3 1.7.1 基准物质 组成与化学式相同 基准物质 纯度高（>99.9 %) 稳定 摩尔质量相对较大 标定碱：KHC8H4O4，H2C2O4.2H2O 标定EDTA：Zn，Cu，CaCO3 ,ZnO 标定氧化剂：As2O3，Na 2C2O4.2H2O 沉淀滴定 标定AgNO3：NaCl 见P382附录表1

  33. 1.7.2 标准溶液的配制 标准溶液：已知准确浓度的溶液 1、直接法（有基准试剂） 例：配制250ml 0.05000 mol/L K2Cr2O7 标准溶液 准确称量溶解定容稀至刻度计算准确浓度 3.678g K2Cr2O7 250.0ml 0.05000mol/L

  34. 2、间接法或标定法（无基准试剂） 例：配制1000ml 0.1 mol/L NaOH 标准溶液 4gNaOH溶解稀至1L 得0.1 mol/L NaOH 准确称取H2C2O42H2O,用NaOH滴定,计算NaOH准确浓度 H2C2O4 + 2NaOH = Na2C2O4+2H2O 0.1593g 24.60 ml C NaOH =0.1027 mol/L(?) 如何配制才能使称量误差 ≤ 0.1%?

  35. 称大样——减少称量误差 准确称取1.593g H2C2O42H2O于小烧杯中，溶解后定量转移到250mL容量瓶中定容, 用25mL移液管移取3份溶液于锥形瓶中, 分别用NaOH滴定。

  36. 欲标定0.10 mol·L-1 HCl: 若用无水Na2CO3 约0.13g 应称大样 若用Na2B4O7.10H2O 约0.5g 称小样为好(?) 比较“称大样”、“称小样”两种方法的优劣

  37. 1.8 滴定分析中的计算 1.8.1 标准溶液浓度的表示方法 • 物质的量浓度:单位体积溶液所含溶质物质的量。 物质的量的数值应指明基本单元：原子、分子、离子、电子等。

  38. 例如，9.8克H2SO4溶于水中，配成1升溶液： 基本单元：½ H2SO4 ， H2SO4，2H2SO4 49g/mol 98g/mol 196g/mol C（ H2SO4） =0.1mol/L C（½ H2SO4） =0.2mol/L C（2 H2SO4） =0.05mol/L 表示物质的量浓度时，必须指明基本单元。

  39. 基本单元的选择一般是以化学反应的计量关系为依据：基本单元的选择一般是以化学反应的计量关系为依据： KMnO4基本单元：1/5KMnO4 H2C2O4基本单元：1/2 H2C2O4

  40. TB/A指每毫升滴定剂（A）溶液相当于待测物（B）的质量TB/A指每毫升滴定剂（A）溶液相当于待测物（B）的质量 • 滴定度 例：用0.02718mol/L的高锰酸钾标准溶液测 定铁含量，其浓度用滴定度表示为： TFe/KMnO4 = 0.007590 g/mL 即：表示1mL KMnO4标准溶液相当于0.007590克铁。测定时，根据滴定所消耗的标准溶液体积可方便快速确定试样中铁的含量： mFe = TFe / KMnO4V KMnO4

  41. 被测物质 滴定剂或基准试剂 1.8.2 滴定剂与被滴物质之间的计量关系 a. 化学计量法 b B + t T = cC + d D ｎB：ｎT = b：t 所以ｎB = b/t ｎT或 ｎT = t/b ｎB Anal. Chem. WZU.

  42. 例如：在酸性溶液中，用H2C2O4作为基准物质标定KMnO4溶液的浓度时，滴定反应为：例如：在酸性溶液中，用H2C2O4作为基准物质标定KMnO4溶液的浓度时，滴定反应为： Anal. Chem. WZU.

  43. b. 等物质的量法 b B + t T = cC + d D 分别以1/tB和1/bT作为基本单元 t和b分别为B物质和T物质在反应中 的得失质子数或得失电子数。 则ｎ（1/t B）＝ｎ（ 1/b T） tｎ（ B）＝ bｎ（ T） ｎ（ B）＝ b/tｎ（ T） Anal. Chem. WZU

  44. 例如 H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O H2SO4的基本单元: NaOH 的基本单元: NaOH 等物质的量规则:

  45. MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O MnO4-的基本单元: Fe2+的基本单元: Fe2+ 等物质的量规则:

  46. 1.8.3 标准溶液浓度的计算 1、标准溶液配制的标定 （1）、直接法： （2）、标定法： 2、T与C换算： 1.8.4滴定分析结果计算:留待各章滴定分析法后介绍

  47. 1.8.4 待测组分含量的计算(留待各章滴定分析法后介绍) 式中：ms---为试样的质量； mB---为待测组分B的质量； wB---为待测组分在试样中的质量分数。 Anal. Chem. WZU.

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