《无机及分析化学 第七章分析化学概论》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机及分析化学 第七章分析化学概论（71页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第七章 分析化学概论 学 习 要 求 1 了解分析化学的任务和作用 2 了解定量分析方法的分类及定量分析的一 般步骤 3 掌握定量分析误差产生的原因 理解准确 度和精密度的概念及二者的相互关系 4 了解提高分析结果准确度的方法 5 掌握分析结果实验数据的处理方法 6 理解有效数字的意义 掌握它的运算规则 2 7 1 分析化学的任务和分类 7 2 试样分析的一般步骤 7 3 定量分析的误差 7 4 分析结果的数据处理 7 5 有效数字及运算规则 3 7 1 分析化学的任务和分类 分析化学 analytical chemistry 是研究获取物质化学 组成和结构信息的分析方法及相关理论的科学 根据
2、其承担的任务分为 l 定性分析 l 定量分析 l 结构分析 鉴定物质的化学组成 元素 离子 官能团和化合物 测定物质中有关组分的含量 研究物质的分子结构 晶体结构 4 分 析 化 学 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 紫外 核磁 质谱 5 根据被测组分的含量分为 l 常量组分分析 含量 1 l 微量组分分析 含量0 01 1 l痕量组分分析 含量 0 01 6 根据分析时所取的试
3、样量分为 l半微量分析 l微量分析l超微量分析 l常量分析 分析方法 常量 分析 半微量 分析 微量 分析 超微量 分析 固体试样质量 g 0 10 1 0 010 01 0 0001 1010 10 01 1 0 01 各种分析方法试样用量 7 一般化验室对日常生产中的原材料 和产品而进行的分析 l 例行分析 是为控制生产过程提供信息 如炼 钢时的炉前分析 l 快速分析 为了裁判不同单位对同一试 样分析得出不同测定结果 这时 要求权威机构用公认的标准方法 进行准确的分析 l 仲裁分析 根据分析目的划分为 8 7 2 试样分析的一般步骤 7 2 1 试样的采集 任意取一部分或稍加搅匀取其中的一
4、部分 如金属试样 水样 液态试样 气态试样和 一些比较均匀的化工试样 从大量物料中抽取出可代表整体平均组成 状况的少量物料作为分析材料的过程称为取样 所取的分析材料叫试样 sample 试样应具 有代表性 1 组成比较均匀的试样 9 2 组成分布不均匀的试样 根据堆放情况 从不同部位和深度选取多个 取样点 如矿石 煤炭 土壤等 采样公式 m 采取试样的最低质量 kg d 试样中最大颗粒的直径 mm K a 经验常数 K 值在0 02 0 15 a 值在1 8 2 5 一般矿物质样品a 值取2 10 7 2 2 试样的制备 四分法 标准筛的筛号与孔径 筛号 网目 10 20 40 60 80 1
5、00 120 筛孔直径 mm 2 00 0 83 0 42 0 25 0 177 0 149 0 125 破碎过筛 混匀 缩分风干 11 7 2 3 试样的前处理 sample pretreatment 在分解试样的过程中 应遵循以下原则 l 试样的分解必须完全 l 待测组分不能有损失 l 不能引入待测组分和干扰物质 12 1 溶解法 水溶水溶 硫酸铵中含氮量的测定 酸溶酸溶 盐酸 硝酸 硫酸 高氯酸 磷酸 氢氟酸 和一些混合酸等分解金属 合金 矿石等 碱溶碱溶 NaOH或KOH溶解铝合金分析Fe Mn Ni 的含量 2 熔融法 酸熔酸熔 K2S2O7 KHSO4熔解氧化物矿石 碱熔碱熔 Na
6、2CO3 NaOH Na2O2熔解酸性矿物质 半融法半融法 又称烧结法 在低于试样熔点的温度下 试样与熔剂混合加热至熔结 13 3 干式灰化法 dry incineration 高温分解 酸提取 氧瓶燃烧法 常用分解有机试样和生物试样 5 微波溶样法 4 压力溶样法 14 7 2 4 试样的分离与富集 分离富集的目的 对象 基体组成非常复杂 并且干扰组分的量相对较大 的条件下 分离 separation 试样中待测组分的含量较低 而现有测定方法的 灵敏度又不够高 富集 enrichment 15 v对分离富集的要求 分离富集的回收率越接近100 分离效果越好 待测组分的损失越小 干扰组分分离越
7、完全 v被测组分的含量不同对回收率的要求不同 16 常用的分离富集方法 沉淀分离法沉淀分离法液 液萃取分离法液 液萃取分离法 离子交换分离法离子交换分离法色谱分离法色谱分离法 气浮分离法气浮分离法 超临界流体萃取分离法超临界流体萃取分离法 17 1 沉淀分离法 沉淀分离法 适合常量组分的分离 根据溶度积原理利用沉淀反应进行分离的方法 在待测试液中 加入适量的沉淀剂 并控制反应条件 使待测组分离子沉淀出来 而其他离子则留于溶液中 从而达到分离的目的 要求 沉淀完全 沉淀物不被干扰组分玷污 沉淀剂 无机沉淀剂 氢氧化物 硫化物等 有机沉淀剂 18 有机沉淀剂具有选择性高 共沉淀现象少的特点 19
8、共沉淀 coprecipitator 痕量组分的富集 加入某种离子同沉淀剂生成沉淀作为 载体 沉淀剂 将痕量组分定量地沉淀 下来 然后将沉淀分离 溶解在少量溶剂 中 灼烧等方法 以达到分离和富集的 目的 对沉淀剂的要求 要求对欲富集的痕量组分回收率高 要求共沉淀剂不干扰待富集组分的测定 20 21 22 2 液 液萃取分离法 液 液萃取分离法 liquid liquid extraction LLE 又称溶剂萃取分离法 这种方法是利用与水不相溶的 有机溶剂同待测试样一起振荡 使被测组分进入有机 相 其他组分仍留在水相 从而达到分离富集的目的 将物质由将物质由亲水性亲水性转化为转化为疏水性疏水性
9、的过程的过程 萃取的 本质 萃取率 被萃取物质在有机相中的量占它在 两相中总量的百分数 23 萃取操作的简单过程 常用的萃取体系 螯合物萃取体系 离子缔合物萃取体系 三元配合物萃取体系 24 用用CClCCl 4 4 萃取水中的萃取水中的I I 2 2 第二次萃取第一次萃取 25 3 离子交换分离法 离子交换分离法 ion exchange separation 是利用 离子交换剂与溶液中的离子发生交换反应使离子分 离的方法 离子交换剂的种类 无机离子交换剂 有机离子交换剂 离子交换树脂 阳离子交换树脂 阴离子交换树脂 螯合树脂 26 强酸型阳离子交换树脂分离示例强酸型阳离子交换树脂分离示例
10、ClCl K K Na Na Ag Ag 的分离的分离 K K 亲和力亲和力 H Na K Ag H2O交换交换 exchangeexchange 游离状态 27 洗脱洗脱 eluteelute H H Na Na K K Ag Ag C t Na K Ag 淋洗曲线淋洗曲线 洗脱剂洗脱剂 eluanteluant洗出洗出液液 eluateeluate 28 离子交换反应 R SO3H Na R SO3Na H 离子交换亲和力 v离子在树脂上交换能力的大小称为离子交换 亲和力 affinity v水和离子的半径越小 电荷越高 离子 极化的程度越大 其亲和力也越大 29 水水的的净化净化 R S
11、OR SO 3 3 HH M M R SO R SO 3 3 MM H H RNRN HH 3 3 OHOH X X RN RN HH 3 3X X OH OH HH OH OH H H 2 2 OO 除去水中的杂质离子除去水中的杂质离子 阳离子交换阳离子交换 HH OHOH 阴离子交换阴离子交换 去离子水 30 4 色谱分离法 利用物质在两相中的分配系数 由 溶解度 蒸汽压 吸附能力 离子交换能力 亲和能力 及分子大小等决定 的微小差异进行分离 当互 不相溶的两相 一种是固定相 另一种是流动相 做相对运动时 被分离的物质在两相之间进行 连续多次分配 这样原来微小的分配差异被不断 放大 从而使
12、各组分得到分离 31 纸上色谱分离法 paper chromatography 原理 纸上色谱分离法是根据不同物质在固定相 和流动相间的分配比不同而进行分离的 固定相 滤纸 利用纸上吸收的水分 一 般的纸吸收约等于自身质量20 的水分 流动相 有机溶剂 操作 点样 展开 干燥 显色得色谱图 测定 应用 样品的分离 定性和定量 32 取一大小适宜的滤纸条 在滤纸条的下端点上标准和样品 放在色谱筒中展开 取出 标记前沿 凉干 着色 分析 固定相 滤纸上的H2O 流动相 展开剂 层析筒 滤纸 原点 展开剂 前沿 斑点 纸上色谱分离装置 33 比移值 Rf l 标准 样品 将标准和样品的 Rf 值进行
13、比 较 可以对样品进行定性分析 Rf 0 1 Rf 0 表明在原点不动 Rf 1 表明随溶剂一起移动 B b a A 定性分析 定量分析 vRf 值相差越大 分离效果越好 34 薄层色谱分离法 thin layer chromatography 原理 原理 将固定相吸附剂均匀地涂在玻璃上制成将固定相吸附剂均匀地涂在玻璃上制成 薄层板 试样中的各组分在固定相和作为展开剂的薄层板 试样中的各组分在固定相和作为展开剂的 流动相之间不断地发生溶解 吸附 再溶解 再吸流动相之间不断地发生溶解 吸附 再溶解 再吸 附的分配过程 不同物质上升的距离不同而形成相附的分配过程 不同物质上升的距离不同而形成相 互
14、分开的斑点从而达到分离 互分开的斑点从而达到分离 操作方法 操作方法 点样 展开 干燥 显色得到色谱 图 测定 定性和定量 固定相 固定相 吸附剂 硅胶 活性氧化铝 纤维素吸附剂 硅胶 活性氧化铝 纤维素 等 等 流动相 流动相 有机溶剂有机溶剂 展开方法 展开方法 在展开缸和展开槽中展开在展开缸和展开槽中展开 35 薄 层 板 玻璃板 上涂吸附剂层 SiO2 Al2O3 上行法 薄层板 层 析 缸 展开剂 层 析 缸 展开剂 滤纸条 下行法 薄层板 36 比移值 Rf l 标准 样品 将标准和样品的 Rf 值进行比 较 可以对样品进行定性分析 B b a A 定性分析 定量分析 vRf 值相
15、差越大 分离效果越好 37 5 气浮分离法 原理 表面活性剂在水溶液中易被吸附到气 泡的气 液界面上 表面活性剂极性的一端向着 水相 非极性的一端向着气相 含有待分离的离 子 分子的水溶液中的表面活性剂的极性端与水 相中的离子或其极性分子通过物理 如静电引力 或化学 如配位反应 作用连接在一起 当通入 气泡时 表面活性剂就将这些物质连在一起定向 排列在气 液界面 被气泡带到液面 形成泡沫 层 从而达到分离的目的 38 气浮分离原理 表面活性剂 极性端 非极性端 39 6 超临界流体萃取分离法 supercritical fluid exetraction SFE l超临界流体是介于气液之间的一
16、种既非气态又非 液态的物态 它只能在物质的温度和压力超过临界 点时才能存在 l超临界流体的密度较大 与液体相仿 所以它与 溶质分子的作用力很强 像大多数液体一样 很容 易溶解其他物质 另一方面 它的黏度较小 接近 于气体 所以传质速率很高 加上表面张力小 容 易渗透固体颗粒 并保持较大的流速 可使萃取过 程在高效 快速又经济的条件下完成 l常用的流体为二氧化碳与氨 40 CO2 收集器 吸收管试样管 高压泵 溶剂洗脱泵 41 基本原理 固相萃取一种无需有机溶剂 简便快速 集 采样 萃取 浓 缩 进样 于一体 能够与气相 色谱或高效液相色谱仪连用的样品 前处理技术 其分离原理是溶质在 高分子固定液膜和水溶液间达到分 配平衡后分离 优点 固相微萃取 SPME 技术集萃 取 富集和解吸于一体 具有无溶 剂 可直接进样 操作简便快捷 灵敏的特点 固相萃取仪 固相萃取分离法 42 微波萃取分离法 通常 萃取溶剂和固体 样品中目标物由不同极性的分 子组成 萃取体系在微波电磁场 的作用下 具有一定极性的分子 从原来的热运动状态转为跟随微 波交变电磁场而快速排列取向 微波萃取仪 在这一微观过程中 微波
