厦门大学分析化学课件可编辑.docx

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厦门大学分析化学课件可编辑

2005-09分析化学

AnalyticalChemistry

（化学分析部分）参考书教学方式考试方式教学目的参考书北京大学：

分析化学教程2005武汉大学：

分析化学（第四版）（第三版）R.Kellneretal.,FECSAnalyticalChemistry（中译本：

分析化学，北京大学出版社，2001）J.A.Dean:

（世界图书出版社）AnalyticalChemistryHandbook中译本：

分析化学手册）D.Harvey:

McGrawHillModernAnalyticalChemistry教学方式――研究型六要素：

课程讲授：

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。

课程作业：

多做多练强化科学训练）；综合开放的题目；自我提出问题，自我设计综合性、开放性、设计性的题目。

课程讨论/课程论文：

围绕课程知识点广泛阅读，自学研读。

课程教材：

开放性体系，吸取现行教材的精华，补充教学。

课程考试：

学习过程评价与教学目标评价相结合。

课程教师：

教学科研结合型考试方式半开卷课程论文课堂讨论课外作业完成：

1）撰写课程论文一篇（自定题目）2）提交自我设计的综合性/开放性/设计性题目一个，或相关文献翻译一篇（外文期刊，全文或节选，3000字）3）口头报告一个（8+2min教学目的――

知识、能力、素质综合发展知识――掌握分析化学的基本理论能力――运用分析化学理论发现、提出、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素质――将获取的知识、能力内化于身心，升华为品质与素养绪论分析化学的任务与作用分析化学的分类分析化学的发展分析化学的定义分析化学是研究并应用确定物质的化学组成、测量各组成的含量、表征物质的化学结构、形态、能态并在时空范畴跟踪其变化的各种分析方法及其相关理论的一门科学。

分析化学的定义（FECS对分析化学的定义）AnalyticalChemistryisascientificdisciplinethatdevelopsandappliesmethods,instrumentsandstrategiestoobtaininformationonthecompositionandnatureofmatterinspaceandtime.分析化学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质的信息的一门科学。

AnalyticalChemistry――InformationScience分析化学内容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），利用物质的一切可以利用的性质，研究新的检测原理，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。

In-between-scienceExample:

fluorescencequenchingthroughenergytransfer分析化学的任务确定物质的化学组成――定性分析测量各组成的含量――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――动态分析例如：

茶叶中有哪些微量元素？

茶叶中咖啡碱的含量？

咖啡碱的化学结构？

微量元素的形态？

化学成分的空间分布？

在不同的生长阶段，茶叶中的营养成分的变化？

例如：

生物大分子结构与功能的关系？

分析化学的作用对全球经济贸易统一质量保障体系建立的作用对工业生产的作用对国防建设的作用对科学发展的作用在新材料、新能源开发中的作用对环境资源开发利用与保护的作用在生命科学研究中的作用在法律执行过程中的作用社会生活中的作用等等“十五”国家重大科技专项

“食品安全关键技术”（18个课题）课题01：

食品安全检测实验室质量控制规范研究；课题02：

农药残留检测技术课题03：

兽药残留检测技术课题04：

重要有机污染物的痕量与超痕量检测技术课题05：

生物毒素和中毒控制常见毒物检测技术课题06：

食品添加剂、饲料添加剂和违禁化学品检测技术课题07：

食品中主要人兽共患疾病及植物疫疾病病原体检测技术课题08：

全国食品污染监控体系研究课题09：

食源性疾病的pulsenet建立与检测技术课题10：

进出口食品安全监测与预警系统研究分析化学的分类-1根据任务分类：

定性分析Qualitativeanalysis物质的组成定量分析Quantitativeanalysis成分的含量结构分析Structureanalysis物质的结构分子结构，晶体结构，分子聚集体的高级结构蛋白质的构象?

-螺旋、?

型结构，球状蛋白的三级结构）ConformationanalysisDNA测序（DNASequencing形态分析Speicesanalysis物质的形态能态分析Energy-stateanalysis物质的能态分析化学的分类-2根据分析对象分类无机分析Inorganicanalysis（元素、离子、化合物等）有机分析Organicanalysis（元素、官能团、结构）生化分析Biochemicalanalysis（蛋白质分析、氨基酸分析、核酸分析、糖类分析等）分析化学的分类-3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……分析化学的分类-4根据作用分类例行分析Routineanalysis仲裁分析Refereeanalysis根据测量原理分类化学分析Chemicalanalysis仪器分析Instrumentalanalysis分析化学的发展人类有科技就有化学，化学从分析化学开始波一耳Boyle的元素学说的建立（1661）《怀疑派化学》推翻了炼金术的四元素说（水、火、土、气）和医药派的三元素说（硫、汞、盐）拉瓦锡Lavoisier的定量分析（1756）“燃烧氧化学说”20世纪分析化学的三次大变革四大平衡理论：

从技术发展成科学物理与电子学的发展：

从经典分析化学发展为现代分析化学计算机应用：

使分析化学向一门信息科学转化分析化学的发展国家自然科学基金分析化学学科“十五”优先资助领域高选择性的简便、准确、灵敏的分子识别方法痕量活性物质及自由基在体、原位、实时分析单细胞、单分子、单原子检测分析手性化合物的分离分析多元、多维的联合分离分析及数据处理技术环境中痕量化学物质的表面、结构与形态分析生物体内重要化学信息物质的分析芯片分析化学及分析仪器微型化第一章定量分析概论§1.1定量分析的过程1.1.1分析问题的确定1.1.2取样1.1.3样品的处理1.1.4测量1.1.5计算与分析结果的表示§1.2定量分析的方法1.2.1化学分析法1.2.2仪器分析法1.2.3分析方法的比较与评价定量分析的一般步骤分析问题的确定Natureofsample?

Analyte?

Ion?

Molecules?

Functiongroup?

?

Quatitativeorquantitative?

Howmuchobjectsample?

Matrixofcomposition?

Singleormulti-component?

Timeavailable?

Samplesupplyrepeatedly?

Destructionornon-destruction?

Lookforacontinuoussystem?

?

分析全过程示例（土壤油污染分析）取样Sampling从待分析的对象（objectorbulkmatter中取出用于分析用的少量物质（随机取样、周期取样、选择性取样（取证））基本要求：

代表性随机取样示意图固体取样：

样品增量逐一混合示意图固体样品的破碎、过筛、混匀、缩分取样最小量经验公式根据样品最大颗粒重量计算取样量的经验公式采样与缩分试样量计算示例例：

采集矿石样品，若试样的最大直径为10mm，k0.2kg/mm2,则应采集多少试样？

解：

mQ≥kd20.2?

10220kg例：

有一样品mQ20kg，k0.2kg/mm2,用6号筛过筛,问应缩分几次？

样品预处理Samplepre-treatment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分解试样：

溶解、熔融、消解溶解：

水溶（例NH4SO4中含氮量的测定酸溶（HCl,H2SO4,HNO3,HF等及混合酸分解金属、合金、矿石等）碱溶（例NaOH溶解铝合金分析Fe、Mn、Ni含量）熔融示例消除干扰：

掩蔽改变干扰物质的反应活性分离测定determination例：

石灰石中钙的测定常量成分1%，采用化学分析法（滴定分析法）石灰石中微量铁的测定微量成分1%，可采用分光光度法。

计算Calculation待测组分的化学表示形式以元素形式的含量表示例：

有机物或矿样中的Fe、Cu、C、H、O、P、N等以氧化物形式的含量表示例：

矿石分析中Fe2O3、P2O5等以待测组分实际存在形式含量的表示例：

含氮量测定：

计算Calculation待测组分含量的表示方法固体――质量分数计算Calculation待测组分含量的表示方法液体物质的量浓度mol/L质量摩尔浓度mol/kg质量分数%（mB/mS体积分数%（mB/Vs摩尔分数（nB/nS质量浓度mg/L,ng/L,?

g/L等化学分析法chemicalanalysis以物质的化学反应为基础建立起来的分析方法化学分析法可溶性钡盐中钡含量的测定重量法）：

仪器分析法instrumentalanalysis依据物质的物理性质及物理化学性质建立起来的分析方法，通常使用特殊的仪器。

光学分析法spectralanalysis电化学分析法electroanalysis色谱分离分析法chromatography等等例：

分光光度法测定微量铁（物理化学方法，physicochemicalmethod）。

仪器分析法例：

KMO4对光有吸收，可用分光光度法直接测定其浓度（依据物理性质，物理方法，Physicalmethod）。

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）化学分析与仪器分析方法比较分析方法的评价分析结果的质量灵敏度sensitivity精确度precision系统误差bias准确度accuracy检出限limitofdetection检测限limitofdetermination选择性selectivity动态范围dynamicrange分析成本CostsofinvestmentDurationofanalysiswithregardtopersonnelcostsSpecialsafetyprecautionCostsofinstallation,housingDegreeoftrainingofoperatorbecauseofsalarySamplethroughputCostsofreagents有关的名词灵敏度Sdy/dc单位浓度变化引起的响应信号的变化。

选择性表示共存组分对待测组分分析的影响程度。

共存组分影响愈小，方法对分析组分的选择性愈高。

检出限背景噪音的标准偏差的k倍，k值通常取3。

检测限检出限示意图作业1、阅读“试论中国分析化学的发展战略”，并写800-1000字的摘要或体会；2、阅读Thetotalanalyticalprocess12网上）3、阅读理解“《分析化学》课外阅读材料01”，并翻译。

4、有一批铁矿样，已知最大的粒度为20mm,k0.2kg/mm2,

（1）应最少取样多少？

（2）样品经破碎、用6号筛（筛孔直径为3.36mm）过筛，并用四分法缩分后，得样品的最小量为多少？

（3）应缩分几次？

思考题分析化学的一般程序？

确定分析方法的依据是什么？

如何保证分析方法的可靠性？

取样的基本要求是什么？

样品处理的基本要求是什么？

分析化学的水平是衡量一个国家科学技术水平的重要指标。

美国21%的化学家是从事分析化学的。

。

进出口贸易，出口国要检验，进口国也要检验，若要相互认同，必须有一个共同的标准，这一个标准涉及到统一的计量认证和质量保证体系的建立。

工业生产，资源的勘探，原材料的成分分析，生产过程中的质量控制，产品的质量检验。

原子弹生产，核材料。

例：

1962年我国制造第一颗原子弹，中央指明抽调6名高级科技人员攻关研究核燃料，其中就有一名分析科学家-我系的系主任陈国珍教授，负责富集铀中杂质元素的分析。

原二机部部长刘杰对陈国珍说，争取1964年，最迟1965年搞出原子弹，原子弹一定要响。

如果不响，首先检查设计是否错误，如果没有错误，进而检查材料的纯度。

高富集铀-235，20多个杂质元素分析。

分析任务有时是直观的，有时是不明确的。

例如，古玩的鉴定，可以用光谱无损分析法鉴定原材料的年代。

将分析总体分成若干单元，这种单元可以是假想的，对每个单元随机取样，将各个单元随机取来的样品混合为样品总体，再进行二次取样。

单元的划分可以是按时间的，也可以是按空间的。

缩分的意义：

取得具代表性的、足够得到有关性质的尽可能少的样品，以减少样品处理所需要的人力、财力。

分析试样要求的粒度（或过筛的网目）由试样的分解难易等因素决定。

湿式消化：

混合酸与样品一起蒸煮，对易挥发的物质进行蒸馏分解。

有机物的分析，用有机试剂溶样，用萃取、色谱分离、分馏等方法，分离待测的有机成分进行分析。

氧瓶燃烧法：

样品包在定量滤纸中，在充满氧气的燃烧瓶中密闭燃烧，形成卤素离子、硫酸根、磷酸根、金属氧化物溶解在吸收液中。

样品预处理的依据：

物质性质（生物样品的有机分子或元素等）干扰情况（是否需要分离等）测定方法（是否需要富集等）样品预处理的原则：

防止待测组分的损失避免引入干扰熔融：

酸熔（K2S2O7、KHSO4熔解氧化物矿石）碱熔（Na2CO3、NaOH、Na2O2溶解酸性矿物质）铬铁矿Na2O2熔融水浸取CrO42-Fe、Mn氢氧化物沉淀高温分解，酸提取氧瓶燃烧法消化――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干式灰化法氧化还原掩蔽法配合掩蔽沉淀掩蔽酸碱掩蔽沉淀分离萃取分离色谱分离等富集：

enrichment萃取富集吸附富集共沉淀富集物质物质的性质组分的含量干扰情况分析方法准确度灵敏度选择性适用范围成本时间人力设备消耗品分析方法用户对分析结果的要求和对分析费用的承受度用户NH3,NO3-,N2O5,NO2-,N2O3mS样品质量mB待测物质量mS、监测量I化学计量关系mB例：

?

Fe0.5643或?

Fe56.43%低含量：

?

g/g,ng/g气体――体积百分数待测物Analyte+试剂Reagent产物Product重量分析法gravimetry容量分析法（滴定分析法）volumetry,titrimetry溶样稀H2SO4BaSO4?

过滤洗涤灼烧计算Ba%Fe3+还原剂Fe2+K2Cr2O7V?

C称样硫-磷混酸溶样mSFe3+mp称样HClmS称重mp铁矿中铁含量的测定（滴定分析法）：

332+桔红色?

邻二氮菲654321No.0.200试样0.23640.00.17530.00.14020.00.09310.00.0455.00吸收值标样浓度?

g/L问题：

仪器分析方法是否要求所依据的化学反应必须反应完全？

定性、定量、结构、形态、能态、动力学等全面的信息定性、定量解决问题化学、物理、数学、电子学、生物、等等化学、物理化学（溶液四大平衡）理论基础1%~单分子、单原子1%~100%组分含量1%~2%或更高0.1%~0.2%误差吸光度、电位、发射强度等等体积、重量测量参数物理、物理化学性质化学性质物质性质仪器分析法（现代分析法）化学分析法（经典分析法）项目S0――空白试样的标准偏差（n11），S――标准工作曲线的灵敏度，k――与置信度有关的常数，通常取3。

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波义耳在《怀疑派化学家》一书中提出的元素概念把化学确定为科学。

“……元素是不变的，它不会分解成别的成分……他们是由微粒组成的”。

波一耳的元素概念就是为解决物质世界的组成而提出的。

法国化学家拉瓦锡通过精确的量的分析对波一耳所做的燃烧实验进行的研究，测定动摇了燃素说的根基，建立了燃烧的氧化理论，使过去在燃素说形式上倒立着的全部化学正立了过来。

根据分析任务、分析对象、测量原理、操作方法及具体的要求的不同，分析化学可以进行不同的分类。

分析结果是对特定的样品的分析而言，如果样品具有代表性，那么分析结果就代表拟分析的对象，若样品不具有代表性，分析就毫无意义。

取样是分析的重要一环，取样者应具备专业的知识。

对客户送来的样品，分析者只对样品负责，通常应将样品保留。

例：

香港某大学和Holland的一个很有名望的实验室为香港一客户同时分析一废水样品，其中的一个项目是CODChemicaloxygendemanded.两个实验室得出的差异很大，其中荷兰实验室的结果很低，甚至比荷兰自来水中的测得的COD还低。

两个实验室的分析人员通过对数据和分析全过程的分析，发现问题出在取样上。

当荷兰实验室的取样者在香港取样时，根据取样标准方法，取得的水样应酸化，以便保存水样不发生变化，香港实验室的人为他提供了稀硝酸。

问题就出在硝酸上，稀硝酸具有氧化性。

样品取好后，从香港到荷兰，从取样到测定中间隔了两天，水样中的还原性物质已被稀硝酸氧化，所以测得的COD严重偏低。

周期取样：

生产流水线上，每隔一定的时间或产品数量，抽取一个样品，混合成样品总体。

例如：

我们的商品检验局的人员出国对进口化肥进行检验，在化肥装船的时候进行采样，如果装船24小时，采样人员要一直在现场，隔一定的数量就要采一次样，具体的有采样行业标准作依据。

Fe,Mn,Ni生成氢氧化物沉淀与基体分离，避免Al的干扰。

熔融法是将试样与固体试剂混匀后置于特定材料制成的坩埚中，在高温下熔融，分解试样，再用水或酸浸取融块。

铝合金用盐酸-硝酸-水（1：

1：

2）；白云石用盐酸溶样；铁矿用硫-磷混酸等例如DNA测序是现代分析化学中的一项重要任务。

DNA分子的碱基顺序具有物种间的特异性和个体间的特异性，但同一个体的不同组织和细胞中的DNA是完全相同的。

在个体间，相同染色体的同一位置上DNA碱基具有不同的顺序。

DNA由四种不同的核苷酸组成，这些核苷酸的差异仅在其所带的碱基的不同（腺嘌呤（A）、鸟嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C），这些核苷酸在不同的核酸种出现的次数和顺序是不同的，正是由于这种不同确定了核酸的性质的不同，分析这种不同就是DNA的一级结构分析，这种一级结构分析在法庭分析的同一认证中是很重要的。

注意理解两点：

1、分析化学是一种方法学，研究方法、技术及其理论。

2、应用这些方法与理论对物质的组成与结构进行分析，并表征物质作用过程的动态行为。

欧洲化学会FederationofEuropeanChemicalSocieties联会的分析化学工作组对分析化学作了明确的定义，并十分重视分析化学课程的建设，对分析化学的课程设置提出了新的战略部署，明确规划了基础分析化学课程所应包含的教学内容。

在这个课程内容规划中，把对所有分析化学课程的学生的高标准的质量保障教育作为在经济统一体欧洲建立起一个好的质量保障体系的基础。

J.A.Dean,AnalyticalChemistryHandbook,p1.6作业提交形式：

每次要求5名同学通过电子邮件提交作业给主讲教师，以粘贴的方式。

其余的同学将作业交给助教。

关于题目设计：

课程教学的目的，除了培养学生分析问题、解决问题的能力外，更重要的是要培养学生发现问题、提出问题的能力。

为此，我们课程组提出了题目设计的要求，要求学生完成一定量题目设计，改变教师出题，学生答题的被动学习状态，变被动学习为主动学习。

题目设计希望从两个层次上促进对学生的发现问题和提出问题的能力培养。

第一层次是希望学生在学习过程中，从自我知识更新的层面上发现问题、提出问题，将学习过程中遇到的难点作为问题提出，即以学习的难点作为题目源，然后结合对课程的学习和文献的阅读，分析问题、理解问题、解决问题，即找出题目的解题思路，完成题目的解。

第二层次是希望学生在学习过程中努力从学科知识更新的层面上发现问题和提出问题，即敢于质疑。

这是一种充分张扬个性、促进个性化知识体系构建的教学方式，对培养学生创新意识，激活学生创新思维会起到积极的作用。

学而问，问而思，思而行，行而果。

*分析化学教程（2005-2006学年AnalyticalChemistry分析化学化学化工学院分析化学教程电子教案郭祥群2005-2006学年学习方式课堂听课Onlinelearning团队合作ProblembasedlearningPersonalbasedlearning要求掌握基本的英语专业词汇，试题中含有英文题目。

ExampleMolecularbeaconsADQFTargetDNAssDNAbindingproteinDenaturingreagentQFFQ发光检测：

物理学电子学数学分子识别：

化学分子生物学返回例子计量认证与质量保证AdenineAGuanineG腺嘌呤鸟嘌呤BaseSuger-phosphoatebackboogCytosineCThymineTUracilU胞嘧啶胸腺嘧啶尿嘧啶DNA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2取样Sampling3样品处理Samplepretreatment4测定Determination5计算与评价CalculationandEvaluation1问题的确定StatementofProblemGeneralstatementProfessionalstatementSelectionofprocedurePlan,sampling,transportands