分析化学教程电子教案.ppt

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1、分析化学教程电子教案,天水师范学院生化学院,分 析 化 学 Analytical Chemistry（化学分析部分）,参考书 教学方式 考试方式 教学目的,参考书,北京大学：分析化学教程(2005)武汉大学：分析化学（第四版）（第三版）R.Kellner et al.,(FECS)Analytical Chemistry（中译本：分析化学，北京大学出版社，2001）J.A.Dean:（世界图书出版社）Analytical Chemistry Handbook(中译本：分析化学手册）D.Harvey:(McGraw Hill)Modern Analytical Chemistry,教学方式研究型

2、,六要素：课程讲授：核心的、最具迁移价值的知识点，深讲；把握学科的思维方式和研究方法；双向交流的过程。课程作业：多做多练(强化科学训练）；综合开放的题目；自我提出问题，自我设计综合性、开放性、设计性的题目。课程讨论/课程论文：围绕课程知识点广泛阅读，自学研读。课程教材：开放性体系，吸取现行教材的精华，补充教学。课程考试：学习过程评价与教学目标评价相结合。课程教师：教学科研结合型,考试方式,半开卷课程论文课堂讨论课外作业,完成：1）撰写课程论文一篇（自定题目）2）提交自我设计的综合性/开放性/设计性题目一个，或相关文献翻译一篇（外文期刊，全文或节选，3000字）3）口头报告一个（8+2 min)

3、,学习方式,课堂听课 Online learning团队合作 Problem based learning Personal based learning,教学目的 知识、能力、素质综合发展,知识掌握分析化学的基本理论能力运用分析化学理论发现、提出、解决分析化学问题的能力，获取知识、发展与创新知识的能力素质将获取的知识、能力内化于身 心，升华为品质与素养,绪论,分析化学的任务与作用分析化学的分类分析化学的发展,分析化学的定义,分析化学是研究并应用确定物质的化学组成、测量各组成的含量、表征物质的化学结构、形态、能态并在时空范畴跟踪其变化的各种分析方法及其相关理论的一门科学。,分析化学的定义（FE

4、CS对分析化学的定义）,Analytical Chemistry is a scientific discipline that develops and applies methods,instruments and strategies to obtain information on the composition and nature of matter in space and time.分析化学是一门发展并运用各种方法、仪器及策略以在时空的维度里获得有关物质组成及性质的信息的一门科学。Analytical Chemistry Information Science,分析化学内容,吸

5、取当代科学技术的最新成就（包括化学、物理、数学、电子学、生物学等），利用物质的一切可以利用的性质，研究新的检测原理，开发新的仪器设备，建立表征测量的新方法和新技术，最大限度地从时间和空间的领域里获取物质的结构信息和质量信息。In-between-science,Example,Example:fluorescence quenching through energy transfer,发光检测：物理学 电子学 数学,分子识别：化学 分子生物学,返回,确定物质的化学组成定性分析 测量各组成的含量定量分析 表征物质的化学结构、构象、形态、能态结构分析、构象分析，形态分析、能态分析 表征物质组成、含

6、量、结构、形态、能态的动力学特征 动态分析例如：茶叶中有哪些微量元素？茶叶中咖啡碱的含量？咖啡碱的化学结构？微量元素的形态？化学成分的空间分布？在不同的生长阶段，茶叶中的营养成分的变化？例如：生物大分子结构与功能的关系？,分析化学的任务,对全球经济贸易统一质量保障体系建立的作用对工业生产的作用对国防建设的作用对科学发展的作用在新材料、新能源开发中的作用对环境资源开发利用与保护的作用在生命科学研究中的作用在法律执行过程中的作用社会生活中的作用等等,例子,分析化学的作用,计量认证与质量保证,“十五”国家重大科技专项“食品安全关键技术”（18个课题）,课题01：食品安全检测实验室质量控制规范研究；课

7、题02：农药残留检测技术课题03：兽药残留检测技术课题04：重要有机污染物的痕量与超痕量检测技术课题05：生物毒素和中毒控制常见毒物检测技术课题06：食品添加剂、饲料添加剂和违禁化学品检测技术课题07：食品中主要人兽共患疾病及植物疫疾病病原体检测技术课题08：全国食品污染监控体系研究课题09：食源性疾病的pulsenet建立与检测技术课题10：进出口食品安全监测与预警系统研究,分析化学的分类-1,根据任务分类：定性分析 Qualitative analysis 物质的组成 定量分析 Quantitative analysis 成分的含量 结构分析 Structure analysis 物质的结

8、构 分子结构，晶体结构，分子聚集体的高级结构 蛋白质的构象(-螺旋、型结构，球状蛋白的三级结构）Conformation analysis DNA测序（DNA Sequencing)形态分析 Speices analysis 物质的形态 能态分析 Energy-state analysis 物质的能态,DNA双螺旋结构与碱基结构示意图,DNA测序是现代分析化学中的一项重要任务,分析化学的分类-2,根据分析对象分类无机分析 Inorganic analysis（元素、离子、化合物等）有机分析 Organic analysis（元素、官能团、结构）生化分析 Biochemical analysis

9、（蛋白质分析、氨基酸分析、核酸分析、糖类分析等）,根据应用领域分类 药物分析 Pharmacological analysis 水质分析 Water analysis 食品分析 Food analysis 工业分析 Industrial analysis 刑侦分析 Forensic analysis 临床分析 Clinical analysis 环境分析 Environmental analysis 等等,分析化学的分类-3,分析化学的分类-4,根据作用分类 例行分析 Routine analysis 仲裁分析 Referee analysis根据测量原理分类 化学分析 Chemical an

10、alysis 仪器分析 Instrumental analysis,分析化学的发展,人类有科技就有化学，化学从分析化学开始 波一耳(Boyle)的元素学说的建立（1661）怀疑派化学推翻了炼金术的四元素说（水、火、土、气）和医药派的三元素说（硫、汞、盐）拉瓦锡(Lavoisier)的定量分析（1756）“燃烧氧化学说”20世纪分析化学的三次大变革 四大平衡理论：从技术发展成科学 物理与电子学的发展：从经典分析化学发展为现代分析化学 计算机应用：使分析化学向一门信息科学转化,分析化学的发展,国家自然科学基金分析化学学科“十五”优先资助领域高选择性的简便、准确、灵敏的分子识别方法痕量活性物质及自由

11、基在体、原位、实时分析单细胞、单分子、单原子检测分析手性化合物的分离分析多元、多维的联合分离分析及数据处理技术环境中痕量化学物质的表面、结构与形态分析生物体内重要化学信息物质的分析芯片分析化学及分析仪器微型化,1.1 定量分析的过程 1.1.1 分析问题的确定 1.1.2 取样 1.1.3 样品的处理 1.1.4 测量 1.1.5 计算与分析结果的表示 1.2 定量分析的方法 1.2.1 化学分析法 1.2.2 仪器分析法 1.2.3 分析方法的比较与评价,第一章 定量分析概论,定量分析的一般步骤,2 取样Sampling,3 样品处理Sample pretreatment,4 测定Deter

12、mination,5 计算与评价Calculation and Evaluation,1 问题的确定Statement of Problem,General statement Professional statement Selection of procedure,Plan,sampling,transport and storage,分析问题的确定,Nature of sample?Analyte?Ion?Molecules?Function group?Quatitative or quantitative?How much object(sample)?Matrix of compo

13、sition?Single or multi-component?Time available?Sample supply repeatedly?Destruction or non-destruction?Look for a continuous system?,分析方案,首选标准方法,现场分析方法,标准物质,现场分析方法,标准方法,分析全过程示例（土壤油污染分析）,取样 Sampling,从待分析的对象（object or bulk matter)中取出用于分析用的少量物质（随机取样、周期取样、选择性取样（取证）基本要求：代表性,注意：,分析方法、对分析结果的要求等,分析结果的质量不可能

14、好于赖于取得结果的样本本身的质量,Lot 分析对象总体,Sample unit取样单元,问题：应取多少样品？如何进行二次取样？如何制备测试用样品？,随机取样示意图,固体取样：样品增量逐一混合示意图,固体样品的破碎、过筛、混匀、缩分,标准筛的筛号及孔径的大小,破碎与过筛重复进行直至全部过筛；筛孔的选择以样品处理的难易程度确定，二次取样的量由筛孔径确定。,问题一次破碎、过筛后，需要缩分几次？,取样最小量经验公式,根据样品最大颗粒重量计算取样量的经验公式,Ws:取样的最小重量(kg)；Wmax:最大颗粒的重量(kg)；b 为比例系数，一般取值0.2。,根据样品最大颗粒直径计算取样量的经验公式,mQ:

15、试样最小质量（kg）；k:缩分常数的经验值（一般取值0.05 1 kg.mm-2）；d:试样的最大粒度（mm）,mQ kd 2,采样与缩分试样量计算示例,例：采集矿石样品，若试样的最大直径为10 mm，k=0.2 kg/mm2,则应采集多少试样？解：mQ kd 2=0.2 10 2=20(kg)例：有一样品 mQ=20 kg，k=0.2 kg/mm2,用6号筛过筛,问应缩分几次？,解：mQ kd 2=0.2 3.36 2=2.26(kg)缩分1次剩余试样为20 0.5=10(kg)缩分3次剩余试样为20 0.53=2.5(kg)2.26，故缩分3次,从分析成本考虑，样品量尽量少，从样品的代表性

16、考虑，不能少于临界值 mQ kd 2,样品预处理 Sample pre-treatment,样品预处理的目的：使样品的状态和浓度适应所选择的分析技术,样品预处理的依据：物质性质（生物样品的有机分子或元素等）干扰情况（是否需要分离等）测定方法（是否需要富集等）,样品预处理的原则：防止待测组分的损失 避免引入干扰,分解试样：溶解、熔融、消解,溶解：水溶（例NH4SO4中含氮量的测定)酸溶（HCl,H2SO4,HNO3,HF等及混合酸分解金属、合金、矿石等）碱溶（例NaOH溶解铝合金分析Fe、Mn、Ni含量）,熔融：酸熔（K2S2O7、KHSO4熔解氧化物矿石）碱熔（Na2CO3、NaOH、Na2O

17、2溶解酸性矿物质）,熔融示例,消化测定有机物中的无机元素 湿式消化：硝酸和硫酸混合物作为试剂 干式灰化法,消除干扰：,掩蔽 改变干扰物质的反应活性,分离,富集：enrichment,测定 determination,物质,物质的性质组分的含量干扰情况,分析方法,准确度灵敏度选择性适用范围,成本,时间人力设备消耗品,分析方法,用户对分析结果的要求和对分析费用的承受度,用户,例：,石灰石中钙的测定 常量成分(1%)，采用化学分析法（滴定分析法）石灰石中微量铁的测定 微量成分(1%)，可采用分光光度法。,计算 Calculation,待测组分的化学表示形式 以元素形式的含量表示例：有机物或矿样中的

18、Fe、Cu、C、H、O、P、N等 以氧化物形式的含量表示例：矿石分析中Fe2O3、P2O5等 以待测组分实际存在形式含量的表示 例：含氮量测定：,mS 样品质量mB待测物质量,计算 Calculation,待测组分含量的表示方法 固体质量分数,例：Fe=0.5643 或 Fe=56.43%低含量：g/g,ng/g 气体体积百分数,计算 Calculation,待测组分含量的表示方法 液体 物质的量浓度 mol/L 质量摩尔浓度 mol/kg 质量分数%（mB/mS)体积分数%（mB/Vs)摩尔分数（nB/nS)质量浓度 mg/L,ng/L,g/L 等,化学分析法 chemical analys

19、is,以物质的化学反应为基础建立起来的分析方法,重量分析法 gravimetry容量分析法（滴定分析法）volumetry,titrimetry,化学分析法,可溶性钡盐中钡含量的测定(重量法）：,BaSO4,铁矿中铁含量的测定（滴定分析法）：,仪器分析法 instrumental analysis,依据物质的物理性质及物理化学性质建立起来的分析方法，通常使用特殊的仪器。光学分析法 spectral analysis 电化学分析法 electroanalysis 色谱分离分析法 chromatography 等等例：分光光度法测定微量铁（物理化学方法，physicochemical method

20、）。,仪器分析法,例：KMO4对光有吸收，可用分光光度法直接测定其浓度（依据物理性质，物理方法，Physical method）。,定量的方式比较,化学分析法绝对定量（根据样品的量、反应产物的量或所消耗试剂的量及反应的化学计量关系，通过计算得待测组分的量。）仪器分析法相对定量（标准工作曲线）,问题：仪器分析方法是否要求所依据的化学反应必须反应完全？,化学分析与仪器分析方法比较,有关的名词,灵敏度 S=dy/dc 单位浓度变化引起的响应信号的变化。选择性 表示共存组分对待测组分分析的影响程度。共存组分影响愈小，方法对分析组分的选择性愈高。检出限 背景噪音的标准偏差的k倍，k值通常取3。检测限,S

21、0 空白试样的标准偏差(n=11)，S标准工作曲线的灵敏度，k与置信度有关的常数，通常取3。,分析方法的评价,分析结果的质量灵敏度 sensitivity精确度 precision系统误差 bias准确度 accuracy检出限 limit of detection检测限 limit of determination选择性 selectivity动态范围 dynamic range,分析成本Costs of investmentDuration of analysis with regard to personnel costsSpecial safety precautionCosts of

22、 installation,housingDegree of training of operator because of salarySample throughput Costs of reagents,背景噪音,3倍噪音标准偏差,背景噪音随机分布示意图,未检出,检出,时间或测定次数,检出限,检出限示意图,作业,1、阅读“试论中国分析化学的发展战略”，并写800-1000字的摘要或体会；2、阅读The total analytical process(1)(2)(网上）3、阅读理解“分析化学课外阅读材料01”，并翻译。4、有一批铁矿样，已知最大的粒度为20 mm,k=0.2 kg/mm2,（1）应最少取样多少？（2）样品经破碎、用6号筛（筛孔直径为3.36 mm）过筛，并用四分法缩分后，得样品的最小量为多少？（3）应缩分几次？,思考题,分析化学的一般程序？确定分析方法的依据是什么？如何保证分析方法的可靠性？取样的基本要求是什么？样品处理的基本要求是什么？,