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緒論

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2005-10-04
核心提示:一.分析化學(xué)的任務(wù) 1.確定物質(zhì)的化學(xué)組分 定性分析 (由那些元素、離子、官能團(tuán)或化合物組成) 成分分析 2.測(cè)定有關(guān)成分的含量 定量分析 3.確定物質(zhì)中原子間結(jié)合方式 結(jié)構(gòu)分析 (化學(xué)結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、空間分布等) 分析化學(xué) 是 獲取物質(zhì) 化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)信息 的科學(xué)

一.分析化學(xué)的任務(wù)

1.確定物質(zhì)的化學(xué)組分                  ——定性分析

   (由那些元素、離子、官能團(tuán)或化合物組成)               成分分析

  2.測(cè)定有關(guān)成分的含量                  ——定量分析

  3.確定物質(zhì)中原子間結(jié)合方式            ——結(jié)構(gòu)分析

        (化學(xué)結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)、空間分布等)

分析化學(xué) 是 獲取物質(zhì)化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)信息的科學(xué)。

(本課程將以與衛(wèi)生檢驗(yàn)專業(yè)關(guān)系密切的“成分分析”為基本內(nèi)容,主要討論成分分析的定量分析中的各種基本方法)

二.分析方法的分類(根據(jù)分析化學(xué)任務(wù)、分析對(duì)象、分析原理、操作方法等分為多種分類)

1.定性、定量、結(jié)構(gòu)分析——根據(jù)分析化學(xué)任務(wù)

2.無機(jī)分析與有機(jī)分析——根據(jù)分析對(duì)象

元素、離子、化合物等

  官能團(tuán)、空間結(jié)構(gòu)等

3.化學(xué)分析與儀器分析——根據(jù)分析原理

            化學(xué)分析:以物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)的分析方法

            (歷史悠久,是分析化學(xué)的基礎(chǔ),故又稱經(jīng)典分析方法)

     化學(xué)定性分析:根據(jù)反應(yīng)現(xiàn)象、特征鑒定物質(zhì)的化學(xué)組成

     化學(xué)定量分析:根據(jù)反應(yīng)中反應(yīng)物與生成物之間的計(jì)量關(guān)系測(cè)定各組分的相對(duì)含量。

使用儀器、設(shè)備簡(jiǎn)單,常量組分分析結(jié)果準(zhǔn)確度高,但對(duì)于微量和痕量(<0.01%)組分分析,靈敏度低、準(zhǔn)確度不高。

            儀器分析:以物質(zhì)的物理或物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)的分析方法(光化學(xué)、電化學(xué)、熱、磁、聲等)

需要精密儀器;

①電化學(xué)分析法:電位法、電導(dǎo)法、庫(kù)侖法、伏安法等;

②光學(xué)分析法:紫外及可見分光光度法、原子吸收分光光度法、分子熒光法、 紅外分光光度法等;

③色譜分析法:液相色譜法、氣相色譜法、高效液相色譜法等;

④電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法;

⑤質(zhì)譜法;

⑥核磁共振波譜法;

⑦流動(dòng)注射分析法;等。

特點(diǎn):快速、靈敏,所需試樣量少,適于微量、痕量成分分析。(但 對(duì)常量組分準(zhǔn)確度低)

4.常量、半微量、微量分析、超微量分析——根據(jù)操作方法及用量

                  表1     各種分析方法的試樣用量

           方   法             試樣質(zhì)量(mg)       試樣體積(ml)

           常 量 分 析              >100                 >10

           半微量分析              10-100                1-10

           微 量 分 析             0.1-                 0.01-

           超微量分析              <0.1                 <0.01

 


化學(xué)定量分析:主要采用常量分析方法;

儀器分析:主要用于進(jìn)行微量、超微量分析。

*常量組分分析、微量組分分析、痕量組分分析——待測(cè)組分含量

      常量組分      微量組分      痕量組分

        >1%         0.01%-1%       <0.01%

以上兩種概念不能混淆,如痕量組分分析不一定是微量分析:自來水中痕量污染物分析是常量分析。

5.常規(guī)分析和仲裁分析——根據(jù)分析目的

  (例行分析和裁判分析)

. 定量分析結(jié)果的表示

通常以單位質(zhì)量或單位體積 (mSVs) 中被測(cè)物質(zhì)的量來表示。

固體樣品: 用組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù) (w) 表示,計(jì)算公式為

                       

mB ——被測(cè)組分質(zhì)量,mS——樣品的質(zhì)量

    若被測(cè)組分為常量組分,mB的數(shù)值仍可用百分率(%)表示,如ωB=0.3567  則可計(jì)為35.67%;

    若被測(cè)組分為微量組分,mB可用指數(shù)形式表示:如ωB =3.2×10-5

液體樣品: 用  物質(zhì)的量濃度  c::mol/L, mmol/L, mmol/L

              物質(zhì)的質(zhì)量濃度:r: g/L, mg/L,  mg/L

氣體樣品: 用  質(zhì)量濃度  mg/m3,

              體積分?jǐn)?shù) (j) ml/m3

. 分析化學(xué)中的法定計(jì)量單位

我國(guó)國(guó)務(wù)院于1984年2月27日發(fā)布了《關(guān)于在我國(guó)統(tǒng)一實(shí)行法定計(jì)量單位的命令》,要求自1991起,我國(guó)的計(jì)量單位一律采用《中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位》。

(一)中華人民共和國(guó)法定計(jì)量單位

我國(guó)的法定計(jì)量單位(簡(jiǎn)稱法定單位)由國(guó)際單位制standard  international unit SI)計(jì)量單位和國(guó)家選定的其他計(jì)量單位構(gòu)成,包括以下幾個(gè)部分:

(基礎(chǔ)單位,輔助單位,導(dǎo)出單位,非國(guó)際單位制單位,組合形式的單位,十進(jìn)倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位)

            國(guó)際單位制的基本單位(教材附錄二,表1)  基礎(chǔ)單位

            國(guó)際單位制的輔助單位(教材附錄二,表2)  輔助單位

            國(guó)際單位制中具有專門名稱的導(dǎo)出單位(教材附錄二,表3)  由SI基本單位和輔助單位借助于乘、除等數(shù)學(xué)符號(hào),通過代數(shù)式表示的單位。

            國(guó)家選定的非國(guó)際單位制單位(教材附錄二,表4)  在我國(guó)使用廣泛的重要單位

            由以上單位構(gòu)成的組合形式的單位  如:mol/L,m3

            由詞頭和以上單位所構(gòu)成的十進(jìn)倍數(shù)和分?jǐn)?shù)單位(教材附錄二,表5)詞頭+主單位,如:mmol,nmol等

(二)分析化學(xué)中常用的物理量及法定計(jì)量單位

1.質(zhì)量  法定計(jì)量單位:千克或公斤名稱(kg)符號(hào)、克(g)、毫克(mg)、噸(t)、原子質(zhì)量單位(u)等

應(yīng)廢除的質(zhì)量單位及符號(hào):斤、市斤、磅(lb)等

[u是統(tǒng)一原子質(zhì)量的計(jì)量單位,1u等于一個(gè)12C原子質(zhì)量的十二分之一,約為1.6605655×10-27kg,元素的原子量就是其原子質(zhì)量為1u的幾倍,稱為“相對(duì)原子量”(Ar)。]

2.物質(zhì)的量  法定計(jì)量單位:摩爾名稱mol)符號(hào)、或毫摩(mmol)、皮摩(pmol)等

應(yīng)廢除的單位名稱:克分子數(shù)、克原子數(shù)、克離子數(shù)以及摩爾數(shù)等

   物質(zhì)的量量的名稱,物質(zhì)B的物質(zhì)的量nB是以Avogadro(A)常數(shù)為計(jì)數(shù)單位來表示物質(zhì)的指定的基本單元是多少的一個(gè)物理量。

   物質(zhì)的量的單位名稱是摩爾,它所包含的基本單元數(shù)與0.012kg12C的原子數(shù)目(約為6.023×1023)相等,在使用摩爾時(shí)應(yīng)指明基本單元:原子、離子、分子、電子等粒子,或是這些粒子的特定組合。

   摩爾質(zhì)量(M)的定義 物質(zhì)的質(zhì)量除以該物質(zhì)的物質(zhì)的量  即

M= m/n,   其單位為kg/mol、g/mol 。

3.物質(zhì)的量濃度  簡(jiǎn)稱“濃度”,物質(zhì)B的物質(zhì)的量濃度定義為:物質(zhì)B的物質(zhì)的量nB與溶液體積V之比,符號(hào)為cB

法定單位為:摩(爾)每立方米(mol/m3)、摩每升(mol/L)、mmol/L、mmol/L、nmol/L等

   質(zhì)量m、MB、nB間的關(guān)系:  m = nBMB   =cBMBV

當(dāng)已知物質(zhì)的相對(duì)分子量時(shí),使用物質(zhì)的量濃度;物質(zhì)的相對(duì)分子量未知時(shí),暫用物質(zhì)的質(zhì)量濃度 克每升(g/L)、毫克每升(mg/L)等。

*注意:物質(zhì)的量濃度單位mol/L和質(zhì)量濃度單位g/L中,分子可以加各種詞頭,但分母統(tǒng)一用升(L),一般不能加詞頭,如:nmol/L、mg/L等。

4.長(zhǎng)度  法定計(jì)量單位:米(m)、厘米(cm)等,應(yīng)廢除的單位和名稱:公尺、市尺、尺、公分、英寸、A等

5.體積  法定計(jì)量單位:立方米名稱(m3符號(hào)、升(L)、毫升(mL)、微升(mL)等

應(yīng)廢除的單位名稱和符號(hào):是立升、公升、CC等

6.量、單位和符號(hào)的使用規(guī)則 

            每一個(gè)物理量都有一個(gè)規(guī)定的符號(hào)和一個(gè)單位名稱,它的倍數(shù)或分?jǐn)?shù)單位應(yīng)由這個(gè)單位加詞頭構(gòu)成

量的符號(hào):用斜體拉丁文或希臘字母表示;

    單位符號(hào):一律用正體字母,來源于人名時(shí)符號(hào)第一字母為大寫體,其余一律用小寫;

詞頭:一律用正體,106及其以上符號(hào)用大寫,其余一律用小寫。

            不能用詞頭代替單位,不能重疊使用詞頭;

            國(guó)際符號(hào)可用于一切場(chǎng)合;單位與詞頭名稱,一般只宜在敘述性文字中使用,不要用于公式、圖表中。

(二)我國(guó)法定計(jì)量單位使用方法及主要注意事項(xiàng):

    1.組合單位的中文名稱與其符號(hào)表示的順序一致。符號(hào)中的乘號(hào)沒有對(duì)應(yīng)的名稱,除號(hào)的對(duì)應(yīng)名稱為“每”字,無論分母中有幾個(gè)單位,“每”字只出現(xiàn)一次。

    例如:比熱容單位的符號(hào)是J/(kg·K),其單位名稱是“焦耳每千克開爾文”而不是“每千克開爾文焦耳”或“焦耳每千克每開爾文”。

    2.單位符號(hào)的字母一般用小寫體,若單位名稱來源于人名,則其符號(hào)的第一個(gè)字母用大寫體。

    例如:時(shí)間單位“秒”的符號(hào)是s。壓力、壓強(qiáng)的單位“帕斯卡”的符號(hào)是Pa。

    3.詞頭符號(hào)的字母當(dāng)其所表示的因數(shù)小于106時(shí),一律用小寫體,大于或等于106時(shí)用大寫。

    4.由兩個(gè)以上單位相乘構(gòu)成的組合單位,其符號(hào)有下列兩種形式:N·m、 Nm,若組合單位符號(hào)中某單位的符號(hào)同時(shí)又是某詞頭的的符號(hào),并有可能發(fā)生混淆時(shí),則應(yīng)盡量將它置于右側(cè)。

    例如:力矩單位“牛頓米”的符號(hào)應(yīng)寫成Nm,而不宜寫成mN,以免誤解為“毫牛頓”。              

    5.質(zhì)量的詞頭要加在g(克)的前面。例如:mg、Mg;但g(克)的前面不許加h(百)、da(拾)、d(分)、c(厘)這四個(gè)詞頭。如:10g不能寫成1dag;120g不能寫成1.2hg;質(zhì)量單位加詞頭時(shí)不許在kg(千克)的前面加詞頭,例如:mkg、kkg是不允許的。

    6.單位與詞頭的名稱,一般只宜用于敘述性文字中,單位和詞頭的符號(hào)可用于公式、數(shù)據(jù)表、曲線表、刻度盤和產(chǎn)品名牌等需要表示的地方,也可用于敘述性文字中;應(yīng)優(yōu)先采用符號(hào)。

    7.選用SI單位的倍數(shù)單位或分?jǐn)?shù)單位,一般應(yīng)使量的數(shù)值處于0.1~1000范圍內(nèi)。 

    例如:1.2×104N可以寫成12Kn;0.00394m可以寫成3.94mm;11401Pa可以寫成11.401kPa;3.1×10-3可以寫成31ns。

    某些場(chǎng)合習(xí)慣使用的單位可以不受上述限制。

五.分析化學(xué)的作用和發(fā)展趨勢(shì)

(一)分析化學(xué)的作用

    “分析化學(xué)”是化學(xué)學(xué)科的一個(gè)重要分支,它不僅對(duì)化學(xué)各學(xué)科的發(fā)展起著重要作用,而且在醫(yī)藥衛(wèi)生、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防、資源開發(fā)等許多領(lǐng)域中都有廣泛的應(yīng)用(都需要分析化學(xué)的理論、知識(shí)和技術(shù))。

1. 化學(xué)學(xué)科 

只要涉及到物質(zhì)及其變化的研究都需要使用分析化學(xué)的方法,如:質(zhì)量不滅定律的證實(shí)(18世紀(jì)中葉)、原子量的測(cè)定(19世紀(jì)前半期)、門捷列夫周期律的創(chuàng)建(19世紀(jì)后半期)、有機(jī)合成、催化機(jī)理、溶液理論等的確證。

2. 醫(yī)、藥、衛(wèi)生 

臨床醫(yī)學(xué)中用于診斷和治療的臨床檢驗(yàn);預(yù)防醫(yī)學(xué)中環(huán)境檢測(cè)、職業(yè)中毒檢驗(yàn)、營(yíng)養(yǎng)成分分析等;法醫(yī)學(xué)的法醫(yī)檢驗(yàn)、藥學(xué)領(lǐng)域的藥物成分含量的測(cè)定、藥物藥代動(dòng)力學(xué)及新藥的藥物分析等:

水中三氮(NH3、HNO2、HNO3)的測(cè)定;水中有毒物質(zhì)的測(cè)定(Pb、Hg、HCN等);食品、蔬菜等中Vc的測(cè)定,農(nóng)藥殘留量的檢測(cè);血液中有毒物質(zhì)的測(cè)定;血液中藥物濃度的分析;血液、頭發(fā)中微量元素的分析等等。

3. 生命科學(xué)

確定  糖類、蛋白質(zhì)、DNA、酶以及各種抗原抗體、激素及激素受體的組成、結(jié)構(gòu)、生物活性及免疫功能等:分光光度法、化學(xué)發(fā)光法、色譜法、等。

4. 工業(yè) 

資源勘探,生產(chǎn)原料、中間體、產(chǎn)品的檢驗(yàn)分析,工藝流程的控制,產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗(yàn),三廢的處理等;

5. 農(nóng)業(yè)  水土成分調(diào)查,農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn),細(xì)胞工程、基因工程、發(fā)酵工程等

6. 國(guó)防  核武器的燃料、武器結(jié)構(gòu)材料、航天材料及環(huán)境氣氛的研究

(二)分析化學(xué)的發(fā)展

    分析化學(xué)是近年來發(fā)展最為迅速的學(xué)科之一,這是同現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)總的發(fā)展密切相關(guān)的,F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展就給分析化學(xué)提出了越來越高的要求,同時(shí)由于各門學(xué)科向分析化學(xué)滲透,也向分析化學(xué)提供了新的理論、方法和手段,使分析化學(xué)不斷豐富和發(fā)展。

對(duì)分析化學(xué)的要求:快速、準(zhǔn)確、非破壞性、高靈敏度、高選擇性、遙測(cè)、自動(dòng)化、智能化等

分析化學(xué)的發(fā)展趨勢(shì):為獲取物質(zhì)盡可能全面的信息、進(jìn)一步認(rèn)識(shí)自然、改造自然,需要儀器化、自動(dòng)化,快速跟蹤、無損、在線監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展;現(xiàn)代分析化學(xué)的任務(wù)已不只限于測(cè)定物質(zhì)的組成、含量和結(jié)構(gòu),而是要對(duì)物質(zhì)的形態(tài)確定物質(zhì)的存在形態(tài)(氧化—還原態(tài)、配位態(tài)、結(jié)晶態(tài)等)、微區(qū)、薄層及化學(xué)生物活性等作出瞬時(shí)追蹤。

*與我們聯(lián)系密切的是:  分析化學(xué)與生物學(xué)的結(jié)合和交叉方面工作:生命科學(xué)及醫(yī)學(xué)中的分析化學(xué),即從分子水平上研究生命的過程;環(huán)境科學(xué)、食品科學(xué)、醫(yī)藥科學(xué)中的痕量分析、微區(qū)分析、表面分析、形態(tài)分析和結(jié)構(gòu)分析的水平的提高。

*分析化學(xué)課程的特點(diǎn):  基本理論與實(shí)踐緊密結(jié)合,通過嚴(yán)格的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練,培養(yǎng)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度及獨(dú)立進(jìn)行精密科學(xué)實(shí)驗(yàn)的技巧提高分析問題和處理問題的能力,為后繼課程的學(xué)習(xí)以及從事科學(xué)研究和生產(chǎn)工作打下良好的基礎(chǔ)。

化學(xué)分析法是儀器分析法的基礎(chǔ):對(duì)于大部分元素,只要組分的含量不是很小,化學(xué)分析法的準(zhǔn)確度是其他方法所不及的;瘜W(xué)分析法中除滴定分析法需要純物質(zhì)用于標(biāo)定外,無需其它標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。而許多儀器分析法需要與試樣組成相似的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作標(biāo)準(zhǔn)之用,有時(shí)要合成標(biāo)準(zhǔn)或用化學(xué)分析法先分析標(biāo)準(zhǔn);有時(shí)在用儀器分析法測(cè)定前,試樣要經(jīng)過化學(xué)處理,如試樣的溶解,干擾物質(zhì)的分離等,這些都是在化學(xué)分析法的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,所以,化學(xué)分析法是儀器分析法的基礎(chǔ)。

 
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