定量分析基础课件.ppt

第一章第一章 定量分析基础定量分析基础 1.1 1.1 分析化学概论分析化学概论 1.2 1.2 定量分析的误差定量分析的误差 1.3 1.3 有效数字和运算规则有效数字和运算规则 1.4 1.4 滴定分析法滴定分析法 了解分析化学的任务和作用；了解分析化学的任务和作用； 了解定量分析方法的分类和定量分析的程序；了解定量分析方法的分类和定量分析的程序； 了解定量分析中误差产生的原因、表示方法以及提高了解定量分析中误差产生的原因、表示方法以及提高准确度的方法；准确度的方法； 理解分析结果的数据处理方法；理解分析结果的数据处理方法； 掌握有效数字的意义，并掌握其运算规则；掌握有效数字的意义，并掌握其运算规则； 了解滴定分析法的基本知识。了解滴定分析法的基本知识。 学习目标学习目标1.1 1.1 分析化学概论分析化学概论 化学化学是研究物质的组成、结构、性质及其相互变化的一门基础学科。 分析化学分析化学是人们获得物质化学组成、结构和信息的科学。分析化学的任务：分析化学的任务：1.物质中有哪些元素和(或)集团(定性分析)2.每种成分的数量或物质的纯度如何(定量分析)3.物质中原子间彼此如何连接及在空间如何排列(结构和立体分析)分析化学的研究对象：分析化学的研究对象： 从单质到复杂的混合物及大分子化合物； 从无机物到有机物，乃至DNA、多肽、蛋白质等； 从低分子量的到高分子量的； 从气态、液态到固态； 从取样几吨到几十微克分析化学的发展趋势：分析化学的发展趋势： 分析化学是人们认识自然、改造自然的工具，是现代科技发展的眼睛。 不是“化学正在走出出分析化学”，而是“新仪器和基于物理新成果的测量方法正在走进进分析化学”。 定量分析方法的分类定量分析方法的分类1. 1. 按按目的目的分：分： 结构分析确定分子结构、晶体结构 成分分析 定性分析： 确定物质的元素、原子团、官能团 定量分析： 确定组分的含量2. 2. 按按对象对象分分： 无机分析确定元素的种类、各成分含量、存在形式等 有机分析确定组成元素、官能团种类、基本结构等3. 3. 按按方法方法分分最实用的分类最实用的分类 (1)(1)化学分析方法化学分析方法以化学反应为基础的方法，属常量分析，准确度高（RE1%,(1%,化学法化学法) ) 消解消解 微量组分微量组分 灰化灰化 ( (仪器分析法仪器分析法) )1.2 1.2 定量分析中的误差定量分析中的误差 误差是客观存在，不可避免的. 了解分析过程中误差产生的原因及其出现的规律，以便采取相应的措施减小误差，以提高分析结果的准确度。一、误差的产生及表示方法一、误差的产生及表示方法（一）（一） 误差的产生误差的产生分析结果与真实值之间的数值差即为误差。分析结果与真实值之间的数值差即为误差。（二）（二） 误差的分类误差的分类 1. 1. 系统误差系统误差 2. 2. 随机误差随机误差 3. 3. 过失误差过失误差1. 1. 系统误差系统误差 由某种固定因素引起的误差，是在测量过程中重重复出现复出现、正负及大小可测正负及大小可测，并具有单向性具有单向性的误差。可通过其他方法验证而加以校正。系统误差的分类系统误差的分类 方法误差方法误差 由所选择的方法本身（分析系统的化学或物理化学性质）决定的，是无法避免的。 操作误差操作误差 操作者本人所引起的，可通过提高操作者技能来消除或减少（所选试样缺乏代表性、溶样不完全、观察终点有误、观察先入为主等） 仪器及试剂误差仪器及试剂误差 由仪器性能及所用试剂的性质（仪器准确度不够、器皿间不配套、试剂不纯等）所决定 个人误差个人误差 又称主观误差，是由于分析人员的主观原因。(如个人对颜色的敏感程度不同，在辨别滴定终点的颜色或偏深或偏浅）(2) 随机误差随机误差 由测量过程中一系列有关因素的微小的随机波动（偶然因素）偶然因素）而引起的误差，具有统计规律性，可用统计的方法进行处理。多次测量时正负误差可能相互抵消。无法严格控制，仅可尽量减少。随机随机误差的正态分布：误差的正态分布：由图可得由图可得：x = x = ( (即误差为零即误差为零) )时时Y Y值最值最大大。说明大多数测量值集中在算术平均值附近。 X值趋于或(即 x与 差 很大)时，曲线以轴为曲线以轴为渐近线渐近线，说明大误差出现的概率小。曲线以x = 的直线呈轴对呈轴对称分布称分布，即正、负误差出现概率相等。(3) (3) 过失误差过失误差 指明显与事实不符的误差，即异常值，亦称“过失误差”。如看错砝码、读错数据等。（三）误差的表示方法（三）误差的表示方法1. 1. 准确度与误差准确度与误差准确度表示测量值（准确度表示测量值（x x）与真实值（）与真实值（T T）之间）之间相互符合的程度相互符合的程度 。准确度的高低用误差的大小来衡量。准确度的高低用误差的大小来衡量。误差越小，表示测定结果与真实值越接近，准误差越小，表示测定结果与真实值越接近，准确度越高；反之亦然。确度越高；反之亦然。误差可分为绝对误差和相对误差。误差可分为绝对误差和相对误差。误差的正负：误差的正负：“+”+” 表示测量值大于真实值，分析结果偏高；表示测量值大于真实值，分析结果偏高；“-”-” 表示测量值小于真实值，分析结果偏低。表示测量值小于真实值，分析结果偏低。 绝对误差绝对误差 = = 测得值测得值 - - 真实值真实值个别测定值的误差为：个别测定值的误差为：TxiTxEa测定结果的绝对误差为：测定结果的绝对误差为：%100TEEar测定结果的相对误差为：测定结果的相对误差为：2. 2. 精密度与偏差精密度与偏差l精密度表示精密度表示n n次平行测定结果之间相互接次平行测定结果之间相互接近的程度，体现了测定结果的再现性。近的程度，体现了测定结果的再现性。l精密度的高低用偏差的大小来衡量。精密度的高低用偏差的大小来衡量。l偏差越小，表示测量值与平均值越接近，偏差越小，表示测量值与平均值越接近，精密度越高；反之亦然。精密度越高；反之亦然。l偏差可分为绝对偏差和相对偏差。偏差可分为绝对偏差和相对偏差。 绝对偏差 (d) 测定值（x) 平均值）（x 100%xddr）平均值（）绝对偏差（相对偏差单次测量结果的偏差之和等于零。单次测量结果的偏差之和等于零。nddnii1）平均偏差（%100 xddr）相对平均偏差（标准偏差标准偏差(S)1)(12nxxsnii相对标准偏差相对标准偏差RSD (变异系数变异系数CV)100%xsRSD3. 3. 准确度与精密度的关系准确度与精密度的关系准确度表示测定结果的准确性，以真值为标准，由偶然误差和系统误差所决定。精密度表示测定结果的重现性，以平均值为标准，由偶然误差所决定，与真实值无关。精密度是保证准确度的先决条件，只有在消除系统误差的前提下，精密度高，分析结果的准确度才高。 以打靶为例也能说明精密度与准确度的关系。（2）的精密度很高，但准确度不高，而（3）的精密度不高，准确度就更不用说了。二、提高分析结果准确度的方二、提高分析结果准确度的方法法1、选择合适的分析方法2、检验和消除系统误差3、增加平行测定次数，减小随机误差4、减小相对误差 称取样品质量的要求 消耗溶液体积的要求称取样品质量的要求 试样质量绝对误差相对误差 相对误差绝对误差试样质量分析天平每次称量误差为0.0001克。一份样品需称量两次，最大绝对误差为0.0002克，若要求相对误差0.1%。计算试样的最小质量。常量分析常量分析 Er 0.1% gEEra2 . 0%1 . 00002. 0样品重消耗溶液体积的要求溶液体积绝对误差相对误差相对误差绝对误差溶液体积滴定管每次读数误差为0.01mL。一次滴定中，需读数两次，最大绝对误差为0.02mL，若要求相对误差0.1%。计算消耗溶液的最小体积。常量分析常量分析 Er 10%10%）的测定，一般要求分析结）的测定，一般要求分析结果有四位有效数字；对于中组分含量（果有四位有效数字；对于中组分含量（1%1%至至10%10%），），一般要求有三位有效数字；对于低组分含量（一般要求有三位有效数字；对于低组分含量（1%1%），），一般要求有二位有效数字。一般要求有二位有效数字。1.4 1.4 滴定分析法滴定分析法滴定分析法滴定分析法将一种已知准确浓度的试剂溶液（即标准溶液）滴加到被测物质的溶液中（或反向滴加），根据所消耗的试剂量按化学计量关系来确定被测物质的量。注意：注意：. 用标准溶液来滴定. 有一定的准确性 （精确计量）. 有合适的指示剂 （确定化学计量点或终点）几个概念：几个概念：滴定、化学计量点、终点、指示剂、滴定误差（TE）一一、 滴定分析的分类滴定分析的分类1. 1. 酸碱滴定法酸碱滴定法以酸碱反应为基础的滴定方法以酸碱反应为基础的滴定方法 ( (以所用酸碱强弱分类以所用酸碱强弱分类) )2. 2. 配位滴定法配位滴定法以络合反应为基础的滴定方法以络合反应为基础的滴定方法 （以胺羧络合剂为主）（以胺羧络合剂为主）3. 3. 沉淀滴定法沉淀滴定法 以沉淀反应为基础的滴定方法以沉淀反应为基础的滴定方法 （以所用指示剂分类）（以所用指示剂分类）4. 4. 氧化还原滴定法氧化还原滴定法以氧化还原反应为基础的滴定方法以氧化还原反应为基础的滴定方法 ( (以所用滴定剂分类以所用滴定剂分类) )二二、滴定反应的条件滴定反应的条件1. 反应能按化学反应式定量完成定量完成 （没有副反应、反应完全程度达99.9%以上）2. 反应能迅速完成迅速完成3. 有合适的指示化学计量点（或终点）的方法（合适的指示剂合适的指示剂）4. 无干扰主反应的杂质存在（无干扰杂质无干扰杂质） 三、滴定方式三、滴定方式1. 直接滴定法直接滴定法适用于满足四个要求的滴定反应（强酸强碱滴定及一般的配位滴定）2. 返滴定法返滴定法 适用于反应速度慢或无合适指示剂的反应（如络合滴定测铝）3. 置换滴定法置换滴定法适用于不按一定反应式进行或伴有副反应的物质的测定（K2Cr2O7碘量法标定Na2S2O3)4. 间接滴定法间接滴定法适用于不与滴定剂直接起反应的物质的测定。（KMnO4法测钙）四四、标准溶液和基准物质标准溶液和基准物质1.基准物质能用于直接配制或标定 标准溶液的物质2.标准溶液已知准确浓度的溶液1.1.基准物质所必须具备的条件基准物质所必须具备的条件 纯度高 99.9% 性质稳定 在空气中不吸湿、不氧化、不分解 组成确定 与化学式相符，含结晶水数量也相符 有较大的摩尔质量 保证称量时有一定的重量 能按反应式定量完成所参与的反应2. 2. 标准溶液的配制标准溶液的配制 （1 1）直接配制法）直接配制法 准确称取一定量的物质，溶解后稀释至一定体积，从而求出准确浓度。 配制过程：计算配制过程：计算称量称量溶解溶解转移转移定容定容 （2 2）间接配制法）间接配制法 粗略配制成近似浓度，再用基准物质或用另一种标准溶液来确定其准确浓度。 配制过程：计算配制过程：计算称量称量溶解溶解标顶标顶五、浓度的表示方法五、浓度的表示方法1.物质的量浓度：物质的量浓度：单位为“molLmolL-1-1” 在表示“物质的量浓度”时必须注明其基本单元基本单元，基本单元不同则其摩尔质量不同，浓度也不同。 摩尔质量：M（1/zB）=1/zM（B） 物质的量： n（1/zB）=zn（B） 物质的量浓度： c（1/zB）=zc（B）24)2424111()(2)1)()2212)0.110.2220.05（即H SOBBH SOBH SOCmol LCmol LCCCCmol L2.2.滴定度滴定度定义：毫升标准溶液定义：毫升标准溶液(A)(A)相当于被测物相当于被测物(B)(B)的的质量或百分含量。质量或百分含量。 分别表示为 TB/A = gmL-1 或 %mL-1如：TFe/K2Cr2O7=0.005260gmL-1 表示1mL K2Cr2O7标准溶液相当于0.005260g Fe，也就是说1mLK2Cr2O7标准溶液恰好能与0.005260 g Fe2+反应 六、滴定分析法的计算六、滴定分析法的计算 滴定反应： a A + b B c C + d D 当A与B按化学计量关系完全反应时，则：nA:nB = a:b bannBA计算标准溶液的浓度计算标准溶液的浓度BABABABAMVmbaccVVbac计算被测组分的百分含量计算被测组分的百分含量100%(SABBSAAmMVcbamm试样）