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1培训讲义(分析化学基础知识)朱鲜红2一、分析化学的任务和作用分析化学在化学学科中是一个较为重要的学科，它的任务是确定物质的化学组成，测定各组成的含量以及鉴定表征物质的化学结构。他们分别隶属于定性分析、定量分析和结构分析研究的范畴。通俗的讲，要想知道某种物质有那些成分组成，首先要进行定性分析，而要进一步知道这些成分的含量，则要进行定量分析。分析化学在国民经济的发展，国防力量的壮大，自然资源的开发及科学技术的进步等各方面的作用是举足轻重的。各行各业都离不开分析化学，在工业生产过程中，从工业原料的选择、工艺流程的控制直至成品的质量检验，都需要检验人员提供可靠的分析数据为生产作保障，此外，在农业、军工、矿山开发到三废处理和综合利用都离不开分析化学。总之，分析化学在我们的日常生活中所起的作用是不可忽视的。3分析方法的种类根据分析任务、分析对象、测定原理、操作方法和具体要求的不同，分析方法可分为许多种类，我们主要介绍以下几种。1、定性分析、定量分析和结构分析定性分析的任务是鉴定物质由哪些元素、原子团或化合物所组成。定量分析的任务是测定物质中有关成分的含量。结构分析的任务是研究物质的分子结构或晶体结构。2、无机分析和有机分析无机分析的对象是无机物，有机分析的对象是有机物。在无机分析中，组成无机物的元素种类很多，通常要求鉴定物质的组成和测定各成分的含量。在有机分析中，组成有机物的元素种类不多，但结构相当复杂，分析的重点是官能团分析和结构分析。3、常量分析、半微量分析和微量分析这是根据试样重量及取样量来确定的。了解一下即可。4、化学分析和仪器分析以物质的化学反应为基础的分析方法称为化学分析法。化学分析法历史悠久，是分析化学的基础，又称经典分析法，主要有重量分析法和滴定分析法（容量分析法）等。以物质的物理和物理化学性质为基础的分析方法为物理和4物理化学分析法。这类方法都需要较特殊的仪器，通常称为仪器分析法。最主要的仪器法有：光学分析法、电化学分析法、热分析法、色谱分析法。在我们日常控制分析中，仪器分析使用的很少，有个概念即可。5、列行分析、快速分析、仲裁分析列行分析是指一般化验室日常生产中的分析，又叫常规分析。快速分析是例行分析中的一种，主要是用于生产中的控制。裁判分析是不同单位对分析结果有争论时，请权威单位进行裁判的分析工作。三、定量分析1、定量分析的过程定量分析的概念前面已讲述，要完成一项定量分析工作，通常包括以下几个步骤。（1）、取样针对不同的试验，采用不同的取样方法。在取样过程中，最重要的一点是要使分析试样具有代表性，否则分析工作将毫无意义，甚至可能导致得出错误的结论。(2)、试样的分解和分析试样的制备定量化学分析一般采用湿法分析，通常要求将干燥好的试样分解后转入溶液中，然后进行分离及测定。根据试样性质的不同，5分解的方法也不同。最常用的分解方法有溶解法和熔融法。（3）、测定根据被测组分的性质、含量和对分析结果准确度的要求，以及化验室的具体情况。选择合适的化学分析及仪器分析方法进行测定。（4）、分析结果的计算根据分析过程中有关反应的计量关系及分析测量所得数据，计算试样中待测组分的含量。2、定量分析结果的表示（1）、固体试样固体试样中待测组分的含量。通常以质量分数表示，试样中含待测物质B的质量以mB表示，试样的重量以mS表示，它们的比称为物质B的质量分数，以符号ωB表示，即ωB=mB/mS应当注意的是mB与mS的单位应当一致，在实际工作中通常使用的百分比符号“%”是质量分数的一种表示方法。（2）、液体试样液体试样中待测组分的含量可用下列方式来表示。A、物质的量浓度：表示待测组分的物质的量除以试液的体积，常用单位mol·L-1B、质量摩尔浓度：表示待测组分的物质的量除以溶质的质量，常用单位mol·Kg-16C、质量分数：表示待测组分的质量除以试液的质量。D、体积分数：表示待测组分的体积除以试液的体积。E、摩尔分数：表示待测组分的物质的量除以试液的物质的量。F、质量浓度：表示单位体积中某种物质的质量，以mg·L-1，μg·L-1表示。（3）、气体试样气体试样中的常量或微量组分的含量，通常以体积分数表示。3、分析结果的准确度和精密度在定量分析的过程中，通常对分析速度及结果的准确度有一定的要求。有时分析速度是矛盾的主要方面。而在较为严格的分析过程中，结果的准确度是矛盾的主要方面，因此，我们要根据不同的要求，采取不同的分析方法，以便满足生产的需要。分析结果与真实值之间的差值称为误差。可见，误差越小，分析结果的准确度越高。准确度：表示分析结果与真实值接近的程度。精密度：多次分析结果相互接近的程度。精密度高不一定准确度高。（这时可能存在较大的系统误差）4、系统误差和随机误差在定量分析中，对于各种原因导致的误差，根据其性质的不7同，可以区分为系统误差和随机误差两大类。（1）、系统误差系统误差是由某种固定的原因造成的，具有重复性、单向性。系统误差的大小、正负，在理论上说是可以测定的，所以又称可测误差。根据系统误差的性质和产生的原因可将其分为以下几类：A、方法误差：这种误差是由分析方法本身造成的。B、仪器误差和试剂误差：仪器误差来源于仪器本身不够精确；试剂误差来源于试剂不纯。C、操作误差：操作误差是由分析人员所掌握的分析操作与正确的分析操作又差别所引起的。D、主观误差：又称个人误差。这种误差是由分析人员本身的一些主观因素造成的。（2）、随机误差（又称偶然误差）它是由一些随机的偶然的原因造成的。例如，测量时环境温度、湿度、和气压的微小波动；仪器的微小变化，分析人员对个份试样处理时的微小差别等。这些不可避免的偶然原因，都将使分析结果在一定范围内波动，引起随机误差。由于随机误差是由一些不确定的偶然原因造成的，因而是可变的，有时大，有时小。有时正。有时负，所以随机误差又称不定误差。随机误差在分析操作中是无法避免的。在分析化学中，除系统误差和随机误差外，还有一类“过失8误差”。过失误差是指工作中的差错，是由工作粗枝大叶，不按操作规程办事等原因造成的。如：读错刻度、记录和计算错误及加错试剂等。5、提高分析准确度的方法知道了误差的产生及规律性，便可掌握减少分析过程中误差的方法。(1)、合适的分析方法各种分析方法的准确度的灵敏度是不同的。重量分析和滴定分析，灵敏度虽然不高，但对于高含量组分的测定，能获得比较准确的结果。对于低含量组分的测定，因允许有较大的相对误差，所以这时采用仪器分析方法是比较合适的。(2)、减少测量误差为了保证分析结果的准确度，必须尽量减少测量误差。例如：一般分析天平的称量误差为±0.0002g，为了使测量时相对误差在0.1%以下，试样质量就不能太小。从相对误差的计算中可得到：相对误差=绝对误差/试样质量×100%试样质量=绝对误差/相对误差=0.0002/0.001=0.2g可见试样质量必须在0.2g以上。在滴定分析中，滴定管读数常有±0.01mL的误差，在一次滴定中，需要读数两次，因此，可能造成±0.02mL的误差。所以为了使测量时的相对误差小于0.1%，消耗滴定剂的体积必须9在20mL以上，最好使体积在25mL左右，以减少相对误差。(3)、减少随机误差在消除系统误差的前提下，平行测定次数愈多，平均值愈接近真实值。因此，增加测定次数，可以提高平均值精密度。在一般化学分析中，对同一试样，通常要求测定2~4次。(4)、消除系统误差由于系统误差是由某种固定的原因造成的，因而找出这一原因，就可以消除系统误差的来源。通常根据具体情况，采用下述几种方法来检验和消除系统误差。A、对照实验对照实验是检验系统误差的有效方法。可以与标准试样的标准结果进行对照；也可以与其它成熟的分析方法进行对照或者由不同的分析人员，不同的实验室来进行对照实验。标准试样的结果比较可靠，可供对照实验选用。进行对照实验时，尽量选择与试样组分相近的试样进行对照分析。根据标准试样的分析结果，可由统计方法进行检验，以判断试样分析结果有无系统误差。由于标准试样的数量和品种有限，所以有些单位又自制一些所谓“管理样”，以此代替标准试样进行对照分析。管理样事先经过反复多次分析，其中各组分的含量出是比较可靠的。如果没有适当的标准试样和管理试样，有时可以自己制备“人工合成试样”来进行对照分析。人工合成试样是根据试样的10大致成分由纯化合物配制而成。进行对照试验时，如果对试样的组成不完全清楚，则可以采用“加入回收法”进行试验。这种方法是向试样中加入已知量的被测组分，然后进行对照实验，看加入的被测组分是否能够被定量回收，以此判断分析过程是否存在系统误差。用其它可靠的分析方法进行对照试验也是经常采用的一种办法。用为对照试验用的分析方法必须可靠，一般选用国家颁布的标准分析方法或公认的经典分析方法。在许多生产单位中，为了检查分析人员之间是否存在系统误差和其他问题，常常在安排试样分析任务时，将一部分试样重复安排在不同的分析人员之间，互相进行对照试验，这种方法称为“内检”。有时又将部分试样送交其他单位进行对照分析，这种方法称为“外检”。B、空白试验由蒸馏水、试剂和器皿带进杂质所造成的系统误差，一般可用空白试验来扣除。所谓空白试验，就是在不加待测组分的情况下，按照待测组分分析同样的操作手续和条件进行试验。试验所得结果称为空白值。从试样分析结果中扣除空白值后，就得到比较可靠的分析结果。当空白值较大时，应找出原因，加以消除。如提纯试剂和改用其他适当器皿等。C、校准仪器11仪器不准确引起的系统误差，可以通过校准仪器来减少其影响。例如砝码、移液管和滴定管等，在精确分析中，必须进行校准，并在计算结果时采用校正值。D、分析结果的校正分析过程的系统误差，有时可以采用适当的方法进行校正。如重量法测定试样中含量的硅，可以用光度法测定残渣中剩余的硅，将光度法测得的硅加到重量法测得的结果中去，即可试样中硅的准确结果。四、滴定分析法概述滴定分析法主要包括酸碱滴定法、络合滴定法、氧化还原滴定法及沉淀滴定法等。1、滴定分析法的特点和主要方法滴定分析法又被称为容量法，。此方法是将一种已知准确浓度的试剂溶液（标准溶液），滴加到被测物质的溶液中（或者是将被测物质的溶液滴加到标准溶液中，直到所加的试剂与被测物质按化学计量关系定量反应为止，然后根据试剂溶液的浓度和用量，计算被测物质的含量。通常将已知准确浓度的试剂溶液称为“滴定剂”，把滴定剂从滴定管加到被测物质溶液中的过程叫“滴定”，加入的标准溶液与被测物质按化学计量关系定量反应完全时，反应即达到了“化学计量点”，一般依据指示剂的变色来确定化学计量点，在12滴定中指示剂改变颜色的那一点称为“滴定终点”。滴定终点与化学计量点不一定恰好吻合，由此造成的分析误差称为“终点误差”滴定分析简便、快速，可用于测定很多元素，且有足够的准确度。滴定分析一般测定其组分含量在1%以上的样品。2、滴定反应和滴定方式适合滴定分析法的化学反应，应该具备以下几个条件：A、反应必须具有确定化学计量关系，即反应按一定的反应方程式进行。这是定量计算的基础。B、反应必须定量的进行。C、必须具有较快的反应速度。D、必须有适当简便的方法确定滴定终点。凡能满足上述要求的反应，都可用直接滴定法，即用标准溶液直接滴定待测物质。直接滴定法是滴定分析中最常用和最基本的滴定方法。但是，有些反应不能完全符合上述要求，因而不能采用直接滴定法。遇到这种情况时，可采用以下几种方法进行滴定。间接滴定法：不能与滴定剂直接起反应的物质，有时可以通过另外的化学反应，以滴定法间接进行测定。间接滴定手续较繁，引入误差的机会也较多，不是一种理想的方法。返滴定法：先准确的加入过量标准溶液，使与试液中的待测物质或固体试样进行反应，待反应完成后，再用另一种标准溶液13滴定剩余的标准溶液，这种滴定方法称为返滴定法。当满足a、试液中待测物质与滴定剂反应速度很慢（如铝与EDTA的反应）b、被测离子发生水解等副反应，影响测定。C、采用直接滴定法时，缺乏符合要求的指示剂，或者被测离子对指示剂有封闭作用。时不能用直接滴定法进行滴定。此时可进行返滴定。置换滴定法：当待测组分所参与的反应不按一