工科分析化学第一讲概论随堂讲义

1、分析化学（一）2012、9 - 2013、1Analytical Chemistry(1)第一章 概概 论论General Topics1 11 1 绪绪 论论 Introduction1.1.分析化学的分析化学的定义定义 分析化学是一门发展和应用各种理论、方分析化学是一门发展和应用各种理论、方法、仪器、和策略以获取物质的法、仪器、和策略以获取物质的组成、含量、组成、含量、结构结构、分布、形态、分布、形态及其它及其它多种信息多种信息的科学的科学. 19世纪末世纪末20世纪初，分世纪初，分析化学从技艺变成一门完析化学从技艺变成一门完整的科学，以溶液中的四整的科学，以溶液中的四大平衡理论为分析化学

2、的大平衡理论为分析化学的理论基础。理论基础。 建立了重量建立了重量分析、容量分析（分析、容量分析（经典分经典分析析时代）。时代）。特点：特点：简便、准确的常量简便、准确的常量分析。分析。 分析化学是发展和应用各种方法、仪器和策略，以获得有关物分析化学是发展和应用各种方法、仪器和策略，以获得有关物质在空间和时间方面组成和性质的一门科学。分析化学是表征和质在空间和时间方面组成和性质的一门科学。分析化学是表征和测量的科学，它成为当代最富活力的学科之一测量的科学，它成为当代最富活力的学科之一.20世纪世纪4070年代：由于年代：由于材料科学、环境科学发展材料科学、环境科学发展的要求，在物理学和电子的要

3、求，在物理学和电子学发展的推动下，发展了学发展的推动下，发展了仪器分析仪器分析方法。方法。特点：特点：快速、准确、灵敏快速、准确、灵敏的微量分析。的微量分析。20世纪世纪70年代以来：分析工年代以来：分析工作者最大限度地利用计算机作者最大限度地利用计算机和数学、物理学、化学、材和数学、物理学、化学、材料科学和工艺学等学科的最料科学和工艺学等学科的最新知识，选择最优化的获得新知识，选择最优化的获得原子、分子原子、分子信息信息的方法。的方法。特点：特点：计算机化、信息化。计算机化、信息化。分析化学的分析化学的发展过程发展过程三次变革三次变革2. 分析化学的分析化学的发展史发展史能源与资能源与资源科

4、学源科学环境科学环境科学关键问题的解决主要依赖于分析科学信息科学信息科学3. 分析化学的分析化学的作用：作用： 常量分析常量分析组成分析组成分析总体分析总体分析静态分析静态分析形态、价态分析形态、价态分析快速反应追踪分析及遥控快速反应追踪分析及遥控无损分析、活体分析无损分析、活体分析在线分析在线分析破坏试样分析破坏试样分析 实验室分析实验室分析微观结构分析、微观结构分析、微区表面分布、逐层分析微区表面分布、逐层分析痕量及微粒分析痕量及微粒分析形态、状态形态、状态分析及分析及微型化微型化、微环境微环境的表征与测定的表征与测定 提高灵敏度提高灵敏度 扩展时空扩展时空多维信息多维信息非破坏性检测非破

5、坏性检测生物大分子及生物活性物生物大分子及生物活性物质质的表征与测定的表征与测定从分析化学的从分析化学的研究目标研究目标来说，要追求来说，要追求“3S+2A”3S：即：即Sensitivity, Selectivity and Speediness （灵敏度、选择性、高速度）（灵敏度、选择性、高速度）2A：即：即Accuracy, Automatics（准确度、自动化）；（准确度、自动化）；从从研究创新方面研究创新方面来说，要强调来说，要强调3点：点：1）引入物理学新概念和新技术；）引入物理学新概念和新技术；2）创建）创建分析仪器分析仪器装置；装置；3）瞄准国际公认的有影响的重大科学问题。）瞄

6、准国际公认的有影响的重大科学问题。 据分析任务不同据分析任务不同 据分析对象的化学性质不同据分析对象的化学性质不同据分析时所依据的物质性质不同据分析时所依据的物质性质不同据所需试剂量的不同据所需试剂量的不同 定性分析定性分析 定量分析定量分析 结构分析结构分析 无机分析无机分析 有机分析有机分析化学分析：化学分析：定性分析、定性分析、 定量分析定量分析 仪器分析：仪器分析：光分析、光分析、 电分析、色谱分析、电分析、色谱分析、 其它分析方法其它分析方法 据组份在样品中的相对含量不同据组份在样品中的相对含量不同据分析工作的作用不同据分析工作的作用不同常量组份分析常量组份分析 1%微量组分分析微量

7、组分分析 0.011%痕量组份分析痕量组份分析 0.01%分析化学分析化学Analytical Chemistry 仪器分析Instrumental Analysis化学分析Chemical Analysis定性分析定性分析Qualitative Analysis定量分析定量分析Quantitative Analysis滴定分析法滴定分析法Titrimetry重量分析法重量分析法Gravimetry电化学电化学分析法分析法Electrochemical Analysis光学光学分析法分析法Photochemical Analysis色谱分析法色谱分析法Chromatographic Analy

8、sis其它分析方法其它分析方法仪器分析是在化学分析基础上的发展仪器分析是在化学分析基础上的发展不少仪器分析方法的原理，涉及到有关化学分析的基本理论不少仪器分析方法的原理，涉及到有关化学分析的基本理论不少仪器分析方法，还必须与试样处理、分离及掩蔽等不少仪器分析方法，还必须与试样处理、分离及掩蔽等化学分析手段相结合，才能完成分析的全过程化学分析手段相结合，才能完成分析的全过程仪器分析有时还需要采用化学富集的方法提高灵敏度仪器分析有时还需要采用化学富集的方法提高灵敏度123内内 容容学学 时时内内 容容学学 时时第一章第一章 概论概论(书第书第1,2章章)4第七章第七章 重量分析法重量分析法5第二章

9、第二章 分析化学中的误差与分析化学中的误差与 数据处理数据处理(书第书第3,4章章)5第八章第八章 定量分析中常用的分定量分析中常用的分 离和富集方法离和富集方法5第三章第三章 酸碱滴定法酸碱滴定法9第九章第九章 电分析化学导论电分析化学导论 ( (仪器分析仪器分析) )3第四章第四章 络合滴定法络合滴定法7第十章第十章 电位分析法电位分析法3 3第五章第五章 氧化还原滴定法氧化还原滴定法5第十一章第十一章 电解和库仑分析法电解和库仑分析法3 3第六章第六章 沉淀滴定法沉淀滴定法1第十二章第十二章 极谱和伏安分析法极谱和伏安分析法4 4合合 计计 54取样取样 均匀均匀 有代表性有代表性溶解溶

10、解熔融熔融消解消解灰化灰化选择测定方法选择测定方法掩蔽掩蔽分离分离常量组分常量组分(化学法化学法)微量组分微量组分(仪器分析法仪器分析法)1处理处理2消除干扰消除干扰3测定测定4计算及结果评价计算及结果评价5注：注：1.防止待测组分的损失防止待测组分的损失 2.避免引入干扰测定的杂质避免引入干扰测定的杂质1-2 1-2 定量分析过程及分析结果的表示定量分析过程及分析结果的表示Processes of Quantitative Analytical Chemistry and Its Expressing Results 1. 1.以待测组分实际存在形式的含量表示以待测组分实际存在形式的含量表示

11、 如：食盐水中如：食盐水中 Na+, Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42- 2. 2.以元素形式的含量表示以元素形式的含量表示 如：金属：如：金属： Fe, Al；有机物：；有机物：C, H, O, N 3. 3.以氧化物形式的含量表示以氧化物形式的含量表示 如：矿石如：矿石 K2O, CaO, MgO, Fe2O3 4. 4.以化合物形式的含量表示以化合物形式的含量表示 如：化肥，无机、有机盐如：化肥，无机、有机盐 KNO3, KCl, CH3CH2OH(一一) 被测组分的化学表示形式被测组分的化学表示形式 质量分数质量分数 mx/ms (固、液固、液) 含量低：含量低： g/g,

12、ng/g, pg/g (ppm,ppb,ppt) 体积分数体积分数 vx/vs （气、液）（气、液） 摩尔分数摩尔分数 nx/ns （液）（液） (以上量纲均为以上量纲均为1) 物质的量浓度物质的量浓度 mol/L 质量摩尔浓度质量摩尔浓度 mol/kg 质量浓度质量浓度 mg/L, g/L , ng/L(二二) 被测组分含量的表示被测组分含量的表示1-3 滴定分析法概述 Introduction of Titrimetry滴定分析法（容量分析法）定义：滴定分析法（容量分析法）定义： Titrimetry ( Volumetry )Titrimetry ( Volumetry )2HCl+Na

13、2CO3=2NaCl+H2CO3 化学计量点化学计量点(sp) Stoichiometric pointStoichiometric point 滴定终点滴定终点(ep) End pointEnd point 终点误差终点误差(Et ) End point errorEnd point error滴定滴定滴定剂滴定剂被滴定溶液被滴定溶液 1. 分类分类 酸碱滴定法酸碱滴定法 络合滴定法络合滴定法 氧化还原滴定法氧化还原滴定法 沉淀滴定法沉淀滴定法 2. 方法特点方法特点一一. 滴定分析法的分类和特点滴定分析法的分类和特点 Type and Characteristics of Titrimet

14、ry 1. 对滴定反应的要求对滴定反应的要求: a. 反应必须具有确定化学计量关系反应必须具有确定化学计量关系 b. 反应必须定量地进行反应必须定量地进行 c. 反应必须具有较快的速度反应必须具有较快的速度 d. 反应必须有适当的方法确定滴定终点反应必须有适当的方法确定滴定终点 二二. 对滴定反应的要求及滴定方式对滴定反应的要求及滴定方式 Requirements and Methods of Titration 直接直接滴定法滴定法 返返滴定法（回滴法）滴定法（回滴法）Zn2+ 置换置换滴定法滴定法 如：以如：以K2Cr2O7测定测定Na2S2O3浓度浓度 Cr2O72- + 6 I - +

15、14H+ = 2Cr3+ + 3I2 +7H2O I2 +2S2O32- = 2I- + S4O6 2 - 间接间接滴定法滴定法 如：以如：以 KMnO4 间接测定间接测定 Ca2+Ca2+CaC2O4C2O42-C2O42-过滤、洗涤过滤、洗涤酸溶酸溶计算计算Ca含量含量KMnO4 Al3+ +Y6- =AlY 3- + Y6-如：如：EDTA (Y6-) 滴定滴定Al3+2. 滴定方式滴定方式 1. 基准物质：基准物质：用于直接配制或标定标准溶液浓度的物质用于直接配制或标定标准溶液浓度的物质 基准物质基准物质条件：条件： a .a .试剂组成与化学式完全相符；试剂组成与化学式完全相符； b

16、 .b .试剂纯度足够高；试剂纯度足够高； c .c .试剂性质稳定；试剂性质稳定； d .d .试剂最好有较大的摩尔质量；试剂最好有较大的摩尔质量； e .e .试剂参加滴定反应时试剂参加滴定反应时, ,按反应式定量进行，没有按反应式定量进行，没有 副反应副反应 . 三三. . 标准溶液和基准物质标准溶液和基准物质 Standard Solution and Reagent2. 标准溶液标准溶液 (standard solution)：一种已知其准确浓度的溶液一种已知其准确浓度的溶液配制方法直接法间接法1-4 滴定分析计算 Calculation of Titrimetry一一. . 标准溶

17、液浓度的表示标准溶液浓度的表示 1. 1. 浓度浓度(Concentration) 物质的量浓度物质的量浓度 C mol/L （应注意（应注意基本单元基本单元的不同）的不同） 如： C (KMnO4)= 0.1mol/L ; C (1/5KMnO4)= 0.5mol/L 质量摩尔浓度质量摩尔浓度 mol/kg 质量浓度质量浓度 mg/L g/L ng/L2. 滴定度滴定度 T被测物被测物/滴定剂滴定剂 指指1ml某滴定剂相当于被测物质的质量（某滴定剂相当于被测物质的质量（g，or mg).例：例：用用AgNO3 标准溶液滴定标准溶液滴定Cl- ， 当当 TCl-/AgNO3=0.003545g

18、/mL时，若消耗时，若消耗AgNO3 溶液溶液21.50mL。则则 mCl-=0.00354521.50=0.07622（g） C与与T的换算：的换算：LmolMTCClAgNO/1000. 0=45.3510003545. 0=10=333 （1:1关系）关系） ( 1:n 关系关系) 610=3722FeOCrKMTC二二. . 计算计算 1. 1. 基本关系式基本关系式 2. 2. 计算示例计算示例 例例. .称取红丹称取红丹(Pb(Pb3 3O O4 4)0.1000g)0.1000g，加，加HClHCl处理成溶液后，处理成溶液后， 加入加入K K2 2CrOCrO4 4使使PbPb2

19、+2+沉淀为沉淀为PbCrOPbCrO4 4，将沉淀过滤洗，将沉淀过滤洗 涤，然后再溶于酸，加过量涤，然后再溶于酸，加过量KIKI，析出的，析出的I I2 2以淀粉以淀粉 为指示剂，用为指示剂，用0.1000mol/L0.1000mol/L的的NaNa2 2S S2 2O O3 3标准溶液滴标准溶液滴 定，用了定，用了13.00ml13.00ml。问。问PbPb3 3O O4 4的质量分数是多少的质量分数是多少? ?1 15 5 分析试样的采集和制备分析试样的采集和制备 Sampling and Preparation一、固体试样一、固体试样 Solid Sample1. 组成组成均匀均匀程度

20、高的试样程度高的试样 （如（如:粉状物料）粉状物料） 采集方法：直接采用，不必制备采集方法：直接采用，不必制备 2. 组成组成不均匀不均匀的固体试样的固体试样 （如：矿石，煤炭）（如：矿石，煤炭） (1) 原始试样的采集：原始试样的采集： 采集方法采集方法： 应根据试样堆放情况，颗粒大小应根据试样堆放情况，颗粒大小 从不同的部位和深处选取多个取样点从不同的部位和深处选取多个取样点采样量的决定因素采样量的决定因素: : 物料越不均匀物料越不均匀, , 采样量越多采样量越多 对采样的准确度的要求越高对采样的准确度的要求越高, , 采样量应越多采样量应越多 颗粒越大、比重越大颗粒越大、比重越大, ,

21、 采样量越多采样量越多 经验公式经验公式: : QkdQkd2 2 Q: Q: 采集试样的最低质量采集试样的最低质量(Kg)(Kg) d: d: 试样中最大颗粒的直径试样中最大颗粒的直径(mm)(mm) k: k: 经验常数经验常数 0.050.05 1Kgmm1Kgmm-2-2(2) (2) 分析试样的制备分析试样的制备过筛过筛混匀混匀缩分缩分破碎破碎例例. 采集到的原始试样为采集到的原始试样为24kg，经破碎后，经破碎后 要求全部通过要求全部通过10号筛孔号筛孔(d为为2mm),问最后应保问最后应保 留分析试样多少留分析试样多少kg? 可连续缩分几次可连续缩分几次? (k=0.06)解: Q0.0622=0.24 kg 24(1/2)6=0.375 kg (若缩分若缩分7次则只有次则只有0.19kg)则则 24( 1/2)n 0.24 n= 6 即即 允许连续缩分允许连续缩分6次次二、液体试样二、液体试样 Liquids 特点：均匀特点：均匀程度高程度高（如（如:水样、饮料、体液、溶剂等）水样、饮料、体液、溶剂等）1、据不同来源、要求在不同的采样点、时间进行采样、据不同来源、要求在不同的采样点、时间进行采样注意事