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1、分析化学章节程AnalyticalChemistry化学分析部分 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望教学方式教学方式研究型研究型六要素：六要素：u课程讲授：课程讲授：核心的、最具迁移价值的知识点，深讲；把握学核心的、最具迁移价值的知识点，深讲；把握学科的思维方式和研究方法；双向交流的过程。科的思维方式和研究方法；双向交流的过程。u课程作业：课程作业：多做多练；综合开放的题目；自我提出问题，自多做多练；综合开放的题目；自我提出问题，自我设计综合性、开放性
2、、设计性的题目。我设计综合性、开放性、设计性的题目。u课程讨论课程讨论/课程论文：课程论文：围绕课程知识点广泛阅读，自学研读。围绕课程知识点广泛阅读，自学研读。u课程教材：课程教材：开放性体系，吸取现行教材的精华，补充教学。开放性体系，吸取现行教材的精华，补充教学。u课程考试：课程考试：学习过程评价与教学目标评价相结合。学习过程评价与教学目标评价相结合。u课程教师：课程教师：教学科研结合型教学科研结合型教学目的教学目的 知识、能力、素质综合发展知识、能力、素质综合发展l知识知识掌握分析化学的基本理论掌握分析化学的基本理论l能力能力运用分析化学理论发现、提出、运用分析化学理论发现、提出、解决分析
3、化学问题的能力，获取知识、解决分析化学问题的能力，获取知识、发展与创新知识的能力发展与创新知识的能力l素质素质将获取的知识、能力内化于身将获取的知识、能力内化于身 心，升华为品质与素养心，升华为品质与素养绪论绪论分析化学的任务与作用分析化学的任务与作用分析化学的分类分析化学的分类分析化学的发展分析化学的发展 分析化学的定义分析化学的定义分析化学是分析化学是研究并应用研究并应用确定物质的化确定物质的化学组成、测量各组成的含量、表征学组成、测量各组成的含量、表征物质的化学结构、物质的化学结构、形态、能态并在形态、能态并在时空范畴时空范畴跟踪其变化的各种跟踪其变化的各种分析方分析方法及其相关理论法及
4、其相关理论的一门科学。的一门科学。分析化学的定义（分析化学的定义（FECSFECS对分析化学的定义）对分析化学的定义）对分析化学的定义）对分析化学的定义）l lAnalytical ChemistryAnalytical Chemistry is a scientific discipline that develops and applies methods,instruments and strategies to obtain information on the composition and nature of matter in space and time.l l分析化学分析化学
5、分析化学分析化学是一门发展并运用各种方法、仪器及是一门发展并运用各种方法、仪器及策略以在时空的维度里获得有关物质组成及性策略以在时空的维度里获得有关物质组成及性质的信息的一门科学。质的信息的一门科学。l lAnalytical ChemistryAnalytical Chemistry Information ScienceInformation Science分析化学内容l l吸取当代科学技术的最新成就（包括化吸取当代科学技术的最新成就（包括化学、物理、数学、电子学、生物学等），学、物理、数学、电子学、生物学等），利用物质的一切可以利用的性质，研究利用物质的一切可以利用的性质，研究新的检测原
6、理，开发新的仪器设备，建新的检测原理，开发新的仪器设备，建立表征测量的新方法和新技术，最大限立表征测量的新方法和新技术，最大限度地从时间和空间的领域里获取物质的度地从时间和空间的领域里获取物质的结构信息和质量信息。结构信息和质量信息。Example:fluorescence quenching through energy transferExample:fluorescence quenching through energy transferMolecular beacons ADQFTarget DNAssDNA binding proteinDenaturing reagent QFF
7、Q发光检测：物理学发光检测：物理学 电子学电子学 数学数学分子识别：分子识别：化学化学 分子生物学分子生物学返回返回分析化学的任务（1）l 确定确定物质的物质的化学组成化学组成定性分析定性分析l 测量测量各组成的各组成的含量含量定量分析定量分析l 表征表征物质的物质的化学结构、构象、形态、能态化学结构、构象、形态、能态结构结构分析、构象分析，形态分析、能态分析分析、构象分析，形态分析、能态分析l 表征组成、含量、结构、形态、能态的动力学特征表征组成、含量、结构、形态、能态的动力学特征动动态分析态分析例如：例如：茶叶中有哪些微量元素茶叶中有哪些微量元素？茶叶中咖啡碱的含量茶叶中咖啡碱的含量？咖啡
8、碱的化学结构咖啡碱的化学结构？微量元素的形态？化学成分的空间分布？微量元素的形态？化学成分的空间分布？在不同的生长阶段，茶叶中在不同的生长阶段，茶叶中的营养成分的变化的营养成分的变化？例如：生物大分子结构与功能的关系？例如：生物大分子结构与功能的关系？分析化学任务（分析化学任务（2）l分析化学检测新原理与新技术研究分析化学检测新原理与新技术研究l分析仪器的设计与制造分析仪器的设计与制造分析化学的分类分析化学的分类分析化学的分类分析化学的分类l 根据任务分类：根据任务分类：根据任务分类：根据任务分类：l 定性分析定性分析 Qualitative analysis 物质的组成物质的组成l 定量分析
9、定量分析 Quantitative analysis 物质的含量物质的含量l 结构分析结构分析 Structure analysis 物质的结构：分子结物质的结构：分子结构，晶体结构，分子聚集体的高级结构构，晶体结构，分子聚集体的高级结构 蛋白质的构象蛋白质的构象(-螺旋、螺旋、型结构，球状蛋白的三级结型结构，球状蛋白的三级结构）构）conformation analysis DNA测序（测序（DNA Sequencing)l 形态分析形态分析 speices analysis 物质的形态物质的形态l 能态分析能态分析 energy-state analysis 物质的能态物质的能态Adeni
10、ne(A)Guanine(G)腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤 BaseSuger-phosphoate backboog Cytosine(C)Thymine(T)Uracil(U)胞嘧啶胞嘧啶 胸腺嘧啶胸腺嘧啶 尿嘧啶尿嘧啶DNA双螺旋结构与碱基结构示意图双螺旋结构与碱基结构示意图DNA测序是现代分析化学中的一项重要任务测序是现代分析化学中的一项重要任务分析化学的分类分析化学的分类l根据作用分类根据作用分类 例行分析例行分析 Routine analysis 仲裁分析仲裁分析 Referee analysisl根据测量原理分类根据测量原理分类 化学分析化学分析 Chemical analysis
11、 仪器分析仪器分析 Instrumental analysis分析化学的发展分析化学的发展l l人类有科技就有化学，化学从分析化学开始人类有科技就有化学，化学从分析化学开始人类有科技就有化学，化学从分析化学开始人类有科技就有化学，化学从分析化学开始 波一耳波一耳(Boyle)的元素学说的建立（的元素学说的建立（1661）怀疑派化学怀疑派化学 拉瓦锡拉瓦锡(Lavoisier)的定量分析（的定量分析（1756）“燃烧氧化学说燃烧氧化学说”l 2020世纪分析化学的三次大变革世纪分析化学的三次大变革世纪分析化学的三次大变革世纪分析化学的三次大变革 四大平衡理论：四大平衡理论：从技术发展成科学从技术
12、发展成科学 物理与电子学的发展：物理与电子学的发展：从经典分析化学发从经典分析化学发 展为现代分析化展为现代分析化学学 计算机应用：计算机应用：使分析化学向一门信息科学转化使分析化学向一门信息科学转化第一章第一章 定量分析概论定量分析概论1.1 1.1 定量分析的过程定量分析的过程 1.1.0 定量分析的过程定量分析的过程 1.1.1 1.1.1 分析问题的确定分析问题的确定 1.1.2 取样取样 1.1.3 样品的处理样品的处理 1.1.4 测量测量 1.1.5 计算与分析结果的表示计算与分析结果的表示 （阅读阅读阅读阅读与理解）与理解）与理解）与理解）1.2 1.2 定量分析的方法定量分析
13、的方法定量分析的方法定量分析的方法 1.2.1 化学分析法化学分析法 1.2.2 仪器分析法仪器分析法 1.2.3 分析方法的比较与评价分析方法的比较与评价定量分析的定量分析的一般步骤一般步骤取样取样Sampling样品处理样品处理Sample pretreatment测定测定Determination计算与评价计算与评价Calculation and Evaluation问题的确定问题的确定Statement of ProblemGeneral statement,General statement,Professional statement,Professional statement,
14、Selection of procedureSelection of procedurePlan,sampling,Plan,sampling,transport and storage transport and storage 定量分析的一般步骤示意定量分析的一般步骤示意Important Survey results for the partition of time that analytical chemists spend on sample analysis.Survey results for the partition of error generated during sa
15、mple analysis.return分析问题的确定分析问题的确定lNature of sample?Analyte?Ion?Molecules?Function group?lQuatitative or quantitative?lHow much object(sample)?lMatrix of composition?lSingle or multi-component?lTime available?lSample supply repeatedly?lDestruction or non-destruction?lLook for a continuous system?l分分
16、析析方方案案首首选选标标准准方方法法现场分析方法现场分析方法标准物质标准物质现场分析方法现场分析方法标准方法标准方法分析全过程示例（土壤油污染分析）分析全过程示例（土壤油污染分析）步步 骤骤作作 用用 者者内内 容容提出问题提出问题客户客户地表下土壤层原油渗透地表下土壤层原油渗透确定分析的任务确定分析的任务客户与分析者客户与分析者原油渗透污染面积多大原油渗透污染面积多大确定分析程序确定分析程序分析者分析者油的萃取、分离和定量测定油的萃取、分离和定量测定取样取样分析者与客户分析者与客户取取100g具有代表性的固体样品具有代表性的固体样品样品制备样品制备分析者分析者混匀、二次取样、用混匀、二次取样
17、、用CCl4萃取萃取测量测量分析者分析者GC分析法分析萃取液分析法分析萃取液数据评价数据评价分析者分析者对对GC流出时间及峰高进行定性、定量流出时间及峰高进行定性、定量结论结论分析者分析者与样品量相关的与样品量相关的GC值是否在允许限之下值是否在允许限之下报告报告分析者向客户分析者向客户提出进一处理问题的方法提出进一处理问题的方法取样取样 SamplingSamplingl从待分析的对象（从待分析的对象（从待分析的对象（从待分析的对象（object or bulk matter)object or bulk matter)中取中取中取中取出用于分析用的少量物质出用于分析用的少量物质出用于分析用
18、的少量物质出用于分析用的少量物质 基本要求：基本要求：基本要求：基本要求：代表性、不变性代表性、不变性代表性、不变性代表性、不变性 （随机取样随机取样随机取样随机取样与周期取样）与周期取样）与周期取样）与周期取样）注意：注意：注意：注意：气体、气体、固体固体、液体、液体光敏性、热敏性、挥发性、光敏性、热敏性、挥发性、化学活性、生物活性化学活性、生物活性样品的性质样品的性质样品的性质样品的性质分析方法、对分析结果的要求等分析方法、对分析结果的要求等分析方法、对分析结果的要求等分析方法、对分析结果的要求等资源取样资源取样原料取样原料取样成品取样成品取样物证取样物证取样 等等等等各种各种取样取样标准
19、标准方法方法样品的来源样品的来源样品的来源样品的来源随机取样示意图随机取样示意图Lot 分析对象总体分析对象总体Sample unitSample unit取样单元取样单元Sample incrementGross sampleSub sampleTest sample AnalysisAnalysis样品增量样品增量样品总体样品总体二次样品二次样品测试样品测试样品分析测试分析测试问题：问题：应取多少样品？应取多少样品？如何进行二次取样？如何进行二次取样？如何制备测试用样品？如何制备测试用样品？固体取样：固体取样：样品增量逐一混合示意图样品增量逐一混合示意图样品增量逐一混合示意图样品增量逐一混
20、合示意图Form cone Pour on apex Flatten Reform cone Pour on apex Flatten Reform corn Pour on apex Repeat as often as necessary 固体样品的固体样品的破碎、过筛、混匀、缩分破碎、过筛、混匀、缩分四分法缩分四分法缩分标准筛的筛号及孔径的大小标准筛的筛号及孔径的大小破碎与过筛重复进行直至全部过筛；筛孔的选择以样品处破碎与过筛重复进行直至全部过筛；筛孔的选择以样品处破碎与过筛重复进行直至全部过筛；筛孔的选择以样品处破碎与过筛重复进行直至全部过筛；筛孔的选择以样品处理的难易程度确定，二次取
21、样的量由筛孔径确定。理的难易程度确定，二次取样的量由筛孔径确定。理的难易程度确定，二次取样的量由筛孔径确定。理的难易程度确定，二次取样的量由筛孔径确定。取样最小量经验公式取样最小量经验公式l l根据样品最大颗粒重量计算取样量的经验公式根据样品最大颗粒重量计算取样量的经验公式根据样品最大颗粒重量计算取样量的经验公式根据样品最大颗粒重量计算取样量的经验公式Ws:取样的最小重量取样的最小重量(kg)；Wmax:最大颗粒的重量最大颗粒的重量(kg)；b 为比例系数，一般取值为比例系数，一般取值0.2。l l 根据样品最大颗粒直径计算取样量的经验公式根据样品最大颗粒直径计算取样量的经验公式根据样品最大颗
22、粒直径计算取样量的经验公式根据样品最大颗粒直径计算取样量的经验公式mQ:试样最小质量（试样最小质量（kg）；）；k:缩分常数的经验值（一般取缩分常数的经验值（一般取值值0.05 1 kg.mm-2）；）；d:试样的最大粒度（试样的最大粒度（mm）mQ kd 2采样与缩分试样量计算示例采样与缩分试样量计算示例l例：采集矿石样品，若试样的最大直径为例：采集矿石样品，若试样的最大直径为10 mm，k=0.2 kg/mm2,则应采集多少试样？则应采集多少试样？l解：解：mQ kd 2=0.2 10 2=20(kg)l例：例：有一样品有一样品 mQ=20 kg，k=0.2 kg/mm2,用用6号筛号筛过
23、筛过筛,问应缩分几次？问应缩分几次？l解：解：mQ kd 2=0.2 3.36 2=2.26(kg)缩分缩分1次剩余试样为次剩余试样为20 0.5=10(kg)，缩分缩分3次剩余试样为次剩余试样为20 0.53=2.5(kg)2.26，故缩分故缩分3次。次。从分析成本考虑，样品量尽量少，从分析误差从分析成本考虑，样品量尽量少，从分析误差考虑，不能少于临界值考虑，不能少于临界值 m mQ Q kd kd 2 2样品预处理样品预处理 Sample pre-treatmentl l样品预处理的目的：样品预处理的目的：样品预处理的目的：样品预处理的目的：使样品的状态和浓度适应所选择的分析技术使样品的状
24、态和浓度适应所选择的分析技术l l 样品预处理的依据：样品预处理的依据：样品预处理的依据：样品预处理的依据：物质性质物质性质（生物样品的有机分子或元素等）（生物样品的有机分子或元素等）干扰情况干扰情况（是否需要分离等）（是否需要分离等）测定方法测定方法（是否需要富集等）（是否需要富集等）样品预处理的原则：样品预处理的原则：样品预处理的原则：样品预处理的原则：防止待测组分的损失；防止待测组分的损失；避免引入干扰避免引入干扰Solid liquid,enrichment,dilution,etc.分解试样：分解试样：溶解、熔融、消解溶解、熔融、消解l l溶解：溶解：溶解：溶解：水溶水溶（例（例NH
25、4SO4中含氮量的测定中含氮量的测定)酸溶酸溶（HCl,H2SO4,HNO3,HF等及混合酸分解金属、等及混合酸分解金属、合金、矿石等）合金、矿石等）碱溶碱溶（例例NaOH溶解铝合金分析溶解铝合金分析Fe、Mn、Ni含量）含量）l l 熔融熔融熔融熔融：酸熔酸熔（K2S2O7、KHSO4熔解氧化物矿石）熔解氧化物矿石）碱熔碱熔（Na2CO3、NaOH、Na2O2溶解酸性矿物质）溶解酸性矿物质）l l熔融示例熔融示例铬铁矿铬铁矿铬铁矿铬铁矿NaNa2 2OO2 2熔融熔融水浸取水浸取CrO42-Fe、Mn氢氧氢氧化物沉淀化物沉淀高温分解，酸提取高温分解，酸提取氧瓶燃烧法氧瓶燃烧法l l消化消化测
26、定有机物中的无机元素测定有机物中的无机元素 湿式消化：硝酸和硫酸混合物作为试剂湿式消化：硝酸和硫酸混合物作为试剂 干式灰化法干式灰化法消除干扰：消除干扰：l l掩蔽掩蔽掩蔽掩蔽l l分离分离分离分离氧化还原掩蔽法氧化还原掩蔽法配合掩蔽配合掩蔽沉淀掩蔽沉淀掩蔽酸碱掩蔽酸碱掩蔽沉淀分离沉淀分离萃取分离萃取分离色谱分离色谱分离等等富集：富集：enrichment萃取富集萃取富集吸附富集吸附富集共沉淀富集共沉淀富集测定测定 determination 物质物质物质物质l物质的性质物质的性质l组分的含量组分的含量l干扰情况干扰情况分析方法分析方法分析方法分析方法l准确度准确度l灵敏度灵敏度l选择性选择性
27、l适用范围适用范围成本成本成本成本l时间时间l人力人力l设备设备l消耗品消耗品分析方法分析方法用户对分用户对分析结果的析结果的要求和对要求和对分析费用分析费用的承受度的承受度用户用户例：l石灰石中钙的测定石灰石中钙的测定 常量成分常量成分(1%)，采用化学分析法（滴定，采用化学分析法（滴定分析法）分析法）l石灰石中微量铁的测定石灰石中微量铁的测定 微量成分微量成分(1%)，可采用分光光度法。，可采用分光光度法。计算 Calculation 待测组分的化学表示形式待测组分的化学表示形式 以元素形式的含量表示以元素形式的含量表示例：有机物或矿样中的例：有机物或矿样中的 Fe、Cu、C、H、O、P、
28、N等等 以氧化物形式的含量表示以氧化物形式的含量表示例：矿石分析中例：矿石分析中Fe2O3、P2O5等等 以待测组分实际存在形式含量的表示以待测组分实际存在形式含量的表示 例：含氮量测定：例：含氮量测定：NHNH3 3,NO,NO3 3-,N N2 2O O5 5,NO,NO2 2-,N N2 2O O3 3 mS、监测量 I mB化学计量关系*m*mS 样品质量样品质量样品质量样品质量计算 Calculationl待测组分含量的表示方法待测组分含量的表示方法 固体固体质量分数质量分数 例：例：例：例：FeFe=0.5643 =0.5643 或或或或 FeFe=56.43%=56.43%低含量
29、：低含量：低含量：低含量：g/gg/g ,ng/g,ng/g 气体气体气体气体体积百分数体积百分数体积百分数体积百分数计算 Calculationl待测组分含量的表示方法待测组分含量的表示方法 液体液体 物质的量浓度物质的量浓度 mol/L 质量摩尔浓度质量摩尔浓度 mol/kg 质量分数质量分数%（mB/mS)体积分数体积分数%（mB/Vs)摩尔分数摩尔分数 （nB/nS)质量浓度质量浓度 mg/L,ng/L,g/L 等等化学分析法 chemical analysisl l以物质的化学反应为基础建立起来的分以物质的化学反应为基础建立起来的分析方法析方法待测物待测物Analyte+试剂试剂Re
30、agent 产物产物Product重量分析法重量分析法 gravimetry容量分析法（滴定分析法）容量分析法（滴定分析法）volumetry,titrimetryExample化学分析法l例可溶性钡盐中钡含量的测定例可溶性钡盐中钡含量的测定(重量法）重量法）：溶样溶样溶样溶样稀稀稀稀HH2 2SOSO4 4BaSOBaSO4 4 过滤过滤过滤过滤洗涤洗涤洗涤洗涤灼烧灼烧灼烧灼烧计算计算计算计算Ba%Ba%FeFe3+3+还原剂还原剂FeFe2+2+K K2 2CrCr2 2O O7 7V V C C称样称样硫硫-磷混酸磷混酸溶样溶样m mS SFeFe3+3+m mp p称样称样称样称样HC
31、lHClmmS S称重称重称重称重mmp p 铁矿中铁含量的测定（滴定分析法）：铁矿中铁含量的测定（滴定分析法）：有关的名词l l灵敏度灵敏度灵敏度灵敏度 S=dy/dc 单位浓度变化引起的响应信号的变化。单位浓度变化引起的响应信号的变化。l l选择性选择性选择性选择性 表示共存组分对待测组分分析的影响程度。共存组分表示共存组分对待测组分分析的影响程度。共存组分影响愈小，方法对分析组分的选择性愈高。影响愈小，方法对分析组分的选择性愈高。l l检出限检出限检出限检出限 背景噪音的标准偏差的背景噪音的标准偏差的k倍，倍，k值通常取值通常取3。l l检测限检测限检测限检测限 S0 空白试样的标准偏差（空白试样的标准偏差（n=11），），S标准工作标准工作曲线的灵敏度曲线的灵敏度，k与置信度有关的常数，通常取与置信度有关的常数，通常取3。检出限示意图背景噪音3倍噪音标准偏差背景噪音随机分布示意图未检出检出时间或测定次数检出限