武汉大学分析化学第五版上册--第一章-概论

化学与材料科学学院 分析教研室 王岩玲,分 析 化 学 Analytical Chemistry,教材,分析化学第五版 武汉大学主编 高等教育出版社,第一章 概论 第二章 分析试样的采集与制备(略讲) 第三章 分析化学中的误差与数据处理 第四章 酸碱滴定法 第五章 络合滴定法 第六章 氧化还原滴定法 第七章 沉淀滴定法和滴定分析小结 第八章 重量分析法 第九章 吸光光度法 第十章 分析化学中常用的分离和富集方法 第十一章 分析化学中的质量保证与质量控制(自学),本教材包括的章节内容,容量法,重量法,1-1 分析化学的定义、任务和作用 1-2 分析方法的分类与选择 1-3 分析化学发展简史与发展趋势 1-4 分析化学参考文献（见P4） 1-5 分析化学过程及分析结果的表示 1-6 滴定分析法概述 1-7 基准物质和标准溶液 1-8 滴定分析中的计算,第一章 概 论,一、分析化学是什么？,1）经典的分析化学：研究物质的化学组成和含量。 是一门测量和表征的科学。 2）分析化学是发展和应用各种理论、方法、仪器和策略以获取有关物质在相对时空内的组成和性质的信息的一门科学。又被称为分析科学。-1993年爱丁堡会议的定义,1-1 分析化学的定义、任务和作用,地位,被称为“现代化学之母” 诺贝尔物理、化学奖中，有四分之一的项目与分析化学有关。 国际：36个国家，1075个分析化学机构；美国20万化学家，4万人 从事分析化学，3000多所大学中，270多所有分析化学专业。有的大学单独设系。 我国：10个国家级分析测试中心，12个部级测试中心，21个省市测试中心，137个国家级产品质量监督检验中心，300多个进出口商品检验室，8千多个环境监测机构，数十万庞大的分析队伍。 分析化学的水平被认为是衡量一个国家科学技术水平的重要标志之一。 分析化学与化学、物理学、生命科学、信息科学、材料科学、 能源科学、地球与空间科学等都有密切的联系，且相互交叉和 渗透。因而有分析科学的称谓，并不过分。,课题01：食品安全检测实验室质量控制规范研究； 课题02：农药残留检测技术 课题03：兽药残留检测技术 课题04：重要有机污染物的痕量与超痕量检测技术 课题05：生物毒素和中毒控制常见毒物检测技术 课题06：食品添加剂、饲料添加剂和违禁化学品检测技术 课题07：食品中主要人兽共患疾病及植物疫疾病病原体检测技术 课题08：全国食品污染监控体系研究 课题09：食源性疾病的pulsenet建立与检测技术 课题10：进出口食品安全监测与预警系统研究,“十五”国家重大科技专项 “食品安全关键技术”（18个课题）,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。,二、分析化学的任务,1.确定物质的化学组成定性分析（回答 有什么? ） 2.测量各组成的含量定量分析（回答 有多少?） 3.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 4.表征组成、含量、结构、形态、能态的动力学特征 动态分析,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？,例如,1.分析化学检测新原理与新技术研究 2.分析仪器的设计与制造,前沿任务：,三、分析化学的作用 在专业学习方面：是高等学校化学、应用化学、材料化 学、环境科学、医学、药学、农学、地学等专业的重要基础课之一 化学研究工作中：新物质鉴定、结构与性能测试 现代化学工业中：质量控制与自动检测，工业原料的选 择，工艺流程条件的控制直至成品质量检测 农业方面：水、土成分调查；农药、化肥、残留物 、 营养分析 社会中：环境、公安、国防、航天、医药、食品、 材料、能源 被称为科学和技术的眼睛,前沿学科,信息科学 (数学、电子学、计算科学、管理科学和材料科学等 ),航天航空 （数学、物理学、电子学、计算科学、材料科学（化学）等 ）,海洋科学 （地球科学，地质学，生物/生态学，化学，能源科学等 ）,生命科学 (生物学、化学、医学等),环境科学 （化学、物理学、生物学、生态学、医学、工程学科、管理科学等）,材料科学 （物理学、化学等）,前沿学科,1-2 分析方法的分类与选择, 一、按分析任务分类 二、按分析对象分类 三、按试样用量分类 四、按分析作用分类 五、按测定原理分类,定性分析 Qualitative analysis 物质的组成； 定量分析 Quantitative analysis 物质的含量； 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） DNA测序（DNA Sequencing) ； 形态分析 Speices analysis 物质的形态。,1. 根据分析任务分类,DNA测序是现代分析化学中的一项重要任务,2. 根据分析对象分类,* 无机分析-Inorganic analysis ，组成无机物的元素种类较多，要求鉴定物质的组成和测定各成分的含量。,* 有机分析-Organic analysis ，组成有机物的元素种类不多，但结构相当复杂，分析的重点是官能团分析和结构分析。,方 法 试样质量/ mg 试液体积/mL 常量(Macro)分析 100 10 半微量(semimicro) 10100 110 微量(micro) 0.110 0.011 超微量(ultramicro) 0.1 0.01,3. 按试样用量分类,按待测组分含量可分为：,常量组分分析 (1%) 微量组分分析 (0.01-1%) 痕量组分分析 (0.01%),4. 按分析作用分类,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。,5. 按测量原理分类,化学分析 Chemical analysis,仪器分析 Instrumental analysis,按测定 原理分,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,化学分析与仪器分析方法比较,其它,环境分析 食品分析 药物分析 材料分析 矿物分析等,6. 分析方法的选择,测定的具体要求，待测组分及其含量范围，欲测组分的性质； 获取共存组分的信息并考虑共存组分对测定的影响，拟定合适的分离富集方法，以提高分析方法的选择性； 对测定准确度、灵敏度的要求与对策； 现有条件、测定成本及完成测定的时间要求等,1-3 分析化学发展简史与发展趋势,历史： 人类有科技就有化学，化学从分析化学开始 分析化学的起源可发追溯到古代的炼金术，当时的分析手段主要依靠人类的感官和双手进行分析和判断。16世纪Lavoisier发明了天平，建立了第一个使用天平的试金实验室，奠定了分析测定的基础。使分析开始赋有科学的内涵。到十九世纪末，分析化学基本上由鉴定物质组成的定性手段和定量技术所组成，主要使用化学方法。,分析化学经历过三次大的变革： 第一次：20世纪初物理化学中的溶液理论发展，建立了溶液中的四大反应（酸碱、配合、氧化还原、沉淀）平衡。分析化学引入了物理化学的概念，形成了自己的理论基础。分析化学从一门操作技术变成为一门科学。 经典的分析化学,第二次：20世纪40 年代，物理学和电子学技术的发展被引入到分析化学中，出现了由经典的化学分析发展为仪器分析的新时期。原子能技术发展，半导体技术的兴起，要求分析化学能提供各种灵敏准确而快速的分析方法，如半导体材料，有的要求纯度达 99.9999999%以上，在新形势推动下，分析化学得到了迅速发展。最显著的特点是各种仪器分析方法和分离技术的广泛应用。 经典的分析化学 仪器分析,第三次： 70年代末开始，以计算机应用为主要标志的信息时代的来临，分析化学进入了第三次变革的时代。计算机的应用可使操作和数据处理更快速、准确和简便以及便于与其它仪器联用等。同时计算机又促进了数理统计理论渗入分析化学，出现了化学计量学。由于生命科学、环境科学、新材料科学发展的需要，基础理论及测试手段的完善，现代分析化学已从组成、含量、结构分析扩展到分布、形态分析、微区分析、薄层分析、无损分析、瞬时追踪、在线监测及过程控制等。分析化学广泛吸取了当代科学技术的最新成就，成为当代最富活力的学科之一。 现代分析化学,分析化学不再局限于有什么（what）， 有多少（how much），而是要求提供 更多更全面的信息。,现状： 由美国科学院组成的以Pimentel教授为首的350位专家调查，经综合分析出版的“化学中的机会”（Opportunities in Chemistry）一书中把分析化学列为化学中七个最活跃的领域之一。在推动人类弄清环境和生命中的化学问题等方面起着关键作用。 从分析对象看：生命科学、环境科学、新材料科学中的分析化学是分析化学学科中最最热门的课题。 从分析方法看：计算机在分析化学中的应用和化学计量学是分析化学中最活跃的领域。,日前分析化学中热点之一是与生命科学有关的分析化学，目前多集中在多肽，蛋白质，核酸等生物大分子分析，生物药物分析，超微量超痕量生物活性物质分析，活性分析等。,例如 以美国为首的从1990年开始的为期15年耗资30亿美元的人类基因组计划(HUGP),要求完成人类基因组的全部DNA（脱氧核糖核酸）测序，定位和遗传性研究，开始由于急功近利，大量费用用于基因图谱，DNA的测序新技术的研究没有获得足够的经费，进展缓慢，成为整个计划进展的瓶颈。 1993年重新制订计划，明确规定此后每年拿出一半（1亿美元）用于研究和开发DNA测序新技术，分析化学家走到前台中心位置，从此DNA测序技术不断推陈出新，从板凝胶电泳到凝胶毛细管电泳，线性高分子溶液毛细管电泳，到阵列毛细管电泳，直至全基因组鸟枪测序技术，终于使人类基因组计划提前至2001年完成。,在生物无机分析领域，痕量元素分析已集中到元素在生物组织层、单个细胞、细胞膜、人体蛋白质碎片内的微分布及结合形式方面。人口与健康的改善迫切要求分析科学的积极作用。 例如：我国城市死亡人口中，有60%以上的人死于恶性肿瘤和心脑血管疾病，如何遏制此类疾病的发展并有效地降低其死亡率已是我国的一大战略问题，也是世界科学界面临的重大挑战之一。 最佳的战略是对疾病的预警，防患于未然，同时实现对疾病的早期发现、早期诊断和早期治疗。 机体病变可能仅从几个细胞开始，因此要求有非常灵敏的能进行活体追踪和检测以及临床诊断分析的测试方法。,分析化学的进展,1.由分析对象来看,有机物分析,无机物分析,2.由分析对象的数量级来看,3.由分析自动化程度来看,常量,微量,痕量,分子水平,手工操作,仪器,自动,全自动,智能化仪器,生物活性物质,新仪器,在线分析,新原理,生物分析,活体分析,原位分析,实时分析,微型化,新技术,自动化,分离技术,单分子分析,化学计量学,仪器和计算机,分析化学的 主要发展