分析化学 中分 第一章 概论与产品的质量保证

1、中级分析化学（分析化学3）讲课教师：邵元华教授助教：金玥、纪天容 ：62759394办公室：化学楼B301北京大学化学与分子工程学院分析化学研究所定量分析化学（分析化学1）仪器分析（分析化学2）基础中级分析化学（分析化学3）？目的和要求中级分析化学是化学学院的基础课程之一，其主要目的是讲授在定量分析化学和基础仪器分析化学中没有涉及到的内容，但在科研和实际工作中经常用到的分析化学技能、技术和方法，使本院的毕业生能够尽快适应今后的工作需要而设置的。主要介绍实际应用中分析的质量保证，分析样品的取样、处理和制备，常用分离与富集方法，各种联用技术、各种新技术和新方法在工农业生产中的应用,casestud

2、y。由于分析化学的新技术和新方法不断涌现，所以本课程的授课内容应该是不断更新和完善的。具体的要求可归纳为：1. 了解分析化学的发展简史、分析化学的社会责任 和分析化学的分类；2. 掌握分析测定过程的概貌、质量控制；3. 掌握样品的取样、处理和制备的原理和方法；4. 掌握常用的富集与分离方法；5. 理解各分析方法的原理及其应用。知道相关仪器 的结构，如仪器由几部分组成，有哪些重要部件， 简单工作过程；6. 了解各方法的特点、应用范围及局限性，能根据 实际问题，选择适当的方法，解决具体问题；了解各种分析方法和技术之间的联用；了解目前 分析化学的发展状态与趋势。基本内容 一 分析化学概论与产品的质量

3、保证中级分析化学的内容；本课程的意义、要求和学习方法。分析化学的发展简史和社会责任。分析测定过程。什么是产品的质量保证？二 样品的取样、处理与制备介绍样品的取样、处理与制备的原理和方法。三 常用分离与富集方法介绍常用的分离与富集的方法原理和应用。 四 化学与生物传感器传感器的一般构成；化学传感器；生物传感器。 五 表面分析技术表面分析的一般要求；光电子能谱法，扫描探针显微技术。 六 联用技术电喷雾质谱；MALDI质谱；GC-MS；LC-MS；光谱电化学；LIF与分离技术的联用。 七 自动分析技术/芯片实验室过程分析简介；流动注射分析化学（FIA）；芯片实验室（Lab on a chip）；生物

4、芯片（Biochips）；微流控系统。 八 Case study解决实际问题举例。主要教材及参考书 1课件（中级分析化学）2分析化学教程，李克安主编，北京大学出版社，2005 3Analytical Chemistry, A modern approach to analytical science, second edition, Edited by J.M.Merrnet et al, Wiley-VCH, 20044Fundamentals of Analytical Chemistry, eighth edition, Skoog et al. Thomson, 20045 分析仪器手

5、册，朱良漪主编，化学工业出版社，19976Analytical Chemistry等分析化学期刊建议：超越分子前沿，2004，科学出版社课件的获取：化学学院主页教师FTP 分析化学 邵元华中级分析化学(课件教学 大纲相关 通知)考核方法： 作业考勤(10%，抽查)期中考试 (40%)期末考试(50%)+课堂小报告(6)答疑： 星期五下午(2:30-5:00)B307 + B301 联系方式： Email: ：62759394, 62757953 第一章概论与产品的质量保证1.1分析化学概论1.2分析测定过程1.3分析化学分类及特点1.4标准物质和标准溶液1.5分析化学中的计量单位与符号1.6分

6、析测试质量保证1.1 分析化学概论1.1.1 何谓分析化学？1.1.2 化学分析与仪器分析（分析化学发展简史）1.1.3 分析化学的社会责任1.1.1 何谓分析化学？1894年F.W.Ostwald: 即鉴定各种物质和测定其成分的技术，在科学的应用中占有显著地位。因为，为了科学和技术的目的而应用化学过程的任何场合，都会出现用分析化学才能解答的问题。1950s：是研究物质的组成的测定方法和有关原理的一门科学。1990s：是人们获得物质化学组成和结构信息的科学。现在： 是一个发展和应用各种方法、仪器和策略，以获得物质在特定时间 和空间有关组成和性质信息的科学分支。分析化学的定义是一个发展、变化着的

7、动态概念！正在逐步演变为从数据提供者到问题解决者！分析化学的特点：它不是直接提供和合成新型的材料和化合物，而是提供与这些新材料、新化合物的化学成分和结构相关的信息，研究获取这些信息的最优方法和策略。分析化学的产品：数据（Data）！按照任务（要求）的不同，分析化学可分为定性分析和定量分析。定性分析的任务是确定样品由哪些组分（元素、离子或化合物）组成的。定量分析的任务是测定物质中各组分的含量，或确定物质中各组分的量的关系。1.1.2 化学分析与仪器分析化学分析法：又称为经典分析法，是以化学反应为基础，依据实验测定的重量或体积，利用化学计量关系来确定试样中某成分含量的方法。化学分析法分为重量分析法

8、和滴定分析法。化学分析法的优点：(1)重量法不需要标准物质，只要求沉淀的形式与其化学式一致。对于滴定分析，只要指示剂能够正确指出终点，滴定反应的方程式计量关系成立；（2）分析的准确度高（相对误差0.1%-0.2%)适合于常量组分（被测组分的含量1%)的分析。化学分析法的缺点: (1)灵敏度低，不适于微量组分分析；（2）耗时，不够快速简便。化学分析法的历史贡献1. 建立了一大批适合于不同物质的分析方法和分离技术2. 设计、创制了一大批实验器具3. 为基本化学定律的确定做出了贡献4. 新元素的发现5. 仪器分析法自从1920s以来，在不断吸取其它相关领域的新成就的基础上，建立了发射光谱法、吸收光度

9、法、原子荧光法、极谱法、红外光谱法、NMR、质谱、色谱等一系列仪器分析方法。仪器分析法的优点：(1)灵敏度高，可以进行微量和痕量组分的测定；(2)快速、简便，易于自动化。仪器分析法的缺点：(1)一般准确度1%5%；(2)几乎所有的方法都是比较法，需要标准物质作为参照；(3)设备费用高，一次性投入大。人类有科技就有化学，化学从分析化学开始分析化学的发展简史注：分析化学的发展简史版权归吉林（浙江）大学金钦汉教授！1922年： J.Heyrovsky 发明了极谱仪并于1959年获诺贝尔化学奖1922年： Aston发明了质谱技术可以用来测定同位素而诺贝尔奖1930年： Raman 发现了Raman效

10、应获诺贝尔奖1952年： Bloch 和 Purcell 因发展了核磁共振的精细测量方法而获诺贝 尔物理奖1952年： Martin和Synge因发明了分配色谱法而获诺贝尔化学奖1981年： Bloembergen 和Schawlow因发展了激光光谱学获诺贝尔奖1986年： Binnig 和Rohrer因发明STM而获诺贝尔物理奖1991年： Ernst因对高分辨核磁共振方法的发展而获诺贝尔化学 奖1991年： Neher和 Sakmann于1991年因应用膜片钳技术研究离子通道 获得诺贝尔生理和医药奖1992年： 因发展电子传递理论而获诺贝尔化学奖1993年：Kary Mullis 因发明P

11、CR技术而获得诺贝尔化学奖2002年：John Fenn, Koichi Tanaka和Kurt Wuthrich因在生物质谱和 NMR方面的贡献而获诺贝尔化学奖定性分析 - 定量分析 - 仪器分析 - 分析科学1.1.3 分析化学的社会责任分析化学不仅给各个科学领域和生产部门提供新的检测方法，直接为国民经济、国防建设及社会生活的众多领域（如医疗卫生、环境保护及食品药品安全）服务，而且影响着社会财富的创造、人类生存（如环境生态）和政策决策（如资源、能源开发）等重大社会问题的解决，其发展是衡量国家科学技术水平的重要标志之一。举例：1 分析化学与工农业生产美国每年测试费用，约500亿美元，每天亿次

12、/分析测试，控制2/3产品。绿色堡垒2 分析化学是科学技术的眼睛人类基因组计划；肿瘤Biomarkers；基于激光、红外和X射线荧光分析的遥感测试仪器可以安装在外太空探测器上，例如，对于火星等的探测。 APXS- alpha proton X-ray spectrometry, which combines the three advanced instrumental techniques of Rutherford backscattering spectroscopy, proton emission spectroscopy, and X-ray fluorescence.3 分析化学

13、是人民健康的技术保障食品安全问题；饮水安全问题；药物安全问题瘦肉精（羧甲叔丁肾上腺素，盐酸克伦特罗）；三鹿奶粉（三聚氰胺）4 分析化学是防伪打假的有力武器水变油5 分析化学是新药研制和应用的强力支撑制药公司阳光产业；有机化学分析化学6 分析化学是打击犯罪、侦破未知的科学7 分析化学是反恐的利器法医，兴奋剂检测生命被炸碎！无辜被埋葬！Analytical ChemistryinformationenergylifeenvironmentmaterialChemistry化学是中心科学之一分析化学是科学技术的眼睛1.2 分析测定过程1.2.1分析目的和要求1.2.2分析方法的选择1.2.3分析测定

14、结果的表示分析过程主要由如下5个环节组成：样品采集样品预处理样品测定数据分析结果报告1.2.1 分析目的和要求要求： 有什么？有多少？ 特定组分分析？ 全分析？ 表面分析？ 结构分析？ 组分与功能？一定要明确要获取什么样的信息！例如分析一杯茶的分析1.2.2 分析方法的选择化学、定量分析、仪器分析等基础知识的综合运用！Tips: 例如组分分析 分析能力（仪器设备和人员）； 样品的性质(无机或有机？稳定或不稳定？ 价态如何？样品量的多少？(3) 分析速度(是否要求快速提供结果？)Tips: 例如组分分析对于常量分析，要求结果的准确度高，多选用重量法或滴定法。例如各种矿石的分析；(2) 对于痕量分

15、析，主要考虑灵敏度能否到达要求，多选用仪器分析法。例如分析半导体中的痕量杂质；(3) 对于有机物或生命物质，问题要复杂的多，常常需要先分离，再运用多种谱学技术和其它的分析技术相结合才能解决其组成和结构问题；(4) 对于复杂样品需使用联用技术，最常用的是将分离能力很强的色谱技术与其它检测技术相结合，例如GC-MS，HPLC-MS, CE-MS, CE-E，HPLC-FTIR等；(5) 特殊样品：航天样品，侦探样品，考古样品取样量的大小收到严格限制，而且难以再次取样，样品非常宝贵，这就要求必须设计合理的分析程序，选择可靠的分析方法；(6) 分析费用。1.2.3 分析测定结果的表示为了进行对比，在符

16、合国家有关规定的前提下，要考虑送样部门的要求，进行科学表达。被测组分含量的表示，首先要确定被测组分的化学形式。可以是以元素形式表示，如C、H、O、Fe等；可以是氧化物形式，如CaO, Fe2O3等；也可以是离子形式或化合物形式，如SO42-, NaCl, C6H8O2(葡萄糖)等。然后再按照确定的形式将测定结果进行换算和表达。比较常用的有：质量分数；体积（百）分数；物质的量浓度（mol L-1）等。质量分数（wB）：B的质量与试样的质量之比。例如，w(NaCl)=15.05%物质的量浓度(cB)：=nB/V例如临床测定血糖（葡萄糖）浓度正常参考值（3.88-5.99 mmol L-1)有效数字

17、！1.3 分析化学分类及特点分析化学根据分析原理、分析对象、分析应用领域、样品用量等，可以有多种分类方法。树立量的概念！以上分类不是很严格，只是大致的分类。它可以使我们对于分析化学有个全面的了解，提供选择分析方法时参考。1.4 标准物质和标准溶液1.4.1 标准物质的产生与发展1.4.2 标准物质的分类、分级与编号1.4.3 标准物质的特性与作用1.4.4 标准物质的制备和定值1.4.5 标准物质的选择1.4.6 标准溶液1.4.1 标准物质的产生与发展标准物质的定义：是一种“已确定其一种或几种特性，用于校准测量器具，评价测量方法或确定材料特性量值的物质”。是国家标准中的一种形式。国际标准化组

18、织(International Organization for Standardization, ISO)。中国标准物质(reference material, RM)。美国标准参考物质(SRM)。俄罗斯标准样品(CO)。为了判别产品质量，鉴定仪器的可靠程度和评价分析检测方法等，都需要一个共同认可的标准。在20世纪初就已经有标准物质，首先在冶金工业中应用，1990年世界7大国成立了国际标准物质信息库(COMAR)理事会。1998标准物质超过1万种。标准物质的产生、发展，已经成为有力的计量量具，在保证测量数据的可比性和一致性方面发挥了巨大的作用。1.4.2 标准物质的分类、分级与编号按照国家标

19、准物质管理办法的规定，将标准物质分成化学成分标准物质、物理特性与物理化学特性标准物质和工程技术特性标准物质。按照其属性和应用领域分成13大类。标准物质按照其特性的准确度水平分为一级标准物质和二级标准物质，一级准确度最高。韩永志，标准物质手册一级标准物质例如，氯化钠，GBW06103a1.4.3 标准物质的特性与作用标准物质的特征：(1) 材质均匀是标准物质的首要条件；(2) 定值准确、可靠是标准物质最主要的特征；(3) 性能稳定；(4) 标准物质证书（ID card）。标准物质与其它计量标准相比，有如下特点：标准物质所保存或重现的量值仅与物质的 性质有关；(2) 种类多；(3) 实用性强；(4

20、) 重现性好，易重复制备。标准物质的作用1. 工业生产的质量检查和工艺流程控制；2. 商业贸易中的仲裁依据；3. 临床检验和药物鉴定的标准；4. 科学研究数据准确、可靠的保证。奥运会兴奋剂检测了解分析化学方法的发展简史了解分析化学方法的分类，树立量的概念！标准物质课堂小报告上节课的小结1.4.4 标准物质的制备和定值固体标准物质的制备可分为采样、粉碎、混匀和分装等几步。液体和气体的标准物质可用人工模拟天然样品的组成来制备。均匀性最小取样量（标准物质证书）稳定性标准物质的定值可由如下三种方法之一获得: (1)一种已知准确度的标准方法；(2)两种以上独立可靠的方法；(3)一种专门设立的实验室协作网

21、。1.4.5 标准物质的选择如何选择标准物质是使用标准的难点之一。需要考虑的因素：标准物质的物理状态与表面状态、分析方法的基体效应与干扰情况、标准物质的准确度水平以及取样量、进样方式等。为了消除由于标准物质与待测样品主体成分不同对测定带来的影响，应选择与待测物质的组成或特性上尽可能近似的标准物质。例如，不同种类树叶甚至其他植物中微量元素的分析，可考虑选用“桃叶标准物质”。1.4.6 标准溶液标准溶液：是已知其主体成分或其他特性量值的溶液。可分为：滴定分析用标准溶液、杂质测定用标准溶液和pH测量用标准溶液。标准滴定溶液：GB 601-88滴定分析用标 准溶液的制备是我国惟一的标准方法。用 量浓度

22、表示，符号为c(B)，单位是mol. L-1。2. 杂质测定用标准溶液（仪器分析用标准溶液）。3. pH测量用标准溶液。1.5分析化学中的计量单位与符号全世界各国都十分重视计量单位的统一；1984年国务院发布了关于在我国统一实行计量单位的命令；1985年又颁布了中华人民共和国计量法，把国家推行国际单位制提到了执行国家法令和法律的地位。国家技术监督局计量科学院标准物质研究所。1.6 分析测试质量保证1.6.1 引言 1.6.2 分析数据处理（简化）1.6.3 分析测试的质量保证1.6.1 引言R&D研发部门Quality Control质量控制部门制药公司产品的质量是一个公司的生命! 为了确保产

23、品的质量，需要对于各个环节进行质量控制。分析化学发挥重要作用！分析测试质量保证的基本内容是统计学和系统工程与特定的生产或测量实践的结合。通过一系列的质量控制、质量审核和质量评价达到经济、准确、可信的预期目标，达到提高工作效率、降低消耗的目的。质量控制工作不仅是一项具体的技术工作，而且也是一项实验室管理工作，如科学的实验室管理制度、正确的操作规程以及分析工作者的技术考核等。分析测试的质量控制可分为取样的质量保证和分析测试系统的质量保证两个方面。ISO是世界上最大的国际标准化组织。它成立于1947年2月23日，它的前身是1928年成立的“国际标准化协会国际联合会”（简称ISA）。IEC即“国际电工

24、委员会”，1906年在英国伦敦成立，是世界上最早的国际标准化组织。IEC主要负责电工、电子领域的标准化活动。而ISO负责除电工、电子领域之外的所有其他领域的标准化活动。其日常办事机构是中央秘书处，设在瑞士的日内瓦。ISO与ISO9000但是，“ISO9000”不是指一个标准，而是一族标准的统称。根据ISO9000-1：1994的定义：“ISO9000族是由ISO/TC176制定的所有国际标准。”什么叫TC176呢？TC176即ISO中第176个技术委员会，它成立于1980年，全称是“品质保证技术委员会”，1987年又更名为“品质管理和品质保证技术委员会”。TC176专门负责制定品质管理和品质保证技术的标准。与分析测试相关的是ISO/IEC Guide 17025:1999分析过程主要由如下5个环节组成：样品采集样品预处理样品测定数据分析结果报告通常分析测试是一个复杂的过程，即使采用最可靠的分析方法，使用