化学分析与仪器分析方法

化学分析和仪器分析方法

2023/2/41analyticalchemistry什么是化学化学（chemistry）是一门在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化、制备和应用的自然科学。

2023/2/42analyticalchemistry化学的学科分类无机化学：研究元素、单质和无机化合物的来源、制备、结构、性质、变化和应用的一门化学分支。有机化学：有机化学是研究有机化合物的来源、制备、结构、性质、应用以及有关理论的科学。物理化学：物理化学是以物理的原理和实验技术为基础，研究化学体系的性质和行为，发现并建立化学体系中特殊规律的学科。分析化学：研究物质化学组成、含量、结构的分析方法及有关理论的一门学科.2023/2/43analyticalchemistry分析化学发展简史分析化学历史悠久无机定性分析曾一度是化学科学的前沿公元一世纪橡子提取物检验铁十七世纪Boyle将石蕊作酸碱指示剂

1751年Margraf硫氰酸盐检验Fe(III)2023/2/44analyticalchemistry发展阶段:一、20世纪起初的20-30年间分析化学发展成为一门独立的学科物理化学的溶液理论发展，推动化学分析快速发展。沉淀的形成和共沉淀；指示剂变色原理；滴定曲线和终点误差二、20世纪40年代，仪器分析的发展分析化学与物理学及电子学结合的时代。原子能和半导体技术兴起，如要求超纯材料，99.99999％，砷化镓，要测定其杂质，化学分析法无法解决，促进了仪器分析和各种分离方法的发展。三、20世纪70年代以来,分析化学发展到分析科学阶段现代分析化学把化学与数学、物理学、计算机科学、精密仪器制造、生命科学、材料科学等学科结合起来，成为一门多学科性的综合科学2023/2/45analyticalchemistry分析化学发展趋向高灵敏度――单分子(原子)检测高选择性――复杂体系(如生命体系、中药)原位、活体、实时、无损分析自动化、智能化、微型化、图像化高通量、高分析速度2023/2/46analyticalchemistry分析化学的任务定性分析定量分析分析化学任务---鉴定物质由哪些元素或离子组成；确定有机物官能团及分子结构---测定物质各组成部分的含量2023/2/47analyticalchemistry分析化学的作用提供信息：新物质鉴定、遗传密码、物质结构、药物、引进产品“消化”和吸收、犯罪现场调查质量检验：食品质量与安全检测、“三废”处理、产品质量与安全检测在尖端科学研究中：超纯物质、原子能材料复合材料特种功能材料2023/2/48analyticalchemistry分析化学的分类按分析对象分类无机分析（无机化合物）有机分析（有机化合物）分析对象---鉴定试样由哪些元素、离子、原子团或化合物组成；各组分含量是多少---元素分析；官能团分析和结构分析2023/2/49analyticalchemistry按测定原理或分析方法分类化学分析仪器分析测定原理---以物质的化学反应为基础；滴定分析法和重量分析法---以物质的物理和物理化学性质为基础；物理和物理化学分析方法；光学分析法、电化学分析法、色谱分析法、质谱分析法、放射化学分析法2023/2/410analyticalchemistry分析化学化学分析仪器分析酸碱滴定配位滴定氧化还原滴定沉淀滴定电化学分析光化学分析色谱分析波谱分析重量分析滴定分析电导、电位、电解、库仑极谱、伏安发射、吸收，荧光、光度气相、液相、离子、超临界、薄层、毛细管电泳红外、核磁、质谱2023/2/411analyticalchemistry化学分析与仪器分析方法比较项目化学分析法（经典分析法）仪器分析法（现代分析法）物质性质化学性质物理、物理化学性质测量参数体积、重量吸光度、电位、发射强度等等误差0.1%~0.2%1%~2%或更高组分含量1%~100%

<1%~单分子、单原子理论基础化学、物理化学化学、物理、数学、电子学、生物、等等解决问题定性、定量定性、定量、结构、形态、能态、动力学等全面的信息2023/2/412analyticalchemistry仪器分析的特点优点是六个字：高、快、好、少、自、广高灵敏度高(可测痕量物质) 相对灵敏度(相对含量)10-10% 绝对灵敏度(物质的质量)10-12g 快分析速度快.几秒钟可完成一次分析好选择性好.可不经分离而直接测定少试样用量少.μL、μg级自自动化程度高.可以进行在线分析广应用广泛.涉及各个领域不足是：仪器昂贵、难以维护、需要专门人才.相对误差大，准确度不高。2023/2/413analyticalchemistry化学分析的特点化学分析一般可用于常量和高含量成分分析，准确度较高，误差小于千分之几。不需要昂贵的仪器。是一种绝对方法。有些方法操作繁琐，耗时较长.不能测定微量或痕量组分。2023/2/414analyticalchemistry定量的方式比较化学分析法——绝对定量（根据样品的量、反应产物的量或所消耗试剂的量及反应的化学计量关系，通过计算得待测组分的量。）仪器分析法——相对定量（标准工作曲线）2023/2/415analyticalchemistry我们生产中计划进行的部分检测氧化铁中主含量，氧化亚铁，二氧化硅，干燥失重，铝，锰，钙，钾，钠磷酸二氢锂主含量钾，钠，铅，铁，钙，氯离子，硫酸根离子炭黑吸碘值,DBP吸收值，加热减量磷酸亚铁锂碳复合材料铁，锂，磷，碳电化学检测，粒度，振实密度等2023/2/416analyticalchemistry滴定分析法将一种标准溶液滴加到待测物质的溶液中，直到与待测物质按化学计量关系定量反应为止，然后根据标准溶液的浓度和所消耗的体积，计算待测物质含量的方法。简便、快速；适于常量分析；准确度高；应用广泛酸碱滴定法：质子转移络合滴定法：生成络合物氧化还原滴定法：电子转移沉淀滴定法：生成沉淀能用于滴定分析的化学反应必须具备哪些条件？1反应必须定量完成，即反应按一定的反应式进行，无副反应发生。2反应速度要快。3能用比较简便的方法确定滴定终点。2023/2/417analyticalchemistry标准溶液与基准物质标准溶液：浓度准确已知的溶液基准物质：能用于直接配制或标定标准溶液的物质。要求a.试剂的组成与化学式相符b.具有较大的摩尔质量c.纯度高，性质稳定标准溶液待测溶液2023/2/418analyticalchemistry标准溶液的配制方法直接配制法：基准物质称量溶解定量转移至容量瓶稀释至刻度根据称量的质量和体积计算标准溶液的准确浓度。间接配制法1.配制溶液：粗称或量取一定量物质，溶于一定体积（用量筒量取）的溶剂中，配制成近似所需浓度的溶液。2.标定：用基准物或另一种已知浓度的标准溶液来测定其准确浓度。确定浓度的操作称为标定。2023/2/419analyticalchemistry2023/2/420analyticalchemistry基础物质的选择例1.硼砂

Na2B4O7·10H2OM=381.4g·

mol-1

无水碳酸钠

Na2CO3

M=106.0g·

mol-1酸碱滴定中，标准溶液浓度通常为0.1mol·L-1，根据滴定剂消耗体积在20～30mL之间，可计算出称取试样量的范围。标定HCl时，选用哪一种基准物更合适？mNa2CO3=(1/2)×0.1×(20～30)×10-3×106.0=0.11～0.16gmNa2B4O7·10H2O=(1/2)×0.1×(20～30)×10-3×381.4=0.38～0.57g所以，选用硼砂Na2B4O7·10H2O作基准物更合适，可减小称量的相对误差。2023/2/421analyticalchemistry滴定剂B与被测物A之间的反应式为：

aA+bB=cC+dD

当滴定到化学计量点时，a摩尔被测物A与

b摩尔滴定剂B作用完全则：nA：nB=a：b2023/2/422analyticalchemistry磷酸亚铁锂碳复合材料中磷的测定在硝酸介质中，磷与钼酸铵生成磷钼酸铵黄色沉淀，过滤后用氢氧化钠标准溶液溶解，以酚酞为指示剂，用硝酸标准溶液滴过量的氢氧化钠。

H3PO4+12(NH4)2MoO4+21HNO3→(NH4)3PO4•12MoO3↓+21NH4NO3+12H2O

2(NH4)3PO4•12MoO3+46NaOH→2(NH4)2HPO4+(NH4)2MoO4+23NaMoO4+22H2O

NaOH+HNO3→NaNO3+H2O

2023/2/423analyticalchemistry首先标定NaOH溶液浓度m——苯二甲酸氢钾的质量，g；

C（NaOH）——氢氧化钠标准溶液的浓度，mol/L；

f——与1.00ml氢氧化钠标准溶液相当的以克表示的磷的质量；

204.2——苯二甲酸氢钾的摩尔质量，M(KHC8H4O4),g/mol；

V1——滴定苯二甲氢钾所用的氢氧化钠的体积，ml；

1.347——磷的摩尔质量，M(1/23P)，g/mol。2023/2/424analyticalchemistry计算V2——加入氢氧化钠标准溶液总体积，ml；

V3——滴定过量氢氧化钠标准溶液消耗硝酸标准溶液的体积，ml;

m0——称取试样量，g;

K——硝酸标准溶液换算成氢氧化钠标准溶液体积的系数。K值的确定：

吸取25ml硝酸溶液，加入50ml煮沸并冷却的水，加入2至3滴酚酞指示剂，用氢氧化钠溶液滴定至粉红色，即为终点。K=滴定消耗氢氧化钠标准溶液体积除以吸取硝酸标准溶液体积

2023/2/425analyticalchemistry原子吸收分光光度计美国瓦里安2023/2/426analyticalchemistry原子吸收光谱分析简介

原子吸收光谱分析是基于试样蒸气相中被测元素的基态原子对由光源发出的该原子的特征性窄频辐射产生共振吸收，其吸光度在一定范围内与蒸气相中被测元素的基态原子浓度成正比，以此测定试样中该元素含量的一种仪器分析方法。

基态原子吸收其共振辐射，外层电子由基态跃迁至激发态而产生原子吸收光谱。原子吸收光谱位于光谱的紫外区和可见区2023/2/427analyticalchemistry特点（1）灵敏度高火焰原子吸收分光光度法测定大多数金属元素的相对灵敏度为1.0×10-8～1.0×10-10g·mL-1,非火焰原子吸收分光光度法的绝对灵敏度为1.0×10-12～1.0×10-14g。这是由于原子吸收分光光度法测定的是占原子总数99％以上的基态原子，而原子发射光谱测定的是占原子总数不到1％的激发态原子，所以前者的灵敏度和准确度比后者高的多。（2）精密度好由于温度的变化对测定影响较小，该法具有良好的稳定性和重现性，精密度好。一般仪器的相对标准偏差为1％～2％，性能好的仪器可达0.1％～0.5%.2023/2/428analyticalchemistry3）选择性好，方法简便由光源发出特征性入射光很简单，且基态原子是窄频吸收，元素之间的干扰较小，可不经分离在同一溶液中直接测定多种元素，操作简便。（4）准确度高，分析速度快测定微、痕量元素的相对误差可达0.1％～0.5％，分析一个元素只需数十秒至数分钟。（5）应用广泛可直接测定岩矿、土壤、大气飘尘、水、植物、食品、生物组织等试样中70多种微量金属元素，还能用间接法测度硫、氮、卤素等非金属元素及其化合物。该法已广泛应用于环境保护、化工、生物技术、食品科学、食品质量与安全、地质、国防、卫生检测和农林科学等各部门。2023/2/429analyticalchemistry基本构造2023/2/430analyticalchemistry提供待测元素的特征光谱。获得较高的灵敏度和准确度。光源应满足如下要求；（1）能发射待测元素的共振线；（2）能发射锐线；（3）辐射光强度大，稳定性好阴极：被测元素材料制成的空心阴极。阳极：钛、锆或其它材料制成的。惰性气体：载带电流，使阴极产生溅射及激发原子发射特征的锐线光谱；2023/2/431analyticalchemistry施加适当电压时，电子将从空心阴极内壁流向阳极;

与充入的惰性气体碰撞而使之电离，产生正电荷，其在电场作用下，向阴极内壁猛烈轰击;

使阴极表面的金属原子溅射出来，溅射出来的金属原子再与电子、惰性气体原子及离子发生撞碰而被激发，于是阴极内辉光中便出现了阴极物质和内充惰性气体的光谱。用不同待测元素作阴极材料，可制成相应空心阴极灯。空心阴极灯的辐射强度与灯的工作电流有关。（1）辐射光强度大，稳定，谱线窄，灯容易更换。（2）每测一种元素需更换相应的灯。2023/2/432analyticalchemistry2原子化器原子化器的功能是提供能量，使试样干燥、蒸发和原子化。使各种试样解离出在原子吸收中起作用的基态原子，并使其进入光源的辐射光程。有两种：一种是火焰原子化法，是最早使用的原子化方法，至今仍广泛地应用；另一种是非火焰原子化法，其中应用最广的是石墨炉电热原子化法。2023/2/433analyticalchemistry喷雾器作用：将试样溶液雾化，供给细小雾滴。雾化室作用：使气溶胶雾粒更小，更均匀并与燃气，助燃气混合均匀后进入燃烧器燃烧器作用：产生火焰，使进入火焰的试样气溶胶蒸发和原子化2023/2/434analyticalchemistry电源---电压约10~15v，大电流可达400~600A。石墨管---长约28mm，内径约8mm，管中央有一进样孔。Ar保护石墨管不被氧化，烧蚀。管内Ar气两端流向管中心，由中心小孔流出，它可除去测定过程中产生基体蒸汽。同时保护已经原子化的原子不被氧化2023/2/435analyticalchemistry干燥：温度一般稍高于溶剂沸点，目的主要去除溶剂，以免溶剂存在导致灰化、原子化过程飞溅。灰化：尽可能除掉易挥发的基体和有机物，以免原子化时产生烟雾，干燥灰化20~60s。原子化：试样中欲测元素化合物在一定温度下分解为气态自由原子。停止通保护气体。时间3~10s温度1800~3000℃净化：一个样品测定结束后，用温度稍高于原子化阶段温度，以除去样品中的残渣，净化石墨炉。2023/2/436analyticalchemistry两种原子化的比较火焰原子化操作简单，火焰温度适宜，火焰稳定，重现性好，精度高，应用范围广，但原子化效率低，进样常只能用液体。石墨炉原子化绝对灵敏度高，原子化效率高，绝对检出限低，取样少，液固均可进样，但基体效应，化学干扰多背景较强，重现性少于火焰法。2023/2/437analyticalchemistry

分光器1.作用将待测元素的共振线与邻近线分开。

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