高分子材料分析2

1、授课课时计划序号专业及班级授课类型2授课日期讲课课题第一章 分析化学概论 概述，分析天平，定量分析中的误差，有效数字教学目的1、了解定量分析的一般程序2、掌握分析天平的使用3、理解准确度和精度4、了解误差的表示、分类、如何减免误差，掌握有效数字的取舍重点与难点重点：分析天平的使用难点：准确度和精度的理解时间（分）内 容 及 教 授 方 法教具:10404010组织教学，复习旧课 导入新课讲授新课：概述，分析天平误差，有效数字小结 作业课后记录 检查意见 签字:分析化学篇第一章 分析化学概论复习：1、橡塑工业的发展 20世纪以前为天然高分子发展时期，1907年第一个酚醛树脂厂的建成，标志着人类进

2、入了合成高分子时代。未来高分子材料向着高性能化、功能化、复合化发展。2、塑料、橡胶的定义、分类及其特点 塑料：以高聚物为主要成分，并在加工为成品的某阶段可流动成型的材料。橡胶：一种高弹性的高分子化合物，是无定形的高聚物，也称弹性体。橡塑材料种类繁多，分类体系比较复杂，大家仅作了解即可。塑料特点：（1）比强度高 质轻且坚固（2）优异的电绝缘性 是良好的绝缘体（3）化学稳定性好 抗腐蚀（4）优良的减摩、耐磨性能 耐用（5）减震消声、透光性好，防水 作透明、阻隔材料（6）制造成本低 便宜橡胶特点：（1）高弹性，（2）粘弹性，（3）缓冲减震作用，（4）电绝缘性（5）温度依赖性，（6）具有老化现象，（7

3、）必须硫化3、分析测试的内容分析：化学分析、仪器分析、高分子材料的鉴别和分析性能测试：橡塑材料的物理性能、力学性能、热性能、电性能、老化性能和其他性能的测试4、标准ISO：国际标准化组织(International Organization for Standardization)的简称，是一个全球性的非政府组织，是国际标准化领域中一个十分重要的组织。分析化学是一切分析检测的基础，所以从今天开始我们来学习分析化学的相关知识。正文：分析化学篇第一章 分析化学概论第一节 概述一、高分子材料分析的任务高分子材料的任务：以分析化学的基本原理和方法为基础，解决高分子材料生产和加工过程中的实际分析任务。作

4、为化学学科的一个重要分支，分析化学是研究物质的化学组成、结构和测定方法及有关理论的科学。分析化学的主要任务是：1、定性分析 测定物质中有哪些元素和(或)基团 2、定量分析 测定每种成分的数量或物质的纯度 3、结构和立体分析 测定物质中原子间彼此如何连接及在空间如何排列在高分子材料生产和加工中，大多数情况下物料的基本组成是已知的，只需要对原料、半成品、成品及其他辅助材料进行及时准确的定量分析。二、分析方法分类1、按分析任务 定性分析、定量分析、结构分析2、按分析对象 无机分析、有机分析3、按测定原理 化学分析：滴定分析、称量分析 仪器分析：光谱分析、色谱分析、电化学分析、质谱分析、波谱分析等4、

5、按试样用量 常量分析、半微量分析、微量分析、超微量分析5、按待测组分含量 常量（1%）、微量（0.01% 1%）、痕量（0.01%）6、按分析结果的作用 例行分析、仲裁分析三、分析化学的发展趋势随着环境科学、材料科学、宇宙科学、生命科学以及化学学科的发展，既促进了分析化学的发展，又对分析化学提出了更高的要求。现代分析化学已不再局限于测定物质的组成和含量，它实际上已成为“从事科学研究的科学”，正向着更深、更广阔的领域发展。当前的发展趋势主要表现在以下几个方面：1、智能化 主要体现在计算机的应用和化学计量学的发展。计算机在分析数据处理、实验条件的最优化选择、数字模拟、专家系统和各种理论计算的研究中

6、以及在农业生物环境测控与管理中都起着非常重要的作用。2、自动化 主要体现在自动分析、遥测分析等方面。如遥感监测地面污染情况可通过植物的种类、长势及其受害程度，间接判断土壤受污染的程度，这是因为植物受污染后发生的生理病变可在陆地卫星影像上有明显的显示；又如红外遥测技术在环境监测（大气污染、烟尘排放等），流程控制，火箭、导弹飞行器尾气组分测定等方面具有独特作用。3、精确化 主要体现在提高灵敏度和分析结果准确度方面。如激光微探针质谱法对有机化合物的检出限量为10-1210-15g，对某些金属元素的检出限量可达10-1910-20g，且能分析生物大分子和高聚物；电子探针分析所用试液体积可低至10-12

7、 mL，高含量的相对误差值已达到0.01%以下。（4）微观化 主要体现在表面分析与微区分析等方面。如电子探针X射线微量分析法可分析半径和深度为13 m的微区，其相对检出限量为0.1%0.01%。分析化学的发展必须也必将和当代科学技术的发展同步进行，并将广泛地吸取当代各种科学技术的最新成就，如化学、物理、数学与信息学、生命科学、计算机科学、材料科学、医学等，利用一切可以利用的性质和手段，完善和建立新的表征、测定方法和技术，并广泛应用和服务于各个科学领域。四、定量分析的一般程序定量分析的一般程序大致可分为：试样的采集、制备、预处理、测定、计算和报告分析结果等步骤。（一）采集分析测定中所需试样的量较

8、少，一般在零点几克至几克，而可供测定的物质往往是大量的，如测定河水的水质，空气污染程度，进行土壤、矿石分析等。为保证所采集到的部分试样具有与整体试样完全相同的性质，一般都要遵守如下规则：首先根据样品的性质和测定要求确定取样量；其次，试样的组成与整体物质的组成须一致，确保试样的代表性；最后，对所采集的试样必须妥善保存，避免因吸湿、光照、风化或与空气接触而发生变化，以及由容器壁的侵蚀导致污染等。1、液体试样的采集液体试样的组成一般较均匀，可根据具体情况采用合适的方法采集。如采集有泵水井或自来水管中的水样时，应先将泵或水管打开，放水1015min，使积留在水管中的杂质和陈水流出，用新水反复淋洗采样器

9、几次后再取样；如采集江、河、池塘中的水样时，须考虑水深和流量，从不同深度、流量处采集多份水样，混合均匀后才能作为分析试样；如果是盛在一个大容器中的液体，则须在容器的不同深度取样并混合均匀。2、气体试样的采集大气的组成是连续变化的，受诸多因素的影响，如工业布局、人类活动、气象条件等。因此须分析短时间内多点采集的多个样品，要根据具体情况选择适宜的采样方法。如在农业生态区进行污染监测时，应根据影响污染物在空间分布的因素，合理分配采样点的位置与数目，确定好采样点后，再在各采样点利用直接法或浓缩法进行采样。气体样品采集后难以储存和运输，应立即进行分析测定。3、固体试样的采集固体样品的均匀性通常较差，混合

10、均匀难度大。因此，首先要确定合理的取样点。根据样品的性质、数量、组分的均匀程度、易破碎程度及分析项目的不同等，从样品的不同区域、不同部位、选取多个取样点，取出一定数量、大小不同的颗粒作为平均试样。在农业科学研究中常用到的如土壤样品的采集，应在采集前进行现场勘察和调查，将研究范围的土壤按类（如土壤类型、农田等级等）划分为若干采样单元，在每个单元再根据需要设置若干采样点进行采样。对于采得的样品应及时装袋、填签、封存，填标签须注明采样的时间、地点、样品名称及其它必要的说明；如需分别测定，保存期间应避免相互沾污，切不可混合存放。（二）制备对于按上述要求采集的液体或气体试样，采样后混合均匀即可进行预处理

11、或直接进行测定。而对于数量过多、均匀性差、粒度大小不一致的固体样品，要进一步加工，制备成分析试样，其制备过程大致如下：（1）破碎和过筛 将采集的试样用人工或机械的方法进行不同程度的破碎。为加速破碎，可在每次破碎后，依所需颗粒大小选择相应筛号过筛。对未通过筛孔的大颗粒再进行破碎，直至试样全部过筛为止。（2）混匀和缩分 缩分是将已破碎过筛后的原始试样混合均匀后再进一步破碎、过筛，并逐渐减小质量，以保证缩分后的试样组分含量与原始试样一致。根据需要可将缩分后的试样再度破碎、过筛、混匀，再次缩分。如此反复处理直至所需的量，再将所制得的分析试样置于具有磨口塞的广口瓶中贮存，贴好标签，标明试样名称、来源、采

12、样日期等。试样一般应尽快分析，否则需妥善保存，避免受潮、挥发、风干、变质等。（三）预处理在分析工作中，除少数分析方法（如差热分析、发射光谱、红外光谱等）为干法外，大多为湿法分析，即先将试样分解后制成溶液再进行分析。因此，需称取一定质量的试样进行预处理。试样的预处理是定量分析的重要步骤之一，应满足以下两个条件：（1）试样必须分解完全，待测组分不应损失且其状态应有利于测定（2）分解过程中不能引入干扰物质和待测组分。试样的性质不同，预处理的方法也不同。无机物试样的处理方法通常有酸溶、碱溶和熔融法。在农业方面，生物样品中有机物的测定较多，通常可通过溶剂萃取、挥发和蒸馏的方法分离后进行测定。经过预处理的

13、试样，有的将全部用作分析；有的先定量地稀释到一定体积，然后再取其中的一部分进行分析。在分析测定前，有的还要分离或掩蔽干扰成分、调节酸碱度、进行氧化还原处理等。总之，预处理是为了保证能够方便准确地进行测定。（四）测定根据样品选择合适方法，必须准确可靠。 （五）计算根据测定的有关数据计算出待测组分的含量，必须准确无误。（六）报告分析结果根据要求以合适形式报出五、分析结果表示分析结果通常以试样中某组分的相对量来表示。1、固体样品 通常以质量分数表示含量低时可用其他单位 (g/g、ng/g)1g = 103 mg = 106 g = 109 ng =1012 pg = 1015 fg（飞克）2、液体样

14、品 可用质量分数、体积分数和质量浓度等表示，但通常以物质的量浓度表示（mol/L）。CB = nB /V第二节 分析天平分析天平是定量分析最重要又常用的仪器，称量的准确度直接影响分析结果，因此必须学会正确使用分析天平，掌握正确的称量方法。图1-1 分析天平正视图常用的分析天平有半机械加码电光天平(图1-1)、全机械加码电光天平、单盘电光天平、电子天平等。普通实验室采用的多为半机械加码电光天平，下面我们就来学习一下它的使用方法。一、分析天平的使用方法用半自动电光天平称量物品时，可采用直接称量法、递减称量法和固定质量称量法。（一）直接称量法 1、先调节天平的零点 接通电源，慢慢地启动天平，在天平不

15、载重时，投影屏上标尺的位置即为零点，如零点与投影屏上的标尺不重合，可拨动旋钮附近、底板下面的调零杆以改变投影屏的位置使其重合，若相差较大时，必须旋动平衡螺丝调节空盘零点的位置。2、称量 将被称物（如坩埚）放在左盘中央，先估计该物体的质量（如约为20g），右手用镊子将20g砝码置于右盘中央，右手稍微转动升降枢，观察指针移动的方向，若指针迅速向左移动，表示砝码太重，应马上托起天平梁（关上升降枢），以10g砝码代替20g砝码，再轻轻转动升降枢，此时若指针迅速向右移动，表示砝码太轻了，托起天平梁，再加上2g砝码，转动升降枢，此时若指针向左移动，表示砝码重了，托起天平梁，再以1g砝码替换2g砝码，砝码指

16、针向右移动，假如试样的质量在16-17g之间，那么经过几次试称，我们就知道该物体的质量应在16-17g之间，关好右边门。1g以下的砝码，用指数盘操纵，先加900mg的圈码（转动指数盘的外圈），观察指针偏转，然后再由大到小地加减圈码，转动内圈环码，确定小数点后第2位，如此测得该物体质量在16.65-16.66g之间，第3、第4位则可由投影屏上直接读出，最后测得该物体质量是16.6548g。（二）递减称量法这种方法称出的样品质量不要求某一固定的数值，只需在要求的称量范围内即可（读数仍要求准确至万分之一克），适于称取多份易吸水、易氧化或易与CO2反应的物质，方法如下：1、称量瓶称重 从天平室的干燥器

17、中，用纸条套住装有试样的称量瓶，将其置于天平左盘，按直接称量法称其质量，假设为21.8947g。2、试称 若要求称取试样0.4-0.6g，首先将圈码减去0.4g，然后左手取出称量瓶，移到烧杯口上方，右手以小纸片套住称量瓶盖，将称量瓶口向下倾斜，在烧杯口上方，用瓶盖轻轻敲击称量瓶口上缘，使试样慢慢地落入烧杯中，估计倒出的试样量已够0.4g时，在一面轻轻敲击的情况下，慢慢地竖起称量瓶，使瓶口不留一点试样，盖上盖子，再将称量瓶放回天平盘上，打开升降枢。若此时指针迅速向右移动，说明倒出试样少于0.4g，再重复以上操作。若指针移向左，表示倒出的试样已经大于0.4g了，再从天平圈减去0.2g（此时共减去0

18、.6g）。若此时指针向右，则表示倒出来的试样少于0.6g，即倒出的试样在0.4-0.6g的范围内，符合要求，准确称取称量瓶的剩余质量假设为21.3562g，那么烧杯中试样的质量是：21.8947-21.3562=0.5385g。若需再称取一份试样，则仍按上述方法进行称量，第2次质量与第3次质量之差，即为第2只烧杯中试样质量，烧杯应编号，以免混乱。（三）固定质量称量法除以上两种称量方法外，工业生产中还经常使用的另一种方法是“固定质量称量法”，又称增量法。这种方法是称取某一固定质量的试样，要求试样自身不吸水并在空气中性质稳定，如金属、矿物等，方法如下：先称容器的质量，并记录平衡点，然后在右盘中再加

19、入与待称质量数相等的砝码，如指定要称取0.4000g时，就在右盘上再加0.4000g的环砝码，在左边称盘的容器中加入略少于0.4g的试样，然后用牛角勺轻轻振动，使试样慢慢落入容器中，直到平衡点与称量容器时的平衡点刚好一致。这种方法的优点是称量操作简单，计算方便，因此在工业生产分析中广泛采用这种称量方法。二、分析天平的操作规范1、开、关天平旋钮，放、取被称量物，开、关天平侧门以及加、减砝码等，动作都要轻、缓，切不可用力过猛、过快，以免造成天平部件脱位或损坏。2、调节零点和读取称量读数时，要留意天平侧门是否已关好；称量读数要立即记录在实验报告本或实验记录本上。调节零点和称量读数后，应随手关好天平。

20、加、减砝码或放、取称量物必须在天平处于关闭状态下进行（单盘天平允许在半开状态下调整砝码）。砝码未调定时不可完全开启天平。3、对于热的或冷的称量物应置于干燥器内直至其温度同天平室温度一致后才能进行称量。4、天平的前门仅供安装、检修和清洁时使用，通常不要打开。5、在天平箱内放置变色硅胶作干燥剂，当变色硅胶变红后应及时更换。6、必须使用指定的天平及天平所带的砝码。如果发现天平不正常，应及时报告指导教师或实验室工作人员，不要自行处理。7、注意保持天平、天平台、天平室的安全、整洁和干燥。8、天平箱内不可有任何遗落的药品，如有遗落的药品可用毛刷及时清理干净。9、用完天平后，盖好天平罩，切断天平的电源。最后

21、在天平使用记录簿上登记，并请指导教师签字。第三节 定量分析中的误差定量分析的任务是测定试样中组分的含量。要求测定的结果必须达到一定的准确度，方能满足生产和科学研究的需要。显然，不准确的分析结果将会导致生产的损失、资源的浪费、科学上的错误结论。在分析测试过程中，由于主、客观条件的限制，使得测定结果不可能和真实含量完全一致。即使是技术很熟练的人，用同一最完善的分析方法和最精密的仪器，对同一试样仔细地进行多次分析，其结果也不会完全一样，而是在一定范围内波动。这就说明分析过程中客观上存在难于避免的误差。因此，人们在进行定量分析时，不仅要得到被测组分的含量，而且必须对分析结果进行评价，判断分析结果的可靠

22、程度，检查产生误差的原因，以便采取相应措施使分析结果尽量接近客观真实值。下面我们就来简单了解一下有关误差的一些知识。一、误差的表征准确度与精密度图1-2 不同人员分析同一试样CaCO3含量的结果（·表示个别测定值，表示平均值）准确度是指分析结果与真实值相接近的程度。它们之间的差值越小，则分析结果的准确度越高。为了获得可靠的分析结果，在实际分析中，人们总是在相同条件下对试样平行测定几份，然后取平均值，如果几个数据比较接近，说明分析的精密度高。所谓精密度就是几次平行测定结果相互接近的程度。图1-2是甲、乙、丙、丁四人分析同一CaCO3试样中CaCO3含量的测定结果图，图中65.15% 处

23、的虚线表示真实值。由此，可评价四人的分析结果如下：甲所得结果准确度与精密度均好，结果可靠；乙的精密度虽高，但准确度较低；丙的精密度与准确度均很差；丁的平均值虽也接近于真实值，但几个数据彼此相差甚远，而仅是由于正负误差相互抵消才凑巧使结果接近真实值，因而其结果也是不可靠的。综上所述：（1）精密度是保证准确度的先决条件。精密度差，所测结果不可靠，就失去了衡量准确度的前提。对于教学实验来说，首先要重视测量数据的精密度。（2）高的精密度不一定能保证高的准确度，但可以找出精密而不准确的原因，而后加以校正，就可以使测定结果既精密又准确。二、误差的表示1、误差准确度的高低用误差来衡量。误差表示测定结果与真实

24、值的差异。差值越小，误差就越小，即准确度越高。误差一般用绝对误差和相对误差来表示。绝对误差E是指测定值xi与真实值之差。例1：测定硫酸铵中氮含量为20.84%，已知真实值为20.82%，求其绝对误差和相对误差。解：E = 20.84% - 20.82% = + 0.02% Er = (+ 0.02% / 20.82%) × 100% = + 0.01%绝对误差和相对误差都有正值和负值，分别表示分析结果偏高或偏低。由于相对误差能反映误差在真实值中所占的比例，故常用相对误差来表示或比较各种情况下测定结果的准确度。2、偏差在实际分析工作中，真实值并不知道，一般是取多次平行测定值的算术平均值

25、来表示分析结果。各次测定值与平均值之差称为偏差。偏差的大小可表示分析结果的精密度，偏差越小说明测定值的精密度越高。偏差也分为绝对偏差和相对偏差。3、公差由前面的讨论可以知道，误差与偏差具有不同的含义。前者以真实值为标准，后者是以多次测定值的算术平均值为标准。严格地说，人们只能通过多次反复的测定，得到一个接近于真实值的平均结果，用这个平均值代替真实值来计算误差。显然，这样计算出来的误差还是偏差。因此在生产部门并不强调误差与偏差的区别，而用“公差”范围来表示允许误差的大小。公差是生产部门对分析结果允许误差的一种限量，又称为允许误差。如果分析结果超出允许的公差范围称为“超差”。遇到这种情况，则该项分

26、析应该重做。公差范围的确定一般是根据生产需要和实际情况而制定的，所谓根据实际情况是指试样组成的复杂情况和所用分析方法的准确程度。对于每一项具体的分析工作，各主管部门都规定了具体的公差范围。三、误差的分类在前面误差实例中，为什么乙做的结果精密度很好而准确度差呢?为什么每人所做的四次平行测定结果都有或大或小的差别呢?这是由于在分析过程中存在着各种性质不同的误差。误差按性质不同可分为两类：系统误差和随机误差。（一）系统误差这类误差是由某种固定的原因造成的，它具有单向性，即正负、大小都有一定的规律性。当重复进行测定时系统误差会重复出现。若能找出原因，并设法加以校正，系统误差就可以消除，因此也称为可测误

27、差。乙所做结果精密度高而准确度差，就是由于存在系统误差。系统误差产生的主要原因是：1、方法误差 指分析方法本身所造成的误差。例如滴定分析中，由指示剂确定的滴定终点与化学计量点不完全符合以及副反应的发生等，都将系统地使测定结果偏高或偏低。2、仪器误差 主要是仪器本身不够准确或未经校准所引起的。如天平、砝码和容量器皿刻度不准等，在使用过程中就会使测定结果产生误差。3、试剂误差 是由于试剂不纯或蒸馏水中含有微量杂质所引起的。4、操作误差 是由于操作人员的主观原因造成。例如，对终点颜色变化的判断，有人敏锐，有人迟钝；滴定管读数偏高或偏低等。（二）.随机误差随机误差也称偶然误差。这类误差是由一些偶然和意外的原因产生的，如温度、压力等外界条件的突然变化，仪器性能的微小变化，操作稍有出入等原因所引起的。在同一条件下多次测定所出现的随机误差，其大小、正负不定，是非单向性的，因此不能用校正的方法来减少或避免此项误差。四、误差的减免从误差的分类和各种误差产生的原因来看，只有熟练操作并尽可能地减少系统误差和随机误差，才能提高分析结果的准确度。减免误差的主要方法分述如下。1、对照试验这是用来检验系统误差的有效方法。进行对照试验时，常用已知准确含量的标准试样(或标准溶液)，按同样方法进行分析测定以资对照，也可以用不同的分析方法，或者由不同单位的化验人员分析同一试样来互相对照。