分析化学绪论.docx
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分析化学绪论
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分析科学与分析技术
（
AnalyticalScience&Technology
）
主讲
:
楚清脆（副教授）
理工学院、化学系
E-mail:
qcchu@
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Page2
v
《分析科学与分析技术》是化学和应用化学专业的主干课
程之一。
本课程的教学目的是使学生系统地掌握分析科学
与分析技术中的基本原理、分析方法，树立准确的“量”的
概念。
v
培养科学的思维方法和严谨的科学作风，提高分析问题和
解决问题的能力，为学习后续课程和科学研究打下良好基
础。
v
本课程的主要内容包括通过课堂讲授、自学讨论及习题课
等教学环节达到学习本课程的目的。
v
运用化学平衡理论处理化学分析法中的相关平衡体系，掌
握各种滴定分析、重量分析和电化学分析的基本原理和方
法以及实验数据统计处理方法。
课程简介
:
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Page3
课程内容
Ø第一章
总论
Ø第二章
分析数据的处理和质量保证
Ø第三章
分析科学中的溶液平衡
Ø第四章
滴定分析
Ø第五章
重量分析法
Ø第六章
比色分析法
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Page4
第一章 总 论
Ø分析科学与技术的任务和作用
Ø分析方法的分类
Ø分析科学的发展概况与趋势
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Page5
第一节 分析科学的任务和作用
一、分析科学的定义
v
分析科学与分析技术是研究物质组成和结构及
其有关理论的一门学科。
v
它正不断地向生命科学、材料科学、能源科学
和环境科学等许多领域渗透，并逐渐成为它们
的支柱。
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Page6
二、分析科学的任务
v
定性分析：
鉴定物质中含有哪些组分，即
物质由什么组分组成。
v
定量分析：
测定各种组分的相对含量。
v
结构分析：
研究物质的分子结构或晶体。
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Page7
三、分析科学的特点
v
突出“量”的概念；
v
分析试样是一个获取信息、降
低系统的不确定性的过程；
v
实验性强；
v
综合性强。
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Page8
四、分析科学的作用
v
农业：
›
土壤
›
农药
›
化肥
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Page9
四、分析科学的作用
v
工业生产：
›
质检（产品、原材料）
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Page10
四、分析科学的作用
v
生命科学：
›
头发中微量元素含量与疾病的关系：
正常人发锰含
量为
0.7ug/g
，心脏病者为
0.42ug/g
，肿瘤患者及早
衰者发锰含量也较低。
›
人体分析：
将很小的探头插入体细胞中，测定多巴
胺、肾上腺素、维生素、糖等含量，对了解生命规
律、大脑功能很有意义。
›
血糖含量：
人体一天究竟需要多少糖，人体中糖是
怎样循环变化的，就需测定体内的糖含量。
人工胰
脏就需糖的检测器。
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Page11
v
环境监测（大气、水、土壤
分析等）
›
测定空气中
NO
2
、
SO
2
、
CO
等污
染物含量，这不仅对人体呼吸道
有影响，而且造成酸雨。
烟镉会
引起肾功能衰退，吸入过多会头
痛，头晕，呕吐，胸痛，甚至死
亡。
›
六价铬毒性大于三价铬，对呼吸
器管，皮肤有损害，也能致癌。
四、分析科学的作用
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Page12
›
水源根据不同的需要，各国制定了不同的用水标准，生活
用水，考虑有害物对人体的影响，世界卫生组织允许的限
量，如铅
0.1mg/l
，铬
0.05mg/l
，镉
0.01mg/l
，汞
0.001mg/l
。
›
工业用水，考虑钙、镁、铁、铅、硫酸盐、
pH
、溶解氧等。
农业用水，考虑微量元素对作物的影响。
水产用水，考虑
农药及微量元素与对立类的影响。
另外还有废水的排放标
准，我国河水的污染极为严重。
›
例如，
20
世纪
50
年代日本发生的公害病──痛痛病（镉污
染）和水俣病（汞污染），曾惊动了全世界。
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Page13
四、分析科学的作用
v
国防科技
›
生化武器
›
化学武器
›
F-117A
潜隐飞机
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Page14
四、分析科学的作用
v
外层空间探索
›
月球岩石的分析可以帮
助了解太阳系及月亮的
形成，用飞行器到其它
星上检测是否会有氮－
生命基础。
›
用光谱分析法分析恒星
上的组成、变化规律等。
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Page15
四、分析科学的作用
v
医药卫生
›
医院里常需对病人进行
血的化验，全国各地都
有药检分析杂志。
›
制备中成药前需测量中
药中有效成分的含量及
配比。
›
兴奋剂检测
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Page16
四、分析科学的作用
v
科学研究
›
几乎所有涉及化学的研究均用到分析。
›
有机合成，需测定产品组成、含量，中间产物是
什么？
›
无机化学，研究络合物时需测定络合比，电化学、
光化学特性；
›
新型材料的合成也需分析化学（超导、高分子导
电材料），考古学需测定古物的年代、组成。
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Page17
四、分析科学的作用
v
刑事侦破
›
各人头发中微量元素含量不同，通过测定可判断现场的头
发是谁的。
此外，慢性中毒后，头发中含有铅、砷。
›
绘画中白粉既做颜料，又可打底。
古时只有铅白，
1870
年
前无
ZnO
和二氧化钛，文艺复兴时的油画中白粉若有锌、
钛，那就是复制品。
›
德黑兰附近有个牧场，
1972
年大批羊死亡，场主指控有人
破坏，通过测定羊胃中的草，发现含大量的硒
Se（
剧毒
）
，植
物具有富集地下化学元素的能力。
后来在当地的地下发现
了金属矿床。
金矿地表面一吨的草中含
100
克金。
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Page18
分析科学与技术要解决的三个问题
（
threewhat）:
›
whatchemicalsarepresent
？
›
whataretheircharacteristics
？
›
whatquantitiesaretheypresent?
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Page19
四、分析科学的作用
l社会：
体育（兴奋剂）、生活产品质量（鱼新鲜度、食
品添加剂、农药残留量）、环境质量（污染实时检测）、
法庭化学（
DNA
技术、物证）
l化学：
新化合物的结构表征、分子层次上的分析方法
l生命科学：
DNA
测序、活体检测
l药物：
天然药物的有效成分与结构、构效关系研究
l地学与环境科学：
地质分析、环境监测、污染物分析
l材料科学：
新材料、结构与性能
l外层空间探索：
微型、高效、自动、智能化仪器
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Page20
分析化学六面体
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Page21
一、按分析任务分类：
Ø
定性分析（
qualitative
）：
鉴定物质是由哪些
元素、原子团、官能团或化合物而组成的。
Ø
定量分析（
quantitative
）：
测定物质中有关组
分的含量。
Ø
结构分析（
constructional
）：
研究物质的分子
结构或晶体结构。
第二节 分析方法的分类
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Page22
二、按分析对象分类：
v
无机分析（
inorganic
）：
通常要求鉴定试样是
由哪些元素、离子、原子团或化合物组成的，其
各组分的百分含量是多少，有时需对其形态、价
态和状态进行分析。
v
有机分析（
organic
）：
虽然组成有机物的元素
不多，但结构很复杂，不仅要求鉴定组成元素，
往往需要官能团分析和结构分析，有机物的分析
一般需要大型仪器。
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三、按分析方法和原理分类
v
化学分析法
›
重量分析
›
容量分析（各种滴定分析）
v
仪器分析法
›
光化学分析
›
电化学分析
›
色谱分析
›
波谱分析
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Page24
œ
重量分析：
基于分析固体
重量的定量化学分析方法。
通常加入沉淀剂将被分析物
质沉淀后称重。
œ
滴定分析：
最经典的实验
室定量化学分析方法，主要
适应于常量分析，由于滴定
中采用溶液体积计量，所以
也称为容量分析。
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Page25
›光谱分析法：
›研究不同波长的光与物质之间
相互作用的科学。
主要对物质
进行定性和定量方面的研究。
仪器主要有吸收光谱仪和发射
光谱仪。
›如紫外－可见光谱法，红外光
度法，拉曼光谱法，核磁共振
光谱法，原子发射光谱法，荧
光光谱法等。
Animationofthedispersion
oflightasittravelsthrough
atriangularprism
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Page26
分析化学之父
——贝里采乌斯（Berzelius）
：
19
世纪初，发明分析天平，使测量得
到的实验数据更加接近真实值，这样任何
一个定律都有一个确凿的事实证明。
贝里
采乌斯把测定原子量的很多新方法，新试
剂，新仪器引用到分析化学中来，使定量
分析精确度达到了一个新的高度。
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Page27
德国化学家罗斯
（HoinrichRose）
：
1829
年编写了一本《分析化学教
程》，首次提出了系统定性分析方法，
而到
18
世纪未，酸碱滴定的各种形式和
原则也基本确定。
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Page28
光谱分析的起源：
是从牛顿开始的。
牛顿从
1666
年开始研
究光谱，并于
1672
年发表了他第一篇论文《光和色的新理
论》。
而在
1825
年，英国物理学家包特
（Talbot）
制造了一种研
究光谱的仪器，对碱金属火焰进行研究，发现了元素有特征
光谱的现象。
后来德国科学家本生
（Bunsen）
与基尔霍夫
（Kirchhoff）
利用本生灯发现了元素铯和铷。
光谱学作为分析化
学的一个重要分支从此诞生。
Bunsen
Kirchhoff
Newton
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Page29
›电化学分析法：
研究在溶液与导体或半导体（电极）界
面上发生的电子传递迁移反应和应用的学科，分为极谱分
析法、电导分析法、电位分析法、库仑分析法等。
Thefoundersofelectrochemistry:
EnglishchemistsJohnDaniell（left）
andMichaelFaraday（right）.
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Page30
›色谱分析法：
利用混合物中各物质在两相间分配系数的差
别，当溶质在两相间做相对移动时，各物质在两相间进行多
次分配，从而使各组分得到分离。
Ø展开色谱
平板色谱
柱色谱
Ø流动相不同
气相色谱
液相色谱
亲和色谱
超临界流体色谱
Ø分离机理不同
离子交换色谱
排阻色谱
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Page31
›毛细管电泳（高效毛细管电泳）：
一种以毛细管为分
离通道，以直流高压电场为驱动力，以分析物的多种特性
（如荷电性、大小、等电点、极性、亲和行为等）为分离依
据的液相微分离分析技术。
毛细管区带电泳（
Flash
）
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Page32
v
微流控分析
（
Microfluidics
）
Microfluidicsdealswith
thebehavior,precise
controlandmanipulation
offluidsthatare
geometricallyconstrained
toasmall,typicallysub-
millimeter,scale.
Silicone,rubberandglass
microfluidicdevices
Top:
aphotographofthedevices.
Bottom:
DICmicrographsofan
undulatingchannel15μmwide.
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Page33
v
芯片技术
（
Lab-on-a-chip
）
Lab-on-a-chipisadevice
thatintegratesoneor
severallaboratory
functionsonasinglechip
ofonlymillimeterstoa
fewsquarecentimetersin
size.LOCsdealwiththe
handlingofextremely
smallfluidvolumesdown
tolessthanpicoliters.
Lab-on-a-chipmadeofglass
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Page34
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
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Page35
四、按试样用量及操作规模分类
方 法
试样质量
试液体积
常量分析
>0.1g
>10ml
半微量分析
0.01-0.1g
1-10ml
微量分析
0.1-10mg
0.01-1ml
超微量分析
<0.1mg
<0.01ml
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Page36
五、按分析目的分类
v
例行分析：
指一般化验室日常生产中的分析，又
称常规分析。
v
快速分析：
是例行分析的一种，主要为控制生产
过程提供有关信息，又称高速分析。
v
裁判分析：
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，以判断分析结果是否准确，又称仲裁分析。
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Page37
第三节 分析科学的发展概况与趋势
Ø由技术演变成一门“学科”：
Ø“仪器分析”出现:
Ø进入分析科学时期：
一个新的“革命时期”——从宏观到微
观；从总体到微区；从常量、微量到超微
量、痕迹量；从量值到结构的崭新阶段。
化学分析理论发展–物理化学关于溶
液（四大平衡）的基本概念的建立。
物理学、物理化学、电子学应用——各
学科互相渗透，出现一些新的分析方法。
一
、
发
展
概
况
（
三
次
变
革
）
：
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Page38
v
方法：
灵敏度高、特异性好、适用范围广、
线性范围宽、精确、准确、快速；
v
成本：
价廉、易操作、无需培训、省时；
v
固体直接原子测定：
激光诱导光谱、激光
消蚀质谱等主要应用于质粒
DNA
等生物分
子检测。
分析科学与技术的发展动力来源
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Page39
v
各学科互相渗透，出现了一些新的分析方法。
v
分析方法互相渗透，不同方法的联用，出现了一
批新的分析方法和新的分析仪器。
v
计算机技术的发展使仪器的自动化和智能化进一
步提高。
v
分析方法的理论与技术的深入研究，推动一些新
的分析方法的发展。
v
展望未来，为适应现代化工农业和现代科学技术
的发展，分析化学必将起到科学技术现代化的先
行军作用。
二、发展趋势
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Page40
分析科学
主要发展趋向
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
固定化
传感器
定性
教育
接口
活体分析
实时分析
原位分析
在线分析
化学计量学
自动化 微型化 新技术 新仪器
新原理
分离技术
仪器和计算机
联用技术
其它科技领域
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Page41
社会
其它科学技术领域
社会需要
研究与发展
分析问题
分析科学
分析科学与社会和其它
科学技术领域的关系
4
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Page42
课程的学习方法
特点：
涉及的知识面广、内容繁多、各成体系
抓住主线：
特点——原理——用途；重点在原理
归纳共性与个性：
色谱法：
共性：
复杂混合物分离分析
个性：
流动相
-
原理
-
对象
处理好整体与局部：
分析仪器——结构流程——关键部件
勤
书山无路勤为径！
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Page43
v
《分析科学与分析技术》，华东师范大学出版社，方禹之，
2001
v
《分析化学》高等教育出版社武汉大学，
1995
v
《仪器分析》北京大学出版社，北京大学
v
《仪器分析》（第三版）高等教育出版社，朱明华，
2000
v
《仪器分析原理》南京大学出版社，方惠群等，
1994
v
《仪器分析手册》化学工业出版社
升级会员 