第1章　绪论
　　【内容提要与学习要求】
　　本章要求学生对分析化学课程内涵有全面整体的了解，掌握不同分类方法下分析化学的分类、定量分析的分析过程以及每个过程的目的、滴定分析基本概念和对化学反应的要求、基准物质在分析化学中的地位和基准物质应满足的条件、标准溶液概念与配制方法、直接配制法和标定法，以及滴定分析的定量依据及有关计算。
　　1.1　分析化学的任务和作用
　　分析化学（analytical chemistry）是在原子和分子层面上对物质的含量、组成、结构和形态等进行测量和表征，提供含量、组成、结构和形态等相关信息，研究获取信息的*优方法与策略的学科。随着科学技术进步和社会经济发展对分析化学要求的提高，分析化学*近几十年经历了极大的拓展，其定义也在不断变化。目前普遍为人们所接受的是欧洲化学学会联合会（Federation of European Chemical Societies，FECS）的定义，即分析化学是发展和应用各种理论、方法、仪器和策略以获取有关物质在相对时空内组成和性质的信息的一门学科。
　　分析化学是认识物质世界的方法和手段，人类对物质世界的探索推动人类文明和科学技术的不断进步，以化学为基础的化工、材料、能源、生物、医药、农业、环境等学科的发展无不依赖于分析化学的发展。化工生产过程控制、原材料和产品质量监测、矿产资源勘探与综合利用、能源合理高效应用、新材料发现及其应用性开发、新药研制、疾病成因与治疗、农产品产量与品质提高、环境污染与治理无不需要分析化学，而分析化学工作者作为解决以上问题的参与者发挥着重要作用。通过分析物质各部分的组成成分、含量和结构，以获取物质体系信息，推断物质性质和变化过程，因此分析化学被称为科学技术的“眼睛”。
　　分析化学是高等学校化学、应用化学、化学工程与工艺、生物工程、制药工程、环境科学与工程、食品科学等专业的基础课程之一。分析化学知识和思维方式是各类专业人才培养中重要的知识和能力构成部分。学生通过分析化学课程的学习，掌握分析化学基本理论、基本知识和实验方法，养成严谨的科学态度、踏实细致的工作作风、实事求是的科学道德，形成分析—综合的研究性思维。
　　1.2　分析方法的分类
　　根据分析化学研究对象和方法原理、学科发展的程度，将分析方法进行了分类。根据不同的分类依据可将分析化学分为以下类别。
　　1.2.1　定性分析、定量分析和结构分析
　　根据分析任务和要求的不同，分析化学可分为定性分析（qualitative analysis）、定量分析（quantitative analysis）和结构分析（structural analysis）。定性分析的任务是鉴定物质由哪些元素、原子团或化合物组成；定量分析的任务是测定物质中有关成分的含量；结构分析的任务是解析物质的分子结构、晶体结构或存在形态。
　　1.2.2　化学分析和仪器分析
　　根据测定原理的不同，分析化学分为化学分析和仪器分析。以物质之间的化学反应及其反应物之间的计量关系为基础的分析方法称为化学分析法（chemical analysis）。化学分析法是经典分析方法，包括滴定分析法（titrimetric analysis）和重量分析法（gravimetric analysis），因为体积计量在滴定分析中发挥关键作用，因此滴定分析法又称为容量分析法（volumetric analysis）。化学分析法主要应用于常量组分（组分质量分数高于1%）的测定，测定结果准确，相对误差一般在±0.2%左右。滴定分析操作快速简单、条件易于控制，是生产过程和科学研究中测定物质主要成分的常用定量分析方法。重量分析操作烦琐、耗时长，但具有很高的准确度，是早期分析化学的主要方法，现在仍是一些测定组分含量的标准方法。
　　以物质物理性质或发生化学反应时的物理化学性质为基础的分析方法称为物理分析法（physical analysis）或物理化学分析法（physicochemical analysis），物理性质和物理化学性质参数的测定需要使用相应的仪器，因此也称为仪器分析法（instrumental analysis）。仪器分析法主要包括光学分析、电化学分析、色谱分析、质谱分析、核磁共振分析、放射化学分析、热分析及各种联用技术等。仪器分析法灵敏度高，可测定低含量的物质。
　　2.3　无机分析、有机分析和生物分析
　　根据被分析物质的类别，分析化学可分为无机分析（inorganic analysis）、有机分析（organic analysis）和生物分析（biological analysis）。分析对象不同，对分析方法的要求不同。另外，根据分析化学应用领域的不同，分析化学还可分为冶金分析、地质分析、环境分析、工业分析、食品分析、药物分析、材料分析等。
　　2.4　常量组分分析、微量组分分析、痕量组分分析和超痕量组分分析
　　根据被测组分在试样中相对含量的高低，可以把分析方法分为常量组分分析（major composition analysis）、微量组分分析（micro composition analysis）、痕量组分分析（trace composition analysis）和超痕量组分分析（ultratrace composition analysis），相应的组分含量如表1.1所示。
　　表1.1　分析方法根据被分析组分相对含量分类
　　1.2.5　常量分析、半微量分析、微量分析和超微量分析
　　根据分析过程中需要试样量的多少，可以将分析方法分为常量分析（macro-analysis）、半微
　　量分析（semimicro-analysis）、微量分析（micro-analysis）和超微量分析（ultramicro-analysis），相应的试样取样量如表1.2所示。
　　表1.2　分析方法根据试样用量多少分类
　　要注意区分以上两种分类方法的不同，一种是基于被测组分在被分析物中的相对含量高低来分类，另一种是基于分析过程中取样量多少来分类。如果分析方法检测不到痕量或超痕量组分时，可以增大取样量，通过分离富集实现对低含量组分的测定，此时可称为对痕量组分的常量分析。例如，取1L地表水加入三价铁盐，调节酸度形成Fe（OH）3后共沉淀分离痕量组分As、Cd、Co、Cr、Cu、Ni等元素，然后再采用火焰原子吸收法测定。随着科学技术的发展，能分析越来越少的试样、测定越来越低的含量，如毛细管电泳用于单个细胞成分分析，分离后的单个细胞用电迁移或流体动力学方法整个进入毛细管内，在毛细管内溶解细胞膜释放细胞内物质，再用高压电泳分离检测其中的超痕量组分。
　　1.2.6　例行分析和仲裁分析
　　根据分析过程的性质，可以将分析检测活动分为例行分析（routine analysis）和仲裁分析（arbitration analysis）。一般分析实验室对日常生产过程监控、产品质量指标的检测分析称为例行分析；不同企业或部门间对产品质量或分析结果有争议时请权威分析测试部门进行裁判的分析称为仲裁分析。
　　1.3　定量分析过程
　　定量分析的主要任务是测定物质中一种或多种组分的含量。定量分析过程多种多样，大体可以分为样品采集、样品分解和试样制备，干扰组分的分离和分析方法的选择，分析结果的表达和对分析结果的评价三个阶段。
　　1.3.1　样品采集、样品分解和试样制备
　　样品采集的基本要求是样品必须对研究对象具有高度的代表性，即样品的成分平均值应能提供研究对象总体的无偏估计，样品间测定值的不同应能反映总体各部分之间的差异。对于不同的研究对象，有相应的国家标准或行业标准规定具体的采样方法和采样量。一个好的采样方案应该是在给定的人力、物力和时间下，能对总体做出尽可能精确和可靠的结论。样品采集后，送往实验室的过程中应该采取必要措施保护样品不受污染、组成和形态不发生改变。
　　目前建立的分析方法多为湿法分析法，即将样品中的待测组分或全部成分溶解在水中或其他溶剂中再进行测定。液体样品适合大多数分析方法的测试，故一般不需额外处理就可以用于测定；对于固体吸附或过滤采集的气体样品，可通过加热脱附或用适当的溶剂溶解，洗脱后用于分析，一般也不需经试样制备即可直接用于分析；对于固体样品，通常不能直接用于分析，要经过粉碎、过筛、混合和缩分等，再用适当的方法分解于溶剂中，使其成为适合湿法分析所需的试样。
　　1.3.2　干扰组分的分离和分析方法的选择
　　如果分析试液比较简单，共存组分对被测组分的测定不产生干扰，可以直接进行测定；反之则需要对共存组分进行掩蔽或分离（详见第3章）。
　　随着分析化学的发展，基于不同的分析原理、分析对象和分析要求，同一种组分可能有多种分析方法，在分析实践中需要根据实际情况选择合适的分析方法。分析方法的选择主要依赖于分析工作者对分析方法原理、应用对象和受干扰因素等的了解，如常量组分分析一般选用滴定分析法，微量和痕量组分分析一般采用检测灵敏度更高的仪器分析方法。
　　1.3.3　分析结果的表达和对分析结果的评价
　　1. 分析结果的化学表示形式
　　分析结果的表示包含被测物的化学形式和含量形式两个方面。试样中的组分有一定的存在形式，如氮元素在试样中可能以铵盐（NH4.）、硝酸盐（NO3.）、亚硝酸盐（NO2.）、蛋白质等形式存在，通常以其本来的存在形式表达氮的测定结果。有机物通常以分子式或结构式表示。但是有时检测成分在样品中的实际存在组分形式未知或存在多种形式，这时需要从分析目的出发来表达结果，如电解质溶液成分经常以离子表示；矿物和岩石分析以元素或元素氧化物表示，如表示为 Fe、Al、Cu、Pb、Zn或 Fe2O3、Al2O3、CaO、MgO、TiO2、P2O5等；水样中有机污染物按分析方法不同表示为生化需氧量（biochemical oxygen demand，BOD）或化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）。
　　2. 分析结果的含量表示方法
　　获得测试数据后应该根据分析试样的质量、化学反应的计量关系、仪器信号值与检测成分质量关系、稀释倍数等计算出被测组分在试样中的含量。固体样品组分含量通常表示为相对含量，*常用的是质量分数（mass fraction，m组分/m试样）w，常量组分一般用百分数（%）表示，微量组分一般表示为百万分之一（10.6，即mg？kg.1）或十亿分之一（10.9，即μg？kg.1）。
　　液体样品组分含量常用物质的量浓度（molarity，mol？L.1）或质量浓度（mass concentration，如g？L.1、mg？L.1、μg？L.1等）表示。
　　气体样品组分含量常用体积分数（volume fraction）或质量浓度表示。
　　3. 分析结果的评价
　　在任何分析测试中，误差（error）都是不可避免的，表现为同一个人或实验室在完全相同的条件下对同一个样品进行重复测定，也不可能得到完全一致的结果。要获得准确的结果，需要对分析过程的误差来源和性质进行分析，采取有效措施降低误差，对误差的大小进行检验，对分析方法可靠性进行评价，对测定结果的准确性进行统计学检验。
　　*后要强调的是，分析化学必须能解释结果并对样品分析这件事需要解决的问题给出答案。
　　1.4　化学分析法概述
　　化学分析法包括滴定分析法和重量分析法。滴定分析法有酸碱滴定法、配位滴定法、氧化还原滴定法和沉淀滴定法。重量分析法包括沉淀法（precipitation method）、气化法（gasification method）和电解法（electrolytical process）等。各滴定方法和重量分析法的原理在后面章节进行叙述，以下对滴定分析法的共性进行概述。
　　1.4.1　滴定分析法的过程和特点
　　滴定分析法是将已知准确浓度的标准滴定溶液[简称标准溶液（standard solution）]滴加到一定体积的被测物质溶液中，直到被测物质与滴加试剂按照确定的计量关系定量反应完全为止，根据标准溶液浓度和滴加体积、被测物质溶液

目录
前言
第1章　绪论　1
1.1　分析化学的任务和作用　1
1.2　分析方法的分类　1
1.2.1　定性分析、定量分析和结构分析　1
1.2.2　化学分析和仪器分析　2
1.2.3　无机分析、有机分析和生物分析　2
1.2.4　常量组分分析、微量组分分析、痕量组分分析和超痕量组分分析　2
1.2.5　常量分析、半微量分析、微量分析和超微量分析　2
1.2.6　例行分析和仲裁分析　3
1.3　定量分析过程　3
1.3.1　样品采集、样品分解和试样制备　3
1.3.2　干扰组分的分离和分析方法的选择　4
1.3.3　分析结果的表达和对分析结果的评价　4
1.4　化学分析法概述　5
1.4.1　滴定分析法的过程和特点　5
1.4.2　滴定分析对化学反应的要求　5
1.4.3　滴定分析方法和方式　5
1.4.4　滴定分析中常用的量入式和量出式量器　7
1.5　基准物质和标准溶液　8
1.5.1　基准物质　8
1.5.2　标准溶液　8
1.6　滴定分析中的有关计算　9
1.6.1　标准溶液的浓度计算　9
1.6.2　被测组分含量的计算　11
参考文献　13
思考题和习题　14
第2章　分析数据处理和分析检验的质量保证　16
2.1　测量值的准确度和精密度　16
2.1.1　准确度和误差　16
2.1.2　精密度与偏差　17
2.1.3　准确度与精密度之间的关系　19
2.1.4　公差　19
2.1.5　误差的分类及减免误差的方法　20
2.1.6　误差的传递　21
2.2　有效数字及其运算规则　23
2.2.1　有效数字的概念和位数　23
2.2.2　数字的修约规则　24
2.2.3　有效数字的运算规则　24
2.3　分析化学中数据的统计处理　25
2.3.1　随机误差的正态分布　25
2.3.2　平均值的置信区间　30
2.3.3　显著性检验　31
2.4　可疑值取舍　34
2.4.1　四倍法　34
2.4.2　Q检验法　34
2.4.3　格鲁布斯法　36
2.5　一元线性回归　36
2.6　提高分析结果准确度的方法　38
2.7　分析质量保证与控制　40
2.7.1　分析结果的可靠性　40
2.7.2　分析方法的可靠性　41
2.7.3　分析质量控制　43
2.7.4　分析质量评价技术　45
参考文献　47
思考题和习题　47
第3章　分析样品的采集与处理　49
3.1　样品采集　49
3.1.1　固体样品　50
3.1.2　液体样品　52
3.1.3　气体样品　53
3.1.4　生物样品　54
3.2　样品制备　55
3.2.1　固体样品的前处理　55
3.2.2　分析测定用样品的处理　57
3.2.3　微波在样品处理中的应用　63
3.3　测定前的预处理　64
3.4　测定方法选择　65
参考文献　67
思考题和习题　67
第4章　酸碱滴定法　69
4.1　溶液中离子的活度和活度系数　69
4.1.1　活度和活度系数　69
4.1.2　影响离子活度系数的因素　69
4.2　溶液中的酸碱反应和酸碱解离平衡　70
4.2.1　酸碱质子理论　70
4.2.2　酸碱解离平衡　71
4.3　酸碱组分的平衡浓度及分布系数　72
4.3.1　一元酸溶液的分布系数及分布曲线　73
4.3.2　二元酸溶液的分布系数及分布曲线　74
4.3.3　三元酸溶液的分布系数及分布曲线　75
4.4　酸（碱）溶液中H+浓度的计算　75
4.4.1　溶液中的相关平衡方程　75
4.4.2　强酸（碱）溶液中H+浓度的计算　77
4.4.3　一元弱酸（碱）溶液中H+浓度的计算　78
4.4.4　多元弱酸（碱）溶液中H+浓度的计算　79
4.4.5　混合溶液中H+浓度的计算　81
4.4.6　两性物质溶液中H+浓度的计算　83
4.4.7　弱酸弱碱盐溶液中H+浓度的计算　83
4.5　酸碱缓冲溶液　84
4.5.1　缓冲溶液的定义及类型　84
4.5.2　缓冲溶液中H+浓度的计算　85
4.5.3　缓冲溶液的缓冲容量　86
4.6　酸碱指示剂　87
4.6.1　指示剂的作用原理　87
4.6.2　指示剂的pH　变色范围　88
4.6.3　混合指示剂　89
4.6.4　指示剂用量对变色的影响　89
4.7　酸碱滴定法的基本原理　89
4.7.1　强酸强碱之间的滴定　89
4.7.2　一元弱酸和弱碱的滴定　93
4.7.3　多元酸、混合酸、多元碱的滴定　96
4.7.4　终点误差　98
4.8　酸碱滴定法的应用　100
4.8.1　酸碱标准溶液的配制和标定　100
4.8.2　氢氧化钠和碳酸钠混合碱的测定　101
4.8.3　碳酸钠和碳酸氢钠混合碱的测定　102
4.8.4　极弱酸碱的测定　104
4.8.5　非水滴定法　105
参考文献　106
思考题和习题　106
第5章　配位滴定法　109
5.1　配位平衡　109
5.1.1　稳定常数　109
5.1.2　分布系数　111
5.1.3　累积质子化常数　111
5.2　EDTA及其配位反应　113
5.2.1　EDTA在溶液中的酸碱平衡　113
5.2.2　EDTA与金属离子的配位平衡　114
5.3　副反应系数及条件稳定常数　115
5.3.1　金属离子的副反应系数　116
5.3.2　EDTA的副反应系数　118
5.3.3　条件稳定常数　119
5.4　配位滴定基本原理　121
5.4.1　配位滴定曲线　121
5.4.2　影响滴定突跃的因素　123
5.5　配位滴定终点的判断　124
5.5.1　金属指示剂的变色原理　124
5.5.2　配位滴定对指示剂的要求　127
5.5.3　指示剂的封闭与僵化　127
5.5.4　两种特殊的指示剂　128
5.6　配位滴定的终点误差及准确滴定的判别　129
5.6.1　终点误差的计算　129
5.6.2　准确滴定的判别　130
5.7　配位滴定中的酸度控制　131
5.7.1　*高允许酸度　131
5.7.2　*低允许酸度　132
5.7.3　金属指示剂适宜的酸度范围　132
5.8　提高配位滴定选择性的途径和方法　134
5.8.1　降低干扰离子游离浓度　134
5.8.2　控制酸度实现分步测定　136
5.8.3　使用其他配位滴定剂　136
5.9　配位滴定的方式与应用示例　137
参考文献　140
思考题和习题　140
第6章　氧化还原滴定法　144
6.1　氧化还原平衡　144
6.1.1　概述　144
6.1.2　条件电极电势　145
6.1.3　影响条件电极电势的因素　146
6.1.4　氧化还原反应进行的程度　150
6.2　氧化还原反应的速率　152
6.3　氧化还原滴定方法　154
6.3.1　氧化还原滴定前的预处理　154
6.3.2　滴定曲线及误差　156
6.3.3　氧化还原滴定中的指示剂　160
6.3.4　氧化还原滴定的终点误差　161
6.4　氧化还原滴定方法的应用　162
6.4.1　高锰酸钾法　162
6.4.2　重铬酸钾法　164
6.4.3　碘量法　166
6.4.4　其他氧化还原滴定法　170
6.5　氧化还原滴定结果的计算　171
参考文献　175
思考题和习题　175
第7章　沉淀滴定法　177
7.1　概述　177
7.2　莫尔法　178
7.2.1　滴定曲线　178
7.2.2　滴定条件　180
7.2.3　应用　181
7.3　福尔哈德法　182
7.3.1　滴定条件　182
7.3.2　应用　184
7.4　法扬斯法　185
7.4.1　滴定条件　186
7.4.2　应用　187
参考文献　188
思考题和习题　188
第8章　重量分析法　190
8.1　重量分析法概述　190
8.1.1　重量分析法的分类和特点　190
8.1.2　重量分析法的一般测定过程　191
8.1.3　重量分析法对沉淀形式和称量形式的要求　192
8.2　影响沉淀溶解度的因素　193
8.2.1　同离子效应　193
8.2.2　盐效应　194
8.2.3　酸效应　195
8.2.4　配位效应　196
8.2.5　其他因素　196
8.3　沉淀的类型与形成过程　198
8.3.1　沉淀的类型　198
8.3.2　沉淀的形成过程　198
8.4　影响沉淀纯度的因素　200
8.4.1　共沉淀　200
8.4.2　后沉淀　201
8.4.3　获得纯净沉淀的措施　202
8.5　沉淀条件的选择　202
8.5.1　晶形沉淀的沉淀条件　202
8.5.2　无定形沉淀的沉淀条件　203
8.5.3　均相沉淀法　203
8.5.4　有机沉淀剂　203
8.6　重量分析法在工业分析中的应用示例　204
参考文献　206
思考题和习题　206
第9　章　吸光光度法　208
9.1　物质对光的选择性吸收　208
9.1.1　光的基本性质　208
9.1.2　物质的颜色与光的互补性　209
9.1.3　物质对光产生选择性吸收的原因　210
9.2　光吸收定律　210
9.2.1　朗伯-比尔定律　210
9.2.2　吸收光谱　211
9.2.3　吸光系数　212
9.2.4　吸光度的加和性　212
9.3　分光光度计及其测量误差　213
9.3.1　分光光度计　213
9.3.2　仪器测量误差　215
9.4　显色反应及其条件的选择　216
9.4.1　对显色反应的要求　216
9.4.2　影响显色反应效果的因素　216
9.5　测量条件及测量误差控制　218
9.5.1　入射光波长的选择　218
9.5.2　测量狭缝的选择　218
9.5.3　参比溶液的选择　218
9.5.4　标准曲线的绘制　219
9.5.5　待测溶液浓度的选择　219
9.6　吸光光度法的应用　220
9.6.1　定性分析　220
9.6.2　定量分析　220
9.6.3　吸光光度法的应用示例　222
参考文献　224
思考题和习题　224
附录　226
附录1　常用基准物质的干燥条件和应用　226
附录2　弱酸的解离常数　226
附录3　弱碱的解离常数　228
附录4　常用的缓冲溶液　228
附录5　常用酸碱指示剂　229
附录6　常用混合指示剂　229
附录7　常见金属离子与一些配体形成的配合物的稳定常数　230
附录8　EDTA配合物的稳定常数（25℃，I=0）　237
附录9　一些金属离子的lg？M（OH）值　238
附录10　EDTA的酸效应　238
附录11　金属指示剂的lgαIn（H）值和pMt值　239
附录12　标准电极电势　239
附录13　微溶化合物的溶度积（18～25℃，I=0）　245