2011-分析化学课件-第一章--绪论

2020/4/16分析化学AnalyticalChemistry张兴文哈尔滨工业大学理学院化学系2020/4/16主讲教师:张兴文助教:李松鞠，马昊天，柳志民办公室：理学楼1024Tel.[phone]（13796051062）E-mail:[e-mail]•上课时间：周二、周四，3-4节•上课地点：正心楼116实验地点：理学楼709（24学时（公共时间：周六（3组），周日（1组）。2020/4/16实验分组•L607（孟详丽(13936643922)，实验书）•L701（实验报告和实验记录卡片每人6套）•实验时间：7：20200分钟10分•0919001（20人)------组1•0919002（20人+2)-----组2•0919003（17人+5)------组3•0919004（18人+2)------组4•0936406（9人)2020/4/162020/4/16课堂教学目录第一章绪论第二章误差及分析数据的统计处理第三章滴定分析第四章酸碱滴定法第五章配位滴定法第六章氧化还原滴定法2020/4/16主要参考资料:《分析化学》（第三版）华东化工学院《分析化学常见错误解析》路纯明等《分析化学》国际性教科书，李克安,金钦汉译《分析化学》第四版武汉大学主编《分析化学》湖南大学张正奇主编，2001《分析化学基本原理问题详解》D.A.斯摩克D.W.韦斯特QuantitativeAnalysisR.A.Day,JR..A.L.UnderwoodAnalyticalChemistryLarryG.Hargis2020/4/162020/4/162020/4/162020/4/162020/4/162020/4/162020/4/16•1.1分析化学的任务和作用•1.2分析方法的分类•1.3分析化学进展第1章绪论2020/4/16一、分析化学定义分析化学：是人们获得物质化学组成和结构信息的科学。主要研究获得物质化学组成，结构信息，分析方法及相关理论的一门科学。分析化学是化学研究中最基础、最根本的领域之一。2020/4/16二、分析化学任务和特点◈定性分析：鉴定物质的化学组成(或成分),如元素,离子,原子团,化合物等,即解决物质是什么的问题。◈定量分析：测定物质中有关组分的含量,即“解决物质是多少的问题。◈结构分析：确定物质的化学结构,如分子结构,晶体结构等。2020/4/16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？分析化学任务2020/4/16分析化学的特点1.分析化学中突出“量”的概念如：测定的数据不可随意取舍；数据准确度、偏差大小与采用的分析方法有关。2.分析试样是一个获取信息、降低系统的不确定性的过程2020/4/163.实验性强强调动手能力、培养实验操作技能，提高分析解决实际问题的能力。4.综合性强涉及化学、生物、电学、光学、计算机等,体现能力与素质。分析化学工作者应具有很强的责任心。2020/4/16三、分析化学的地位和作用在化学学科发展中的作用：分子科学、遗传密码在化学研究工作中的作用：新物质鉴定结构与性能在现代化学工业中的作用：质量控制与自动检测分析化学与社会：环境、体育、破案2020/4/16地位：化学学科的重要分支，四大基础化学之一。•内容：分析化学是研究物质的化学组成的分析方法及有关理论的一门学科•任务：物质的化学组成，a:是什么？（定性分析）、b:是多少？（定量分析）•范围：析化学包括的范围很广泛。•从分析对象来说，包括各种气态、固态或液态的无机物和有机物；从分析要求说，包括各种元素、化合物，原子团和有机官能团等的定性和定量分析以及它们存在形式和化学结构等方面的分析。•从分析方法来说：化学法、物理法、物理化学（仪器分析）研究的范围越来越大.三、分析化学的地位和作用2020/4/16◈在科学的应用中占有显著的地位。称为科学和技术的眼睛。◈诺贝尔物理、化学奖中，有四分之一的项目与分析化学有关。◈国际：36国家，1075个分析化学机构；美国20万化学家，4万热从事分析化学，3000多所大学，270多所有分析化学专业。◈有的国家、大学单独设系。2020/4/16中国：◈10个国家级分析测试中心◈12个部级测试中心◈21个省市测试中心◈137个国家级产品质量监督检验中心◈300多个进出口商品检验室◈8千多个环境监测机构◈数十万庞大的分析队伍2020/4/16研究成果：◈人工合成胰岛素的结构分析；◈DNA新结构的发现；◈生命登月计划的1%；◈超导材料的研究；◈兴奋剂检测中心等。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化学分析化学与社会和其它科学技术领域的关系42020/4/16分析化学六面体2020/4/16第二节分析化学的分类与进展分类一、按分析任务分类二、按分析对象分类三、按分析方法分类四、按数量级分类进展2020/4/16一、分析化学的分类51.按分析任务分类(1)定性含何种元素，何种官能团(2)定量含量(3)结构形态分析,立体结构,结构与活性2020/4/162.按分析对象分类5(1)无机分析(2)有机分析(3)生物分析(4)药物分析2020/4/163.按分析方法分类5化学分析：重量分析容量分析（各种滴定分析）仪器分析：电化学分析光化学分析色谱分析波谱分析2020/4/164.按数量级分类常量，微量，痕量（10-6），超痕量（10-9～10-12）克毫克微克纳克皮克飞克10-310-610-910-1210-15ppmpptppb2020/4/16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2020/4/16分析化学研究对象1.由分析对象来看有机物分析无机物分析生物活性物质2.由分析对象的数量级来看3.由分析自动化程度来看常量微量痕量分子水平手工操作仪器自动全自动智能化仪器2020/4/16分析化学的建立与发展•在19世纪无机化学知识逐渐系统化的时候,永斯·贝采利乌斯(JönsJakobBerzelius)分析天平的发明和使用,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.永斯·贝采利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.而后来人们都尊称他为分析化学之父.2020/4/16•在定性分析方面,1829年德国化学家罗斯(HoinrichRose)编写了一本《分析化学教程》，首次提出了系统定性分析方法.这与目前通用的分析方法已经基本相同了.而到18世纪末,酸碱滴定的各种形式和原则也基本确定.2020/4/16•而对于分析化学的一个重要部分光谱分析,则是从牛顿开始的.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》。从此,观察和研究光谱的人也越来越多,观测的技术也越来越高明.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.2020/4/16•进入20世纪之后,随着科学技术和工业的发展,新的分析方法--仪器分析产生了,包括吸光光度法,发射光度法,极谱分析法,放射分析法,红外光谱,紫外可见光光谱,核磁共振等现代化分析方法.这些分析方法超越了经典分析方法的局限,灵敏度可以达到很高的水平.2020/4/16•目前分析化学还处于第三次变革,这意味着分析化学不再局限于测定物质的组成和含量,而还要对物质的状态,结构,微区,薄层和表面的组成与结构以及化学行为和生物活性等到做出瞬时的追踪,无损的和在线监测等分析及过程控制.甚至是要求直接观察原子或分子形态和排列.2020/4/16第一个重要阶段：◈20世纪二三十年代利用当时物理化学中的溶液化学平衡理论，动力学理论，如沉淀的生成和共沉淀现象，指示剂作用原理，滴定曲线和终点误差，催化反应和诱导反应，缓冲作用原理大大地丰富了分析化学的内容，并使分析化学向前迈进了一步.2020/4/16第二个重要阶段：◈20世纪40年代以后几十年，第二次世界大战前后，物理学和电子学的发展，促进了各种仪器分析方法的发展，改变了经典分析化学以化学分析为主的局面。◈原子能技术发展，半导体技术的兴起，要求分析化学能提供各种灵敏准确而快速的分析方法，如半导体材料，有的要求纯度达99.9999999%以上，在新形势推动下，分析化学达到了迅速发展。◈最显著的特点是各种仪器分析方法和分离技术的广泛应用。2020/4/16第三个重要阶段◈自20世纪70年代以来，以计算机应用为主要标志的信息时代的到来，促使分析化学进入第三次变革时期。◈由于生命科学、环境科学、新材料科学发展的需要，基础理论及测试手段的完善，现代分析化学完全可能为各种物质提供组成、含量、结构、分布、形态等等全面的信息，使得微区分析、薄层分析、无损分析、瞬时追踪、在线监测及过程控制等过去的难题都迎刃而解。◈分析化学广泛吸取了当代科学技术的最新成就，成为当代最富活力的学科之一。2020/4/16分析化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2020/4/16三、分析化学的应用•(一)、农业：–土壤–农药–化肥2020/4/16(二)、工业生产：•质检（产品、原材料）2020/4/16(三)、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。•又如体分析，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。•又如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。2020/4/16(四)、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。2020/4/16–六价铬的毒性大于三价铬，对呼吸器管，皮肤有损害，也能致癌。–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，我国河水的污染及为严重。2020/4/16–例如20世纪50年代日本发生的公害病──痛痛病和水俣病，曾惊动了全世界。–为了寻找痛痛病的病因，经历了11年之久。后来环境分析化学工作者用光谱检查出病区的河水中含有铅、镉、砷等有害元素，继而用元素追踪的手段，分析病区的土壤和粮食,发现铅、镉等含量偏高,以后又进一步对痛痛病患者的尸骨进行光谱定量分析。骨灰中的锌、铅、镉含量高得惊人。为了确定致病因子，又以锌、铅、镉分别掺入饲料喂养动物,在动物身上进行元素追踪分析,配合病理解剖，证实了镉对骨质的严重危害性，揭开了痛痛病的病因之