827-高等分析化学Advanced Analytical Chemistry

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1.4.2 工作人员
工作人员进入实验时要更换实验室专用的 衣服、鞋子、帽子,戴手套。
1.4.3 容器及材料
对制造容器的材料总要求:
a) 化学稳定性好,不易与环境中的物 质(O2、H2O、CO2等)、常用的溶剂和试剂 (如酸、碱)反应。
b) 纯度高,防止材料中的杂质干扰痕 量组分的分析。
c) 热稳定性好。
(a) 铂可以溶解于王水、氯水和溴水。
(b) 铂在高温下易与某些金属形成低熔点的合金,所 以不可用铂金器皿灼烧Hg、Pb、Cu、Au、Si、Zn、 Cd、As、Al、Bi、Fe和C的单质试样。
(c) 贵金属Cu、Ag、Au的化合物高温下可分解为 相应的单质,这类物质也不能用铂器皿进行高温处理。
(d) 氢气在红热温度下可穿透铂层,因此不可将铂器 皿在还原焰中加热。
由于贮存、运输过程中会导致试剂中杂质含量增 加,所以,实验室对试剂的纯化就具有非常现实的意义。
1.5.1 水的纯化
一般的蒸馏水是将水加热至沸腾,收集蒸汽 并经冷凝,获得蒸馏水,称为一次蒸馏水。
水沸腾时,水泡不断地从容器底部上升至液 面并破裂。这种破裂使存于水泡中的微粒冲入 水蒸汽中,使蒸汽中带有杂质,使一次蒸馏水纯 度不高,重要的体现是其电导率不是很小;水蒸 汽的上升将会导致未蒸馏的液体沿器皿内壁向 上爬行,混入蒸馏水,这都会造成蒸馏水的明显 沾污。即使反复蒸馏,纯度改善也不大。
因此“痕量分析”与“微量分析”是两个完全不
同的概念。而不是同一概念的两个级别。但由于在痕
量分析的实际操作中试样用量往往很小,从量上考虑是 “痕量分析”,从分析技术上看往往又是微量分析,所以 很容易造成混淆。分光光度法可进行痕量分析,但所用 试液量较多,不一定属于微量分析范畴。
1.3 检出限与灵敏度
微量分析:它是一种分析技术。是以所需测试的 试样量的多少来分类。试样的浓度可高,也可以很低。 根据试样量的多少,微量分析可分为4个级别:
分析技术 固体试样量(m g) 液体试样量(mL)
常量分析
>100
>10
半微量分析 10~100
1~1
微量分析
0.1~10
0.01~1
超微量分析
<0.1
<0.01
这也是两个完全不同的概念。在分析化学(包括仪 器分析)中,检出限主要决定于外部条件,如仪器的种类、 质量的优劣或滴定法中终点指示剂的选择等;灵敏度主 要决定于内部条件,如显色系统的选择、平衡关系等。
1.4 痕量分析对外部条件的要求
1.4.1 洁净分析实验室
(1) 空气净化 实验室的主要污染源是室内外大气 中颗粒物、水蒸气和其它 干扰物质。对进入实验室的 空气必须进行净化。净化系统和流程如下:
优点:有较好的化学和热稳定性;价格低廉。
缺点:玻璃中的化学组分易被溶剂浸出,成为严重的 干扰源;玻璃表面会吸附被测组分,造成较大的损失(相 对于痕量分析而言)误差;易被氢氟酸、强碱液和热浓磷 酸等试剂强烈腐蚀。
(2) 石英
优点:主成分为SiO2,其他金属杂质
含量极低,均小于10-5%,可满足痕量分析的要求;除氢氟
平衡纯化后盐酸的浓度
= 浓盐酸浓度×体积/(浓盐酸体积+纯水体积)
同样的方法3天可制得30%、5天可制得50%的氢 氟 酸 , 铅 含 量 可 从 140ng/g 下 降 至 0.2ng/g, 甚 至 可 降 至 0缺.0点8n是g/不g。能也制可备制高备浓4度.5的mo酸l·和L-1碱的。NH3水。此法的最大
热洗涤剂
油脂
玻璃、石英、塑料
1属0%NaOH+2%H2SO4
油脂
玻璃、石英、金
重铬酸洗液
油脂
玻璃、石英
甲隆酸-H2O2-H2O(6+1+3)
残留污染物
金属、石英、特氟
5~10%的HF
硅薄膜
金属、塑料
10~20%的HNO3浸泡 吸附的金属杂质
玻璃、石英、
1.5 试剂的纯化
现代分析中,检出限日益降低。分析技术(主要是 分析仪器的高速发展)的发展使试样用量越来越少。在 分析1ppb(10-9g/g或10-9g/mL)的被测组分时,数据很难重 现,精密度相当差。分析海水中的微量元素时,可相差几 倍到几十倍。造成这种结果的原因是多种多样,其中试 剂的不纯尤其是常用的水、无机酸的不纯是一个非常 重要的原因。
Pb Ba Sn Cd Ag Zn Cu Fe Cr K Na Ca 石英亚沸水 13 19 3 3 - 91 9 150 6 - 200 91 聚四氟乙烯
亚沸水 30 70 20 40 - 500 300 2000 10 - 600 -
亚沸蒸馏法也可用来提纯高沸点的酸。
经亚沸法纯化的水或试剂应存于聚四氟乙烯容器 内,原则上必须立即使用,贮存最多不超过一个星期。
b) 参与生成激素(如I2)。 c) 进行氧的输送(如Fe)。
d) 参与核酸的合成和代谢作用。
因此,在生命科学中, 痕量元素的分析就十分重要。
1.2 痕量分析与微量分析
痕量分析与微量分析是不相同的两个概念,既有区 别又有联系。
痕 量分 析 : 测定的组分的浓度 C = 10-2~10-6g/g (浓度10-6g/g ,即1μg/g,称为1ppm)时,这种分析叫作“痕 量分析”。当测定的组分的浓度C<10-6 g/g时,这种分析 叫作“超痕量分析”。痕量分析是相对于常量分析而 言的,用强度(浓度)来分类。但痕量分析所用试样量可 以较小,但也有可能还比较大,如用1g~10g,1~10mL试样 等。
1.5.2 其他试剂纯化方法
(1) 等压蒸馏法(等温蒸馏法)
适用于挥发性比较大的酸、碱类或其他试剂的纯 化烧,杯如(:石H英C、l、聚H乙F、烯C或H聚3CO四O氟H乙、烯NH材3水质等)放。入(画一图大)玻将璃两 干燥器中,一杯放分析纯的浓盐酸,另一杯放不同体积的 纯水,HCl蒸气不断蒸发并被纯水吸收,平衡3天后,可得 不同浓度的盐酸。
铂器皿在痕量分析中主要用于有机物的干灰化和 物质的灼烧,也可用作高纯氢氟酸蒸馏的提纯材料。
(5) 聚乙(丙)烯
优点:高压聚乙烯仅含极微痕量的金属杂质,可用 作溶液和试剂的贮存器皿;对酸、碱、盐均有较高的 稳定性。
缺点:聚乙(丙)烯耐热性差,聚乙烯,60oC、聚丙烯 110oC时开始变软,120oC以上聚乙烯制品易变形。所以 使用温度一般不超过60oC或110oC。最高也不可超过 120oC;抗氧化性能较差,在氧化剂如浓硝酸、浓硫酸 和光的长时间作用下,易出现裂缝;某些有机溶剂,如 乙醚、丙酮等会使其溶胀并溶解,因此,对某些有机溶 剂H于2不 氢S,聚适氧乙用化(;钠丙密等)烯封强容性碱器稍溶对差液其,。易也聚挥不丙发适烯组用可分引。会入聚有无丙所机烯损杂还失质不,如,适所NH以用3、 只适于用作实验室水管、水槽、台面。
(6) 聚四氟乙烯
聚四氟乙烯有塑料王之称。
优点:不与任何无机酸碱反应,也不与 任何的单一的有机溶剂反应,化学稳定性和 抗化学腐蚀能力是所有材料中最强的;热 稳定性远高于聚乙(丙)烯,软化温变为350oC, 使用温度可达250oC;纯度可很高,仅含10-7 的Al、Ca、Cu、Fe、Mg、Si。
缺点:导热性较差,导致试样分解的周 期明显加长;密封性也稍差。
酸、热浓硫酸外,它对其他无机酸均有很好的化学稳定性;
有良好的化学稳定性,可长时间在1000~1100oC下工作;
膨胀系数很小,可承受骤冷骤热。
(3) 刚玉 一般不用于痕量分析。
(4) 铂 优点:耐化学腐蚀性特别强,不与任何单一 的无机酸反应,对碱金属盐或其他盐类也有很强的耐蚀 性。但使用中必须注意下列几点:
大气→水洗→冰冻
↓ 调湿、调温
↓ 预过滤→ HEDP过滤器→活性炭吸附



A区
B区
百度文库
C区
A区:一般实验室,洁净等级为100000级。即每立方 英尺中,≥0.5μm的颗粒≤100000颗,≥5μm的颗粒≤65颗。
B区:用于无机痕量分析。不能用于有机 痕量分析。洁净等级为100级。即每立方英尺 中,≥0.5μm的颗粒≤100颗,不得有≥5μm的颗粒。
(1) 检出限 分析方法能作出响应的试样最低浓度 或含量叫作检出限 。若响应信号与浓度或含量是线性 关系(如分光光度法等大多数仪器分析法的信号与合量 间均符合此关系):y=bx +a则检出限定义为:y为最小值 (分光光度法的y为0.001)时对应的x(即被测样浓度)的值。
(2) 灵敏度 试样的浓度或含量变化1个单位时, 响 应信号的变化量。即信号y对试样含量的变化率dy/dx。 若响应信号y与浓度或含量x是线性关系:y = bx +a 灵 敏度为直线的斜率b。
(2) 室内设施 材料选择要合适,不用多孔 性材料,防止由吸附造成污染;密封性要好;尽 量少与外界直接流通;不使用颜料,防止颜料微 粒飘浮污染;所有交接处全部设计成弧形,不产 生尖端积尘。
(3) 安全措施 有防火设施,不准吸烟,还需 有安全监测系统(特别是火灾监测系统)。
(4) 湿度恒定 保持湿度为50%,否则会对称 量等产生影响,造成误差。
造成蒸馏水的明显沾污的原因就是因为水
沸腾了。水不沸腾制得的蒸馏水的纯净度明显 高于普通蒸馏水和多次蒸馏水。这种蒸馏水叫 着“亚沸蒸馏水”。
为使蒸馏水更纯容器必须用石英或聚四氟乙烯材料 制造。为防止水泡从容器底部上升至液面并破裂,改底 即加热为上部幅射加热,不沸腾。因为不沸腾,水蒸汽上 升缓慢,避免水沿壁向上爬而混入蒸馏水。亚沸水中杂 质含量很少(Pg(10-12g)/g),如:
商品高纯度试剂的质量不断提高,绝大多数杂质已 可控制在2~10ppb(10-9g/mL),刚生产的纯水的电导率可 达 5.5×10-2μs·cm-1, 已 接 近 理 论 值 5.4×10-2μs·cm-1 。 但 在 天后贮,存某2些周元后素,由杂于质C含O量2的也溶会解增,电加导5~率10可倍上。升这1些0倍都;不能30 满足某些痕量分析或超痕量分析的要求。
1.4.4 容器的清洗
由于容器表面吸附的杂质或溶出的杂质有时是被测物的若干
倍,干扰严重,所以容器的清洗是很重要的。常用的清洗试剂、清 洗的污染物、适用的材料列于下:
清洗试剂
被清洗污染物
容器的材料
6mol·L-1的稀HCl 料
吸附的金属杂质
玻璃、石英、塑
H料Cl(1+1)+0.15%H2O2
有机物
玻璃、石英、塑
高等分析化学
Advanced Analytical Chemistry
第一章 痕量分析概述
1.1 绪论—痕量分析问题的提出
(1) 材料科学
许多材料允许的杂质含量< 0.1ng/g (ppb),最纯的单 晶硅杂质含量需< 0.3pg(10-12g)/g(0.3ppt)。材料的表面 特征、微区及微粒等分析的物质都是痕量级的。
C区:可用于有机痕量分析,洁净等级也为 100级。即每立方英尺中,≥0.5μm的颗粒≤100颗, 不得有≥5μm的颗粒。活性炭吸附主要是排除 大气中的有机物气体或微粒。
关键设备为HEDP过滤器。它原是专门防 止放射性尘埃排放的。它对0.3μm微粒的额定 过滤效率为99.97%,实际上HEDP过滤器商品对 0.3μm微粒的过滤效率己达到99.99%。
(3) 生命科学
许多生物或生命过程是通过痕量的金属元素产生 的 , 对 这 些 痕 量 的 金 属 元 素 的 分 析 浓 度 可 小 到 1015g(fg)/g。而且许多需分析的物质深入到细胞、蛋白 质、肽、生物酶中,使分析难度更大。
微量(痕量)元素在生物体中有四大作用:
a) 激活酶(如Co、Zn、Cu等)。没有这些痕量元素, 生物酶是无法发生生理作用的。
总的来说, 制造容器的材料的选择顺 序依次是:聚四氟乙烯(<250oC)> 聚乙烯 (<60oC)> 石英> 铂金> 硬质玻璃。
各种制容器的材料优缺点如下:
(1) 硬质玻璃(非普通钠玻璃)
主要成分:SiO2 80%;B2O3 11%;Na2O 4.5%; Al2O3 2.0%;BaO 0.3%;TiO2 0.05%。
(2) 环境科学
新的合成化合物以10%左右的年增加速度上升。 环境污染物严重地威胁着人类的健康。这些污染物浓 度很低时就会对人和生物造成很大的危害。环境中的 有害物质是分布在大量的无害混和物当中,而且形态差 异微小,但毒性相距甚远。2,3,7,8-四氯二恶英比2,3,6,9四氯二恶英毒性高1000倍, 2,3,7,8-四氯二恶英有22种异 构体,环境中的含量仅为10-12g/g(ppt)。As2O3、Cd、稀 土元素污染物浓度很低时也都会对人和生物体造成很 大的危害。是优先监测污染物。
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