分子化學第1章緒論

1、 第第1 1章章 分析化學概論分析化學概論 11.1 分析化學的任務與作用分析化學的任務與作用分析化學是發(fā)展和應用各種方法、儀分析化學是發(fā)展和應用各種方法、儀器和策略，以獲得有關物質在空間器和策略，以獲得有關物質在空間和時間方面組成和性質的一門科學，和時間方面組成和性質的一門科學，是是表征和量測的科學表征和量測的科學。原子量的準確測定、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)原子量的準確測定、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展、生態(tài)環(huán)境的保護、生命過程的展、生態(tài)環(huán)境的保護、生命過程的控制等都離不開分析化學?？刂频榷茧x不開分析化學。2正如正如19911991年年IUPACIUPAC國際分析科學會國際分析科學會議主席議主席E.NIKIE.N

2、IKI教授所說，教授所說，2121世紀世紀是光明還是黑暗取決于人類在是光明還是黑暗取決于人類在能能源與資源科學、信息科學、生命源與資源科學、信息科學、生命科學與環(huán)境科學四大領域科學與環(huán)境科學四大領域的進步，的進步，而而取得這些領域進步的關鍵問題取得這些領域進步的關鍵問題的解決主要依賴于分析科學。的解決主要依賴于分析科學。3 醫(yī)學與分析化學醫(yī)學與分析化學1) 1) 肉毒桿菌毒素肉毒桿菌毒素：迄今最毒的致死毒素：迄今最毒的致死毒素,據(jù)推算據(jù)推算,成人致死量僅成人致死量僅需一億分之七克需一億分之七克(70ng),有有7種不同免疫型體種不同免疫型體.2) 硒與白內障硒與白內障:營養(yǎng)需要范圍為營養(yǎng)需要范

3、圍為110-7 210-6;達到達到310-6 110-5將引起慢性中毒將引起慢性中毒;超過超過110-5會引起急性中毒會引起急性中毒,以致突然以致突然死亡死亡. 人視網(wǎng)膜含硒量人視網(wǎng)膜含硒量7 g正常。正常。 動物肝臟、海味、大蒜、蘑菇等含硒豐富。動物肝臟、海味、大蒜、蘑菇等含硒豐富。3) 碘鹽碘鹽:黑龍江省集賢村黑龍江省集賢村,1000多人多人.約約200個傻子個傻子,引用水、土壤嚴引用水、土壤嚴重缺碘所致。重缺碘所致。4)拿破侖死因拿破侖死因：頭發(fā)分析：頭發(fā)分析(中子活化、熒光中子活化、熒光)，As、Pb含量特高，含量特高，中毒而死。侍者所為。中毒而死。侍者所為。4現(xiàn)代分析化學學科發(fā)展趨

4、勢及特點現(xiàn)代分析化學學科發(fā)展趨勢及特點1 1）提高靈敏度提高靈敏度解決解決復雜體系復雜體系的分離問題及提高分析方法的的分離問題及提高分析方法的選擇性選擇性3 3）擴展時空）擴展時空多維信息多維信息4 4）微型化微型化及微環(huán)境的表征與測定及微環(huán)境的表征與測定5 5）形態(tài)、狀態(tài)分析及表征）形態(tài)、狀態(tài)分析及表征6 6）生物大分子及生物活性物質的表征與測定生物大分子及生物活性物質的表征與測定7 7）非破壞性檢測及）非破壞性檢測及遙控遙控8 8）自動化與智能化自動化與智能化56Analytical Chemistry Chemistry Biochemistry Inor.Chem. Organic C

5、hem. Physical Chem. PhysicsAstrophysics Astronomy BiophysicsEngineering Civil Chemical ElectricalMechanical Medicine Clin. Chem.Medicinal Chem. Pharmacy Toxicology Materials Science Metallurgy Polymers Solid State Social Sciences ArcheologyAnthropology ForensicsBiologyBotanyGeneticsMolecular Biology

6、 MicrobiologyZoologyGeologyGeophysicsGeochemistryPaleontologyPaleobiologyEnvironmentalSciencesEcologyMeteorologyOceanographyAgricultureAgronomyAnimal ScienceCrop ScienceFood ScienceHorticultureSoil Science分析化學分析化學與化學的與化學的其他分支其他分支及其他科及其他科學的關系學的關系引自美引自美Douglas A. Skoog等著等著 Analytical Chemistry 2000,7t

7、h ed.生命科學、醫(yī)學研究的是生命體內的化學生命科學、醫(yī)學研究的是生命體內的化學反應反應(基因工程、克隆技術、生物芯片基因工程、克隆技術、生物芯片-) 。需要學習基本理論、方法、實驗技能；培需要學習基本理論、方法、實驗技能；培養(yǎng)嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L、科學態(tài)度；建立養(yǎng)嚴謹?shù)墓ぷ髯黠L、科學態(tài)度；建立準確的量的概念；訓練科學研究素質。準確的量的概念；訓練科學研究素質。7 1.2 定量分析過程定量分析過程取樣取樣 處理處理 消除干擾消除干擾 測定測定 計算計算均勻均勻 溶解溶解 掩蔽掩蔽 常量常量組分組分有代表性有代表性 熔融熔融 分離分離 (1%,化學化學法法) )符合實際符合實際 消解消解 微量微量組

8、分組分妥善保存妥善保存 灰化灰化 ( (儀器分儀器分析法析法) )8 1.3 定量分析方法定量分析方法儀器分析法儀器分析法：光化學：光化學：紫外紫外- -可見可見、紅外、熒光、磷光、激、紅外、熒光、磷光、激光拉曼、核磁共振、原子發(fā)射、原子吸收光拉曼、核磁共振、原子發(fā)射、原子吸收電化學：電化學：電位、電導、庫侖、安培、極譜電位、電導、庫侖、安培、極譜色譜法：色譜法：柱、紙、薄層、柱、紙、薄層、GC、HPLC其他：其他：MS、電子能譜、活化分析、免疫分析、電子能譜、活化分析、免疫分析9化學分析法化學分析法: 重量分析重量分析 滴定分析滴定分析: 酸堿、絡合、氧化還原、沉淀酸堿、絡合、氧化還原、沉淀

9、 按試樣量大小分按試樣量大小分方法方法 固體試樣質量固體試樣質量(mg) (mg) 液體試樣體積液體試樣體積(mL)(mL)常量常量 100 10100 10半微量半微量 1010100 1100 11010微量微量 10 110 1%)、微量組分微量組分(0.01-1%)、痕量組分痕量組分(99.9%; 3. 穩(wěn)定穩(wěn)定(Na2CO3、CaCO3、Na2C2O4等等） 13實驗室常用試劑分類實驗室常用試劑分類級別級別 1級級 2級級 3級級 生化試劑生化試劑14中文名中文名 優(yōu)級純優(yōu)級純 分析純分析純 化學純化學純英文標志英文標志 GR AR CP BR標簽顏色標簽顏色 綠綠 紅紅 藍藍 咖啡

10、色咖啡色實驗講義實驗講義p7-15 標準試劑、高純試劑、專用試劑標準試劑、高純試劑、專用試劑1.4.4 滴定分析中的體積測量滴定分析中的體積測量常用容量分析儀器常用容量分析儀器: : 容量瓶容量瓶(量入式量入式) )、 移液管移液管(量出式量出式) )、 滴定管滴定管(量出式量出式)校準方法校準方法: 1.絕對校準絕對校準 2.相對校準相對校準: 移液管與容量瓶移液管與容量瓶151.4.5 滴定分析計算滴定分析計算分析化學中常用的量和單位分析化學中常用的量和單位物質的量物質的量 n (mol、 mmol)摩爾質量摩爾質量M(gmol-1)物質的量濃度物質的量濃度c(molL-1)質量質量m(g

11、、mg)， 體積體積V(L、mL)質量分數(shù)質量分數(shù)w(%),質量濃度質量濃度 (gmL-1 、mgmL-1)相對分子量相對分子量Mr、相對原子量、相對原子量Ar16必須指明必須指明基本單元基本單元A. 標準溶液的配制標準溶液的配制1:稀釋后標定稀釋后標定(NaOH、HCl) n1=n2 c1V1= c2V22: 用基準物質直接配制用基準物質直接配制(K2Cr2O7) 準確稱量并配成準確體積。準確稱量并配成準確體積。17AAAmnM AAAncV 例例1.1 配配0.01000 molL-1 K2Cr2O7標準標準 溶液溶液250.0mL,求求m=?解解 m(K2Cr2O7)=nM=cVM =0

12、.010000.2500294.2=0.7354(g)通常僅需要溶液濃度為通常僅需要溶液濃度為0.01 molL-1左右左右, 做法是做法是:準確稱量準確稱量0.74g(10%) K2Cr2O7基準物質基準物質, 于于容量瓶中定容容量瓶中定容, 再計算出其準確濃度：再計算出其準確濃度：18227227227227(K CrO )(K CrO )(K CrO )(K CrO )mcMV B. 標定及滴定計算標定及滴定計算方法方法1 1：等物質的量規(guī)則等物質的量規(guī)則 1911AB(A)(B)nnZZAAAAMMZZ11()=( )AA1(A)(A)nZnZ AA1(A)(A)cZcZ ZA和和ZB

13、分別為分別為A物質和物質和B物質在反應中物質在反應中的得失質子數(shù)或得失電子數(shù)。的得失質子數(shù)或得失電子數(shù)。等物質的量規(guī)則舉例等物質的量規(guī)則舉例 H2SO4 + 2NaOH = Na2SO4 + 2H2O20H2SO4 的基本單元的基本單元: NaOH 的基本單元的基本單元: NaOH等物質的量規(guī)則等物質的量規(guī)則: 241()()2H SONaOHnnMnO4- + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O241H SO2MnO4-的基本單元的基本單元: Fe2+的基本單元的基本單元: Fe2+等物質的量規(guī)則等物質的量規(guī)則:241( MnO )(Fe)5nn 41MnO5

14、 例例1.4 以以K2Cr2O7為基準物質為基準物質,采用析出采用析出I2的方法的方法標定標定0.020molL-1Na2S2O3溶液的濃度溶液的濃度,需稱多少需稱多少克克K2Cr2O7?如何做才能使稱量誤差不大于如何做才能使稱量誤差不大于0.1%?解解: Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3+3I2+7H2O I2+2S2O32-=2I-+S4O62-+6eCr2O72- 2Cr3+16 n( K2Cr2O7)=n(Na2S2O3)161616m(K2Cr2O7 )= n( K2Cr2O7) M( K2Cr2O7)=c(Na2S2O3) V(Na2S2O3) M(K2Cr2O7)=0.

15、0200.025294.18/6=0.025(g)-2e2S2O32- S4O62-稱大樣稱大樣-減少稱量誤差減少稱量誤差 準確稱取準確稱取0.25g左右左右K2Cr2O7,于小燒杯中溶解于小燒杯中溶解后定量轉移到后定量轉移到250mL容量瓶中定容容量瓶中定容,用用25mL移移液管移取液管移取3份于錐形瓶中份于錐形瓶中,分別用分別用Na2S2O3滴定滴定. 22r0.00020.08% 0.1%0.25E 標定標定0.10molL-1NaOH: 若用若用H2C2O42H2O,約約0.15g, 應稱大樣應稱大樣; 若用若用KHC8H4O4,約約0.5g, 稱小樣稱小樣為好為好(?)計算方法二計算

16、方法二: 換算因數(shù)法換算因數(shù)法ABCDabcd23(A)(B)(A)(A)(B)(B)acVanncVbb ( (例例1.6)1.6)2+4444(Ca)(Ca)5 (KMnO )(KMnO )(Ca)(Ca )2115( KMnO )(KMnO )(Ca)0.0500 1.20 40.005522 2.00nMcVMVVcVMV Ca2+C2O42- CaC2O4(s) H2C2O42MnO4-+5H2C2O4+6H+=2Mn2+10CO2(g)+8H2O52n(Ca2+)=n(H2C2O4)= n(KMnO4)5H2C2O4 2KMnO41Ca2+ 1H2C2O4 A物質的質量分數(shù)計算物質的質量分數(shù)計算根據(jù)根據(jù)等物質的量規(guī)則等物質的量規(guī)則: :25BAS11(B)(B)(A)(A)100%cVMZ