环境分析化学：CH1绪论CH2概论2013

1、环境分析化学 第1章 绪 论分析化学分析化学获取物质化学组成和结构信息的科学。获取物质化学组成和结构信息的科学。化学学科基础之化学学科基础之“四大化学四大化学”之一。之一。分析化学的历史沿革分析化学的历史沿革20世纪初，建立了现代化学分析体系。世纪初，建立了现代化学分析体系。20世纪世纪40年代，开创了仪器分析新纪元。年代，开创了仪器分析新纪元。Heyrovsky：极谱分析法，：极谱分析法，1959年诺贝尔化学奖；年诺贝尔化学奖；Martin和和Synge：气相色谱分析法，：气相色谱分析法，1952年诺贝尔化学奖；年诺贝尔化学奖；Bloch和和Purcell：核磁共振测量法，：核磁共振测量法，

2、1952年诺贝尔物理奖。年诺贝尔物理奖。20世纪世纪70年代，信息处理技术导致第三次分析技术飞跃。年代，信息处理技术导致第三次分析技术飞跃。基于计算机快速数据处理的富里叶变换仪器；基于计算机快速数据处理的富里叶变换仪器；高速扫描、快速数据处理的二极管阵列检测器；高速扫描、快速数据处理的二极管阵列检测器；基于计算机控制与数据采集的仪器联用技术的发展基于计算机控制与数据采集的仪器联用技术的发展 1.0 分析化学的发展 第1章 绪 论分析化学的任务分析化学的任务定性分析定性分析：确定物质由那些元素、离子、官能团或化合物所组确定物质由那些元素、离子、官能团或化合物所组成；成；定量分析：定量分析：测定样

3、品中有关组分的含量；测定样品中有关组分的含量；结构分析：结构分析：确定物质的存在形态和结构。确定物质的存在形态和结构。分析化学的作用分析化学的作用分析化学在国民经济、国防建设、资源开发等方面都有广泛应分析化学在国民经济、国防建设、资源开发等方面都有广泛应用。用。化学领域：化学领域：涉及到物质及其变化的研究，都需要有分析化学的涉及到物质及其变化的研究，都需要有分析化学的结果加以验证。结果加以验证。工业生产：工业生产：主要表现在原料分析、过程控制和产品质量检验方主要表现在原料分析、过程控制和产品质量检验方面。面。科研领域：科研领域：新兴的研究领域如材料、能源、环境、生命科学等，新兴的研究领域如材料

4、、能源、环境、生命科学等，都是以化学为基础的。都是以化学为基础的。 1.1 分析化学的任务和作用 第1章 绪 论分析化学的分类分析化学的分类分析任务：分析任务：定性分析、定量分析和结构分析定性分析、定量分析和结构分析 ；分析对象：分析对象：无机分析和有机分析无机分析和有机分析 ；测定原理：测定原理：化学分析和仪器分析。化学分析和仪器分析。化学分析法化学分析法以物质的化学反应为基础的分析方法称为以物质的化学反应为基础的分析方法称为化学分析法化学分析法，又称经典，又称经典分析法分析法 。化学分析法又分化学分析法又分重量分析重量分析法和法和滴定分析滴定分析（容量分析）法（容量分析）法 。化学分析法适

5、用于常量分析，分析的准确度也比较高，常用作标化学分析法适用于常量分析，分析的准确度也比较高，常用作标准分析法。准分析法。 1.2 分析方法的分类 第1章 绪 论仪器分析法仪器分析法以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法，通常需要较特以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法，通常需要较特殊的仪器殊的仪器。依据仪器的作用原理，可以分为光谱分析法、电化学分析法、色依据仪器的作用原理，可以分为光谱分析法、电化学分析法、色谱分析法、质谱法和热分析法等，不同的分析检测方法相互比较谱分析法、质谱法和热分析法等，不同的分析检测方法相互比较独立，可以自成体系。独立，可以自成体系。分析方法的选择分析方法的选

6、择一般从分析时间、准确度、灵敏度和选择性四个方面考虑一般从分析时间、准确度、灵敏度和选择性四个方面考虑。1.2 分析方法的分类 原子发射光谱分析；原子发射光谱分析；原子荧光光谱分析；原子荧光光谱分析；X射线荧光分析；射线荧光分析；分子荧光分析；分子荧光分析；分子磷光分析；分子磷光分析；化学发光分析；化学发光分析；红外光谱分析；红外光谱分析；核磁共振波谱分析；核磁共振波谱分析；顺磁共振波谱分析；顺磁共振波谱分析；光谱分析法光谱分析法电导分析；电导分析；电解分析；电解分析；伏安分析；伏安分析；电化学分析法电化学分析法色谱分析法色谱分析法；液相色谱；液相色谱；超临界流体色谱；超临界流体色谱；其他分析

7、法其他分析法质谱法质谱法有机质谱分析；无机质谱分析；有机质谱分析；无机质谱分析；同位素质谱分析；同位素质谱分析；热分析法热分析法热重分析；差热分析；热重分析；差热分析；示差扫描量热分析；示差扫描量热分析；电泳法电泳法毛细管电泳分析；毛细管电泳分析； 第1章 绪 论仪器分析法仪器分析法以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法，通常需要较特以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法，通常需要较特殊的仪器殊的仪器。依据仪器的作用原理，可以分为光谱分析法、电化学分析法、色依据仪器的作用原理，可以分为光谱分析法、电化学分析法、色谱分析法、质谱法和热分析法等，不同的分析检测方法相互比较谱分析法、质谱法和

8、热分析法等，不同的分析检测方法相互比较独立，可以自成体系。独立，可以自成体系。分析方法的选择分析方法的选择一般从分析时间、准确度、灵敏度和选择性四个方面考虑一般从分析时间、准确度、灵敏度和选择性四个方面考虑。1.2 分析方法的分类 第1章 绪 论常量分析、半微量分析和微量分析常量分析、半微量分析和微量分析 根据试样的用量及操作规模不同，分析方法又可以分为常量分析、根据试样的用量及操作规模不同，分析方法又可以分为常量分析、半微量分析和微量分析半微量分析和微量分析 。根据待测成分含量的不同，又可粗略分为：根据待测成分含量的不同，又可粗略分为： 常量成分分析常量成分分析 质量分数质量分数 1 %；

9、微量成分分析微量成分分析 质量分数质量分数 0.01 % 1 %； 痕量成分分析痕量成分分析 质量分数质量分数 0.1 g 10 ml半微量分析0.01 0.1 g1 10 ml微量分析0.1 10 mg0.01 1 ml超微量分析 0.1 mg 0.01 ml 第1章 绪 论环境分析化学是鉴别和测定环境中化学物质的种类、成份、含量环境分析化学是鉴别和测定环境中化学物质的种类、成份、含量以及化学形态的科学。以及化学形态的科学。环境分析化学的特点环境分析化学的特点 种类繁多；种类繁多；含量低；含量低；样品组成复杂；样品组成复杂；具有流动性和不稳定性。具有流动性和不稳定性。由于环境分析所面临问题的

10、艰巨性、复杂性和富于挑战由于环境分析所面临问题的艰巨性、复杂性和富于挑战性，使它成为分析化学的带头学科。性，使它成为分析化学的带头学科。 1.3 环境分析化学 环境分析化学的要求环境分析化学的要求 灵敏度高、检出限低；灵敏度高、检出限低；选择性好；选择性好；适用范围广。适用范围广。 第2章 定量分析化学概论试样的分析过程通常包括取样、试样分解、分离及测定和分析结试样的分析过程通常包括取样、试样分解、分离及测定和分析结果的计算及评价几个环节。果的计算及评价几个环节。取样取样 固体试样的采集：确定合理取样点和采集量，经多次破碎、过筛、固体试样的采集：确定合理取样点和采集量，经多次破碎、过筛、混匀、

11、缩分。混匀、缩分。 缩分常采用四分法。缩分常采用四分法。环境分析中水样的采集：要同时考虑时间和地点。环境分析中水样的采集：要同时考虑时间和地点。 瞬时水样：在某一时间和地点从水体中随机采集的分散水样。瞬时水样：在某一时间和地点从水体中随机采集的分散水样。 混合水样：在同一地点于不同的时间所采集的瞬时水样的混合水样。混合水样：在同一地点于不同的时间所采集的瞬时水样的混合水样。 综合水样：同一时间在不同采样点所采集的瞬时水样的混合水样。综合水样：同一时间在不同采样点所采集的瞬时水样的混合水样。 2.1 定量分析过程 第2章 定量分析化学概论试样的分解试样的分解 将待测物质转化为适合于测定的形式。将

12、待测物质转化为适合于测定的形式。 试样分解必须完全；试样分解必须完全； 试样分解过程中，待测组分不应损失；试样分解过程中，待测组分不应损失； 不应引入待测组分和干扰物质；不应引入待测组分和干扰物质； 分解式样最好与分离干扰元素相结合。分解式样最好与分离干扰元素相结合。最常用的分解方法是用水、酸、碱等溶剂处理。最常用的分解方法是用水、酸、碱等溶剂处理。对难溶物质，可以用适当的熔剂在高温下与试样熔融。对难溶物质，可以用适当的熔剂在高温下与试样熔融。有机试样常常采用干式灰化法和湿式消化法有机试样常常采用干式灰化法和湿式消化法 2.1 定量分析过程盐酸、硝酸、硫酸、盐酸、硝酸、硫酸、王水等，其他如磷酸

13、、王水等，其他如磷酸、高氯酸和氢氟酸也有高氯酸和氢氟酸也有应用。应用。应用于水溶性盐类。应用于水溶性盐类。以氢氧化钠为主。以氢氧化钠为主。碱熔法使用碳酸碱熔法使用碳酸钠、氢氧化钠、钠、氢氧化钠、过氧化钠等。过氧化钠等。酸熔法使用焦硫酸钾或硫酸氢钾。酸熔法使用焦硫酸钾或硫酸氢钾。 第2章 定量分析化学概论测定方法的选择测定方法的选择 根据待测组分的性质、含量和对分析结果准确度的要求，选择合根据待测组分的性质、含量和对分析结果准确度的要求，选择合适的分析方法。适的分析方法。试样组成可能比较复杂，测定时互相干扰，因此在选择测定方法试样组成可能比较复杂，测定时互相干扰，因此在选择测定方法时必须考虑消除

14、干扰问题。时必须考虑消除干扰问题。定量分析结果的表示定量分析结果的表示 待测组分的化学表示形式待测组分的化学表示形式最好以最好以待测组分实际存在形式的含量表待测组分实际存在形式的含量表示示；电解质溶液常以所存在的离子含量来表示电解质溶液常以所存在的离子含量来表示；待测组分的实际存在形式不清楚时，则常以氧化物或元素形式的待测组分的实际存在形式不清楚时，则常以氧化物或元素形式的含量来表示。含量来表示。 2.1 定量分析过程 第2章 定量分析化学概论定量分析结果的表示定量分析结果的表示 待测组分含量的表示方法则比较多。待测组分含量的表示方法则比较多。固体试样固体试样中待测组分的含量，常以质量分数表示

15、中待测组分的含量，常以质量分数表示；待测组分非常低时，可采用待测组分非常低时，可采用 g/gg/g（101066），），ng/gng/g（101099）和和pg/gpg/g（10101212）来表示。来表示。 液体试样液体试样中待测组分的含量，常用物质的量浓度、质量摩尔浓度、中待测组分的含量，常用物质的量浓度、质量摩尔浓度、质量浓度来表示。质量浓度来表示。单位单位mol/L、mmol/L，mol/kg，或者或者mg/L、 g/L、ng/L等等气体试样气体试样则常以体积分数或者质量浓度表示则常以体积分数或者质量浓度表示。微量时采用微量时采用ml/m3、 l/m3，或者或者mg/m3、 g/m3

16、等单位。等单位。2.1 定量分析过程 第2章 定量分析化学概论分析过程中误差是客观存在的。因此在进行定量测量时，必须对分析过程中误差是客观存在的。因此在进行定量测量时，必须对分析结果进行评价，判断其准确性分析结果进行评价，判断其准确性 。误差、准确度与精密度误差、准确度与精密度 真值（真值（xT） ：某一物理量本身具有的客观存在的真实数值：某一物理量本身具有的客观存在的真实数值 。平均值（平均值（ x） ：误差（误差（E E）：测定结果与真实值之间的差值测定结果与真实值之间的差值。相对误差（相对误差（E Er r）：误差在真实值中所占的百分率）：误差在真实值中所占的百分率。2.2 分析化学中的

17、误差与有效数字 niinxnnxxxx1211TxxE%100TarxEE 第2章 定量分析化学概论误差、准确度与精密度误差、准确度与精密度 偏差（偏差（d）：）：测定结果与平均结果之间的差值测定结果与平均结果之间的差值。平均偏差：单次测量偏差的绝对值的平均值。平均偏差：单次测量偏差的绝对值的平均值。相对平均偏差：相对平均偏差：2.2 分析化学中的误差与有效数字 xxdndddddn321%100 xddr 第2章 定量分析化学概论误差、准确度与精密度误差、准确度与精密度 准确度是指测定值与真值相符合的程度。准确度是指测定值与真值相符合的程度。精密度是指对同一量测定结果之间相符合的程度。精密度

18、是指对同一量测定结果之间相符合的程度。精密度高不一定准确度高，二者之间的关系可由下例说明。精密度高不一定准确度高，二者之间的关系可由下例说明。 2.2 分析化学中的误差与有效数字 50.20 %50.30 %50.40 %50.50 %50.10 %50.36 %甲乙丙xTx乙x甲x丙 第2章 定量分析化学概论系统误差和随机误差系统误差和随机误差 系统误差是由某种固定的原因造成的，具有重复性、单向性。系统误差是由某种固定的原因造成的，具有重复性、单向性。方法误差：由分析方法本身所造成的。方法误差：由分析方法本身所造成的。仪器和试剂误差：由于仪器不够精确、器皿不耐腐蚀或试剂含有杂仪器和试剂误差：

19、由于仪器不够精确、器皿不耐腐蚀或试剂含有杂质等引起的。质等引起的。操作误差：由于操作人员主观的原因或习惯造成的。操作误差：由于操作人员主观的原因或习惯造成的。随机误差又称偶然误差，是由一些难以控制的偶然原因造成的。随机误差又称偶然误差，是由一些难以控制的偶然原因造成的。“过失误差过失误差”，指工作中粗枝大叶、操作不正确，或不按操作规，指工作中粗枝大叶、操作不正确，或不按操作规程办事等原因造成的误差。程办事等原因造成的误差。 2.2 分析化学中的误差与有效数字 第2章 定量分析化学概论有效数字及其运算规则有效数字及其运算规则有效数字：在测量中得到的有实际意义的数字。有效数字：在测量中得到的有实际

20、意义的数字。对对pH、pM、lgc、lgK等对数值，其有效数字的位数仅取决于小等对数值，其有效数字的位数仅取决于小数部分的位数数部分的位数 。2.2 分析化学中的误差与有效数字 1.000843.1815位0.100010.98%4位0.03821.9810103位540.00402位0.0521051位3600100位数较含糊 第2章 定量分析化学概论有效数字及其运算规则有效数字及其运算规则数字修约规则：四舍六入五成双。数字修约规则：四舍六入五成双。数字运算规则：数字运算规则：加减运算时，有效数字的保留，应以小数点后位数最少的数加减运算时，有效数字的保留，应以小数点后位数最少的数字为依据。字

21、为依据。乘除法运算中，有效数字的位数应与几个数中相对误差最大乘除法运算中，有效数字的位数应与几个数中相对误差最大的数相对应。的数相对应。 2.2 分析化学中的误差与有效数字 第2章 定量分析化学概论滴定分析法的特点与分类滴定分析法的特点与分类 滴定分析法：将一种已知准确浓度的试剂溶液，滴加到被测物滴定分析法：将一种已知准确浓度的试剂溶液，滴加到被测物质的溶液中，直到所加的试剂与被测物质按化学计量关系反应质的溶液中，直到所加的试剂与被测物质按化学计量关系反应为止。为止。 滴定剂：滴定剂：已知准确浓度的试剂溶液；已知准确浓度的试剂溶液；滴定：滴定：滴定剂从滴定管加到被测物质溶液中的过程；滴定剂从滴

22、定管加到被测物质溶液中的过程；化学计量点：化学计量点：加入的标准溶液与被测物质恰好定量反应完加入的标准溶液与被测物质恰好定量反应完全时；全时；滴定终点：滴定终点：滴定中指示剂改变颜色的那一点；滴定中指示剂改变颜色的那一点；滴定分析法：分酸碱滴定法、配位（络合）滴定法、氧化还原滴定分析法：分酸碱滴定法、配位（络合）滴定法、氧化还原滴定法和沉淀滴定法。滴定法和沉淀滴定法。 2.3 滴定分析法概述 第2章 定量分析化学概论滴定分析法的基本操作滴定分析法的基本操作2.3 滴定分析法概述 第2章 定量分析化学概论滴定分析法对化学反应的要求滴定分析法对化学反应的要求 反应必须具有确定的化学计量关系。反应必

23、须具有确定的化学计量关系。反应反应 aA + bB = cC + dD 到达化学计量点时到达化学计量点时,有有 nA:nB = a:b 反应必须定量进行完全。反应必须定量进行完全。一般要求反应的完成程度在一般要求反应的完成程度在 99.9%以上，此时以上，此时 cKt = 106 必须具有较快的反应速度。必须具有较快的反应速度。需要与操作人员的操作速度相匹配。需要与操作人员的操作速度相匹配。 有适当、简便的方法确定滴定终点。有适当、简便的方法确定滴定终点。确定终点的方法必须方便可靠，以尽量避免终点误差。确定终点的方法必须方便可靠，以尽量避免终点误差。 2.3 滴定分析法概述 第2章 定量分析化

24、学概论基准物质和标准溶液基准物质和标准溶液 基准物质：用来直接配置标准溶液或标定溶液浓度的物质基准物质：用来直接配置标准溶液或标定溶液浓度的物质。2.3 滴定分析法概述名称干燥后的组成干燥条件标定对象十水合碳酸钠Na2CO3270 300 C酸硼砂Na2B4O710H2O与NaCl和蔗糖饱和溶液平衡酸二水合草酸H2C2O42H2O室温空气干燥碱或KMnO4邻苯二甲酸氢钾KHC8H4O4110 120 C碱重铬酸钾K2Cr2O7140 150 C还原剂溴酸钾KBrO3130 C还原剂碘酸钾KIO3130 C还原剂铜Cu室温干燥器保存还原剂三氧化二砷As2O3室温干燥器保存氧化剂草酸钠Na2C2O

25、4130 C氧化剂碳酸钙CaCO3110 CEDTA锌Zn室温干燥器保存EDTA氧化锌ZnO900 1000 CEDTA氯化钠NaCl500 600 CAgNO3氯化钾KCl500 600 CAgNO3硝酸银AgNO3220 250 C氯化物 第2章 定量分析化学概论基准物质和标准溶液基准物质和标准溶液 标准溶液：具有准确浓度的溶液。其配置方法有两种：标准溶液：具有准确浓度的溶液。其配置方法有两种：直接法直接法准确称取一定量基准物质，溶解后配成一定体积的溶液；准确称取一定量基准物质，溶解后配成一定体积的溶液；标定法标定法先配制近似于所需浓度的溶液，然后用基准物质测定其先配制近似于所需浓度的溶液

26、，然后用基准物质测定其准确浓度。准确浓度。 2.3 滴定分析法概述 例例2-1：准确称取准确称取4.903 g 基准基准 K2Cr2O7，用水溶解后，转移至用水溶解后，转移至 1 L 的容量瓶中，稀释至刻度，即得的容量瓶中，稀释至刻度，即得0.01667 mol L 1的的K2Cr2O7标准溶标准溶液。液。 例例2-2：为标定为标定HCl溶液，称取硼砂（溶液，称取硼砂（Na2B4O7 10H2O）0.4710g，用用HCl溶液滴定至化学计量点，消耗溶液滴定至化学计量点，消耗25.20 ml。求求HCl溶液的浓度溶液的浓度。 （反应式：（反应式：Na2B4O7 + 2HCl + 5H2O = 4

27、HBO3 + 2NaCl） 第2章 定量分析化学概论基准物质和标准溶液基准物质和标准溶液 标准溶液浓度的表示方法：标准溶液浓度的表示方法：通常用物质的量浓度表示。通常用物质的量浓度表示。物质的量物质的量n的数值取决于基本单元的选择，基本单元的选择则以化的数值取决于基本单元的选择，基本单元的选择则以化学反应的计量关系为依据学反应的计量关系为依据；标准溶液浓度的表示方法：有时也用标准溶液浓度的表示方法：有时也用滴定度表示。滴定度表示。滴定度滴定度每毫升滴定剂溶液相当于被测物质的质量或质量分数。每毫升滴定剂溶液相当于被测物质的质量或质量分数。2.3 滴定分析法概述 第2章 定量分析化学概论滴定方式和

28、滴定分析中的计算滴定方式和滴定分析中的计算 直接滴定法直接滴定法 ：用标准溶液直接滴定待测物质。用标准溶液直接滴定待测物质。最常用和最基本的滴定方式；最常用和最基本的滴定方式；简便、快速，引入的误差较少。简便、快速，引入的误差较少。2.3 滴定分析法概述 例例2-3 用基准试剂用基准试剂Na2CO3标定标定HCl溶液的浓度。准确称取溶液的浓度。准确称取Na2CO3 0.1324 g，溶于水后，以甲基橙作指示剂，用待测溶于水后，以甲基橙作指示剂，用待测 HCl 溶溶液滴定。达到终点时用去液滴定。达到终点时用去HCl溶液溶液23.45 mL，求求HCl溶液的浓度。溶液的浓度。 （反应式：（反应式：

29、2HCl + Na2CO3 = H2CO3 + 2NaCl ） 例例2-4 称取铁矿石试样称取铁矿石试样0.5000 g，将其溶解，使全部铁还原成将其溶解，使全部铁还原成亚铁离子，用亚铁离子，用0.01500 mol L 1的的K2Cr2O7标准溶液滴定到终点时，标准溶液滴定到终点时，用去用去K2Cr2O7标准溶液标准溶液33.45 mL。求试样中求试样中Fe和和Fe2O3的质量分的质量分数。数。 。 （反应式：（反应式：6Fe2+ + Cr2O72 + 14H+ = 6Fe3+ + 2Cr3+ + 7H2O ） 第2章 定量分析化学概论滴定方式和滴定分析中的计算滴定方式和滴定分析中的计算 返滴定法返滴定法 ：在待测物质中加入一定量且过量的标准溶在待测物质中加入一定量且过量的标准溶液，待反应完成后，用另一种标准溶液滴定剩余的标液，待反应完成后，用另一种标准溶液滴定剩余的标准溶液。准溶液。 适用于待测物质与滴定剂反应很慢，或者用滴定剂直接滴定适用于待测物质与滴定剂反应很慢，或者用滴定剂直接滴定固体试样时，反应不能立即完成等情况；固体试样时，反应不能立即完成等情况；有时采用返滴定法是由于某些反应没有合适的指示剂。有时采用返滴定法是由于某些反应没有合适的指示剂。2.3 滴定分析法概述 例例2-5 称取含铝试样称取含铝试样0.2000 g，溶解后加入溶解后加入0.2082