第七章定量分析概论_无机与分析化学

华南师范大学化学与环境学院分析化学研究所曹玉娟Tel.13826088548E-mail:[e-mail]分析化学AnalyticalChemistry非化学专业的学生为什么要学这门课?下游学科生物医学材料环境中游学科化学上游学科数学物理3课程介绍无机与分析化学：理论60学时，实验30学时分析化学部分(70%理论+30%实验)理论成绩评定：平时20%（作业和考勤）+期末80%实验成绩评定：预习+操作+卫生+结果及报告4理论课教学安排第七章定量分析概论（8学时）第八章酸碱平衡与酸碱滴定法（8学时）第九章沉淀平衡和沉淀滴定法（6学时）第十章氧化还原平衡和氧化还原滴定法（6学时）（28学时）5如何学好分析化学课？大学中的学习与中学有很大的区别。教学内容多，时间短，老师不可能讲的那么详细。每堂课的容量大，知识点多，如何来消化？学习方法、态度的转变课前预习；认真听课，作好笔记；课后复习（善于总结），作好习题；通过课外书加强对所学课程的理解。如何学好分析化学课？7陈虹锦：无机与分析化学(第二版)，科学出版社，2008武汉大学：分析化学(第五版)，高等教育出版社，2006华中师范大学等:分析化学(第四版)，高等教育出版社，2011北京大学：分析化学教程，北京大学出版社，2005R.Kellneretal.,(FECS)AnalyticalChemistry（李克安等译：分析化学，北京大学出版社，2001）D.Harvey:(McGrawHill)ModernAnalyticalChemistry梁文平，庄乾坤主编:分析化学的明天，科学出版社，2003荣庆新:分析化学，中山大学出版社，1997参考书97.1.1何谓分析化学？7.1定量分析概述分析化学是人们获得物质化学组成、含量和结构等信息的科学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、构象、形态、能态表征物质组成、含量、结构、形态等的动力学特征7.1.2分析化学的任务1.根据分析任务的不同：(1)定性分析鉴定物质有哪些粒子组成；即“有什么？”(2)定量分析测定物质中有关组份的相对含量；“有多少”(3)结构分析研究物质组成中各成份元素的价态、官能团和结构。主要测定物质的分子结构和晶体结构。7.1.3定量分析方法的分类2.根据对象不同：有机分析；无机分析。3.根据分析原理的不同：化学分析（经典分析）；仪器分析。7.1.3分析方法的分类4.根据试样用量：常量分析、半微量分析和微量分析。5.根据待测组分含量高低：常量组分分析(1%)、微量组分分析(0.01~1%)、痕量组分分析(0.01%)等6.根据应用的领域不同：环境分析、生物分析、药物分析等方法试样质量试液体积常量分析＞0.1g＞10cm3半微量分析0.01～0.1g1～10cm3微量分析0.1～10mg0.01～1cm3超微量分析＜0.1mg＜0.01cm37.1.3分析方法的分类澳大利亚化学会分析化学部的标志(会徽)就是个具有眼睛形状的“异化”烧杯7.1.4.分析化学的作用14(一)、农业：土壤农药化肥15(二)、工业生产：质检（产品、原材料）16(三)、分析化学是人民健康的技术保障食品安全医药卫生环境保护17“食”面埋伏18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。药品安全检测19环境保护：环境监测(大气、水、土壤分析等）测定空气中污染物如NO2,SO2,CO等含量，这两者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，死亡。20室内污染21(四)、分析化学在生物中任务提供生物活性物质的组成、含量、结构、形态等方面的信息；生命活性物质，既包括核酸、蛋白质等大分子，又含有种类繁多的活性小分子和调控分子。发展获取上述信息的方法以及复杂生物物质的分离和纯化技术；创制用于研究生命活性物质间相互作用的技术手段。7.1.5定量分析的基本步骤5.计算分析结果3.试样的分解2.样品的采集4.样品的测定1.问题提出23一、分析问题的确定Natureofsample?Analyte?Ion?Molecules?Functiongroup?Quatitativeorquantitative?Howmuchobject(sample)?Matrixofcomposition?Singleormulti-component?Timeavailable?Samplesupplyrepeatedly?Destructionornon-destruction?Lookforacontinuoussystem?分析方案24二、分析试样的采集分析试样的采集:从大批物料中采取少量样本作为分析原始试样。根据具体测定需要和样品的性质采用一定的方法进行采样：样品均匀（水体、大气）:按照样品含量的分布特点，布点采样。样品不均匀（矿石）:采集多份样品—粉碎—过筛—混匀试样的采集原则——代表性如:测定人体的血糖、血脂25251.要求：分解完全，不损失，不污染，与分析方法衔接。2.分解方法：（1）溶解法：水溶、酸溶、碱溶（2）熔融法：用固体碱或酸性物质高温熔融来分解试样三、试样的分解湿法分析是先将试样分解制成溶液再进行分析，定量分析化学属于湿法分析。分解方法评价溶解法分解优点：1、易提纯2、易除去（除磷酸、硫酸外）3、温度低、腐蚀小，操作方便缺点：1、有些试样分解不完全2、挥发性试样加热时可能会挥发损失熔融法分解优点：分解能力强缺点：操作不方便、腐蚀性强、引入大量盐27四、含量的测定物质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28五、计算分析结果mS、测量数据I化学计量关系mB例：铁矿石中全铁含量的测定1．准确称取0.5000g铁矿石粉末，经浓盐酸溶解后，定量转移至200cm3容量瓶中定容得到待测溶液。2．准确称取0.2942gK2Cr2O7，溶解后，定量转移至200cm3容量瓶中定容得到标准溶液。3．移取20.00cm3铁待测液，经定量还原后，用K2Cr2O7滴定至终点，消耗K2Cr2O7的体积为25.00cm3，求铁矿石中的铁含量？29六、定量分析结果的表示（一）分析结果的化学表示形式以待测组分实际存在形式含量的表示例：含氮量测定：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NH3,NO3-,N2O5,NO2-,N2O330（二）待测组分含量的表示方法固体——质量分数SBBmmw例：Fe=0.5643或Fe=56.43%低含量：g/g,ng/g气体——体积百分数空气中的成分氮气占78%，氧气占21%，稀有气体占0.94%，二氧化碳占0.03%，其他占0.03%31液体物质的量浓度(cB)mol/dm3质量体积浓度(ρB)mg/dm3,ng/dm3,g/dm3质量分数(wB)%（mB/mS)体积分数(φB)%（VB/Vs)质量摩尔浓度mol/kg例：A、B、C、D四个分析工作者对同一铁标样（WFe=37.40%)中的铁含量进行测量，得结果如图示，比较其准确度与精密度。36.0036.5037.0037.5038.00测量点平均值真值DCBA7.2实验误差与有效数字7.2.1实验误差产生的原因系统误差—某种固定的因素造成的误差方法误差、仪器误差、试剂误差、主观误差偶然误差—不定的因素造成的误差仪器误差、操作误差过失（1）过失（grosserror）是由于观察者的错误造成的误差。比如观察者有意或无意的记录错误，计算错误，加错溶剂，溅失溶液，甚至故意修改数据导致的错误。过失重做！（2）系统误差(systematicerror)定义：是由于测定过程中某些经常性的原因所造成的误差，它对实验结果的影响比较恒定，会在同一条件下的重复测定中重复出现。特点：重复测定重复出现具单向性（大小、正负一定）误差大小基本不变,可消除（原因固定）系统误差的来源：a．方法误差：方法不恰当产生b．仪器与试剂误差：仪器不精确和试剂中含被测组分或不纯组分产生c．主观误差：操作人员主观原因造成的系统误差-----准确度（3）偶然误差(randomerror)定义：是由于实验对象个体的变异及一些无法控制的因素波动（如测定温度、湿度、仪器性能）而产生的误差。难以观察、控制，但有规律！是排除过失误差、系统误差之后尚存在的误差。特点：其大小可变，重复测定时有大有小，有正有负，具有相互抵偿性。7.2.2误差的减免系统误差的检验方法：标准品对照实验系统误差的减免方法空白试验校准仪器分析结果的校正（1）系统误差的检验与减免偶然误差的分布规律1、小误差出现的概率大，大误差出现的概率小；特别大的误差出现的概率极小。2、正误差出现的概率与负误差出现的概率相等。结论：增加平行测量次数可有效减小随机误差。0.05.010.015.020.025.015.8015.9016.0016.1016.20y平均值x（2）偶然误差的减免偶然误差-----精密度例：A、B、C、D四个分析工作者对同一铁标样（WFe=37.40%)中的铁含量进行测量，得结果如图示，比较其准确度与精密度。36.0036.5037.0037.5038.00测量点平均值真值DCBA由于有了误差导致测量值和真值之间，存在差距。那该如何评价测量得到数据的好坏呢？1.准确度与误差准确度表示测定值（x）与真实值（）的接近程度。误差的大小是衡量准确度高低的尺度，绝对误差相对误差7.2.3误差的表征绝对误差＝x－相对误差＝误差真实值(Truevalue)某一物理量本身具有的客观存在的真实值。真值是未知的、客观存在的量。在特定情况下认为是已知的：1、理论真值（如化合物的理论组成）(如，NaCl中Cl的含量）2、计量学约定真值（如国际计量大会确定的长度、质量、物质的量单位等等）3、相对真值（如高一级精度的测量值相对于低一级精度的测量值）（例如，标准样品的标准值）相对误差表示的是误差在测定结果中所占的百分率。举例：两物称重x1＝2.1750gx2＝0.2175g真实重量1＝2.1751g2＝0.2176g绝对误差－0.0001g－0.0001g相对误差－0.005％－0.05％用相对误差来表示各种情况下测定结果的准确度更确切精密度Accuracy精密度表示平行测定的结果互相靠近的程度（离散程度），一般用偏差表示精密度与偏差的关系偏差越小，精密度越高。2.偏差与精密度CYJ45偏差（deviation):指个别测定结果与几次测定结果的平均值之差。偏差的表示有（p221）绝对偏差、相对偏差平均偏差、相对平均偏差标准偏差、相对标准偏差具体计算公式在后面给出偏差（1）绝对偏差：单次测量值与平均值之差（2）相对偏差：绝对偏差占平均值的百分比（3）平均偏差：各测量值绝对偏差的算术平均值（4）相对平均偏差：平均偏差占平均值的百分比ndddnxxdni....21%100%100xxxxdii（5）标准偏差：（6）相对标准偏差（变异系数）μ未知μ已知nxniix12)(1)(12nxxSniix%100xSCVx例1有两组测定值甲组2.92.93.03.13.1乙组2.83.03.03.03.2计算两组数据单次测定平均偏差、单次测定的相对平均偏差、标准偏差和变异系数解：0.3甲x0.3乙x平均偏差niiniixxndnd1111%100xddr08.00.31.30.31.30.30.30.39.20.39.21nd甲08.0乙d相对平均偏差变异系数（相对标准偏差）111122121212