容量和重量分析法

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1、第1章容量和重量分析法容量和重量分析法是定量分析中常用的化学分析法，容量分析又称滴定分析。日常用容 量分析法在药品生产质量管理规范中，为了保证药品质量，需要应用分析化学尤其是现 代仪器分析的方法和技术，对药品生产的原材料、中间体、原料药和成品进行质量检验，对 生产过程进行有效监测、分析和控制，并成为药物分析的主要内容。所以，必须学习和掌握 分析化学的基本原理、方法和应用，才能有效地分析和解决药品生产质量控制的实际问题。1.1容量分析基础1.1.1基本概念1 .容量分析(Volumetrie analysis又称滴定分析法(Ti trime trie anal)$St利用标准溶液与待测组分间的定

2、量化学反应， 以标准溶液的容积进行含量测定的分析方法。容量分析法具有操作简便，分析速度快，准确 度高等特点，是化学分析的主要分析方法。滴定分析法根据所选用的化学反应不同可有不同 的滴定方法，但不论何种方法，均有其相同之处以及与其所采用的化学反应特点相关的特殊 之处。由于这类方法主要测量的是溶液的容积，故又称“容量分析法”2化学计量点(Stoichiometrie p)int选定一种能与待测物质发生化学反应的物质，将其制成准确浓度的溶液(通常称为标准 溶液或滴定剂)，将该溶液通过滴定管滴加到待测物质溶液中去，这一过程称为“滴定(TitratiO”当滴加的标准溶液与被测物质按照化学计量关系定量反应

3、完全时，这一点称 为化学计量点，如果按1 ：1进行的反应，消耗的滴定液摩尔数等于被测物摩尔数，也是等当 点。3滴定终点（Titration end-pOint通常采用指示剂的颜色变化来指示化学计量点到达，即指示剂的变色点也就是滴定终点 这是滴定分析法的关键。指示剂颜色的转变点称为滴定终点。4滴定误差(Titration e)or由于指示剂不一定正好在化学计量点时变色。滴定终点和化学计量点不一定相符，由此 产生的误差称为滴定误差。化学计量点还可以通过仪器来确定。例如，可以利用溶液的电导、 电位、吸收度等的变化来指示终点的到达。这类方法的滴定误差比指示剂法要小。5滴定度（Ti te在滴定分析中为了

4、计算方便、规范和直接又引入了滴定度的概念，即是指每毫升滴定液 相当于被测物质的质量（毫克）。用如下公式（1T）计算(IT)T滴定度（mg/ml） , c滴定液浓度（mol/L） M 被测物质分子量，n为反应式配平后滴定液与被测物的摩尔比或电子转移数。1.1.2滴定分析对化学反应的要求滴定分析都是建立在某一化学反应的基础上,可以用于滴定分析的化学反应应具备下列 条件：1 .反应完全标准溶液与被测物质之间的反应按一定的反应的化学方程式进行，无副反应，而且反应 进行得要完全（通常要求到99.9%左右）。这是进行定量分析计算的基础。2 反应速度足够快滴定反应要求在瞬间完成，对于速度慢的反应，可通过加热

5、或加入催化剂以提高反应速 率。3 有比较简便可靠的方法确定滴定等量点的到达1.1.3滴定操作的主要方式1. 直接滴定法凡是满足上述要求的反应都可以用标准溶液直接滴定被测物质。这类滴定方式称为直接 滴定法。它是滴定分析中最常用和最基本的滴定方式。2. 返滴定法当反应速度较慢或用滴定剂直接滴定固体试样时，反应不能立即完成，可先准确加入 已知量的过量滴定剂，待反应完成后再用另一种标准溶液滴定剩余的滴定剂，这种滴定方式 称为返滴定法，也称回滴法。3置换滴定法对于不能依一确定的化学方程式(伴有副反应发生)进行的反应，有时可以不直接滴定 被测物质，而是先用适当试剂与被测物质起反应，使其发生置换反应生成另一

6、种能被测定的 物质，然后用适当的标准溶液进行滴定。这种操作称为置换滴定法。4.间接滴定法不能与滴定剂直接起反应的物质,有时可通过另外的化学反应，以滴定法间接进行滴定。1.1.4标准溶液在滴定分析中无论采用哪种滴定方式，标准溶液是必不可少的，标准溶液是已知准确浓 度的试剂溶液。1标准溶液的配制1)直接法准确称取一定量的物质，溶解后小心转移到容量瓶内，然后稀释到一定体积，根据物质 的质量和溶液体积，即可计算出该溶液的准确浓度。能用于直接配制标准溶液的物质为基准 物质。许多化学试剂纯度可以很高，但能作为基准物质的基准试剂并不很多。能用作基准试 剂的物质应符合以下条件：(1) 纯度高，一般要求纯度在9

7、9.9%以上。(2) 物质的组成与化学式完全符合，若含结晶水，其含量也应与化学式相符。(3) 性质稳定，例如加热、干燥时不分解，称重时不吸收空气中的CO 2、不被空气氧 化等。(4) 试剂最好具有较大的相对分子质量，这样称量可较多，从而减少称量误差。 常用的基准物质有邻苯二甲酸氢钾、无水Na2CO3、Na2C20 4、K 2Cr2O 7. NaCl、Ca CO 3 等。2）间接法实际工作中许多标准溶液不能用上述方法配制。如HCl标准溶液，NaOH标准溶液。市 售的HCl易挥发，含量有一定波动，NaOH极易吸收空气中的CO 2和水分。因此，这一类 物质不能用直接法配制标准溶液，而要用间接法配制。

8、其方法是粗略地称取一定量物质或量取一定量体积的溶液，配制成接近所需浓度的溶 液，然后用基准物质或另一已知准确浓度的标准溶液来测定其浓度，这种确定溶液浓度的操 作称为间接法标定。2.溶液浓度的标定标定溶液浓度的方法主要有如下两种1）用基准物质标定称取一定量的基准物质，溶解后用待标定的溶液滴定，然后根据基准物质的质量及待标 定的溶液所消耗的体积，即可算出待标定溶液的准确浓度。如NaOH溶液的标定，是用该 溶液滴定准确称量的邻苯二甲酸氢钾，根据二者完全作用时消耗的NaOH的体积和邻苯二 甲酸氢钾的质量，计算出NaOH的准确浓度。2）与标准溶液比较准确吸取一定量的待标定溶液，用已知准确浓度的标准溶液滴

9、定（或用待标定溶液滴定 标准溶液），根据两种溶液的体积和标准溶液的浓度，就可算得待标定溶液的准确浓度。显 然，这种方法会因标准溶液浓度不准确而影响待标定溶液的准确性，故标定时应尽量采用基 准物质标定。配制和标定溶液时所用的滴定管等仪器，必要时要进行校正。标定后的溶液应 妥善保管。1.1.5分析结果的误差和有效数字1误差产生的原因和分类在分析过程中，测定值与真实值之间的差值，称为误差。测定值大于真实值为正误差,反之，为负误差。根据误差的性质和产生的原因，误差可分为系统误差和偶然误差两大类。1）系统误差系统误差是由于分析时某些固定的原因造成的，在同一条件下重复测定时，它会重复出现，其值的大小和正负

10、可以测定，所以又称可定误差。产生系统误差的原因主要有以下几个 方面：(1) 方法误差这种误差是由于分析方法本身的某些不足而引起的。例如在滴定分析中，化学反应进行 的不完全或有副反应、滴定终点与等量点不重合以及干扰离子的影响等,都会产生方法误差。(2) 仪器误差这种误差是由于测定仪器不够准确或未经校准所引起的误差。如分析天平两臂不等长、 砝码生锈以及容量仪器的刻度不准等，都会产生此种误差。(3) 试剂误差这种误差是指由于试剂或蒸馏水中含有微量杂质或干扰物质而引起的误差。(4) 操作误差这种误差主要是指由于操作人员的主观因素所造成的误差。如不同的分析人员对滴定终点 颜色的判断，有的偏深，有的偏浅。

11、2)偶然误差偶然误差是由难以预料的某些偶然因素造成的，它的数值的大小、正负都难以控制，所 以又称不可定误差。如分析测定过程中，温度、湿度、气压的微小变动以及仪器性能的微小 改变等都会引起测定数据的波动，从而产生偶然误差。偶然误差是不能通过校正的方法减 小的，但可通过增加平行测定次数来减小。在消除系统误差的前提下，随着测定次数的增多， 其平均值将趋近于零，则多次测定结果的平均值将更接近于真实值。在测定过程中，由于分 析人员不按操作规程办事和粗心大意所造成的误差,属于过失误差。如加错试剂、看错砝码、 读错刻度、计算错误等。属于过失所得数据或结果应弃去。2.误差的表示方法1)误差与准确度误差的大小可

12、表示准确度的高低。准确度表示测定值与真实值符合的程度。误差越小， 则表示分析结果的准确度越高。误差可分为绝对误差和相对误差两种。绝对误差(E)指的是测定值(X )与真实值(T) 之间的差值；相对误差(RE)指的是绝对误差占真实值的百分率，即：E = X-TRE =E/T X100%2）偏差与精密度通常待分析样品含量的真实值是未知的，因而无法获得分析结果的准确度。因此，在实 际分析工作中，为得到可靠的分析结果，试样必须重复多次测定，求得分析结果的算术平均 值。多次测定值之间相符合的程度，即是所谓的精密度。各次测定值与算术平均值的差值, 称为偏差。偏差愈小，则表明分析结果的精密度愈高。精密度高表明

13、分析结果的可靠性愈高。滴定分析测定常量成分时，分析结果的相对平均偏差一般应小于0.2%。必须指出，精 密度高准确度不一定高，因为在同一条件下对试样的多次平行测定中，精密度高只表明偶然 误差小，但不能排除系统误差存在的可能性。只要在消除或减免系统误差的前提下，才能以 精密度的高低衡量准确度的高低。3提高分析结果准确度的方法欲提高分析结果准确度，只有尽可能减小或消除系统误差和偶然误差。测定方法一定时 常采用下述方法提高分析结果的准确度。1）对照试验将已知准确含量的标准试样按照与试样同样的测定方法进行分析，将测定的含量值与已 知的含量值相比较，可得分析误差。利用此误差，不仅可判断在试样的测定中有无系

14、统误差 及其大小，又可校正试样的测定值，从而使测定结果更接近真实值。2）空白试验在不加试样的情况下，进行与试样相同的分析，称为空白试验，所得结果称为空白值, 从试样的分析结果扣除空白值，就能得到更准确的结果。这种方法可以消除或减小由试剂、 蒸馏水及试验器皿带入的杂质所引起的误差。空白值不应很大，否则应提纯试剂或改换器皿。3）校准仪器由于仪器不准而引起的系统误差可通过校准仪器来消除或减小。在精确的分析中,砝码、 滴定管和移液管等必须进行校准，并采取校准值计算分析结果。当允许的相对误差小于1% 时，一般可不必校准仪器。4）增加平行测定次数增加重复测定次数，可以减小偶然误差。对同一试样，通常要求平行

15、测定3一5次，以 获得较准确的分析结果。这是因为人们大量实践发现当测量次数很多时，偶然误差的分布服 从一般的统计规律：（1）大小相近的正误差和负误差出现的机会相等，即绝对值相近而符号相反的误差是以 同等的机会出现的。（2）小误差出现的频率较高，而大误差出现的频率较低。5）减小测量误差在定量分析中，不同的分析目的要求有不同的准确度。为了不超过分析要求的允许误差， 在整个分析过程中，必须控制各测定步骤的误差。例如，在分析中使用万分之一分析天平称 取试样时其称量的绝对误差为0.0001 g旦用减量法称取试样时，需称量两次，其两次称量 的最大误差可达0.0002 g为使两次称量的相对误差不超过0.1%,则称取的试样质量至少 应为0.2 g（称准至小数点后第四位）。由此可见，为减小称量的相对误差，称取的试样质量 不宜过小。如果需要相同物质的量的物质，其摩尔质量较大的所称取的质量就大，而引起称 量的相对误差就小。这就是为什么要求作为基准物质最好应有较大摩尔质量的原因。又如， 在滴定分析中常量滴定管读数的绝对误差为001mL，但测准溶液的体积需读两次，其两 次读数的误差可达0.02 mL为使滴定管两次读数的相对误差小于0.1%，则由滴定管滴定 的体积至少应在20 mL （读准至小数点后第二位）以上。6）方法校正必要时进行测定方法校正，某些测定方法的系统误差可用