分析化学几种方法和作用
三水锰矿 / 2021-09-27
1.1 分析化学的任务和作用
分析化学是人们获得物质化学组成和结构信息的科学,它所要解决的问题是物质中含有哪些组分,各个组分的含量是多少,以及这些组分是以怎样的状态构成的物质,要解决这些同题,就要依据反映物质运动变化的理论,创建有关的实验技术,研制仪器设备,制订分析方法,因此分析化学是化学研究中最基础、最根本的领域之一。
人类赖以生存的环境(大气、水质和土壤)需要监测,对三废(废气、废液、废流)需要治理,并加以综合利用,工业生产中工艺条件的选择、生产过程的质量控制是保证产品质量的关键,了解食品的营养价值、农药残留和污染状况,是攸关人们生活和生存的大事;在人类与疾病的斗争中,临床诊断、病理研究、药物筛选,以至于进一步研究基因缺陷;登陆月球后的岩样分析,火星,土星的临近探测……所有这些人类活动的每一步都离不开分析化学。
据统计,在已经颁发的所有诺贝尔物理、化学奖中,有四分之一的项目和分析化学直接有关,20世纪90年代以来,世界上几个科技强国纷纷把人类基因组研究列为国家重大研究项目,这将对人类的生命和生存产生重要而探远的影响,其中作为基础研究的大规模脱氧核糖核酸(DNA)测序、定位工作,近年来取得很大进展,并于2000年提前完成“人类基因组工作草图”的绘制,这在很大程度上得益于分析化学中阵列毛细管电泳技术的突破,总之,在化学学科本身的发展上,以及相当广泛的学科门类的研究领域中,分析化学都起着显著的作用.
在化工与制药、幼织、食品、生物工程、材料,跻源与环境等专业的课程设置中,分析化学是一门基础课,由于学时数及原有知识水平的限制,本文目前仍以成分分析为基本内容,同时兼题有关结构分析的业人门知识,成外分析主要可以分为定性分析和定量分析两部分,定性分析的任务是鉴定物质由哪些元素和离子所组成,对于有机物质还需编定其官能团及外子结构,定量分析的任务是测定物质各组成部分的含量通过本课程的学习和实验基本技能的训练,还能培养学生严格、认真和实事求是的科兴态度,观察实验现象、分析和判断问题的能力,精制、细致地进行科学实验的技能,使学生具有科学技术工作者应具备的素质。为此在教学中应注意理论联系实际,引导学生深入理解所学的理论知识,培养分析问题和解决问题的能力,为他们学习后继课程和以后投身祖国的社会主义建设打下良好的基础。
1.2分析方法的分类
分析方法一般介为两大类,即化学分析方法和仪器分析方法。
1.2.1化学分析方法
以化学反应为基础的分析方法,称为化学分析法,如重量分析法和滴定分析法。
通过化学反应及一系列操作步赚使试样中的特测组分转化为另一种纯粹的,固定化学组成的化合物,再称取该化合物的质量,从而计算出待测组分的含量或质量分数,这样的分析方法称为重量分析法。
将已知农度的试剂容液,滴加到待测物质溶被中,使其与待测组分发生反应,而加入的试剂量恰好为完成反应所业需的,根据试剂的浓度和加人的准确体积,计算出称测组分的含量,这样的分析方法称为滴定分析法 (旧称容量分析法),依据不同的反应类型,滴定分析法又可分为酸碱滴定法(乂称中和法),沉淀滴定法(又称容量沉淀法)、配位滴定法(又称络合滴定法)和氧化还原滴定法.
重量分析法和滴定分析法通常用于高含量或中含量组外的测定,即待测组分的质量分数在1%以上。重量分析的准确度比较高,至今还有一些组分的测定是以重量分析法为标准方法,但其分析速度较慢,耗时较多,滴定分析法方法缘于成熟,排作简便,省时快速,测定结果的准确度也较高(在一般情况下机对误差为0.1%-0,2%) ,所用仪器设备又很简单,是重要的例行测试手段之一,因此在当前仪器分析快速发展的情况下,滴定分析法在生产实践和科学实验上仍具有很大的实用价值。
1.2.2仪器分析方法
这是一类借助光电仪器测量待测试样的光学性质(如吸光度成谱线强度),电学性质(如电流、电位、电导)等物理或物理化学性质来求出称测组分含量的方法,也称物理或物理化学分析方法。
有的物质,其吸光度与浓度有关。例如KMnO4的溶液越浓,其颜色越深,吸光度越大,利用这一性质可作锰的吸光光度法测定。
用红外线或紫外线照射不同的有机化合物,可得到不同的光谱图,根据图谱能够测定有机物质的结构及含量,这类方法称为红外吸收光谱分析法和紫外吸收光谱分析法,不同的元素可以产生不同的光谱是元素的特性。通过检查元素光谱中几根灵敏而且较强的谱线可进行定性分析,这是最灵敏的定性方法之一。此外,还可根据谱线的强度进行定量测定,这种方法称为发射光谱分析法。
利用不同元素的原子可以吸收不同波长的光的性质,可进行原子吸收光谱分析测定。
某些物质在紫外线照射时可产生荧光,在一定条件下,荧光的强度与该物质的浓度成正比,利用这一性质所建立的测定方法称为荧光分析法。
上述的吸光光度法、红外吸收光谱分析法、紫外吸收光谱分析法、发射光谱分析法、原子吸收光谱分析法和荧光分析法等都是利用物质的光学性质,可归纳为光学分析法。另外,还有一类仪器分析法是利用物质的电学及电化学性质测定物质组分的含量,称为电化学分析法。
最简单的电化学分析法是电重量分析法,它是使待测组分借电解作用,以单质或氧化物形式在已知质量的电极上析出,通过称量,求出待测组分的含量。
电容量分析法的原理与一般滴定分析法相同,但它是借助溶液电导、电流或电位的改变来确定滴定终点,如电导滴定、电流滴定和电位滴定。如通过测量电量的方法确定终点,则称为库仑滴定法。
电位分析法是电化学分析法的重要分支,它的实质是通过在零电流条件下测量两电极向的电位差来进行分析测定。在测量电位差时使用离子选择性电极,可使测定更简便、快速。
极谱分析法也属于电化学分析法,它是利用对试液进行电解时,在极谱仪上得到的电流-电压曲线(极谱图)来确定待测组分及其含量。
色谱法又名色层法(主要有气相色谱法、液相色谱法等),是一类用以分离、分析多组分混合物的极有效的物理及物理化学分析方法,具有高效、快速、灵敏和应用范围广等特点。毛细管气相色谱法与高效薄层色谱法已经得到普遍应用。
近年来还发展了一些新的分析方法,如质谱法、核磁共振波谱法、免疫分析、生物传感器、电子探针和离子探针微区分析方法等。
仪器分析方法的优点是操作简便而快速,最适合生产过程中的控制分析,尤其在组分含量很低时,更加需要用仪器分析法。但有的仪器价格较高,平时的维修比较困难;一般来说,越是复杂、精密的仪器,维护要求(如恒温、恒湿、防震)也越高。此外,在进行仪器分析之前,时常要用化学方法对试样进行预处理(如除去干扰杂质、富集等);在建立测定方法过程中,要把未知物的分析结果和已知的标准作比较,而该柯准则常需以化学法测定,所以化学分析方法与仪器分析方法是互为补充的,而且前者又是后者的基础。
1.3 分析化学的进展简况
过去的分析化学课题可以归纳为“有什么?”和“有多少?”两类,但是随着生产的发展、科技的进步和人类探索领域的不断延伸,给分析化学提出了越来越多的新课题,除了传统的工农业生产和经济部门提出的任务外,许多交叉科学如环境科学、生命科学、材料科学、字航和宇宙科学等都提出大量更为复杂的课题,而且要求也更高:不仅要测知物质的成分,还需了解其价态、状态和结构;不仅能测定常量(组分的质量分数>1%)、微量(质量分数0.01%~1%),还要求能测定痕量(质量分数<0.01%);不仅作静态分析、迁要求作动态分析,对快速反应作连续自动分析;除了破坏性取样作离线(off line)的实验室分析外,还要求作在线(on line)、实时(real time)甚至是活体内(in vivo)原位分析。
在提出上述分析任务的同时,生物学、信息科学、计算机技术、激光、纳米技术、光导纤维、功能权料、等离子体、化学计量学等新技术、新材料和新方法同分析化学相结合,更促进了分析化学的进一步发展,因此分析化学已不再是单纯提供信息的科学,它已经发展成一门以多学科为基础的综合性科学,而分析化学工作者也应成为新课题的决策者和解决问题的参与者,近年来我国在毛细管电泳、生物传感器、化学计量学、流动注射分析及分子发光光谱分析等许多方面研究都取得了长足的进展。
今后分析化学将主要在生物、环境、能源等前沿领域,维续沿着高灵敏度(达原子级、分子级水平)、高选择性(复杂体系)、快速、简便、经济、分析仪器自动化、数字化、计算机化和信息化的纵深方向发展,以解决更多、更新、更复杂的课题.
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