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1、化学分析培训讲义纲要 过程工程研究所2008 3 25 1 报告内容 前言误差与数据处理实验室基本知识化学试剂知识与溶液配制滴定分析重量分析常用光谱分析 2 前言 分析化学的定义及任务分析人员的素质要求分析方法的分类 3 分析化学的定义 研究获得物质化学组成 结构信息 分析方法及相关理论的科学它为科研与生产等提供物质的化学组成和结构信息等等信息 4 分析化学的任务 在科学研究中起着至关重要的作用 极大的推动其它学科的发展 如隧道扫描显微镜和原子力显微镜的应用 使人们更深入物质的微观结构 促进了纳米科技的发展 直接服务于国民经济和生产建设 如原材料和产品的质量检验 程控检验等等 都离不开分析 所
2、以说 分析化学是工业生产和科研的眼睛 5 分析人员的素质要求 严谨 认真 负责的科学态度 熟悉有关仪器的使用和维护 熟练掌握所从事项目的分析方法和有关标准 了解本领域的检测技术现状和发展动向 独立的数据处理能力 采用新方法进行检测与评价新方法的能力 不断学习的能力 对于分析工作技术负责人 还应有以下素质 熟悉国家 部门和地方产品质量检验的法律法规与标准 具备编制审定检测实施细则 审查检验报告的能力 对检测工作进行质量诊断的能力 6 分析方法的种类 按测定原理分 化学分析 以物质的化学反应为基础的分析方法 仪器分析 以物质的物理和物理化学反应为基础的分析方法 按分析对象分 无机分析 有机分析按分
3、析任务分 定性分析 定量分析 结构分析按试样用量分 常量分析 半微量分析 微量分析 超微量分析按待测成分含量分 常量分析 微量分析 痕量分析 7 误差与数据处理 定量分析中的误差分析结果的数据处理有效数字与运算规则线性方程拟合 8 定量分析中的误差 9 一 准确度和精密度 1 准确度和精密度 分析结果的衡量指标 1 准确度 分析结果与真实值的接近程度准确度的高低用误差的大小来衡量 误差一般用绝对误差和相对误差来表示 绝对误差 E x 式中x为测量值 为真值 相对误差 绝对误差E 真值 100 10 一 准确度和精密度 2 精密度 几次平衡测定结果相互接近程度精密度的高低用偏差来衡量 偏差是指个
4、别测定值与平均值之间的差值 3 两者的关系精密度是保证准确度的先决条件 精密度高不一定准确度高 两者的差别主要是由于系统误差的存在 11 二 误差的种类 性质 产生的原因及减免 系统误差由于固定的原因所造成的是测定结果偏高或偏低 1 特点a 对分析结果的影响比较恒定 b 在同一条件下 重复测定 重复出现 c 影响准确度 不影响精密度 d 可以消除 12 2 产生的原因 a 方法误差 选择的方法不够完善例 重量分析中沉淀的溶解损失 滴定分析中指示剂选择不当 b 仪器误差 仪器本身的缺陷例 天平两臂不等 砝码未校正 滴定管 容量瓶未校正 c 试剂误差 所用试剂有杂质例 去离子水不合格 试剂纯度不够
5、 含待测组份或干扰离子 d 主观误差 操作人员主观因素造成例 对指示剂颜色辨别偏深或偏浅 滴定管读数不准 13 2 偶然误差 1 特点a 不恒定b 难以校正c 服从正态分布 统计规律 2 产生的原因a 偶然因素b 滴定管读数 14 三 误差的减免 1 系统误差的减免 1 方法误差 采用标准方法 对比实验 2 仪器误差 校正仪器 3 试剂误差 作空白实验2 偶然误差的减免 增加平行测定的次数 15 分析结果的数据处理 16 一 平均偏差 平均偏差又称算术平均偏差 用来表示一组数据的精密度 平均偏差 特点 简单 缺点 大偏差得不到应有反映 17 二 标准偏差 相对标准偏差 变异系数 CV S X
6、标准偏差又称均方根偏差 标准偏差的计算分两种情况 1 当测定次数趋于无穷大时标准偏差 为无限多次测定的平均值 总体平均值 即 当消除系统误差时 即为真值 2 有限测定次数标准偏差 18 例题 用标准偏差比用平均偏差更科学更准确 例 两组数据 1 X X 0 11 0 73 0 24 0 51 0 14 0 00 0 30 0 21 n 8d1 0 28s1 0 38 2 X X 0 18 0 26 0 25 0 37 0 32 0 28 0 31 0 27n 8d2 0 28s2 0 29d1 d2 s1 s2 19 三 平均值的标准偏差 m个n次平行测定的平均值 由关系曲线 当n大于5时 s
7、 s变化不大 实际测定5次即可 以X s 的形式表示分析结果更合理 由统计学可得 由s s n作图 20 例题 例 水垢中Fe2O3的百分含量测定数据为 测6次 79 58 79 45 79 47 79 50 79 62 79 38 X 79 50 s 0 09 s 0 04 则真值所处的范围为 无系统误差 79 50 0 04 数据的可信程度多大 如何确定 21 四 置信度与置信区间 偶然误差的正态分布曲线 22 置信度与置信区间 s 有限次测定的标准偏差 n 测定次数 对于有限次测定 平均值与总体平均值 关系为 表1 1t值表 t 某一置信度下的几率系数 假设我们指出测量结果的准确性有95
8、 的可靠性 这个95 就称为置信度 P 又称为置信水平 它是指人们对测量结果判断的可信程度 置信度的确定是有分析工作者根据对测定的准确度的要求来确定的 23 置信度与置信区间 讨论 1 置信度不变时 n增加 t变小 置信区间变小 2 n不变时 置信度增加 t变大 置信区间变大 置信度 真值在置信区间出现的几率 置信区间 以平均值为中心 真值出现的范围 24 有效数字 25 一 有效数字 1 实验过程中常遇到的两类数字 1 数目 如测定次数 倍数 系数 分数 2 测量值或计算值 数据的位数与测定准确度有关 记录的数字不仅表示数量的大小 而且要正确地反映测量的精确程度 结果绝对偏差相对偏差有效数字
9、位数0 51800 0 00001 0 002 50 5180 0 0001 0 02 40 518 0 001 0 2 3 有效数字 就是实际能测到的数字 最后一位为可疑数字 26 2 数据中零的作用 数字零在数据中具有双重作用 1 作普通数字用 如0 51804位有效数字5 180 10 1 2 作定位用 如0 05183位有效数字5 18 10 2 3 改变单位 不改变有效数字的位数 如 24 01mL24 01 10 3L 27 二 运算规则 1 加减运算结果的位数取决于绝对误差最大的数据的位数例 0 0121绝对误差 0 000125 640 011 0570 001 26 7091
10、 28 2 乘除运算时 有效数字的位数取决于相对误差最大的数据的位数 例 0 0325 5 103 60 0 139 8 0 0711791840 0325 0 0001 0 0325 100 0 3 5 103 0 001 5 103 100 0 02 60 06 0 01 60 06 100 0 02 139 8 0 1 139 8 100 0 07 29 3 注意点 1 分数 比例系数 实验次数等不记位数 2 四舍六入五留双 3 注意pH计算 H 5 02 10 3 pH 2 299 有效数字按小数点后的位数计算 30 线性拟合 31 一 最小二乘法拟合的统计学原理 一元线性 y a0
11、a1x实验点 yi xi i 1 2 3 m 实验点数m 未知数个数 矛盾方程组 假设求得 a0 a1代入y i a0 a1xi得直线方程 实测值yi与计算值y i之间偏差越小 拟合的越好 偏差平方和最小 32 最小二乘法拟合 将实验数据代入 即可求得a0 a1 33 二 相关系数R R 1 存在线性关系 无实验误差 R 0 毫无线性关系 编程计算 34 三 最小二乘线性拟合程序 编程变量 35 线性拟合程序 INPUTMForI 1tomINPUTX1 Y1X1 X1 X I X2 X2 X I 2 Y1 Y1 Y I Y2 Y2 Y I 2XY XY X I Y I NEXTIXM X1
12、M YM Y1 MLX X2 XM M LY Y2 YM M LZ XY M XM YMa1 LZ LX a0 YM a1 XM R LZ LX LY 2任务 用VB编程处理实验数据 分光 电位分析 36 实验室基本知识 37 第一节仪器使用 维护和管理 玻璃仪器的使用 维护和管理分析天平的使用 维护和管理分光光度计的使用 维护和管理其它仪器的使用 维护和管理 38 第二节安全知识 1 一般安全操作防止中毒防止燃烧和爆炸防止腐蚀 化学灼伤 烫伤和割伤其它方面安全操作 39 第二节安全知识 2 电器设备使用安全操作3 气体和钢瓶使用规则4 贵重器皿使用规则5 防火与灭火6 实验室三废处理 40
13、7 不幸事故的急救与处理 41 化学试剂知识与溶液配制 42 化学试剂一般知识 1 化学试剂分类 按用途分为 一般试剂 基准试剂 有机试剂 显色剂 指示剂 色谱试剂 光谱纯试剂 生物试剂和试纸等 基准试剂纯度相当于或高于优级纯 可直接配制或标定标准溶液 2 化学试剂使用3 化学试剂保管 43 浓度表示方法与计算 44 1 比例浓度 体积比浓度 v V 用于液体v体积溶质与V体积溶剂相混合 如 1 3盐酸表示 1体积浓盐酸和3体积蒸馏水的混合物 质量比浓度 w W 用于固体如 钙指示剂 氯化钠指示剂 1 100 表示 1g钙指示剂和100g氯化钠的混合物 浓度表示方法与计算 2 百分浓度 质量百
14、分比 w W 质量百分浓度 溶质质量 溶液质量 100 如 配制20 NaOH溶液 即20gNaOH溶于80g水 体积百分比 v V 体积百分比浓度 溶质体积 溶液体积 100 如 配制95 乙醇溶液100ml 即95ml乙醇和5ml水混合 45 3 摩尔浓度c 单位是mol l c n V m M V 式中m为溶质的质量 g M为溶质的摩尔质量 g mol V为溶液体积 dm3 n为溶质的摩尔数 mol 浓度表示方法与计算 配制计算 溶质为固体 称取的溶质质量为 m M n M c V如 配制1 0mol l的NaOH溶液1000ml m McV 40 00g mol 1 0mol l 1L
15、 40g故 称取40gNaOH溶于水 定容至1000ml 溶质为液体 所需溶质质量 m M n M c V所需液体溶质的体积为 v m x McV px 式中 为该液体溶质密度 g ml 为液体溶质的百分含量 其他同前 如 配制1 0mol l的盐酸溶液1000ml 若浓盐酸密度1 185g ml HCl含量37 5 需浓盐酸体积 v m x McV px 36 5g mol 1 0mol l 1L 1 185g ml 37 5 83ml故 量取83ml浓盐酸加水稀释至1000ml 46 浓度表示方法与计算 Ts 每毫升滴定溶液含有的滴定剂s克数 1 固体溶质配制 所需溶质质量 m Ts V
16、V的单位用ml 如 配制TAgNO3 0 01000g ml溶液500ml m Ts V 0 01000 500 5 000g故 准确称取5 000gAgNO3溶于水 定容至500ml 摇匀后 放棕色瓶中 2 液体溶质配制 所需液体溶质的体积为 v m x Ts V x 如 配制THCl 0 01g ml的溶液500ml 若浓盐酸密度1 19g ml HCl含量38 v m x Ts V x 0 01 500 1 19 38 11 1ml故 量取浓盐酸11 1ml 用水稀释至500ml 摇匀 4 滴定度T 47 第浓度表示方法与计算 Ta b 每毫升a滴定剂相当于的被测物质b的克数 根据化学反应式计算 aA bB cC dD a b c d为反应物或产物系数 由反应式知 a MA相当于b MB MA MB分别为摩尔质量 1 固体溶质配制 所需溶质质量 m Ta b a MA b MB V V的单位用ml 如 配制TK2Cr2O7 Fe 0 02000gFe ml的K2Cr2O7滴定溶液1000ml 反应为 K2Cr2O7 6Fe2 14H 6Fe3 2Cr3 7H2Oa 1 b 6 M
