第一章定量分析化学概论

研究对象
研究内容和方法
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分析化学
与化学有关的科学领域，如生物学、农 业科学、环境科学、材料学、海洋学及生命 科学等，分析化学都起着重要的作用。 当代科学领域的“四大理论”（即天体、地 球、生命、人类的起源和演化）以及人类社 会面临的“五大危机”（即资源、能源、人 口、粮食、环境）问题的解决，都与分析化 学这一基础学科的研究密切相关。
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分析化学与社会和其它科学技术领域的关系
社会
其它科学技术领域
社会需要
分析问题
分析化学
研究与发展
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分析化学六面体
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1.1.1 分析化学的任务
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
来的分离、分析方法。主要有气相色谱分 析法和高效液相色谱分析法。
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1.2 分析化学的分类
气 相 色 谱 法
色 谱 法 (吸 附 ,分 配 ,离 子 交 换 ,纸 ,薄 层 )
仪 器 分 离 分 析 法
液 相 色 谱 法
电 泳 法 (体 积 — 电 荷 )
热 分 析 法 ( 化 学 反 应 中 的 热 现 象 ) 其 它 仪 器 分 析 法 中 子 活 化 分 析 法 ( 核 性 质 )
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化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障
生产环境友好的生物肥料和生物农药。 研究对环境无害的化学品、生活用品、生产方
式。 提出优化环境建立洁净生活空间的途径。 发展新能源和资源的合理开发和高效安全利用。 创造和研究包括基因疗法在内的新药物和新方
法
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化学是提高人类生存质量和生存安全的有效保障
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1
测
定 原
仪器分析：以被测物质的物理性质和物 理化学性质为基础。
理
分
类
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1.2 分析化学的分类
滴定分析法： 是将已知浓度的标准溶液，滴加到待测物质
溶液中，使两者定量完成反应，根据用去的 标准溶液的准确体积和浓度即可计算出待测 组分的含量。 化学分析法常用于常量组分的测定，即待测 组分的含量一般在1%以上。
性分析） ★ 测量有关组分的含量，即 How much有多少？
（定量分析）（经典、化学分析） ★ 如何组合（结构) (仪器分析），是什么？ ★ 研究分析方法及有关理论（专业）
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1.1 分析化学的任务和作用
在宏观世界里，人凭视觉、听觉、味觉、触觉认 识世界。在这里人是最智能的分析仪器。
在微观世界里(在分子、原子、微粒层次上)，只 有利用物质的化学、物理及物质化学性质及其变 化来鉴别。在这里用一般眼睛是不能解决的。这 就是分析化学的任务。
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分析化学的特点
实验性强，综合性强（综合运用物理、数学、化 学、计算机等学科知识）。建立好“量”的概念 十分重要。
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1.3 分析化学的发展
人类有科技就有化学，化学从分析化学开始
50万年前猿人用火——化学； “波义尔把化学确立为科学”——恩格斯 波一耳(Boyle) 的元素学说的建立（1661） 《怀疑派化学》推翻了炼金术的四元素说（水、火、 土、气）和医药派的三元素说（硫、汞、盐）。波义 尔是分析化学的奠基人之一。1685年，写成《矿泉 的博物学考察》，他把‘analysis’引进化学中来。 被称为分析化学之父。
化学发光法(化学反应致发光)
原子吸收光谱法
紫外及可见分光光度法
光谱分析法 吸收光谱法 红外光谱法
（辐射信号）
核磁共振波谱法
电子自旋共振波谱法
光学分析法
散射光谱法 (拉曼光谱法,浊度法)
折射法
旋光法(偏振,旋光,圆二色性)
非光谱分析法 干涉分析法
（辐射性质）
x—射线分析法
衍射分析法
电子衍射分析法 29
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1.1 分析化学的任务和作用
分析化学是研究并应用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、形态、能态 并在时空范畴跟踪其变化的各种分析方法及其相关 理论的一门科学。
定义：研究物质的化学组成、含量测定、结构表 征的一门学科。广义讲，是一门获取物质的组成 及结构的信息科学。
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1.2 分析化学的分类
直接电位法
电位分析法
电位滴定法
控制电位极谱法(直流,单扫示波,方波)
极谱法
极谱及伏安法
控制电流极谱法
电化学分析法
循环伏安法
伏安法
溶出伏安法
电导分析法
电解及库仑分析法(电解分析,恒电位及恒电流库仑分析法)
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1.2 分析化学的分类
色谱分析 是以物质的吸附或溶解性能不同而建立起
分析目的—表征和测量科学
理论意义—信息科学
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1.1 分析化学的任务和作用
吸取当代科学技术的最新成就（包括化学、 物理、数学、电子学、生物学等），利用物 质的一切可以利用的性质，研究新的检测原 理，开发新的仪器设备，建立表征测量的新 方法和新技术，最大限度地从时间和空间的 领域里获取物质的结构信息和质量信息。
常量
微量
痕量
由分析自动化程度来看
分子水平
手工操作 仪器
自动化
智能化仪器
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1.2 分析化学的分类
结构分析 Structure analysis 物质的结构
分子结构，晶体结构，分子聚集体的高级结构
蛋白质的构象(-螺旋、型结构，球状蛋白的三 级结构）Conformation analysis
DNA测序（DNA Sequencing)形态分析 Speices analysis 物质的形态
1.2 分析化学的分类
电化学分析
电分析化学的发展具有悠久的历史， 早在18 世 纪就出现了电分析和库仑滴定法，发展至今， 电分析 化学学科的发展是基于人们从理论上对电极总过程的 各个基本反应的深刻了解，结合其它学科而创造出各 种新技术、新方法， 解决分析化学发展中提出的新问 题。化学修饰电极通过分子水平上电极功能的设计， 突破了以往电化学家研究的范畴， 显示出了选择富集 分离、电催化、电化学传感、不对称有机合成等多种 有用的效应。
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1.1.2 分析化学的作用
在化学学科发展中的作用：分子科学、边缘科学、 新兴学科
在化学研究工作中的作用：鉴定新物质的结构、 性能与形态
在现代化学工业中的作用：生产过程来自制、现代 化生产管理 在环境保护中的作用：连续监测大气、水质
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分科析技化发学展已的成关为键21世纪生命科学和纳米
第一章 定量分析化学概论
Analytical Chemistry
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参考书
武汉大学：分析化学（第四版） 北京大学：分析化学教程 (2019)
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考核方式
一份耕耘，一份收获
期中考试成绩 30% 平时考试成绩 10% 期末考试成绩 60%
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21世纪化学的定义（徐光宪院士）
化学是主要研究原子、分子片、分子、原 子分子团簇、原子分子的激发态、过渡态、吸附 态，超分子、生物大分子、分子和原子的各种不 同尺度和不同复杂性质的聚集态和组装态、直到 分子材料、分子器件和分子机器的合成和反应、 分离和分析、结构和形态、物理性质和生物活性 及其规律和应用的自然科学。
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1.2 分析化学的分类
重量分析法(Gravimetry)： 是通过化学反应及一系列操作步骤使试样中
的待测组分转化为另一种化学组成恒定的化 合物，再称量该化合物的质量，从而计算出 待测组分的含量。
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1.2 分析化学的分类
仪器分析法(Instrumental Analysis) 以物质的物理或物理化学性质为基础建立
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拉瓦锡(Lavoisier)的定量分析（1756） “燃烧氧化学说” 拉瓦锡发现氧元素、测定 原子量——分析
拉瓦锡 1743 -1794
放 射 分 析 法 ( 同 位 素 性 质 ) 质 谱 法 ( 质 - - - 荷 比 )
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1.2 分析化学的分类
1.2.2 根据任务分类： 定性分析 Qualitative analysis 物质的组成 定量分析 Quantitativeanalysis成分的含量
由分析对象的数量级来看
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1.1.1 分析化学的任务
用碘量法测定过氧乙酸含量 例6 电子产业微电子技术 生物计算机 超导
计算机 需进行成分分析 含量测定 结构表 征 例7 现代农业(布局、高产、高效)营养成分 分析，有害、有毒物质测定
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1.1.1 分析化学的任务
分析化学的水平是衡量一个国家科学技术 水平的重要指标。美国21%的化学家是从事 分析化学的。
能态分析 Energy-state analysis 的能态
物质
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1.2 分析化学的分类
1.2.3 根据分析对象分类
无机物分析
有机 物分析
活性物质
无机分析 Inorganic analysis （元素、离子、化合物等）
有机分析 Organic analysis（元素、官能团、结构）
生化分析 Biochemical analysis（蛋白质分析、氨基酸 分析、核酸分析、糖类分析等）
进出口贸易，出口国要检验，进口国也要 检验，若要相互认同，必须有一个共同的标准， 这一个标准涉及到统一的计量认证和质量保证 体系的建立。
工业生产，资源的勘探，原材料的成分分析， 生产过程中的质量控制，产品的质量检验。
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1.1.1 分析化学的任务
原子弹生产，核材料。例：1962年我国制 造第一颗原子弹，中央指明抽调6名高级科 技人员攻关研究核燃料，其中就有一名分析 科学家-陈国珍教授，负责富集铀中杂质元素 的分析。原二机部部长刘杰对陈国珍说，争 取1964年，最迟1965年搞出原子弹，原子 弹一定要响。如果不响，首先检查设计是否 错误，如果没有错误，进而检查材料的纯度。 高富集铀-235，20多个杂质元素分析。
起来的分析方法。 常用的仪器分析法可分为以下几类： 光化学分析
是根据物质对特定波长的辐射能的吸收或发 射建立起来的分析方法，如紫外-可见吸收光 谱法、红外吸收光谱法、发射光谱法、原子吸 收光谱法、荧光光谱法、波谱分析等。
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1.2 分析化学的分类
原子发射光谱法(热致发光)
发射光谱法 萤光及磷光光谱法(光致发光)
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1.2 分析化学的分类
1.2.4 根据作用分类 例行分析 Routine analysis 一般化验室日常生产中的分析。
仲裁分析-Referee analysis: 不同单位对分析结果有争论时，请权威的
单位进行裁判的分析工作
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1.2 分析化学的分类
1.2.5 按试样用量和被测组分含量分类
常量分析 微量分析 痕量 试样质量m >0.1g 0.1～10mg <0.1mg 试样含量wx >1% 0.01～1% <0.01%
揭示中药的有效成分和多组分药物的协同作 用机理。
提供电子信息材料、生物医用材料、新型能 源材料、
生态环境材料和航空航天材料。 从分子水平了解病理过程，提出检测方法，
建议预防途径。
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1.1 分析化学的任务和作用
分析化学是干什么的？
——科学地回答“What is this?”、“Why so?” ★ 鉴定物质的化学组成 ，即What 有什么？（定
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1.1.2 分析化学的作用
对全球经济贸易统一质量保障体系建立的作 用
对工业生产的作用 对国防建设的作用 对科学发展的作用
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1.1.2 分析化学的作用
在新材料、新能源开发中的作用 对环境资源开发利用与保护的作用 在生命科学研究中的作用 在法律执行过程中的作用 社会生活中的作用，等等
基因组计划、蛋白组计划等的实现 纳米技术的发展和应用 人类在分子水平上认识世界 生态环境保护检测和发现污染源 早期诊断疾病保证人类健康 兴奋剂的检测 原子量的准确测定 生命过程的控制
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1.2 分析化学的分类
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1.2 分析化学的分类
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化学分析：以物质的化学反应为基础 。
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1.1.1 分析化学的任务
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？
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1.1.1 分析化学的任务
例1 “布料怎样？”(是全棉吗？是真丝吗？) 例2 “碘盐如何？”(含不含碘？含多少？) 例3 “哪种主粮营养高？” 大米 小麦 玉米 大豆 甘薯 例4 “这套新装修房子能住吗？”(甲醛超标) 例5 消毒液如何？(过氧乙酸)。