§1-1 分析化学的任务和作用
分析化学是人们获得物质的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，各种组分的含量是多少，以及这些组分是以怎样的状态构成物质的。
要解决这些问题，就要依据反映物质运动、变化的理论，制订分析方法，创建有关的实验技术，研制仪器设备，因此分析化学是化学研究中最基础、最根本的领域之一。
成分分析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或离子所组成，对于有机物质还需确定其官能团及分子结构
• 定量分析的任务是测定物质各组成部分的含量
分析化学的应用领域
环境监测
大气、水质和土壤的监测与保护
工业生产
工艺条件选择与生产质量控制
食品安全
营养成分、农药残留和重金属检测
医药卫生
临床诊断、病理研究和药物筛选
生命科学
基因分析、蛋白质组学研究
宇宙探索
月球岩样分析、火星土星探测
废物处理
废气、废液、废渣的综合利用
新材料
材料组成与性能分析
§1-2 分析方法的分类
分析方法一般可以分为两大类，即化学分析法与仪器分析法。
以化学反应为基础的分析方法
借助仪器测量物理或物理化学性质
化学分析法
以化学反应为基础的分析方法，如重量分析法和滴定分析法，称为化学分析法。
重量分析法
通过化学反应及一系列操作步骤使试样中的待测组分转化为另一种纯粹的、固定化学组成的化合物，再称量该化合物的质量，从而计算出待测组分的含量或质量分数。
滴定分析法
将已知浓度的试剂溶液，滴加到待测物质溶液中，使其与待测组分发生反应，而加入的试剂量恰好为按化学计量关系完成反应所必需的，根据试剂的浓度和加入的准确体积，计算出待测组分的含量。（旧称容量分析法）
滴定分析法的分类
酸碱滴定法（中和法）
利用酸碱之间的质子传递反应进行滴定分析。适用于酸、碱及可以水解的盐类的测定。
典型反应：H⁺ + OH⁻ → H₂O
沉淀滴定法（容量沉淀法）
利用生成沉淀的反应进行滴定分析。主要用于测定卤素离子、银离子、硫酸根等。
典型反应：Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓
配位滴定法（络合滴定法）
利用配位反应进行滴定分析。最常用的是 EDTA 配位滴定法，广泛用于金属离子的测定。
典型反应：M²⁺ + Y⁴⁻ → MY²⁻
氧化还原滴定法
利用氧化还原反应进行滴定分析。常用的标准溶液有高锰酸钾、重铬酸钾、碘等。
典型反应：MnO₄⁻ + 5Fe²⁺ + 8H⁺ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O
仪器分析法
仪器分析法是一类借助光电仪器测量试样的光学性质（如吸光度或谱线强度）、电学性质（如电流、电位、电导、电荷量）等物理或物理化学性质来求出待测组分含量的分析方法，也称物理分析法或物理化学分析法。
🌈 光学分析法
利用物质的光学性质进行分析
- 吸光光度法 - 测量吸光度与浓度的关系
- 红外吸收光谱分析法 - 测定有机物结构
- 紫外吸收光谱分析法 - 有机化合物定性定量
- 发射光谱分析法 - 元素定性定量（最灵敏）
- 原子吸收光谱分析法 - 气态基态原子吸光
- 荧光分析法 - 荧光强度与浓度成正比
⚡ 电化学分析法
利用物质的电学性质进行分析
- 电重量分析法 - 电解后称量电极上沉积物
- 电导滴定 - 借助溶液电导变化确定终点
- 电流滴定 - 借助电流变化确定终点
- 电位滴定 - 借助电位变化确定终点
- 库仑滴定法 - 测量消耗的电荷量
- 电位分析法 - 零电流条件下测电位差
- 伏安分析法 - 电流-电压曲线分析
📊 色谱法
分离、分析多组分混合物的有效方法
- 气相色谱法 - 挥发性化合物分析
- 液相色谱法 - 非挥发性化合物分析
- 高效液相色谱法 (HPLC) - 高分辨率分离
- 毛细管气相色谱法 - 高效、快速分析
特点：高效、快速、灵敏、应用范围广
🔬 其他方法
现代分析技术
- 质谱法 - 分子量和结构测定
- 核磁共振谱法 (NMR) - 结构解析
- 免疫分析法 - 生物分子检测
- 生物传感器 - 快速生物检测
- 电子探针 - 微区成分分析
- 离子探针 - 表面分析
优点：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。
缺点：但有的仪器设备价格较高，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，时常需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则常需以化学法测定。
化学分析法与仪器分析法比较
| 比较项目 | 化学分析法 | 仪器分析法 |
|---|---|---|
| 基础原理 | 化学反应 | 物理或物理化学性质 |
| 适用范围 | 常量组分（>1%） | 微量、痕量组分（<1%，甚至 <0.01%） |
| 准确度 | 高（相对误差 ±0.1~0.2%） | 较高（相对误差 ±1~5%） |
| 分析速度 | 较慢（重量法）/ 较快（滴定法） | 快速 |
| 仪器设备 | 简单、价格低 | 复杂、价格高 |
| 维护要求 | 低 | 高（恒温、恒湿、防震等） |
| 应用特点 | 标准方法、常规分析 | 生产控制、微量分析、自动化分析 |
• 常量组分：质量分数大于 1%
• 微量组分：质量分数 0.01% ~ 1%
• 痕量组分：质量分数小于 0.01%
§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。
• 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，还要求能测定微量组分和痕量组分
• 不仅要求作静态分析，还要求作动态分析，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）的原位分析
分析化学发展历程
分析化学的发展趋势
高灵敏度
达原子级、分子级水平
高选择性
复杂体系中精准识别
快速分析
实时、在线监测
简便经济
降低成本、简化操作
自动化
仪器自动化控制
数字化
数据处理与管理
智能化
人工智能辅助分析
微小型化
便携式、芯片化
分析化学的主要应用领域
生命科学
基因组学、蛋白质组学、代谢组学
环境科学
污染物监测、生态评估
材料科学
新材料表征、性能分析
能源领域
新能源开发、电池分析
英汉对照词汇
复习本章的指导提纲
基本概念
分析化学、定性分析、定量分析、化学分析法、仪器分析法、重量分析法、滴定分析法、光学分析法、电化学分析法、色谱法、常量组分、微量组分、痕量组分。
基本知识点
- ✓ 分析化学的定义、任务和作用
- ✓ 定性分析与定量分析的区别
- ✓ 分析方法的两大分类（化学分析法与仪器分析法）
- ✓ 重量分析法和滴定分析法的基本原理
- ✓ 滴定分析法的四种类型及其应用
- ✓ 仪器分析法的主要类型（光学、电化学、色谱等）
- ✓ 化学分析法与仪器分析法的特点比较
- ✓ 组分含量的分类标准（常量、微量、痕量）
- ✓ 分析化学的发展趋势和前沿领域
- ✓ 芯片实验室（lab-on-a-chip）的概念与应用