分析化学 中分 第一章 概论与产品的质量保证

中级分析化学（分析化学3）讲课教师：邵元华教授助教：金玥、纪天容电话：[e-mail]办公室：化学楼B301北京大学化学与分子工程学院分析化学研究所定量分析化学（分析化学1）仪器分析（分析化学2）基础中级分析化学（分析化学3）？目的和要求中级分析化学是化学学院的基础课程之一，其主要目的是讲授在定量分析化学和基础仪器分析化学中没有涉及到的内容，但在科研和实际工作中经常用到的分析化学技能、技术和方法，使本院的毕业生能够尽快适应今后的工作需要而设置的。主要介绍实际应用中分析的质量保证，分析样品的取样、处理和制备，常用分离与富集方法，各种联用技术、各种新技术和新方法在工农业生产中的应用,casestudy。由于分析化学的新技术和新方法不断涌现，所以本课程的授课内容应该是不断更新和完善的。具体的要求可归纳为：1.了解分析化学的发展简史、分析化学的社会责任和分析化学的分类；2.掌握分析测定过程的概貌、质量控制；3.掌握样品的取样、处理和制备的原理和方法；4.掌握常用的富集与分离方法；5.理解各分析方法的原理及其应用。知道相关仪器的结构，如仪器由几部分组成，有哪些重要部件，简单工作过程；6.了解各方法的特点、应用范围及局限性，能根据实际问题，选择适当的方法，解决具体问题；7.了解各种分析方法和技术之间的联用；了解目前分析化学的发展状态与趋势。基本内容一分析化学概论与产品的质量保证中级分析化学的内容；本课程的意义、要求和学习方法。分析化学的发展简史和社会责任。分析测定过程。什么是产品的质量保证？二样品的取样、处理与制备介绍样品的取样、处理与制备的原理和方法。三常用分离与富集方法介绍常用的分离与富集的方法原理和应用。四化学与生物传感器传感器的一般构成；化学传感器；生物传感器。五表面分析技术表面分析的一般要求；光电子能谱法，扫描探针显微技术。六联用技术电喷雾质谱；MALDI质谱；GC-MS；LC-MS；光谱电化学；LIF与分离技术的联用。七自动分析技术/芯片实验室过程分析简介；流动注射分析化学（FIA）；芯片实验室（Labonachip）；生物芯片（Biochips）；微流控系统。八Casestudy解决实际问题举例。主要教材及参考书[1]课件（中级分析化学）[2]分析化学教程，李克安主编，北京大学出版社，2005[3]AnalyticalChemistry,Amodernapproachtoanalyticalscience,secondedition,EditedbyJ.M.Merrnetetal,Wiley-VCH,2004[4]FundamentalsofAnalyticalChemistry,eighthedition,Skoogetal.Thomson,2004[5]分析仪器手册，朱良漪主编，化学工业出版社，1997[6]AnalyticalChemistry等分析化学期刊建议：超越分子前沿，2004，科学出版社课件的获取：化学学院主页教师FTP分析化学邵元华中级分析化学(课件＋教学大纲＋相关通知)考核方法：作业＋考勤(10%，抽查)＋期中考试(40%)＋期末考试(50%)+课堂小报告(6)答疑：星期五下午(2:30-5:00)B307+B301联系方式：Email:[e-mail]电话：62759394,62757953第一章概论与产品的质量保证1.1分析化学概论1.2分析测定过程1.3分析化学分类及特点1.4标准物质和标准溶液1.5分析化学中的计量单位与符号1.6分析测试质量保证1.1分析化学概论1.1.1何谓分析化学？1.1.2化学分析与仪器分析（分析化学发展简史）1.1.3分析化学的社会责任1.1.1何谓分析化学？1894年F.W.Ostwald:即鉴定各种物质和测定其成分的技术，在科学的应用中占有显著地位。因为，为了科学和技术的目的而应用化学过程的任何场合，都会出现用分析化学才能解答的问题。1950s：是研究物质的组成的测定方法和有关原理的一门科学。1990s：是人们获得物质化学组成和结构信息的科学。现在：是一个发展和应用各种方法、仪器和策略，以获得物质在特定时间和空间有关组成和性质信息的科学分支。分析化学的定义是一个发展、变化着的动态概念！正在逐步演变为从数据提供者到问题解决者！分析化学的特点：它不是直接提供和合成新型的材料和化合物，而是提供与这些新材料、新化合物的化学成分和结构相关的信息，研究获取这些信息的最优方法和策略。分析化学的产品：数据（Data）！按照任务（要求）的不同，分析化学可分为定性分析和定量分析。定性分析的任务是确定样品由哪些组分（元素、离子或化合物）组成的。定量分析的任务是测定物质中各组分的含量，或确定物质中各组分的量的关系。1.1.2化学分析与仪器分析化学分析法：又称为经典分析法，是以化学反应为基础，依据实验测定的重量或体积，利用化学计量关系来确定试样中某成分含量的方法。化学分析法分为重量分析法和滴定分析法。化学分析法的优点：(1)重量法不需要标准物质，只要求沉淀的形式与其化学式一致。对于滴定分析，只要指示剂能够正确指出终点，滴定反应的方程式计量关系成立；（2）分析的准确度高（相对误差0.1%-0.2%)适合于常量组分（被测组分的含量1%)的分析。化学分析法的缺点:(1)灵敏度低，不适于微量组分分析；（2）耗时，不够快速简便。化学分析法的历史贡献1.建立了一大批适合于不同物质的分析方法和分离技术2.设计、创制了一大批实验器具3.为基本化学定律的确定做出了贡献4.新元素的发现5.……仪器分析法自从1920s以来，在不断吸取其它相关领域的新成就的基础上，建立了发射光谱法、吸收光度法、原子荧光法、极谱法、红外光谱法、NMR、质谱、色谱等一系列仪器分析方法。仪器分析法的优点：(1)灵敏度高，可以进行微量和痕量组分的测定；(2)快速、简便，易于自动化。仪器分析法的缺点：(1)一般准确度1%－5%；(2)几乎所有的方法都是比较法，需要标准物质作为参照；(3)设备费用高，一次性投入大。人类有科技就有化学，化学从分析化学开始分析化学的发展简史注：分析化学的发展简史版权归吉林（浙江）大学金钦汉教授！1922年：J.Heyrovsky发明了极谱仪并于1959年获诺贝尔化学奖1922年：Aston发明了质谱技术可以用来测定同位素而诺贝尔奖1930年：Raman发现了Raman效应获诺贝尔奖1952年：Bloch和Purcell因发展了核磁共振的精细测量方法而获诺贝尔物理奖1952年：Martin和Synge因发明了分配色谱法而获诺贝尔化学奖1981年：Bloembergen和Schawlow因发展了激光光谱学获诺贝尔奖1986年：Binnig和Rohrer因发明STM而获诺贝尔物理奖1991年：Ernst因对高分辨核磁共振方法的发展而获诺贝尔化学奖1991年：Neher和Sakmann于1991年因应用膜片钳技术研究离子通道获得诺贝尔生理和医药奖1992年：R.Marcus因发展电子传递理论而获诺贝尔化学奖1993年：KaryMullis因发明PCR技术而获得诺贝尔化学奖2002年：JohnFenn,KoichiTanaka和KurtWuthrich因在生物质谱和NMR方面的贡献而获诺贝尔化学奖定性分析-定量分析-仪器分析-分析科学1.1.3分析化学的社会责任分析化学不仅给各个科学领域和生产部门提供新的检测方法，直接为国民经济、国防建设及社会生活的众多领域（如医疗卫生、环境保护及食品药品安全）服务，而且影响着社会财富的创造、人类生存（如环境生态）和政策决策（如资源、能源开发）等重大社会问题的解决，其发展是衡量国家科学技术水平的重要标志之一。举例：1分析化学与工农业生产美国每年测试费用，约500亿美元，每天2.5亿次/分析测试，控制2/3产品。绿色堡垒2分析化学是科学技术的眼睛人类基因组计划；肿瘤Biomarkers；基于激光、红外和X射线荧光分析的遥感测试仪器可以安装在外太空探测器上，例如，对于火星等的探测。APXS-alphaprotonX-rayspectrometry,whichcombinesthethreeadvancedinstrumentaltechniquesofRutherfordbackscatteringspectroscopy,protonemissionspectroscopy,andX-rayfluorescence.3分析化学是人民健康的技术保障食品安全问题；饮水安全问题；药物安全问题瘦肉精（羧甲叔丁肾上腺素，盐酸克伦特罗）；三鹿奶粉（三聚氰胺）4分析化学是防伪打假的有力武器水变油5分析化学是新药研制和应用的强力支撑制药公司阳光产业；有机化学＋分析化学6分析化学是打击犯罪、侦破未知的科学7分析化学是反恐的利器法医，兴奋剂检测生命被炸碎！无辜被埋葬！AnalyticalChemistryinformationenergylifeenvironmentmaterialChemistry化学是中心科学之一分析化学是科学技术的眼睛1.2分析测定过程1.2.1分析目的和要求1.2.2分析方法的选择1.2.3分析测定结果的表示分析过程主要由如下5个环节组成：样品采集样品预处理样品测定数据分析结果报告1.2.1分析目的和要求要求：有什么？有多少？特定组分分析？全分析？表面分析？结构分析？组分与功能？一定要明确要获取什么样的信息！例如分析一杯茶的分析1.2.2分析方法的选择化学、定量分析、仪器分析等基础知识的综合运用！Tips:例如组分分析(1)分析能力（仪器设备和人员）；(2)样品的性质(无机或有机？稳定或不稳定？价态如何？样品量的多少？(3)分析速度(是否要求快速提供结果？)Tips:例如组分分析(1)对于常量分析，要求结果的准确度高，多选用重量法或滴定法。例如各种矿石的分析；(2)对于痕量分析，主要考虑灵敏度能否到达要求，多选用仪器分析法。例如分析半导体中的痕量杂质；(3)对于有机物或生命物质，问题要复杂的多，常常需要先分离，再运用多种谱学技术和其它的分析技术相结合才能解决其组成和结构问题；(4)对于复杂样品需使用联用技术，最常用的是将分离能力很强的色谱技术与其它检测技术相结合，例如GC-MS，HPLC-MS,CE-MS,CE-E，HPLC-FTIR等；(5)特殊样品：航天样品，侦探样品，考古样品取样量的大小收到严格限制，而且难以再次取样，样品非常宝贵，这就要求必须设计合理的分析程序，选择可靠的分析方法；(6)分析费用。1.2.3分析测定结果的表示为了进行对比，在符合国家有关规定的前提下，要考虑送样部门的要求，进行科学表达。被测组分含量的表示，首先要确定被测组分的化学形式。可以是以元素形式表示，如C、H、O、Fe等；可以是氧化物形式，如CaO,Fe2O3等；也可以是离子形式或化合物形式，如SO42-,NaCl,C6H8O2(葡萄糖)等。然后再按照确定的形式将测定结果进行换算和表达。比较常用的有：质量分数；体积（百）分数；物质的量浓度（molL-1）等。质量分数（wB）：B的质量与试样的质量之比。例如，w(NaCl)=15.05%物质的量浓度(cB)：=nB/V例如临床测定血糖（葡萄糖）浓度正常参考值（3.88-5.99mmolL-1)有效数字！1.3分析化学分类及特点分析化学根据分析原理、分析对象、分析应用领域、样品用量等，可以有多种分类方法。树立量的概念！以上分类不是很严格，只是大致的分类。它可以使我们对于分析化学有个全面的了解，提供选择分析方法时参考。1.4标准物质和标准溶液1.4.1标准物质的产生与发展1.4.2标准物质的分类、分级与编号1.4.3标准物质的特性与作用1.4.4标准物质的制备和定值1.4.5标准物质的选择1.4.6标准溶液1.4.1标准物质的产生与发展标准物质的定义：是一种“已确定其一种或几种特性，用于校准测量器具，评价测量方法或确定材料特性量值的物质”。是国家标准中的一种形式。国际标准化组织(Inte