第一章化学绪论分析

第一章绪论教学要求：1、了解分析化学的任务和作用；2、了解各种分析方法的特点§1-1 分析化学的任务、作用分析化学在英文中为Analytical Chemistry，Analytical一词本意为分析的，解析的，分解的，也就是意味着分析化学与（样品）的分解，（成分、结构）的分析有关。

分析化学研究的对象是物质的化学组成和结构。

解决的问题是(1)物质中含有哪些组分，这些组分可以是离子、元素、化合物、官能团；(2)这些组分在物质中如何分布?(存在形式?分子结构？晶体结构?); (3)各组分的相对百分含量多少？1、任务：到这里我们可以回答分析化学的主要任务是：鉴定（identification）物质的组分和结构以及测定（detection）有关组分的含量。

要完成这样的任务，必须具备两个要求：(1)研究物质的分析方法(2)分析化学的理论。

从而我们可为分析化学下一个定义：分析化学是研究物质的分析方法及有关理论的一门科学。

是化学的一个分支。

2、作用：分析化学是一门工具科学，是其它化学学科的“帮手”。

历史上一些化学基本定律（原子论、质量守恒、周期律）的发现都与分析化学的作用密不可分。

化学也是一门中心科学，它与社会各方面的需要都有密切关系——[美]Pimentel G C 《化学中的机会——今天和明天》在国民经济的许多部门，分析化学更是具有很大的实用意义。

例如：(1)科学研究中，从月球上取回一些岩石样品，想了解月球和地球的岩石有何异同。

从而推断月球的形成过程与地球有无联系。

这就首先用到分析化学的知识，将样品分解或溶解→阳离子分析→阴离子分析→哪些化合物→相对含量？(2) 工业上，产品的检验，新产品的研制、废水、废渣、废气的处理和利用(3) 农业上，对土壤成分、性质的测定，分析土壤能提供哪些营养元素？含量多少？这样可以有效选择作物，或通过施肥，提高产量。

(4) 国防公安，需要专门的化验人员，对现场遗留物分析、对指纹、头发等分析。

(5) 医药卫生，病理诊断、药品检验、血液化验。

正如1991年IUPAC国际分析科学会议主席E.NIKI教授所说，21世纪是光明还是黑暗取决于人类在能源与资源科学、信息科学、生命科学与环境科学四大领域的进步，而取得这些领域进步的关键问题的解决主要依赖于分析科学。

3、分析化学这门课的特点：(1) 基础理论与无机化学联系较紧，既有严密的理论，又有复杂的计算，还有一些实用例子。

内容零散、琐碎，给我们学习带来困难。

(2) 实践性强，实验所占比重大，要求加强实验基本操作的训练，重视实验课。

§1-2 分析方法的分类1、按任务：定性分析、定量分析、结构分析成分分析定性分析(确定物质的组成)分析化学定量分析(测定组分相对含量)结构分析2、按分析对象：无机分析、有机分析3、其它分类方法：工作性质例行分析（日常分析）快速分析（控制分析）仲裁分析（裁判分析）环境分析食品分析药物分析材料分析矿物分析等成分分析：定性、定量1.分析任务结构分析：存在形式、晶体结构无机分析：元素、离子、化合物、含量2.分析对象有机分析：元素、关能团、结构4.分类化学分析：化学反应（滴定、重量）3.测定方法仪器分析：物理或物理化学性质(光度, 电化学, 色谱, 质谱)常量分析半微量分析常量组分4.试样量及组分含量微量分析微量组分超微量分析痕量组分5. 按取样量分：分析方法试样用量试液体积常量分析﹥0.1g ﹥10ml半微量分析0.01~0.1g 1~10ml微量分析0.1~10mg 0.01~1ml痕量分析﹤0.1mg ﹤0.01ml定性分析部分用半微量分析法，定量分析的化学分析法中采用常量分析法6. 按被测组分含量分：分析方法被测组分的含量常量组分分析﹥1%微量组分分析0.01%~1%痕量组分分析﹤0.01%7. 定量分析过程取样处理消除干扰测定计算均匀溶解掩蔽常量组分有代表性熔融分离(>1%,化学法)符合实际消解微量组分妥善保存灰化(仪器分析法)§1-3分析化学的发展趋势分析化学有很长的历史，从我国的情况看，可追溯到战国时代的冶炼、制药（炼丹）、陶瓷等技术。

分析化学对化学的发展作出重要的贡献。

但直到十九世纪末之前，分析化学还没有独立的体系，分析手段停留在滴定分析、重量分析上，只能算作一门“分析技术”，不能成为一门学科。

1、20世纪，分析化学经历三次巨大变革：(1) 本世纪20－30年代，“四大平衡”理论的建立与完善，使分析化学由一门技术成为一门科学。

(2) 本世纪40－60年代，随着原子能技术、航天技术和电子工业的发展，对分析的灵敏度提出更高的要求，促使多种仪器分析方法的出现，如光学分析、电化学分析、色谱等方法相继出现。

(3) 本世纪70年代之后，以计算机应用为代表的高新技术兴起，使分析方法向自动化、仪器化的方向发展。

研究的领域和程度也发生变化，表现在：(1)由常量分析向微量、微粒分析转化(2)由简单的元素分析进入价态、形态、能态分析(3)由静态分析向动态分析转化，由离线分析向在线分析、遥测转化(4)由破坏性取样分析向无损分析及活体分析转化2、总之：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3、本书的体系定性分析法定量分析法化学分析法酸碱滴定法络合滴定法氧化还原滴定法沉淀滴定法重量分析法仪器分析法电化学分析色谱分析4、分析化学的学习方法大学主要靠自学，课堂上不能解决全部问题。

较为扎实的学习方法是：预习→ 听课（记笔记）→ 复习（看懂、弄通）→ 问题（看参考书、提问、讨论）→ 习题→ 学习基本理论、方法、实验技能；培养严谨的工作作风、科学态度；建立准确的量的概念；训练科学研究素质。

第二章误差和分析数据的处理教学要求：1、了解误差的意义和误差的表示方法2、了解定量分析处理的一般规则3、掌握有效数字表示法和运算规则重点、难点：误差的表示方法随机误差的正态分布有效数字及运算规则教学内容：§2-1 误差及其产生的原因一、误差：测定结果与待测组分的真实含量之间的差值。

二、误差的产生原因及减免方法：三、分类：㈠、系统误差：由某些确定的、经常性的原因造成的。

在重复测定中，总是重复出现，使测定结果总是偏高或偏低1、特点：重现性：在相同的条件下，重复测定时会重复出现单向性：测定结果系统偏高或偏低可测性：数值大小有一定规律2、原因：①方法误差②仪器和试剂误差③操作误差㈡、随机误差（偶然误差）也叫随机误差，是由某些无法控制和避免的偶然因素造成的。

偶然误差的性质是：大小和方向都不固定，无法测量。

表面上看，偶然误差没有规律，但在相同条件下，进行多次测量，发现偶然误差服从统计规律：(1) 大小相等的正、负误差出现的几率相等。

(2) 小误差出现的机会多，大误差出现的机会少，特别大的正、负误差出现的几率非常小。

随着测定次数的增加，偶然误差的算术平均值逐渐接近于零。

这样，消除偶然误差有效的办法是增加次数，一般要求较高10次，一般要求3-4次。

§2-2 测定值的准确度与精密度准确度与精密度来评价测定结果的优劣一、准确度与误差：1、准确度：真值是试样中某组分客观存在的真实含量。

测定值X与真值T相接近的程度称为准确度。

测定值与真值愈接近，其误差（绝对值）愈小，测定结果的准确度愈高。

因此误差的大小是衡量准确度高低的标志。

2、表示方法：绝对误差：E a===x-T（如果进行了数次平行测定，X为平均值）相对误差：E r===100TEa%3、误差有正、负之分。

当测定值大于真值时误差为正值，表示测定结果偏高；当测定值小于真值时误差为负值，表示测定结果偏低；二、精密度与偏差1、精密度：一组平行测定结果相互接近的程度称为精密度2、表示方法：用偏差表示偏差：个别测量值与平均值之间的差值如果测定数据彼此接近，则偏差小，测定的精密度高； 如果测定数据分散，则偏差小，测定的精密度低； ⑴、绝对偏差、平均偏差和相对平均偏差：绝对偏差：d i =x i --x （i=1，2，…，n ）平均偏差：d =nd d d n±±±K 21=∑=ni i d n 11相对平均偏差：d r =100⨯x d% ⑵、标准偏差和相对标准偏差总体：一定条件下无限多次测定数据的全体 样本：随机从总体中抽出的一组测定值称为样本样本容量：样本中所含测定值的数目称为样本的大小或样本容量。

若样本容量为n ，平行测定数据为x 1、x 2、 …、x n ，则此样本平均值为x=∑i x n 1当测定次数无限多时，所得的平均值即总体平均值μxn ∞→lim =μ当测定次数趋于无限时，总体标准偏差σ表示了各测定值x 对总体平均值μ的偏离程度：σ=nxi∑-2)(μ σ2称为方差但一般情况下μ是不知道的，故只有采用样本标准偏差来衡量该组数据的精密度，从而表示各测定值对样本平均值的偏离程度。

样本的标准偏差：S =11)(22-=--∑∑n d n x x ii n-1称为自由度，用f 表示。

标准偏差比平均偏差能更灵敏地反映数据的精密度。

P 47例 两组数据：9.6，9.7，9.7，9.8，10.0，10.1，10.2，10.2，10.3，10.4； 9.3，9.8，9.8，9.9，9.9，10.0，10.1，10.2，10.3，10.5。

样本的相对标准偏差（变异系数）： S r = %100⨯x s⑶、平均值的标准偏差：多个样本测定，平均值的精密度比单次测定值的更高。

用平均值的标准偏差来衡量平均值的标准偏差：n x σσ=（∞→n ）对于有限次数的测定则：S x =n s样本平均值的标准偏差由上式可知：增加测定次数可以减小随机误差的影响，提高测定的精密度。

⑷、极差：又称全距，是测定数据中的最大值与最小值之差。

R=x max -x min其值愈大表明测定值愈分散。

三、准确度与精密度的关系：准确度：测定值与真实值的接近程度衡量准确度高低的尺度是误差。

误差越小，准确度越高；误差越大，准确度越低。

精密度：在相同条件下重复测量时，各测量值间相符合的程度，它是偶然误差的量度。

测定值与平均值的接近程度衡量精密度高低的尺度是偏差。

偏差越小，精密度越高；偏差越大，精密度越低。

在一般的分析工作中，只作有限次数的测定，在有限测定次数时的样本标准差S 表达式为： （3-6）标准偏差把单次测定的偏差自乘，以避免偏差相加时正负抵消，同时由于平方更突出了大偏差，所以标准偏差比平均偏差能更灵敏的反映大偏差的存在，因而能较好的反映测定结果的精密度。

例如：有两组数据，各次测量的偏差分别是：甲：+0.11、-0.73、+0.24、+0.51、-0.14、0.00、+0.30、-0.21；乙：+0.18、+0.26、-0.25、-0.37、+0.32、-0.28、+0.31、-0.27平均偏差：甲、乙两组平均偏差虽然相同，但实际上甲组数据中出现两个大偏差，测定结果精密度不如乙组好，因为甲、乙两组的标准偏差为：可见乙组数据离散程度较小，精密度较高。