分析化学-第一章

分析化学

AnalyticalChemistry

主讲：陈效兰Tel:130551553191教材武汉大学中国科技大学编中山大学吉林大学武汉大学主编第五版高等教育出版社2内容与要求课时：48课时（周4课时）

要求：课前预习，做好课堂笔记，独立完成作业

成绩：平时20%（出勤、态度、纪律、作业等）考试80%3

第1章

分析化学概论4Pollution5ChemicalAssault

6松花江水污染事件松花江流域图2005年11月24日从空中拍摄的覆盖着冰的松花江哈尔滨段7污染元凶：硝基苯（nitrobenzene）淡黄色的油状液体，有像杏仁油的特殊气味。熔点5.7℃，沸点210.8℃，相对密度1.2037（20／4℃）。微溶于水，溶于乙醇、乙醚、苯等。主要用于制取苯胺、联苯胺、偶氮苯等。硝基苯毒性较强，吸入大量蒸气或皮肤大量沾染，可引起急性中毒，使血红蛋白氧化或络合，血液变成深棕褐色，并引起头痛、恶心、呕吐等。8

EverydayApplicationsofChemistry9纳米科技Nanometer

crystal

Agermaniumcrystalonlyonenanometer(nm)wideisseeninthiscomputergeneratedTheTiniestWiresAnimagefromascanningtunnelingmicroscope(STM)revealsmetallicwiresonlyeighttotenatomswide101.1

分析化学的任务与作用分析化学

—

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信息科学。欧洲化学会(FederationofEuropeanChemicalSocieties)AnalyticalChemistry

isascientificdisciplinethatdevelopsandappliesmethods,instrumentsandstrategiestoobtaininformationonthecompositionandnatureofmatterinspaceandtime.AnalyticalChemistry——InformationScience111.1

分析化学的任务与作用任务

—鉴定物质的化学成分:

定性分析—

测定各组分的含量

:

定量分析—表征物质的化学结构、构象、形态、能态：

结构分析、构象分析、形态分析、能态分析—表征物质组成、含量、结构、形态、能态的动力学特征：

动态分析12

作用在工农业生产、科学技术、国防建设等方面起着重要作用。现代分析化学正在把化学与数学、物理学、计算机科学、生物学、精密仪器制造科学等学科结合起来。1.1

分析化学的任务与作用科学技术的眼睛,是进行科学研究的基础。13分析化学的分类—

根据任务分类：

定性分析Qualitativeanalysis

定量分析Quantitativeanalysis

结构分析Structureanalysis

形态分析Speicesanalysis

能态分析Energy-stateanalysis

等等……1.2

分析化学的分类14—

根据分析对象分类：

无机分析

Inorganicanalysis

有机分析

Organicanalysis

生化分析

Biochemicalanalysis

等等……1.2

分析化学的分类15—

根据应用领域分类：

药物分析

Pharmacologicalanalysis

水质分析

Wateranalysis

食品分析

Foodanalysis

工业分析

Industrialanalysis

刑侦分析

Forensicanalysis

临床分析

Clinicalanalysis

环境分析

Environmentalanalysis

等等……1.2

分析化学的分类16—根据取样量的多少分类：

常量分析

＞0.1＞10半微量分析

0.01-0.11-10微量分析

0.0001-0.010.01-1超微量分析

＜0.0001＜0.01

方法

试样质量（g）

试液体积（mL)1.2

分析化学的分类17—根据任务分类：

例行分析

Routineanalysis

仲裁分析

Refereeanalysis—根据测量原理分类：

化学分析

Chemicalanalysis(常量组分)

重量分析

滴定分析：酸碱、络合、氧化还原、沉淀仪器分析

Instrumentalanalysis(微量组分)

光化学：紫外-可见、红外、荧光、磷光、激光拉曼、核磁共振、原子发射、原子吸收电化学：电位、电导、库仑、安培、极谱色谱法：柱、纸、薄层、GC、HPLC、CE其他：质谱、电子能谱、活化分析、免疫分析181.3

分析化学发展简史与发展趋势Chemie（德文）、Chimie（法文）和Chemistry（英文）Alchemy19•Alchemy•

炼丹术、炼金术可视为分析化学的前驱。火试金法是一种古老且迄今仍在使用的贵金属分析方法。•18世纪分析化学的代表人J.J.Berzelius（贝采利乌斯），他创始了重量分析，也是第一位把原子量测得比较精确的化学家。•19世纪分析化学的杰出人物之一是C.R.Fresenius（费雷泽纽斯），他于1862年创办德文的

《分析化学》杂志。

Anleitungzur

qualitativen

chemischen

Analgse

Anleitungzur

quantitativen

chemischen

Analgse东汉彩虹炼丹炉炼丹术20•容量分析应归功于法国化学家

J.GayLussac（盖-吕萨克）。他使用滴定法

–用硫酸滴定草木灰；

–测定漂白粉中的有效氯；

–用氯化钠滴定硝酸银。•近代微量分析奠基人是奥地利化学家

F.Emich（埃米希），他设计和改进微量化学天平，使其灵敏度达到微量化学分析的要求。•奥地利化学家F.Pregl（普雷格尔）因发明有机物的微量分析法而获1923年诺贝尔化学奖。•酸碱滴定•氧化还原滴定•沉淀滴定21

公元前3世纪，阿基米德在解决金冕的纯度问题时，即利用了金、银密度之差。这是无损伤分析的先驱。

值得记住的几位“分析化学家”只要给我一个支点，我就可以移动地球。Archimedes22

1673年波义耳发表题为《使火与焰稳定并可称重的新实验》的论文，他认为金属在煅烧后增重是因为存在火微粒，金属+火微粒——>金属灰。RobertBoyle

值得记住的几位“分析化学家”

该实验中，波义耳使用了天平，把定量的手段带进了化学研究之中。分析化学这一名称是波义耳在1680年前后提出的！23拉瓦锡在实验分析中遵循“必须用天平进行精确测定来确定真理”的信条！

值得记住的几位“分析化学家”LavoisierFrenchchemistAntoineLavoisierisconsideredthefounderofmodernchemistry.24第一次变革：

20世纪20-30年代——溶液四大平衡理论的建立

分析化学由技术→独立的科学第二次变革：

20世纪40-60年代——物理方法的发展

经典分析化学（化学分析）→现代分析化学（仪器分析为主）第三次变革：

20世纪70年代末至今——计算机的发展与应用现代分析化学能提供组成、结构、含量、分布、形态等全面信息，为当代最富活力的学科之一！同时，它也正在把化学与数学、物理学、计算机科学、生物学、精密仪器制造科学等学科结合起来，发展成为一门多学科性的综合性科学。•酸与碱•氧化剂与还原剂•中心离子与配体•形成沉淀的软阴离子和软阳离子1.3

分析化学发展简史与发展趋势25

2003年4月14日，美、英、日、法、德和中国科学家经过13年努力共同完成了人类基因组序列图。人类基因组计划是美国科学家于1985年提出的，旨在阐明人类基因组30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。该计划最初预计要在15年内完成，之所以能够提前完成，主要是由于毛细管电泳测序仪的发明。过去最先进的凝胶电泳测序仪测定1000个样品约需8个小时，而毛细管电泳测序仪只要15分钟即可完成。

人类基因组计划26分析化学已成为21世纪生命科学和纳米科技发展的关键

基因组计划、蛋白组计划等的实现纳米技术的发展和应用人类在分子水平上认识世界生态环境保护检测和发现污染源早期诊断疾病保证人类健康兴奋剂的检测原子量的准确测定生命过程的控制工农业生产的发展27社会科学、考古学人类学和法医学分析化学化学学科的所有分支物理、天体物理、天文和生物物理工程学、民事、化学、电以及机械医学、临床化学药物化学、药学毒物学生物学、植物学、遗传学、微生物学、分子生物学和动物学地质学、地球物理学、地球化学和古生物学环境科学、生态学和海洋科学农业、动物科学农作物科学、食品科学、园艺学和土壤科学材料科学、冶金学和高分子科学等学科引自美DouglasA.Skoog等著

AnalyticalChemistry2000,7thed.281.4分析化学参考文献—丛书、大全和手册[1]高小霞.分析化学丛书.北京:科学出版社.(全书六卷29册)[2]杭州大学化学系分析化学教研室.分析化学手册.第2版.北京:化学工业出版社,1997.…29[1]R．Kellner等编.李克安,金钦汉等译.分析化学.北京.北京大学出版社，2001.[2]彭崇慧,冯建章,张锡瑜等编.定量分析化学简明教程.北京.北京大学出版社，1997.[3]张锡瑜等编著.化学分析原理，科学出版社，2000.[4]北京大学化学系分析化学教学组.基础分析化学实验(第二版).北京.北京大学出版社,1998.—参考书30—

期刊杂志[1]分析化学,中国化学会主办.1973年创刊.[2]分析测试学报,中国分析测试学会主办.1982年创刊.[3]TheAnalyst(英).1877年创刊.[4]AnalyticalChemistry(美).1929年创刊.…—Internet上的化学信息311.5

定量分析过程及分析结果表示123456数据分析DataAnalysis样品制备SamplePreparation样品采集Sampling

样品测定SampleAnalysis问题提出FormulationQuestion结果报告WritingReports目的－获取分析样品。要求－所取样品具有代表性目的－将样品处理成可直接分析的试液。

要求－待测组分全部转入试液中目的－测定样品中待测组分的含量。

要求－根据实际条件选择合适的分析方法考虑共存离子干扰及排除方法目的－根据要求计算并报出样品中待测组分的相对量要求－所报结果符合误差要求322、待测组分含量的表示方法

1、待测组分的化学表示形式。

表示方法符号适应样品质量体积百分数%(m/v)液体体积百分数%(v/v)液体，气体质量百分数%(m/m)固体，液体

如矿石中的铁，可表示为：Fe、FeO、Fe2O3、Fe3O4等。1.5

定量分析过程及分析结果表示33

当组分含量很低时，还可用mg·L-1、ug·L-1或ppm、ppb等表示。

常用单位及换算关系为：34一、方法与特点：方法：将滴定剂由滴定管逐滴滴加到被测溶液中，直至反应完全，然后根据滴定剂的浓度和用量来计算被测物质含量的方法。特点：优点：方法简单、操作简便、结果准确、分析速度快。缺点：需要标准溶液，不宜测低含量（＜1%）的样品。1.6

滴定分析法概述滴定管滴定剂被滴定溶液35二、常用名词解释：

标准溶液

—已知准确浓度的试剂溶液。

(standardsolution)滴定剂

—从滴定管中滴下的溶液（多指

(titrant)

标准溶液）。

滴定

—将滴定剂由滴定管滴加到被测（titration）

溶液中的过程。36滴定终点

—利用指示剂或其它方法来指示反应

(endpoint)

完全时溶液的状态。用下标ep表示。如pHep,Vep等。滴定误差

—滴定终点与化学计量点不一致所引(titrationerror)

起的误差。用TE或Et表示。化学计量点

—理论计算化学反应正好完全(stoichiometricpoint)

时的溶液状态。用下标SP表示。如pHsp,等。37三、滴定分析的主要方法根据滴定时所进行的化学反应类型不同，滴定分析法可以分为以下4种方法：1、酸碱滴定法－以酸碱中和反应为基础的滴定分析方法。2、络合滴定法－以络合反应为基础的滴定分析方法。可测定具有酸、碱性的各种化合物。可测多种金属离子及其化合物。383、氧化还原滴定法－以氧化还原反应为基础的滴定分析方法。

可测定Ag+,Cl-,Br-,I-,SCN-和CN-离子。4、沉淀滴定法－以沉淀反应为基础的滴定分析方法。

可测定具有还原性或氧化性的物质。39四、滴定分析法对化学反应的要求：反应要完全。即反应能定量进行，完成程度达

99.9%以上。

2.反应要迅速。即反应能在瞬间完成，对于慢反应要有适当方法（加热、催化剂）加快反应的进行。

3.反应要定量。即反应按一定的反应方程式进行,有确定的化学计量关系。

4.有适当可行的方法指示滴定终点。如指示剂等。

40直接滴定－用标准溶液直接滴定被测物质。

凡能满足滴定分析对化学反应的要求的反应，可采用直接滴定。这是滴定分析中最常用的滴定方式。

五、滴定分析中常用的滴定方式：2.返滴定－先在试液中定量加入过量的Ａ标准溶液，待反应完成后，再用另一种B标准溶液滴定剩余的Ａ标准溶液。

返滴定又叫剩余滴定。它适用于某些反应速度慢、有副反应或直接滴定时没有合适指示剂的反应。41先加ＶmLHCl标准溶液:

CaCO3+2HCl(过量）=CaCl2+CO2↑+H2O

再用NaOH标准溶液滴定剩余HCl:

NaOH+HCl（剩余）=NaCl+H2O例如CaCO3的测定：423.置换滴定－先用适当试剂与待测物质（x）反应，使之定量地置换出另一种物质（y），再用标准溶液滴定这种y物质的方法。例如用Na2S2O3

滴定K2Cr2O7：可先在K2Cr2O7的酸性溶液中加入过量KI，使之定量地置换出I2，再用Na2S2O3标准溶液滴定置换出的I2，有关的反应为：

K2Cr2O7+６I-+14H+＝2Cr3++3I2+7H2O2S2O32-+I2=S4O62-+2I-434.间接滴定－先将待测组分x与另一种可用A标准溶液滴定的物质B作用、分离、溶解后,再用A标准溶液滴定之。例如Ca2+的测定：

Ca2+(x)＋C2O42-(B)=CaC2O4↓CaC2O4+H2SO4=CaSO4+H2C2O4

2MnO4-(A)+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O44六、标准溶液浓度的表示：物质的量浓度（Ｃ）—每升溶液中所含某溶质的量。简称浓度，用符号Ｃ表示，其单位为mol·L-1。注意①物质的量浓度过去称为“体积摩尔浓度”或“摩尔浓度”，现已废除。②

表示物质的量浓度时，一般须指明基本单元，因为对于同一物质选择的基本单元不同，其摩尔质量不同，浓度亦不同。45例如：0.1mol·L-1的H2SO4溶液，可表示为：由此可得出它们之间的关系：其通式为：462.滴定度（Ｔ）—每毫升标准溶液相当于被测

物质的质量（克或毫克）。以例如：

每消耗1毫升HCl标准溶液，就有0.004010克NaOH参与了反应。若消耗HCl

的体积为

V，则参与反应的NaOH的质量m为：m=T×V。则表示：

表示。其

中M1是被测物质的分子式，M2是标准溶液中物质的分子式473、C与T的换算关系：设滴定反应为：aA+bB=cC+dD48七、标准溶液的配制与标定

在化学试验或测定中所用到的并具有一定纯度的化学药品叫化学试剂，简称试剂。1、试剂与基准试剂级别1级2级3级生化试剂中文名优级纯

分析纯

化学纯英文标志GR

AR

CP

BR标签颜色绿

红

蓝

咖啡色49作为基准试剂的条件性质稳定

干燥时不分解，称重时不吸潮。

纯度高要求其纯度在99.9%以上。

组成与化学式相符若含结晶水也应相符。反应能定量进行

即反应不能有副反应。

能够直接用来配制标准溶液的试剂叫基准试剂，或叫基准物质。502、标准溶液的配制方法：①直接配制法方法：直接用基准试剂配制并计算出准确浓度。特点：

简单、准确、溶液一经配好就可使用。②间接配制法方法：先配成近似所需浓度，然后标定其准确浓度。标定方法用基准试剂标定。特点是准确、可信。用比较法标定。特点是简单、方便。51常用滴定分析仪器容量瓶吸量管锥形瓶移液管酸式滴定管烧杯量筒容量仪器521、滴定剂与被滴物质之间的计量关系。八、滴定分析中的有关计算设滴定反应为：tT+bB=cC+dD

则滴定剂T的物质的量nT与被滴物质的物质的量nB之