分析化学课程Analytical-Chemistry(化学分析部分)课件.ppt

1、六要素：六要素：l 课程讲授：课程讲授：核心的、最具迁移价值的知识点，深讲；把握学核心的、最具迁移价值的知识点，深讲；把握学科的思维方式和研究方法；双向交流的过程。科的思维方式和研究方法；双向交流的过程。l 课程作业：课程作业：多做多练；综合开放的题目；自我提出问题，自多做多练；综合开放的题目；自我提出问题，自我设计综合性、开放性、设计性的题目。我设计综合性、开放性、设计性的题目。l 课程讨论课程讨论/课程论文：课程论文：围绕课程知识点广泛阅读，自学研读。围绕课程知识点广泛阅读，自学研读。l 课程教材：课程教材：开放性体系，吸取现行教材的精华，补充教学。开放性体系，吸取现行教材的精华，补充教学

2、。l 课程考试：课程考试：学习过程评价与教学目标评价相结合。学习过程评价与教学目标评价相结合。l 课程教师：课程教师：教学科研结合型教学科研结合型l知识知识掌握分析化学的基本理论掌握分析化学的基本理论l能力能力运用分析化学理论发现、提出、运用分析化学理论发现、提出、解决分析化学问题的能力，获取知识、解决分析化学问题的能力，获取知识、发展与创新知识的能力发展与创新知识的能力l素质素质将获取的知识、能力内化于身将获取的知识、能力内化于身 心，升华为品质与素养心，升华为品质与素养 is a scientific discipline that develops and applies methods

3、,instruments and strategies to obtain information on the composition and nature of matter in space and time.是一门发展并运用各种方法、仪器及是一门发展并运用各种方法、仪器及策略以在时空的维度里获得有关物质组成及性策略以在时空的维度里获得有关物质组成及性质的信息的一门科学。质的信息的一门科学。Molecular beacons ADQFTarget DNAssDNA binding proteinDenaturing reagent QFFQ发光检测：物理学发光检测：物理学 电子学电子学

4、数学数学分子识别：分子识别：化学化学 分子生物学分子生物学返回返回l 确定确定物质的物质的化学组成化学组成定性分析定性分析l 测量测量各组成的各组成的含量含量定量分析定量分析l 表征表征物质的物质的化学结构、构象、形态、能态化学结构、构象、形态、能态结构结构分析、构象分析，形态分析、能态分析分析、构象分析，形态分析、能态分析l 表征组成、含量、结构、形态、能态的动力学特征表征组成、含量、结构、形态、能态的动力学特征动动态分析态分析例如：例如：茶叶中有哪些微量元素茶叶中有哪些微量元素？茶叶中咖啡碱的含量茶叶中咖啡碱的含量？咖啡碱的化学结构咖啡碱的化学结构？微量元素的形态？化学成分的空间分布？微量

5、元素的形态？化学成分的空间分布？在不同的生长阶段，茶叶中的在不同的生长阶段，茶叶中的营养成分的变化营养成分的变化？例如：生物大分子结构与功能的关系？例如：生物大分子结构与功能的关系？l分析化学检测新原理与新技术研究分析化学检测新原理与新技术研究l分析仪器的设计与制造分析仪器的设计与制造l 定性分析定性分析 Qualitative analysis 物质的组成物质的组成l 定量分析定量分析 Quantitative analysis 物质的含量物质的含量l 结构分析结构分析 Structure analysis 物质的结构：分子结物质的结构：分子结构，晶体结构，分子聚集体的高级结构构，晶体结构，

6、分子聚集体的高级结构 蛋白质的构象蛋白质的构象(-螺旋、螺旋、型结构，球状蛋白的三级结构）型结构，球状蛋白的三级结构）conformation analysis DNA测序（测序（DNA Sequencing)l 形态分析形态分析 speices analysis 物质的形态物质的形态l 能态分析能态分析 energy-state analysis 物质的能态物质的能态Adenine(A)Guanine(G)腺嘌呤腺嘌呤 鸟嘌呤鸟嘌呤 BaseSuger-p h o s p h o a t e backboog Cytosine(C)Thymine(T)Uracil(U)胞嘧啶胞嘧啶 胸腺嘧啶

7、胸腺嘧啶 尿嘧啶尿嘧啶DNA双螺旋结构与碱基结构示意图双螺旋结构与碱基结构示意图DNA测序是现代分析化学中的一项重要任务测序是现代分析化学中的一项重要任务 例行分析例行分析 Routine analysis 仲裁分析仲裁分析 Referee analysis 化学分析化学分析 Chemical analysis 仪器分析仪器分析 Instrumental analysis 波一耳波一耳(Boyle)的元素学说的建立（的元素学说的建立（1661）怀疑派化学怀疑派化学 拉瓦锡拉瓦锡(Lavoisier)的定量分析（的定量分析（1756）“燃烧氧化学说燃烧氧化学说”l 四大平衡理论：四大平衡理论：从

8、技术发展成科学从技术发展成科学 物理与电子学的发展：物理与电子学的发展：从经典分析化学发从经典分析化学发 展为现代分析化展为现代分析化学学 计算机应用：计算机应用：使分析化学向一门信息科学转化使分析化学向一门信息科学转化定量分析的过程定量分析的过程 1.1.0 定量分析的过程定量分析的过程分析问题的确定分析问题的确定 1.1.2 取样取样 1.1.3 样品的处理样品的处理 1.1.4 测量测量 1.1.5 计算与分析结果的表示计算与分析结果的表示 1.2.1 化学分析化学分析法法 1.2.2 仪器分析法仪器分析法 1.2.3 分析方法的比较与评价分析方法的比较与评价取样取样Sampling样品

9、处理样品处理Sample pretreatment测定测定Determination计算与评价计算与评价Calculation and Evaluation问题的确定问题的确定Statement of Problem定量分析的一般步骤示意定量分析的一般步骤示意Important Sampleprocessing61%Collection6%Analysis6%Datamanagement27%Survey results for the partition of time that analytical chemists spend on sample analysis.returnlNatu

10、re of sample?Analyte?Ion?Molecules?Function group?lQuatitative or quantitative?lHow much object(sample)?lMatrix of composition?lSingle or multi-component?lTime available?lSample supply repeatedly?lDestruction or non-destruction?lLook for a continuous system?l分析方案分析方案首选标准方法首选标准方法现场分析方法现场分析方法标准物质标准物质现

11、场分析方法现场分析方法标准方法标准方法步步 骤骤作作 用用 者者内内 容容提出问题提出问题客户客户地表下土壤层原油渗透地表下土壤层原油渗透确定分析的任务确定分析的任务客户与分析者客户与分析者原油渗透污染面积多大原油渗透污染面积多大确定分析程序确定分析程序分析者分析者油的萃取、分离和定量测定油的萃取、分离和定量测定取样取样分析者与客户分析者与客户取取100g具有代表性的固体样品具有代表性的固体样品样品制备样品制备分析者分析者混匀、二次取样、用混匀、二次取样、用CCl4萃取萃取测量测量分析者分析者GC分析法分析萃取液分析法分析萃取液数据评价数据评价分析者分析者对对GC流出时间及峰高进行定性、定量流

12、出时间及峰高进行定性、定量结论结论分析者分析者与样品量相关的与样品量相关的GC值是否在允许限之下值是否在允许限之下报告报告分析者向客户分析者向客户提出进一处理问题的方法提出进一处理问题的方法气体、气体、固体固体、液体、液体光敏性、热敏性、挥发性、光敏性、热敏性、挥发性、化学活性、生物活性化学活性、生物活性资源取样资源取样原料取样原料取样成品取样成品取样物证取样物证取样 等等等等各种各种取样取样标准标准方法方法Lot分析对象总体分析对象总体取样单元取样单元Sample incrementGross sampleSub sampleTest sample样品增量样品增量样品总体样品总体二次样品二次

13、样品测试样品测试样品分析测试分析测试问题：问题：应取多少样品？应取多少样品？如何进行二次取样？如何进行二次取样？如何制备测试用样品？如何制备测试用样品？Form cone Pour on apex Flatten Reform cone Pour on apex Flatten Reform corn Pour on apex Repeat as often as necessary 四分法缩分四分法缩分标准筛的筛号及孔径的大小标准筛的筛号及孔径的大小bWWs100maxWs:取样的最小重量取样的最小重量(kg)；Wmax:最大颗粒的重量最大颗粒的重量(kg)；b 为比例系数，一般取值为比例系

14、数，一般取值0.2。mQ:试样最小质量（试样最小质量（kg）；）；k:缩分常数的经验值（一般缩分常数的经验值（一般取值取值0.05 1 kg.mm-2）；）；d:试样的最大粒度（试样的最大粒度（mm）mQ kd 2l例：采集矿石样品，若试样的最大直径为例：采集矿石样品，若试样的最大直径为10 mm，k=0.2 kg/mm2,则应采集多少试样？则应采集多少试样？l解：解：mQ kd 2=0.2 10 2=20(kg)l例：例：有一样品有一样品 mQ=20 kg，k=0.2 kg/mm2,用用6号筛号筛过筛过筛,问应缩分几次？问应缩分几次？l解：解：mQ kd 2=0.2 3.36 2=2.26(

15、kg)缩分缩分1次剩余试样为次剩余试样为20 0.5=10(kg)，缩分缩分3次剩余试样为次剩余试样为20 0.53=2.5(kg)2.26，故缩分故缩分3次。次。从分析成本考虑，样品量尽量少，从分析误差从分析成本考虑，样品量尽量少，从分析误差考虑，不能少于临界值考虑，不能少于临界值 m mQ Q kdkd 2 2 使样品的状态和浓度适应所选择的分析技术使样品的状态和浓度适应所选择的分析技术 物质性质物质性质（生物样品的有机分子或元素等）（生物样品的有机分子或元素等）干扰情况干扰情况（是否需要分离等）（是否需要分离等）测定方法测定方法（是否需要富集等）（是否需要富集等）防止待测组分的损失；防止

16、待测组分的损失；避免引入干扰避免引入干扰Solid liquid,enrichment,dilution,etc.水溶水溶（例（例NH4SO4中含氮量的测定中含氮量的测定)酸溶酸溶（HCl,H2SO4,HNO3,HF等及混合酸分解金属、等及混合酸分解金属、合金、矿石等）合金、矿石等）碱溶碱溶（例例NaOH溶解铝合金分析溶解铝合金分析Fe、Mn、Ni含量）含量）：酸熔酸熔（K2S2O7、KHSO4熔解氧化物矿石）熔解氧化物矿石）碱熔碱熔（Na2CO3、NaOH、Na2O2溶解酸性矿物质）溶解酸性矿物质）高温分解，酸提取高温分解，酸提取氧瓶燃烧法氧瓶燃烧法湿式消化：硝酸和硫酸混合物作为试剂湿式消化

17、：硝酸和硫酸混合物作为试剂 干式灰化法干式灰化法氧化还原掩蔽法氧化还原掩蔽法配合掩蔽配合掩蔽沉淀掩蔽沉淀掩蔽酸碱掩蔽酸碱掩蔽沉淀分离沉淀分离萃取分离萃取分离色谱分离色谱分离等等富集：富集：enrichment萃取富集萃取富集吸附富集吸附富集共沉淀富集共沉淀富集l物质的性质物质的性质l组分的含量组分的含量l干扰情况干扰情况l准确度准确度l灵敏度灵敏度l选择性选择性l适用范围适用范围l时间时间l人力人力l设备设备l消耗品消耗品分析方法分析方法用户对分用户对分析结果的析结果的要求和对要求和对分析费用分析费用的承受度的承受度用户用户 常量成分常量成分(1%)，采用化学分析法（滴定，采用化学分析法（滴定

18、分析法）分析法）微量成分微量成分(1%)，可采用分光光度法。，可采用分光光度法。待测组分的化学表示形式待测组分的化学表示形式 以元素形式的含量表示以元素形式的含量表示例：有机物或矿样中的例：有机物或矿样中的 Fe、Cu、C、H、O、P、N等等 以氧化物形式的含量表示以氧化物形式的含量表示例：矿石分析中例：矿石分析中Fe2O3、P2O5等等 以待测组分实际存在形式含量的表示以待测组分实际存在形式含量的表示 例：含氮量测定：例：含氮量测定：mS、监测量 I mB化学计量关系S l待测组分含量的表示方法待测组分含量的表示方法l 固体固体质量分数质量分数 SBBmmw l待测组分含量的表示方法待测组分

19、含量的表示方法l 液体液体 物质的量浓度物质的量浓度 mol/L 质量摩尔浓度质量摩尔浓度 mol/kg 质量分数质量分数%（mB/mS)体积分数体积分数%（mB/Vs)摩尔分数摩尔分数 （nB/nS)质量浓度质量浓度 mg/L,ng/L,g/L 等等待测物待测物Analyte+试剂试剂Reagent产物产物Product重量分析法重量分析法 gravimetry容量分析法（滴定分析法）容量分析法（滴定分析法）volumetry,titrimetryExamplel例可溶性钡盐中钡含量的测定例可溶性钡盐中钡含量的测定(重量法）重量法）：铁矿中铁含量的测定（滴定分析法）：铁矿中铁含量的测定（滴定

20、分析法）：S=dy/dc 单位浓度变化引起的响应信号的变化。单位浓度变化引起的响应信号的变化。表示共存组分对待测组分分析的影响程度。共存组分表示共存组分对待测组分分析的影响程度。共存组分影响愈小，方法对分析组分的选择性愈高。影响愈小，方法对分析组分的选择性愈高。背景噪音的标准偏差的背景噪音的标准偏差的k倍，倍，k值通常取值通常取3。SkS0LOD S0 空白试样的标准偏差（空白试样的标准偏差（n=11），），S标准工作标准工作曲线的灵敏度曲线的灵敏度，k与置信度有关的常数，通常取与置信度有关的常数，通常取3。背景信号与三倍标准偏差00.010.020.030.040.05020406080时间信号强度检出限示意图背景噪音3倍噪音标准偏差背景噪音随机分布示意图未检出检出时间或测定次数检出限