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1、 分 析 化 学 主讲教师:王敏 手机:13710996021 Email:wangmin 1 教学安排 w 学时:32学时 w 星期一(单周):12节,310208 星期三(单双):34节,310311 w 教材:分析化学,化学工业出版社,2009 w 作业:每星期三课后交 w 成绩评定:考试 70%,平时 30%。 w 实验课:16学时(四次实验) 2 主要参考书 w 定量分析化学,中国科技大学,高等教育 出版社,2000 w 分析化学(第四版),武汉大学等,高等 教育出版社,2000 w 仪器分析,赵藻藩等,高等教育出版社, 2002 3 w 分析化学例题与习题,武汉大学,高等教 育出版
2、社,1997 w 21世纪的分析化学,汪尔康主编,科学出 版社,1999 w 分析化学新进展,汪尔康主编,科学出版 社,2002 4 w 内容相对比较简单; w 但内容多,学时少; w 需要记忆的内容比较多。 w 需要课余时间自学 w 需要记笔记 预习:掌握学习重点 复习:认真对待作业和参考书 分析化学课程的特点: 5 导 言 w1分析化学的定义、任务和作用 w2 分析化学的特点和分类 w3 分析化学的发展趋势 6 什么是分析化学?什么是分析化学? 7 2004年东南亚海啸 8 汶川地震 DNA鉴定专家辨认死者遗体 9 Using 96-capillary array scanner with
3、 automated sample and gel-matrix loading, the total run time for sequencing more than 500 bases is 100 10100 0.1 10 10 1 10 0.01 1 1%)微量组分(0.01-1%) 痕量组分(0.01%) 30 分析方法的分类4 根据分析对象不同分为: w 无机分析 对象:无机物; 要求:鉴定组成和测定含量。 w 有机分析 对象:有机物; 要求:官能团分析和结构分析。 31 分析方法的分类5 根据具体要求不同分为: w 例行分析 分析实验室日常分析工作称为例行分析, 也称为常规分析
4、。 w 仲裁分析 当对某一分析结果有争议时,请有权威的 单位采用标准方法进行分析测定。 32 3 分析化学的发展 w分析化学的历史 起源:古代炼金术 手段:人类的感官和双手 16世纪:天平的出现,向定量迈进了一大步 19世纪:化学方法(Wet Chemistry) 鉴定物质的组成和含量的技术 33 20世纪以来分析化学的主要变革 34 分析化学的发展 35 现代分析化学学科发展趋势及特点 提高灵敏度 复杂体系的分离及分析方法选择性的提高 扩展时空多维信息 微型化及微环境的表征与测定 形态、状态分析及表征 生物大分子及生物活性物质的表征与测定 非破坏性检测及遥控 自动化与智能化 36 4 定量分
5、析过程 取样分解试样 测 定 (中间处理,包括干扰的分离、 预测定等) 数据处理 评价分析结果 的可信程度 4.1 定量分析步骤 37 试样的采集、制备及分解 一、 分析试样的采集与制备 w 试样采集要求:分析试样的组成能代表整 批物料的平均组成。 w 否则,无论分析工作做得怎样认真准确, 所得结果也无实际意义;更有害的是提供了 无代表性的分析数据,会给实际工作造成严 重的混乱。 38 采样的基本术语 w 1. 物料 w 2 试样物料 w 3 试样 w 4 子样 w 5 子样的数目(颗粒大小,均匀程度,杂质含量) w 6 平均试样物料 w 7分析化验单位 39 液体液体 固体固体 气体气体 试
6、样的采集 1.物料流 2.物料堆 3. 输送工具 1.江河 2.大贮罐 3.小瓶 1.正压 2.常压 3.负压 40 固体试样的采集 w 物料流中 w 运输工具中 w 物料堆中 12m h=0.3m m=5kg 41 固体试样的制备1 破碎 粉碎过筛混匀 100-200目 缩分 四分法 粗鄂式破碎机 细鄂式破碎机 42 固体试样的制备2 过筛 w 为了控制试样的粒度,常采用过筛的方法, 即让破碎后的试样通过一定筛孔的筛子。 筛号(网目)2040608 0100120200 孔径/mm0.830.42 0.250.18 0.15 0.1250.074 未通过筛孔的粗粒不可抛弃,需要进一步粉碎,直
7、至全部通 过,以保证所得样品能代表整个被测物料的平均组成。 43 固体试样的制备3 混匀 w 混匀法通常有人工混匀和机械混匀两种。 w 人工法是将实验室样品置于光滑而干净的混凝土 或木制平台上,用堆锥法进行混匀。用铁铲将物料 堆积成一圆锥,然后从锥底一铲一铲将物料铲起, 在距圆锥一定距离的地方重新堆成另一个圆锥,每 一铲的物料必须从锥顶自然洒落。来回反复操作3次 ,即可认为样品混合均匀。 w 机械混匀法是将物料倒入机械搅拌器中,启动机 器,经一段时间的运作,即可将物料混匀。 44 固体试样的制备4 缩分 45 (一) 矿石试样 根据堆放情况,从不同的部位和深度选取多个 取样点进行取样,混合后进
8、行分析试样的制备。 试样的制备:破碎、过筛、混匀和缩分 筛号(目)20406080100120200 筛孔大小/mm0.830.420.250.177 0.149 0.125 0.074 注意点: 1. 采样及缩分均要符合采样公式(Mm) 2. 必须保证所有试样均过筛 46 例:已知铝锌矿的K0.1,a2。 (1)采取的原始试样最大的颗粒直径为30mm。问 最少应采样多少才具有代表性? (2)将原始试样破碎并通过直径为3.36mm的筛孔,再 用四分法进行缩分,最多应缩分几次? (3)如果要求最后所得试样不超过100g,问试样应通 过筛孔的直径为几毫米? 47 采集平均试样时的最小质量 筛号/目
9、筛孔直 径/mm 最小质量/Kg K=0.10.20.30.51.0 36.724.529.0313.5522.645.2 63.361.132.263.395.6511.3 102.000.400.801.202.004.00 200.830.0690.140.210.350.69 400.420.0180.0350.0530.0880.176 600.250.0060.0130.0190.0310.063 800.1770.0030.0060.0090.0160.031 48 (二)金属或金属制品 1. 高温熔炼的金属制品 2. 粗制品(钢锭、铸铁) 3. 硬度较强的金属制品(白口铁、硅钢
10、) (三)粉状或松散物料试样 粉状或松散物料如盐类、化肥、农药和精矿盐类、化肥、农药和精矿等 湿存水的处理 表面和孔隙中所含的水分 烘箱中进行(100105)、气流风干(受热易 分解) 49 液体试样一般比较均匀,取样单元可以较少 当物料的量较大时,应从不同的位置和深度分别 采样,混合均匀后作为分析试样,以保证它的代 表性 液体试样采样器多为塑料或玻璃瓶 ,一般情况下 两者均可使用。但当要检测试样中的有机物时, 宜选用玻璃器皿;而要测定试样中微量的金属元 素时,则宜选用塑料取样器,以减少容器吸附和 产生微量待测组分的影响 液体试样 50 液体试样的化学组成容易发生变化,应立 即对其进行测试 应
11、采取适当保存措施,以防止或减少在存 放期间试样的变化 保存措施有:控制溶液的pH值、加入化学 稳定试剂、冷藏和冷冻、避光和密封等。 采取这些措施旨在减缓生物作用、化合物或配合物的水 解、氧化还原作用及减少组分的挥发。保存期长短与待 测物的稳定性及保存方法有关。 液体试样 51 52 53 w 根据水种类:天然水(河、湖、海、地下);用 水(引用、工业用、灌溉);排放水(工业废水、 城市污水) w 根据分析项目要求 w 采样多变性:河水上、中、下(大河:左右两 岸和中心线;中小河:三等分,距岸1/3处);湖 水-从四周入口、湖心和出口采样;海水-粗分为 近岸和远岸;生活污水-与作息时间和季节性食
12、物 种类有关;工业废水-与产品和工艺过程及排放时 间有关 w 水样的保存和予处理 对于不同测定项目,采用 不同目的的保存方法 水样 54 贮藏的液体物料 55 静态气体试样 直接采样,用换气或减压的方法将气体试 样直接装入玻璃瓶或塑料瓶中或者直接与气体分析仪连接 动态气体试样 采用取样管取管道中气体,应插入管道1/3 直径处,面对气流方向 常压,打开取样管旋塞即可取样。若为负压,连接抽气泵 ,抽气取样 固体吸附法取样 用装有吸附剂如硅胶(吸附带氨基、羟 基的气体)、活性炭(吸附苯、四氯化碳) 、活性氧化铝 和分子筛等的柱子吸附气体,吸附的气体用加热法或萃取 法解脱,或与GC连接检测 对于大气粉
13、尘采用过滤式、冲击式和静电式取样,过滤式 最普遍-采用玻璃纤维素纤维(0.3 mm)过滤 气体试样 56 57 其组成因部位和时季不同而有较大差异 采样应根据需要选取适当部位和生长发育阶段进 行,除应注意有群体代表性外,还应有适时性和 部位典型性 鲜样分析的样品,应立即进行处理和分析,生物 试样中的酚、亚硝酸、有机农药、维生素、氨基 酸等在生物体内易发生转化、降解或者不稳定的 成分,一般应采用新鲜样品进行分析 生物试样 58 59 生物试样:肌肉、肝、肾、皮肤、血液、蛋奶, 尿液,血浆、粪便等;对组织样品宜分取一个完 整的解剖部分 储存生物材料的容器材料有塑料和玻璃,注意储 存期间吸附:塑料易
14、吸附脂溶性组分,玻璃易吸 附碱性物质 固体样品制备除一般程序外,还有离心、过滤、 防腐和抑制降解等 血样:血浆、血清、血液 尿样注意酸败和细菌污染,4度冷藏和加入氯仿 或甲苯防腐 60 冷冻干燥法 样品放在冷冻干燥室内,抽真空至 1.3-6.5bar(10-50mmHg),水变成冰,2-3天后冰 全部升华 用于水样的浓缩,植物、动物血清和其它含有易 挥发组分的干燥 NBS的果叶、牛肝、菠菜叶、松针、米粉、面粉 、河沉积物等标准物质用冷冻干燥技术,未发现 易挥发的As,Hg等损失,I有明显损失,Br在酸性 溶液中有损失 61 试样的分解的要求试样的分解的要求 1. 试样必须完全分解(完全转入到溶
15、液中) 2. 试样分解过程中待测组分不应挥发损失 3. 不应引入待测组分和干扰物质 例如:钢样中的P: 4. 选择合适的方法和分析器皿 62 (一)溶解法 1 无机试样的分解 1. 水溶 法 可溶性的无机盐 2. 酸溶 法 盐酸:酸性、还原性、络合 硝酸:几乎所有的硝酸盐都是可溶的(Pt,Au) a) 钝化(铁、铝、铬等) b) 硫化物矿样的良好溶剂 c) 可用于破坏钢铁样品中的碳化物 63 硫酸: d) HNO3与H2O2混用分解有机物(毛发、 肉类等) e) 制成王水(3:1)和逆王水(1:3) f) 煮沸除去低价氮氧化物 钙、锶、钡、铅的硫酸盐不溶于水 a) 硫酸盐的溶解度常比相应的氯化
16、物的低 b) 热的浓硫酸具有强氧化性,可以破坏试 样中的有机物 c) 硫酸是高沸点酸(338)因此当硝酸、 盐酸、氢氟酸的阴离子干扰测定时可加 入硫酸并蒸发直冒白烟以除去。 64 磷酸: 高氯酸: 氢氟酸: 中强酸、具有较强的络合能力 单独使用磷酸时,加热的温度不易过 高、时间不易过长(500-600、5min), 否则易生成微溶性的焦磷酸盐,同时腐蚀玻璃生 成聚硅磷酸而粘结于皿底。 沸点较高、强氧化性(浓、高温) 可用来除去低沸点酸,残渣易溶于水,而硫酸 的不易溶解; 弱酸、氟离子具有强的络合能力 常与氧化性(HNO3)或强酸性(H2SO4)的酸一起 使用;SiF4;器皿使用铂皿或聚四氟乙烯,但 温度大于250时将产生有毒气体全氟异丁烯 65 3. 碱、碳酸盐和氨溶法 碱:常用来溶解两性金属和酸性氧化物 碳酸盐:硫酸盐;氨:配位作用 (二)熔融法 定义:熔融法是将试样与固体熔剂混合,在高温下 加热,利用试样与熔剂发生的复分解反应,使试样