分析化学-概论

1第1章概论1.1分析化学的定义、任务作用1.6滴定分析法概述

1.2分析方法的分类与选择1.3分析化学发展简史与发展趋势1.4分析化学参考文献1.5分析化学过程及分析结果的表示1.7基准物质和标准溶液1.8滴定分析中的计算23

徐光宪院士指出：“化学的定位是与时俱进的。19世纪恩格斯把化学定位为研究原子的科学；20世纪化学被定位为研究分子的科学；21世纪美国C.A.RegNo.登录的分子数已近1亿，其中合成的化合物占三分之一，识别的生物分子占三分之二。所以，21世纪化学的核心任务已经演变成广义的分子合成化学和广义的分析化学包括分子的识别和序列测定、结构分析、形貌分析、粒度分析和物质成像等。”1.1分析化学的定义、任务和作用41.1分析化学的定义、任务和作用(一)什么是分析化学?1、定义分析化学是研究物质化学组成和结构的分析方法及有关理论的一门科学；分析化学是研究物质化学组成的表征与测量的科学；5欧洲化学会(FECS：FederationofEuropeanChemicalSocieties)分析化学是发展和应用各种理论、方法、仪器和策略，以获取有关物质在相对时空内的组成和性质的信息的一门科学。AnalyticalChemistryisascientificdisciplinethatdevelopsandappliesmethods,instrumentsandstrategiestoobtaininformationonthecompositionandnatureofmatterinspaceandtime.6成分分析结构分析定性分析定量分析2、主要任务（1）确定物质的化学组成 （定性分析）（2）确定各组分的含量 （定量分析）（3）表征物质的化学结构 （结构分析）3、内容7（二）分析化学的作用1、科学研究：宇宙科学，生命科学8登陆火星的海盗者1号（美国）VikingLander1toMars于1975年8月20日发射升空，1976年6月19日进入火星（距地球3.5亿公里）的轨道，7月20日在火星着陆。9海盗者1号说明10“勇气”号火星探测器（美国）2003年6月10日发射，2004年1月4日登陆火星。11中国首个火星探测器“萤火一号”于2011年11月9日搭乘俄罗斯运载火箭前往火星，行程3.56亿公里，历时11个月12嫦娥一号于2007年10月24日18时05分在西昌卫星发射中心升空，在累计飞行近494天后，于北京时间2007年3月1日16点13分10秒成功落在月球的丰富海区域。13Adenine(A)Guanine(G)

腺嘌呤鸟嘌呤BaseSuger-phosphoatebackboog

Cytosine(C)Thymine(T)Uracil(U)

胞嘧啶胸腺嘧啶尿嘧啶DNA测序是现代分析化学中的一项重要任务DNA双螺旋结构与碱基结构示意图14

人类基因组计划(humangenomeproject,HGP)是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动的。美国、英国、法兰西共和国、德意志联邦共和国、日本和我国科学家共同参与了这一价值达30亿美元的人类基因组计划。这一计划旨在为30多亿个碱基对构成的人类基因组精确测序，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。与曼哈顿原子弹计划和阿波罗计划并称为三大科学计划。15

我国于1993年加入该计划，承担其中1%的任务，即人类3号染色体短臂上约30Mb的测序任务。2000年6月28日人类基因组工作草图完成。由于人类基因测序和基因专利可能会带来巨大的商业价值，各国政府和一些企业都在积极地投入该项研究，如1997年AMGE公司转让了一个与中枢神经疾病有关的基因而获利3.92亿美元。162008年，日本科学家下村修、美国科学家马丁·沙尔菲和美籍华裔科学家钱永健。这三位科学家因在发现和研究绿色荧光蛋白方面作出贡献而获奖。17万卡特拉曼-莱马克里斯南(VenkatramanRamakrishnan，英)、托马斯-施泰茨(ThomasSteitz，美)和阿达-尤纳斯(AdaYonath，以色列)因对“核糖体结构和功能的研究”做出突出贡献而获得2009年诺贝尔化学奖。18资源开发；生产过程控制；产品质量检测；新产品开发；“三废”处理等。分析化学是工业生产中的“眼睛”土壤成份监测；化肥、农药使用；微量元素对农作物的生长调节等。（二）分析化学的作用2、工农业生产：工业生产：农业生产：193、环境保护:污染物监测；环境质量评价；环境污染治理。4、国防:高纯材料、高能材料、高强度材料5、生命科学:生命本质探求、生命重要物质、记忆本质6、医药卫生:疾病诊断、药品检验、药品作用过程7、日常生活:衣、食、住、行公安:案件侦破（法医）20快速三聚氰胺检测方法检出限达1

g/Kg利用三维多孔结构的氧化锆中空纤维，对乳制品中三聚氰胺（化学式：C3H6N6）进行同步富集与萃取，再联合气相色谱-质谱联用法快速测定乳制品中三聚氰胺含量。它的最低检出限达到每毫升0.001微克。河北三鹿奶粉系列案21AnalyticalChemistry

PhysicsAstrophysicsAstronomyBiophysics分析化学与化学的其他分支及其他科学的关系引自美DouglasA.Skoog等著AnalyticalChemistry,2000,7thed.

ChemistryBiochemistryInor.Chem.OrganicChem.PhysicalChem.BiologyBotanyGeneticsMolecularBiologyMicrobiologyZoologyGeologyGeophysicsGeochemistryPaleontologyPaleobiologyEnvironmentalSciencesEcologyMeteorologyOceanographyAgricultureAgronomyAnimalScienceCropScienceFoodScienceHorticultureSoilScience

SocialSciences

ArcheologyAnthropologyForensicsMaterialsScienceMetallurgyPolymersSolidStateMedicine

Clin.Chem.MedicinalChem.PharmacyToxicologyEngineering

CivilChemicalElectricalMechanical22IUPAC’91大会主席、日本东京大学NiKi教授在大会报告上指出：Whetherthecoming21stcenturywillbebrightordarkdependslargelyontheadvancesofscienceandtechnologyinthevariousinformation,energy,resource,environmentandhealthfields.

The

analyticalscienceswillbekeyfactors

forsolvingproblemsinthesefields.23(三)学习分析化学达到的目的了解分析化学的基本知识体系；掌握常见的化学分析方法的原理、特点及应用;掌握常用的仪器分析方法的原理、特点及应用；获取分析问题和解决问题的能力；培养严肃认真、实事求是的科学态度和工作作风。241、掌握方法、多记多练，学好理论知识；2、重视实验、耐心细致，培养实验技能。（四）怎样学好分析化学1.2.1根据分析的目的、任务25结构分析（StructureAnalysis）研究物质的分子结构、晶体结构等定性分析（QualitativeAnalysis）定量分析（QuantitativeAnalysis）鉴定物质由哪些元素、原子团或化合物所组成测定物质中有关成分的含量1.2分析方法的分类与选择无机分析（InorganicAnalysis）:26有机分析（OrganicAnalysis）对象:无机物（定性分析、定量分析）对象:有机物（结构分析）1.2.2根据分析对象的化学属性271.2.3根据分析所用的物质的性质化学分析（ChemicalAnalysis）仪器分析（InstrumentalAnalysis）以物质的化学反应为基础，又称经典分析法以物质的物理和物理化学性质为基础光学分析法电化学分析法热分析法色谱法

28第十三届全国普通高校分析化学教学研讨会(2008.7)浙江大学:陈恒武29方法(Method)所取试样质量/mg所取试液体积/mL常量分析(MesoAnalysis)100-100010-100半微量分析(Semi-microAnalysis)10-1001-10微量分析(MicroAnalysis)0.1-100.01-1超微量分析(Ultramicroanalysis)<0.1<0.011.2.4按分析时所取试样量多少表1.1各种分析方法的试样用量301.2.5依据分析组分在样品中的相对含量常量组分分析(MacroComponentAnalysis):>1%微量组分分析(MicroComponentAnalysis):0.01-1%痕量组分分析(TraceComponentAnalysis):<0.01%311.2.6根据具体的分析要求例行分析（常规分析）：(routineanalysis;routineanalysis)仲裁分析（裁判分析）：(refereeanalysis,arbitrationanalysis)

指不同单位对某一产品的分析结果有争论时，要求某单位用指定的方法进行准确的分析，以裁判原分析结果的准确性。一般化验室日常生产中的分析321.2.7分析方法的选择应考虑以下几个方面：a.测定的具体要求，待测组分及其含量范围，欲测组分的性质；b.获取共存组分的信息并考虑共存组分对测定的影响，拟定合适的分离富集方法，以提高分析方法的选择性；c.对测定准确度、灵敏度的要求与对策；d.现有条件、测定成本及完成测定的时间要求等。331.3分析化学发展简史1.对分析化学的发展要求不仅元素及成份分析，而且价态、状态、结构甚至能态分析；不仅常量、微量组分分析，而且痕量、超痕量组分分析，甚至单细胞、单分子水平上的分析检测；不仅样品平均含量分析，而且组分含量的分布分析；34不仅静态分析，而且动态分析、快速分析、瞬间分析；不仅实验室、化验室例行分析，而且现场实时分析、在线分析，甚至遥测；不仅破坏样品分析，而且做不损坏样品的无损分析，活体检测。35

分析化学学科的发展经历了三次巨大的变革：第一次在20世纪初借助于物理化学溶液平衡理论的发展，建立了分析化学理论体系，使分析从一门技术发展为一门独立的科学。即经典的化学分析（ChemicalAnalysis）。

重量法、滴定法，目前很多实验室仍在使用，但已逐渐减少第二次在20世纪40年代以后，由于物理学和电子学的发展，促进了分析化学中物理方法的发展，各种仪器分析方法相继建立，改变了以经典的化学分析为主的局面。即仪器分析(InstrumentalAnalysis

)。

2、分析化学的发展过程36

分析化学学科的发展经历了三次巨大的变革：第三次变革：在20世纪70年代以来，计算机的普及使用，使现代分析化学的使命已由单纯提供分析数据，发展到以最优方式最大限度地提供更全面的信息和知识，以解决生命、环境、航天、能源、材料等学科向分析化学提出的许多新的、复杂的任务。从这个角度讲分析化学是一门信息科学(InformationScience

)。2、分析化学的发展过程373、分析化学的发展规律

工农业生产的发展，新兴科学技术的发展，为分析化学提出了一系列难题，促进了分析化学的发展也促进了相关学科的发展；另一方面新兴科学技术的发展也为分析化学的发展提供了理论基础和技术条件，使分析化学的发展有了可能。基本规律：学科之间的相互渗透、相互促进384、分析化学的发展方向

50年代仪器化，60年代电子化，70年代计算机化，80年代智能化，90年代信息化，而21世纪必将是仿生化和进一步信息智能化39分析化学发展趋势生物分析环境分析过程分析表面分析大分子表征化学图象无损分析单细胞分析单分子单聚集体分析新原理新技术新仪器微型化自动化化学计量学在线分析原位分析实时分析活体分析接口分离技术仪器和计算机联用技术教育传感器固定化定性其它科技领域5、分析化学主要趋向21世纪的分析化学，汪尔康主编，科学出版社，199940FunctionApplicationNanoscaleplatformEnvironmentprotectionTherapyDiagnosisSeparationDetectionTrackingNano-reactorVectorEnrichingCaptureLabelingSensingNano-channelsQuantumdotSilicaNPPolymericNPMetalNPNanobiotechnologyReasearchPlanBiomoleculesIonDrugsCellsBodyPathogenObject41OutlineofChemo/BiosensingWehave…ApplicationsPlatformsBiochipsSPRNanotubeMolecularbeaconNucleicacidprobeMolecularwireNanoparticlesQuantumdotssensitivematerialsSAM/BLM......BiomoleculeInteractionSeparationGeneexpressionVirusgenotypingIon-switchSensitivedetectionNano-reactorsCellengineeringDiseasediagnosisDrugscreeningPersonalmedicaltreatment42DNA

探针分子探针平台就像——

量子点探针Aptamer探针PNA探针OK!遗传病诊断病毒分子诊断基因表达定量检测活体细胞成像生物分子相互作用肿瘤靶向性治疗传染病肿瘤遗传病

平台

功能

对象肿瘤早期诊断肿瘤和蛋白质基因活体示踪核酸和蛋白质体外检测Taqman探针etc.43核壳型生物纳米颗粒的结构

4445纳米级光学生物传感器

46分子信标DNA探针

47A

BC

D

E

F

G

活体细胞内mRNA与分子信标的杂交可被实时监测A：光学照片B-G：细胞杂交双链DNA荧光显像，3-15分钟

48我国分析化学学科发展战略

鼓励面向生命科学、环境化学、新材料科学问题中的分析科学的基础性研究，将数学和统计学、物理学、生物学、计算机科学、微电子学、信息科学、系统科学等学科的新概念、新成就引入分析化学，加强学科交叉研究，创造出一批具有新思想能解决实际问题的新的理论、方法和技术。

491.4分析化学参考文献1.4.1丛书、大全和手册1.4.2参考书501.4.3杂志（部分期刊附有网站）[1]分析化学，中国化学会主办．1973年创刊.(/fxhx)[2]分析试验室,中国有色金属学会等主办.1982年创刊.[3]分析科学学报,武汉大学、北京大学、南京大学联合主办.1982年创刊.[4]TheAnalyst(英).1877年创刊.(/is/journals/current/analyst/anlpub.htm)[5]AnalyticalChemistry(美).1929年创刊.(/journals/ancham)[6]AnalyticalLetter(美).1967年创刊.511.4.4因特网上化学信息简介国内:搜狐Sohu/

新浪Sina/

国外:/(英文版)./(中文版)./(中文版)52

1.5

分析化学过程及分析结果的表示1.5.1分析化学过程1.

分析试样的采集（采样）处理与分解4.分析结果的计算与评价2.

分析化学中常见的分离与富集方法沉淀分离法、萃取分离法、离子交换分离法和色谱分离法等。3.分析测定试样的采取与制备必须保证所得试样具有代表性。531、被测组分的化学表示形式;1.5.2分析结果的表示A.以被测组分的实际存在形式表示；B.以氧化物或元素形式表示；C.工业分析中，用所需组分表示；D.电解质溶液分析中，以离子形式表示。

g·g-1: 1克样品中含被测组分的微克数； (10-6)ng·g-1: 1克样品中含被测组分的纳克数； (10-9)pg·g-1: 1克样品中含被测组分的皮克数； (10-12)fg·g-1: 1克样品中含被测组分的飞克数； (10-15)54质量分数：

ωB=mB/mS

式中

mB:待测组分B的质量；

mS：试样质量质量百分数：ωB×100%高含量：2、待测组分含量的表示方法A固体试样低含量：55B液体样品物质的量浓度：待测组分物质的量除以试液体积质量摩尔浓度：待测组分物质的量除以溶剂质量质量分数：体积分数：待测组分的质量除以试液质量待测组分的体积除以试液体积摩尔分数：待测组分的物质的量除以试液各组分物质的量之和质量浓度：单位体积中被测组分的质量（mgL-1;

g·L–1;

g·mL–1;ng·mL–1;pg·mL–1)C气体样品体积分数：待测组分的体积除以试样体积。561.6滴定分析法概述

1.6.1滴定分析法的基本概念1、滴定分析法:(titrimetry)将一种已知准确浓度的溶液（标准溶液）滴加到被测物质的溶液中（或反过来进行），直到两者按化学计量关系定量反应为止，然后根据所用标准溶液的浓度和体积，计算被测组分的含量。tT+bB=cC+dD2、标准溶液:(standardsolution)用来与被测组分反应的、已知准确浓度的溶液。57

将滴定剂（标准溶液或被测物质溶液）通过滴定管加到被测物质溶液或标准溶液中去的过程。滴定中所加指示剂发生颜色转变点。

滴入的标准溶液与被测物质溶液两者按化学反应式定量反应。3、滴定：4、化学计量点（sp:Stoichiometricpoint

）：5、滴定终点（ep:Endpoint

）：6、滴定误差（终点误差）（Endpointerror;titrationerror）：

滴定终点与化学计量点不完全一致所造成的分析误差。581.6.2

滴定分析对化学反应的要求和滴定方式滴定剂与被测物质之间必须按一定计量关系进行反应：有简单可靠的方法确定终点(指示剂)。反应速度要快(必要时可加热、催化剂);

反应必须定量进行(完成率在99.9%以上);tT+bB=cC+dD1.滴定分析对化学反应的要求592.滴定分析方式(1)直接滴定法（directtitration）：A.方法：B.适用范围：将被测物质试样制备成分析试液后，直接用校准溶液进行滴定；被测物与滴定剂之间的反应完全符合滴定反应要求。60(2)返滴定法（回滴定法、剩余量滴定法）：

(backtitration)A.方法：被测试样溶解