环境分析化学课件ppt课件

环境分析化学一、课程介绍本课程目的是使环境工程专业的学生掌握分析化学的基本理论、基本方法和基本实验技能，是《分析化学》。本课程的另一个目的是使环境工程专业的学生掌握环境工程中一些基本参数的测定(例如废水的COD、BOD、重金属含量，地表水中高锰酸盐指数、营养盐含量)，同时，初步介绍环境监测中最新的分析技术。是《环境分析》的一部分。因此，本课程是以分析化学为基础，以环境工程分析和环境监测为主要内容，理论与实践相结合的一门课程1-1二、课时分配课堂讲课40学时，包括：1,绪论1学时2,误差及分析数据的统计处理3学时3,滴定分析2学时4,酸碱滴定法8学时5,配位滴定法4学时6,氧化还原滴定法6学时7,电位分析法4学时8,分光光度法4学时9,原子吸收光度法4学时10,气相色谱分析法4学时1-2实验20学时，包括：1，酸碱标准溶液的配制和标定及废水酸度或碱度的测定2，配合滴定法测定水的硬度3，高锰酸钾指数的测定4，化学需氧量的测定5，水中溶解氧(DO)的测定6，磷钼酸铵光度法测定水样中的磷酸根7，原子吸收法测定水中铜其中除实验4为2学时外，其余均每个实验3学时1-3第一章绪论§1-1分析化学的任务和作用1,分析化学的定义:研究获得物质化学组成，结构信息，分析方法及相关理论的科学;化学中的信息科学，以降低系统的不确定度为目的。鉴定物质的化学成分、化学结构并测定各成分的含量。例如：米歇尔(苏州)羊毛工业有限公司在吴江市建厂前要求对土壤成分的分析(Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni、DDT、PCB；1-42，分析化学的作用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1-53,分析化学在环境工程领域的作用--分析化学是环境工程的重要工具。确定处理方案前确定处理污染物的种类和含量，设计前要反复试验，工程完工后要鉴定污染治理工程是否实现达标排放。--分析化学是环境监测的重要组成部分。环境监测站业务部门有分析室(采样，分析)，管理室(质量保证)，评价室(数据统计、质量评价)，从事分析化学人员占一半以上。1-6§1-2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。3.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。1-7§1-3分析化学的分类与进展1，分析化学的分类分类方法：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1-8一.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1-9二.按分析对象分类(1)无机分析(2)有机分析(3)生物分析(4)药物分析1-10三.按分析方法分类化学分析：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1-11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1-12四.按数量级分类常量微量痕量超痕量克毫克微克纳克皮克飞克10-310-610-910-1210-15ppmppbppt1-13§1-4分析化学的进展1.由分析对象来看无机物分析有机物分析生物活性物质2.由分析对象的数量级来看常量微量痕量分子水平3.由分析自动化程度来看手工操作仪器自动全自动智能化仪器1-141-15第二章误差及分析数据的统计处理§2-1定量分析中的误差一、准确度和精密度1.准确度和精密度——分析结果的衡量指标。(1)准确度──分析结果与真实值的接近程度准确度的高低用误差的大小来衡量；误差一般用绝对误差和相对误差来表示。(2)精密度──几次平衡测定结果相互接近程度精密度的高低用偏差来衡量，偏差是指个别测定值与平均值之间的差值。(3)两者的关系精密度是保证准确度的先决条件；精密度高不一定准确度高；两者的差别主要是由于系统误差的存在。2-12.误差与偏差的概念(1)绝对误差与相对误差X绝对误差X相对误差a基准物：硼砂Na2B4O7·10H2OM=381碳酸钠Na2CO3M=106选那一个更能使测定结果准确度高？（不考虑其他原因，只考虑称量)(2)绝对偏差和相对偏差XXdiinXXd%100Xd相对平均偏差2-2二、误差的种类、性质、产生的原因及减免1.系统误差(1)特点a.对分析结果的影响比较恒定；b.在同一条件下，重复测定，重复出现；c.影响准确度，不影响精密度；d.可以消除。产生的原因?2-3(2)产生的原因a.方法误差——选择的方法不够完善;例：重量分析中沉淀的溶解损失；滴定分析中指示剂选择不当。b.仪器误差——仪器本身的缺陷;例：天平两臂不等，砝码未校正；滴定管，容量瓶未校正。c.试剂误差——所用试剂有杂质;例：去离子水不合格；试剂纯度不够(含待测组份或干扰离子）。d.主观误差——操作人员主观因素造成例：对指示剂颜色辨别偏深或偏浅；滴定管读数不准2-4(3)减免系统误差的方法：A，校正仪器设备B，采用标准分析方法C，进行空白试验D，进行对照试验F，进行回收率试验100%%加入标样量测定结果加标样测定结果－样品回收率2-52.偶然误差(1)特点a.不恒定b.难以校正c.服从正态分布(大小相近的正误差和负误差出现的几率相等，小误差出现的概率大，大误差出现的概率小)具有对称性、单峰性、有界性和抵偿性。(2)产生的原因a.偶然因素b.滴定管读数(3)减免方法进行平行试验，求平均值3.过失误差2-6§2-2分析结果的数据处理一，平均偏差平均偏差又称算术平均偏差，用来表示一组数据的精密度。平均偏差：特点：简单；缺点：大偏差得不到应有反映。nXXd例：某水样COD三次平行测定的结果分别为26.8，25.3,29.2mg/L,计算平均偏差和相对平均偏差。解：平均值d1=-0.3,d2=-1.8,d3=2.11.273/)2.293.258.26(X相对平均偏差=(1.4/27.1)*100%=5.17%2-74.13/)|3||2||1|(dddd二、标准偏差标准偏差又称均方根偏差；计算分两种情况：1．当测定次数趋于无穷大时标准偏差：μ为无限多次测定的平均值（总体平均值）；即：(当系统误差消除后μ为真值)2．有限测定次数时标准偏差：相对标准偏差(变异系数)CV=s/X×100%/nμ)Σ(Xσ2Xlimn)1/()(2nXXs2-81)(1212nnxxsniniii例题用标准偏差比用平均偏差更科学更准确。例:两组数据(1)X-X：0.11,-0.73,0.24,0.51,-0.14,0.00,0.30,-0.21,n=8d(1)=0.28s1=0.38(2)X-X：0.18，0.26，-0.25，-0.37，0.32，-0.28，0.31，-0.27n=8d(2)=0.28s2=0.29d(1)=d(2),s(1)s(2)2-9三，置信度和置信区间1，偶然误差的分布根据统计学,偶然误差服从正态分布或t分布σs图中：σ(s)：偶然误差的标准偏差；μ：总体平均值（真值）；横座标：误差；纵座标：误差的几率密度；曲线下面积：一定的误差范围出现的几率，全部面积为100%正态分布曲线2-10正态分布曲线t分布曲线1，偶然误差的分布偶然误差的分布服从正态分布纵座标为偶然误差的几率密度，横座标为偶然误差值，即2-11xu分布曲线下的面积为偶然误差出现的几率曲线下面积几率-∞~∞100%(u=1)μ±σ68.3%(u=2)μ±2σ95.5%(u=3)μ±3σ99.7%有限次测定偶然误差服从t分布根据统计学研究t分布的偶然误差值nsxtsxt或式中μ为总体平均值，在消除系统后为真值ntsx2-12例题例：水垢中Fe2O3的百分含量测定数据为(测6次)：79.58%，79.45%，79.47%，79.50%，79.62%，79.38%X=79.50%s=0.09%t=2.57则真值所处的范围为（无系统误差）：数据的可信程度多大？如何确定？2-13%09.050.79609.0*57.250.79ntsxt值表测定次数n置信度50%90%95%99%99.5%21.006.31412.70663.657127.3230.8162.9204.3039.92514.08940.7652.3533.1825.8417.45350.7412.1322.7764.6045.59860.7272.0152.5714.0324.773置信度——真值在置信区间出现的几率；置信区间——以平均值为中心，真值出现的范围；2-15例：COD三次平行测定的结果分别为26.8，25.3,29.2mg/L,计算标准偏差和置信度为99%时平均值的置信区间。解：1.27X02.21)(2nXXSLmgnStXCOD/5.111.27302.29.91.272-16四，可疑数据的取舍－－过失误差的判断Q检验法步骤：（1）数据排列X1X2……Xn（2）求极差Xn－X1（3）求可疑数据与相邻数据之差Xn－Xn-1或X2－X1（4）计算：（5）根据测定次数和要求的置信度，（如90%）查表：11211XXXXQXXXXQnnnn或2-17表1--2不同置信度下，舍弃可疑数据的Q值表(p18)测定次数Q90Q95Q9930.940.980.9940.760.850.9380.470.540.63（6）将Q与QX（如Q90）相比，若QQX舍弃该数据,（过失误差造成）若QQX舍弃该数据,（偶然误差所致）当数据较少时舍去一个后，应补加一个数据。2-18§2-3有效数字及其运算运算规则一，有效数字1．实验过程中常遇到的两类数字（1）数目：如测定次数；倍数；系数；分数（2）测量值或计算值。数据的位数与测定准确度有关。记录的数字不仅表示数量的大小，而且要正确地反映测量的精确程度。测定结果绝对偏差相对偏差有效数字位数0.51800±0.00001±0.002%50.5180±0.0001±0.02%40.518±0.001±0.2%32-192．数据中零的作用数字零在数据中具有双重作用：（1）作普通数字用，如0.51804位有效数字5.18010－1（2）作定位用：如0.05183位有效数字5.1810－22-203．改变单位，不改变有效数字的位数如：24.01mL24.0110－3L4．注意点（1）容量器皿；滴定管；移液管；容量瓶；4位有效数字（2）分析天平（万分之一）取4位有效数字（3）标准溶液的浓度，用4位有效数字表示:0.1000mol/L（4）pH4.34,小数点后的数字位数为有效数字位数对数值，lgX=2.38；lg(2.4102)2-21二，有效数字的运算1.加减运算结果的位数取决于绝对误差最大的数据的位数例：0.0121绝对误差：0.000125.640.011.0570.00126.70912-222.乘除运算有效数字的位数取决于相对误差最大的数据的位数，即结果的有效数字与式中位数最少的相同。例：(0.03255.10360.06)/139.8=0.0711791840.0325±0.0001/0.0325100%=±0.3%5.103±0.001/5.103100%=±0.02%60.06±0.01/60.06100%=±0.02%13