第9章 定量分析化学概论.ppt

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1、第第9章章 定量分析化学概定量分析化学概论论第第9章章定量分析化学概论定量分析化学概论9.1分析化学的任务和作用分析化学的任务和作用9.2分析方法的分类分析方法的分类9.3定量分析过程和分析结果的表示定量分析过程和分析结果的表示9.4定量分析误差定量分析误差9.5有效数字及计算规则有效数字及计算规则9.6分析数据的统计处理分析数据的统计处理9.7滴定分析法概述滴定分析法概述9.1 9.1 分析化学的任务和作用分析化学的任务和作用分析化学是研究分析方法的科学或学科分析化学是研究分析方法的科学或学科 是化学的一个分支是化学的一个分支 是是一一门门人人们们赖赖以以获获得得物物质质组组成成、结结构构和

2、和 形形态态的的信息的科学信息的科学 是是科科学学技技术术的的眼眼睛睛、尖尖兵兵、侦侦察察员员，是是进进行行科科学研究的基础学科学研究的基础学科1 1 分析化学的定义、任务和作用分析化学的定义、任务和作用9.1分析化学的任务和作用分析化学的任务和作用 分析化学是分析化学是“表征与测量表征与测量”的科学，其任务是确定的科学，其任务是确定物质物质的化学组成的化学组成，测量各组成的，测量各组成的含量含量以及表征物质的以及表征物质的化学结构化学结构。“是什么是什么 (What)”“有多少有多少(Howmuch)”“怎么样怎么样(How)”定性分析定性分析(Qualitativeanalysis)定量分

3、析定量分析(Quantitativeanalysis)结构分析结构分析(Structuralanalysis)任务任务1、确定物质的化学组成、确定物质的化学组成定性分析定性分析比如茶叶中含有哪些微量元素？比如茶叶中含有哪些微量元素？任务任务2、测量各组分的含量、测量各组分的含量定量分析定量分析茶叶中茶叶中Fe、Al、Ca、Mg的具体含量是多少？的具体含量是多少？任务任务3、表征物质的化学结构、构象、形态等、表征物质的化学结构、构象、形态等结构分析、构象分析，形态分析结构分析、构象分析，形态分析茶叶中的这些微量元素以什么形态存在？茶叶中的这些微量元素以什么形态存在？Fe的是的是二价还是三价？与什

4、么物质络合等？二价还是三价？与什么物质络合等？【注意】【注意】形态分析是当今分析化学的一个主要研究内容。形态分析是当今分析化学的一个主要研究内容。As的形态分析：的形态分析：五价五价As无毒（或毒性很小）；而无毒（或毒性很小）；而三价三价As毒性很大；毒性很大；Hg的形态分析：的形态分析：Hg2+毒性很大，但是有机汞毒性更毒性很大，但是有机汞毒性更大（乙基汞）；大（乙基汞）；Cr的形态分析：的形态分析：六价六价Cr毒性很大，而三价毒性很大，而三价Cr毒性毒性大大降低；大大降低；分析化学的作用分析化学的作用 “分析化学分析化学”是化学学科的一个重要分支，不仅是化学学科的一个重要分支，不仅对化学各

5、学科的发展起着重要作用，而且在对化学各学科的发展起着重要作用，而且在医药卫医药卫生生、工业、工业、农业、农业、国防、国防、资源开发资源开发等许多领域中都等许多领域中都有广泛的应用。有广泛的应用。1、在科学技术研究方面：、在科学技术研究方面：只要涉及到物质及其变化的研究都需要使用分析化学的方只要涉及到物质及其变化的研究都需要使用分析化学的方法。质量守恒的证实、原子量的测定、有机合成、催化等。法。质量守恒的证实、原子量的测定、有机合成、催化等。目前，分析化学已经超出化学领域，在生命、材料、能目前，分析化学已经超出化学领域，在生命、材料、能源、环境、医疗卫生等众多领域也取得了广泛的应用。源、环境、医

6、疗卫生等众多领域也取得了广泛的应用。2、医药、卫生医药、卫生 用于诊断和治疗的临床检验（血液、头发中微量元素用于诊断和治疗的临床检验（血液、头发中微量元素的分析）、职业中毒检验、营养成分分析等、法医检验、的分析）、职业中毒检验、营养成分分析等、法医检验、药物成分含量测定以及代谢动力学研究等。药物成分含量测定以及代谢动力学研究等。3、生命科学、生命科学 确定确定糖类、蛋白质、糖类、蛋白质、DNA、酶以及各种抗原抗体、酶以及各种抗原抗体、激素及激素受体的组成、结构、生物活性及免疫功能激素及激素受体的组成、结构、生物活性及免疫功能等研究。等研究。4、工业工业“工工业业眼眼睛睛”之之称称。资资源源勘勘

7、探探；产产品品质质量量检检验验；工工艺艺流流程控制；三废的处理等。程控制；三废的处理等。5、农业、农业 水土成分调查，农产品质量检验等。水土成分调查，农产品质量检验等。6、国防国防 新型武器材料；航天材料分析等。新型武器材料；航天材料分析等。分析化学与社会和其它分析化学与社会和其它科学技术领域的关系科学技术领域的关系生物分析生物分析分析化学主分析化学主要发展趋向要发展趋向新技术新技术新仪器新仪器微型化微型化新原理新原理化学计量学化学计量学环境分析环境分析过程分析过程分析原位分析原位分析表面分析表面分析活体分析活体分析实时分析实时分析大分子表征大分子表征化学图象化学图象无损分析无损分析在线分析在

8、线分析单细胞分析单细胞分析单分子检测单分子检测接口接口定性定性传感器传感器分离技术分离技术联用技术联用技术9.2分析化学的分类分析化学的分类1、按方法原理分类：按方法原理分类：重量分析重量分析滴定分析滴定分析电化学分析电化学分析光化学分析光化学分析色谱分析色谱分析波谱分析波谱分析酸碱滴定酸碱滴定配位滴定配位滴定氧化还原滴定氧化还原滴定沉淀滴定沉淀滴定电导、电位、库仑、电导、电位、库仑、极谱、伏安极谱、伏安发射、吸收，荧光、光度发射、吸收，荧光、光度气相、液相、离子、超临气相、液相、离子、超临界、薄层、毛细管电泳界、薄层、毛细管电泳紫外紫外/可见、红外、核磁、可见、红外、核磁、质谱质谱(1)化学

9、分析法化学分析法-Chemicalanalysis:以物质的以物质的化学反应化学反应为基础的分析方法。历史悠久，是分为基础的分析方法。历史悠久，是分析化学的基础，故又称经典分析方法。析化学的基础，故又称经典分析方法。主要有主要有重量分析法重量分析法和和滴定分析滴定分析（容量分析）法。（容量分析）法。【特点】【特点】仪器设备简单，适合常量组分分析，准确度高。仪器设备简单，适合常量组分分析，准确度高。(2)仪器分析法仪器分析法-Instrumentalanalysis:以以物质的物质的物理和物理化学性质为基础物理和物理化学性质为基础的分析方法。如光的分析方法。如光学分析法；电化学分析法学分析法；电

10、化学分析法 ；热分析法；色谱法。；热分析法；色谱法。【特点】【特点】需要特殊的仪器；适于微量、痕量成分分需要特殊的仪器；适于微量、痕量成分分析；快速、灵敏，所需试样量少析；快速、灵敏，所需试样量少化学分析与仪器分析方法比较化学分析与仪器分析方法比较项目项目化学分析法化学分析法（经典分析法）（经典分析法）仪器分析法仪器分析法（现代分析法）（现代分析法）物质性质物质性质化学性质化学性质物理、物理化学性质物理、物理化学性质测量参数测量参数体积、重量体积、重量吸光度、电位、发射强度等吸光度、电位、发射强度等误差误差0.1%0.2%1%2%或更高或更高组分含量组分含量1%100%10010半微量半微量(

11、semimicro)10100110微量微量(micro)0.1100.011超微量超微量(ultramicro)0.1100g,10mL常量组分分析：常量组分分析：按待测组分含量分类，含量按待测组分含量分类，含量1%。按待测组分含量：按待测组分含量：常量组分常量组分微量组分微量组分痕量组分痕量组分1%0.01%-1%1%)，采用化学分析法（滴定分析法）；，采用化学分析法（滴定分析法）；石灰石中微量铁的测定：石灰石中微量铁的测定：微量成分微量成分(t表表,表示有显著性差异表示有显著性差异,存在系统误差存在系统误差,被检验方法需要改进被检验方法需要改进t计计 t表,表示有显著性差异2)两组数据的

12、平均值比较（同一试样）两组数据的平均值比较（同一试样）计算计算值：值：新方法-经典方法（标准方法）两个分析人员测定的两组数据 两个实验室测定的两组数据a求合并的标准偏差：求合并的标准偏差：检验法两组数据间偶然误差的检测检验法两组数据间偶然误差的检测按照置信度和自由度查表（按照置信度和自由度查表（表表），），比较比较F计算计算和和F表表计算计算值：值：四、异常值的取舍四、异常值的取舍在实验中得到一组数据，个别数据离群较远，这一在实验中得到一组数据，个别数据离群较远，这一数据称为数据称为异常值异常值（可疑值或极端值）。（可疑值或极端值）。处理方法有处理方法有4d法法、格鲁布斯格鲁布斯(Grubbs

13、)法法和和Q检验法检验法。若是过失造成的，则这一数据必须舍去。否则异常若是过失造成的，则这一数据必须舍去。否则异常值不能随意取舍，特别是当测量数据较少时。值不能随意取舍，特别是当测量数据较少时。1、Q检验法检验法设一组数据，从小到大排列为设一组数据，从小到大排列为:x1，x2，xn-1，xn统计量统计量Q为为：当当Q计算计算Q表表时，异常值应舍去，否则应予保留。时，异常值应舍去，否则应予保留。上面数据中，只可能上面数据中，只可能x1或或xn有问题，假设有问题，假设x1离群离群Q值越大，说明值越大，说明x1离群越远。离群越远。测定某药物中钴的含量如测定某药物中钴的含量如(g/g),得结果如下：得

14、结果如下：1.25，1.27，1.31，1.40。试问。试问1.40这个数据是否应保留这个数据是否应保留?可疑数据的取舍可疑数据的取舍过失误差的判断过失误差的判断4d法法偏差大于偏差大于4d的测定值可以舍弃的测定值可以舍弃步骤步骤：求异常值求异常值(Qu)以外数据的平均值以外数据的平均值(x)和平均偏差和平均偏差(d)如果如果Qu-x4d,舍去舍去 格鲁布斯格鲁布斯(Grubbs)检验法检验法（4）由测定次数和要求的置信度，查表得）由测定次数和要求的置信度，查表得G表表（5）比较）比较若若G计算计算G表表，弃去可疑值，反之保留。，弃去可疑值，反之保留。由于格鲁布斯由于格鲁布斯(Grubbs)检

15、验法引入了标准偏差，故检验法引入了标准偏差，故准确性比准确性比Q 检验法高。检验法高。基本步骤：基本步骤：（1）排序：）排序：1,2,3,4（2）求和标准偏差）求和标准偏差s（3）计算）计算G值：值：统计检验的正确顺序统计检验的正确顺序：可疑数据取舍可疑数据取舍F检验检验t检验检验2 2 经典定量分析方法经典定量分析方法重量法：重量法：分离分离 称重称重 沉淀法、气化法和电解法等沉淀法、气化法和电解法等滴定分析法：又称容量分析法滴定分析法：又称容量分析法 酸碱滴定法、酸碱滴定法、络合滴定法络合滴定法 氧化还原滴定法、沉淀滴定法氧化还原滴定法、沉淀滴定法1 1 滴定分析法：又称容量分析法。滴定分

16、析法：又称容量分析法。1.3 1.3 滴定分析法概论滴定分析法概论 标准溶液标准溶液标准溶液标准溶液待测溶液待测溶液被测物质被测物质指示剂指示剂化学计量关系化学计量关系酸碱滴定法、酸碱滴定法、络合滴定法络合滴定法氧化还原滴定法、沉淀滴定法氧化还原滴定法、沉淀滴定法基本概念及术语基本概念及术语(1)化学计量点化学计量点(stoichiometricpoint，sp)当滴入的标准溶液的当滴入的标准溶液的物质的量物质的量与待测组分的物质的与待测组分的物质的量恰好符合化学反应式所表示的化学计量关系时，量恰好符合化学反应式所表示的化学计量关系时，称之反应到达了化学计量点。称之反应到达了化学计量点。(2)

17、滴定终点滴定终点(endpointofthetitration，ep)滴滴定定分分析析中中，常常加加入入一一种种指指示示剂剂，通通过过指指示示剂剂颜颜色色的的变变化化作作为为化化学学反反应应等等当当点点到到达达的的指指示示信信号号，停停止止滴滴定定，这一点称为滴定终点。这一点称为滴定终点。(3)滴定误差滴定误差(endpointerror)滴定终点与化学计量点不一致，由此所造成的误差。滴定终点与化学计量点不一致，由此所造成的误差。(4)指示剂指示剂(indicator)为了能准确地掌握化学计量点的达到，在实际操为了能准确地掌握化学计量点的达到，在实际操作时，常在被测物质的溶液中加入一种辅助剂，

18、借作时，常在被测物质的溶液中加入一种辅助剂，借助助它的颜色变化它的颜色变化作为化学计量点到达的信号，这种作为化学计量点到达的信号，这种辅助试剂称为指示剂。辅助试剂称为指示剂。如酚酞，如酚酞，pH8，粉红色，粉红色，pH8，无色，无色2滴定分析法对化学反应的要求滴定分析法对化学反应的要求(1)具有确定的计量关系具有确定的计量关系。即反应按一定反应方程式进行。即反应按一定反应方程式进行(2)必须定量进行必须定量进行。通常要求达到。通常要求达到99.9%以上。以上。(3)具有较快的反应速度，具有较快的反应速度，或有简便方法（加热、加催化或有简便方法（加热、加催化剂）以加速反应。剂）以加速反应。(4)

19、有简便合适的方法确定滴定终点，有简便合适的方法确定滴定终点，常用的是加入合适常用的是加入合适的指示剂，也可用滴定过程中电位的突变来指示终点。的指示剂，也可用滴定过程中电位的突变来指示终点。(5)试液中若存在干扰主反应的杂质试液中若存在干扰主反应的杂质，必须有合适的消除，必须有合适的消除方法。方法。3、滴定方法的分类、滴定方法的分类按滴定反应类型按滴定反应类型 酸碱滴定酸碱滴定 络合滴定络合滴定 氧化还原滴定氧化还原滴定 沉淀滴定沉淀滴定(1)酸碱滴定法（酸碱滴定法（acid-basetitration）以质子传递反应为基础的滴定分析法。以质子传递反应为基础的滴定分析法。用用NaOH标准溶液测定

20、标准溶液测定HAc含量含量OH-+HAc=Ac-+H2O主要用于测量酸性、碱性物质的含量。主要用于测量酸性、碱性物质的含量。(2)络合滴定法（络合滴定法（complexometrictitration）以配位反应为基础的滴定分析法。以配位反应为基础的滴定分析法。用用EDTA标准溶液测定标准溶液测定Ca2+的含量的含量Y4-+Ca2+=CaY2-主要用于测定金属离子的含量主要用于测定金属离子的含量。(3)氧化还原滴定法（氧化还原滴定法（redoxtitration）以氧化还原反应为基础的滴定分析法。以氧化还原反应为基础的滴定分析法。用用KMnO4标准溶液测定标准溶液测定Fe2+含量。含量。MnO

21、4-+5Fe2+8H+=Mn2+5Fe3+4H2O主要用于测定氧化、还原性物质，以及能与主要用于测定氧化、还原性物质，以及能与氧化还原性物质发生反应的物质的量。氧化还原性物质发生反应的物质的量。(4)沉淀滴定法（沉淀滴定法（precipitationtitration）以沉淀反应为基础的滴定分析法以沉淀反应为基础的滴定分析法。用用AgNO3标准溶液测定标准溶液测定Cl-的含量的含量Ag+Cl-=AgCl（白色）（白色）4滴定方式滴定方式a.直接滴定法直接滴定法b.间接滴定法间接滴定法如如Ca2+沉沉淀淀为为CaC2O4，再再用用硫硫酸酸溶溶解解，用用KMnO4滴定滴定C2O42-,间接测定间接

22、测定Ca2+c.返滴定法返滴定法如如测测定定CaCO3,加加入入过过量量盐盐酸酸，多多余余盐盐酸酸用用标准氢氧化钠溶液返滴标准氢氧化钠溶液返滴d.置换滴定法置换滴定法络合滴定多用络合滴定多用5试剂的规格试剂的规格(1).一级品一级品:即优级纯即优级纯,又称保证试剂又称保证试剂(G.R.).这种试剂纯度很高这种试剂纯度很高;(2).二级品二级品:即分析纯即分析纯,又称分析试剂又称分析试剂(A.R.).其纯度较一级品略差其纯度较一级品略差(3).三级品三级品:即化学纯即化学纯(C.P.),其纯度较二级品相差较多其纯度较二级品相差较多.(4).四级品四级品:即实验试剂即实验试剂(L.R.),纯度较低

23、纯度较低,常用作辅助试剂常用作辅助试剂.此外还有光谱纯试剂，超纯试剂和基准试剂等此外还有光谱纯试剂，超纯试剂和基准试剂等.6 6 基准物质和标准溶液基准物质和标准溶液基准物质基准物质:能用于直接配制和标定标准溶液的物质。能用于直接配制和标定标准溶液的物质。要要求求：试试剂剂与与化化学学组组成成一一致致；纯纯度度高高；稳稳定定；摩摩尔质量大；滴定反应时无副反应。尔质量大；滴定反应时无副反应。标准溶液标准溶液:已知准确浓度的试剂溶液。已知准确浓度的试剂溶液。配制方法有直接配制和标定两种。配制方法有直接配制和标定两种。标准溶液的浓度常用物质的量浓度和滴定度标准溶液的浓度常用物质的量浓度和滴定度T表示

24、表示.滴定度滴定度T是指是指1ml滴定剂溶液相当于被测物质的质量滴定剂溶液相当于被测物质的质量标准溶液的浓度常用物质的量浓度和滴定度标准溶液的浓度常用物质的量浓度和滴定度T表示表示.滴定度滴定度T是指是指1ml滴定剂溶液相当于被测物质的质量滴定剂溶液相当于被测物质的质量标准溶液浓度计算标准溶液浓度计算a.直接配制法直接配制法称称一一定定量量的的基基准准物物质质B(mBg）直直接接溶溶于于一一定定量量(V/L)的溶剂配制。的溶剂配制。cB=nB/V=mB/MBVb标定法：标定法：根据滴定剂和被测物质的比计算求出。根据滴定剂和被测物质的比计算求出。bBtT=aAcB=b/tcTVT/VB =bmT/tMTVB滴定分析法的计算滴定分析法的计算 1.1.物质的量与物质的质量之间的关系物质的量与物质的质量之间的关系 2.2.溶质物质的量与溶液浓度之间的关系溶质物质的量与溶液浓度之间的关系 物质物质B的物质的量浓度的物质的量浓度由于由于则则m(g)=cBVM3.被滴物的量被滴物的量(nA)与滴定剂的量与滴定剂的量(nB)之间的关系之间的关系aAbB=cC+dD4.待测组分含量的计算待测组分含量的计算