分析化学

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分析化学是開發分析物質成分、結構的方法,使化學成分得以定性和定量,化學結構得以確定。[1]定性分析可以找到样品中有何化学成分;定量分析可以确定这些成分的含量。在分析样品时一般先要想法分离不同的成分。分析化學是化學家最基礎的訓練之一,化學家在實驗技術和基礎知識上的訓練,皆得力於分析化學。

分析的方式大概可分为两大类,经典方法和仪器分析方法。[2]仪器分析方法使用仪器去测量分析物的物理属性,比如光吸收荧光電導等。仪器分析法常使用如电泳、色谱法、场流分级英语Field flow fractionation等方法来分离样品。當代分析化學著重儀器分析,常用的分析儀器有幾大類,包括原子與分子光譜儀電化學分析儀器核磁共振,X光,以及質譜儀。儀器分析之外的分析化學方法,現在統稱為古典分析化學。古典方法(也常被成为湿化学英语wet chemistry方法)常根据颜色,气味,或熔点等来分离样品(比如萃取沉淀蒸馏等方法)。这类方法常通过测量重量体积来做定量分析。

历史[编辑]

在19世纪无机化学知识逐渐系统化的时候,永斯·貝采利烏斯分析天平的发明和使用,使测量得到的实验数据更加接近真实值,这样任何一个定律都有一个确凿的事实证明。永斯·貝采利烏斯把测定原子量的很多新方法,新试剂,新仪器引用到分析化学中来,使定量分析精确度达到了一个新的高度。而后来人们都尊称他为分析化学之父。[3]

在定性分析方面,1829年德国化学家海因里希·罗斯英语Heinrich Rose编写了一本《分析化学教程》,首次提出了系统定性分析方法。这与目前通用的分析方法已经基本相同了。而到18世纪末,酸碱滴定的各种形式和原则也基本确定。[4]

而对于分析化学的一个重要部分光谱分析,则是从牛顿开始的。牛顿从1666年开始研究光谱,并于1672年发表了他第一篇论文《光和色的新理论》。从此,观察和研究光谱的人也越来越多,观测的技术也越来越高明。而在1825年英国物理学家塔尔博特英语Henry Fox Talbot制造了一种研究光谱的仪器,对碱金属火焰进行研究,发现了元素有特征光谱的现象。后来德国科学家罗伯特·本生古斯塔夫·基爾霍夫利用本生灯发现了元素光谱学作为分析化学的一个重要分支从此诞生。[5]

进入20世纪之后,随着科学技术和工业的发展,新的分析方法--仪器分析产生了,包括吸光光度法发射光度法极谱分析法放射分析法红外光谱紫外可见光光谱核磁共振等现代化分析方法。这些分析方法超越了经典分析方法的局限,几乎都不再是通过定量化学反应来确定成分含量,而是根据被检测组分的物理的或化学的特性(如光学电学放射性等方面的特性),灵敏度可以达到很高的水平。[4]

目前分析化学还处于第三次变革,这意味着分析化学不再局限于测定物质的组成和含量,而还要对物质的状态结构微区薄层和表面的组成与结构以及化学行为生物活性等到做出瞬时的追踪,无损的和在线监测等分析及过程控制。甚至是要求直接观察原子或分子形态和排列。

分析化學型式[编辑]

當代分析化學[编辑]

當代分析化學將研究分為兩個範疇,一是分析的對象,一是分析的方法。《分析化學期刊》(Analytical Chemistry)每年在第12期會在兩個範疇輪流做一次回顧評述。

分析的對象[编辑]

  • 生物分析化學
  • 材料分析
  • 化學分析
  • 環境分析
  • 法医学分析

分析的方法[编辑]

古典分析方法[编辑]

在这个定性分析实验中,蓝绿色的火焰暗示了的存在。

虽然现代分析化学大多使用成熟精密的仪器,但一些被用于现代仪器中的原则还是来源于一些至今仍在使用的传统技术。这些技术也仍然是大多数大学本科分析化学教学实验室的骨干。

定性分析[编辑]

定性分析被用来确定一种特定成分的存在,而不是它的重量或浓度。简单的说,就是与数量无关。

化学测试[编辑]

更多資料:化学分析

现有的定性化学测试有很多种,比如中学教育中常用石蕊试纸来显示溶液的酸碱性。

焰色测试[编辑]

更多資料:焰色反应

焰色測試是化學上用來測試某種金屬是否存在在於化合物的方法。其原理是每種元素都有其個別的光譜。樣本通常是粉或小塊的形式。以一條清潔且對化學惰性的金屬線(例如鉑或鎳鉻合金)盛載樣本,再放到本生燈的無光焰(藍色火焰)中。

重量分析[编辑]

更多資料:重量分析法

重量分析法通过测量变化前后的样品重量来确定特定物资的含量。大学本科教育中常见的一个例子是通过加热水合物前后的重量变化来确定水合物中的水的含量。

体积分析[编辑]

更多資料:滴定

滴定在化学分析中,是一种分析溶液成分的方法。将标准溶液逐滴加入被分析溶液中,用颜色变化、沉淀电导率变化等来确定反应的终点。滴定通过两种溶液的定量反应来确定某种溶质的含量。最常见的滴定分析是中学教育中的酸鹼中和滴定

儀器分析[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ Holler, F. James; Skoog, Douglas A.; West, Donald M. Fundamentals of analytical chemistry. Philadelphia: Saunders College Pub. 1996. ISBN 0-03-005938-0. 
  2. ^ Nieman, Timothy A.; Skoog, Douglas A.; Holler, F. James. Principles of instrumental analysis. Pacific Grove, CA: Brooks/Cole. 1998. ISBN 0-03-002078-6. 
  3. ^ Jöns Jacob Berzelius. Encyclopædia Britannica Online. [2008-08-03]. 
  4. ^ 4.0 4.1 郑长龙. 化学科学实验的兴起和化学实验方法论的建立──近代化学实验的发展及其特点. 《长春师范学院学报》. 1999, (02). 
  5. ^ 陳俊豪. 光谱学与元素的发现. [2012-11-23]. 
  • 《基础化学》化学工业出版社

外部链接[编辑]