01 · INTRODUCTION
绪论
分析化学研究如何从真实样品中获得可靠的组成、含量、空间位置、结构与形态信息。
COURSE MAP
这门课学到哪里
分析化学 I
误差与数据处理、酸碱平衡与滴定、络合滴定、氧化还原滴定、沉淀滴定和重量分析；强调化学分析的定量基础。
分析化学 II
光谱、电化学、色谱、质谱等仪器分析方法；重点理解信号产生、仪器构成、校准和方法选择。
课程评价
课件列出的参考书
- 《分析化学》，武汉大学主编，高等教育出版社，第 6 版。
- 《分析化学》，华东理工大学、四川大学编，高等教育出版社，第 7 版。
- Gary D. Christian 等，Analytical Chemistry, 7th ed.（本网站配套教材）。
来源：Introduction 课件 slides 2–8。
1.1 WHAT ANALYTICAL CHEMISTS DO
分析化学回答什么问题
样品中有什么
目标组分在哪里
各组分含量多少
价态、晶态、配位态与空间结构
核心任务可概括为：采用化学、物理和生物测量手段获取分析数据，确定物质体系的化学组成及有关成分的含量，并鉴定物质的结构与存在形态。分析对象可以来自临床诊断、工业质量控制、环境监测、食品营养、法庭科学和空间探测。
定性分析 Qualitative analysis
鉴定样品中的元素、离子、基团或化合物，回答“是什么”。常见线索包括沉淀反应、颜色反应、焰色试验以及光谱或色谱等仪器响应；简单定性试验通常更快、成本更低。
定量分析 Quantitative analysis
测定一个或多个组分的量，回答“有多少”。现代高选择性测量有时也能同时提供定性证据。
选择性与特异性
选择性 Selectivity 方法可以对目标物优先响应，但仍可能对其他物质响应。可通过样品前处理、选择性检测器、目标物衍生化和色谱分离提高。
特异性 Specificity 反应或试验只对目标物发生。真正特异的化学反应很少，因此实际分析更常讨论选择性。
发展脉络与趋势
来源：课堂笔记大纲；Introduction 课件 slides 9–18；教材 §1.1–1.2。
1.2 CLASSIFICATION
分析方法的三套分类坐标
化学分析
依赖化学反应，典型方法包括无机定性分析、滴定分析和重量分析。
仪器分析
利用目标物的物理或物理化学性质，包括电化学、光谱、质谱、色谱和放射化学分析。
定性 · 定量
分别鉴定组成与测量含量。
结构 · 形态
结构分析确定分子或晶体结构；形态分析研究价态、晶态和结合状态。
无机与有机
也可按应用分为药物、临床、环境、食品和水分析等。
Analyze 与 Determine
Analyze 指分析一个样品的部分或全部组分；determine 指对某个分析物进行一次测定。例如，分析血液中的氯化物时，我们测定的是氯离子浓度。
来源：Introduction 课件 slides 19–28、49；教材 §1.2、§1.5。
1.3 THE ANALYTICAL PROCESS
七步分析流程
定义问题
明确要定性还是定量、结果由谁使用、何时需要、所需准确度与精密度、预算及样品如何取得。
选择方法
综合样品类型与量、浓度范围、所需选择性、准确度与速度、设备、经验、成本、自动化和标准方法。
取得代表性样品
考虑固液气形态、均匀性和规模。由总体样品得到实验室样品，再得到实际测定用分析样品。
制备样品
判断是否需要溶解、灰化、湿法消解、富集、衍生化、调节 pH，或通过掩蔽降低干扰。
实施分离
可采用蒸馏、沉淀、溶剂萃取、透析、固相萃取、色谱或电泳。
测量
完成校准，并设置验证样、控制样、空白和重复测定。
计算与报告
进行统计评价，报告结果、准确度与方法限制。低于检出限时应报告“< LOD”，不能写成零。
空白 Blank
空白理论上含有未知样分析过程中使用的全部试剂和水，但不含目标分析物，并经历完整操作流程。它用于估计试剂、容器与过程本身产生的信号。
绝对法与相对法
绝对方法 Absolute method
依靠已知基本常数和确定关系计算分析物的量，例如库仑法的理想计量关系。
相对方法 Relative method
将未知样响应与已知浓度标准比较。多数滴定法与仪器分析都需要标准溶液或校准曲线。
来源：Introduction 课件 slides 36–49；教材 §1.3–1.4。
1.4 RANGE & METHOD SELECTION
样品尺度、浓度级别与方法选择
按样品用量分类
| 方法尺度 | 样品质量 / mg | 样品体积 / μL |
|---|---|---|
| 常量 Macro | >100 | >100 |
| 半微量 Meso / Semimicro | 10–100 | 50–100 |
| 微量 Micro | 1–10 | <50 |
| 超微量 Ultramicro | <1 | 依方法而定 |
按样品中含量分类
分析方法能力对照表（课件 Table 1.1 重绘）
| 方法 | 约测量范围 / mol·L⁻¹ | 约精密度 / % | 选择性 | 速度 | 成本 | 主要对象 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 重量分析 | 10⁻¹–10⁻² | 0.1 | 较差–中等 | 慢 | 低 | 无机 |
| 滴定分析 | 10⁻¹–10⁻⁴ | 0.1–1 | 较差–中等 | 中等 | 低 | 无机、有机 |
| 电位法 | 10⁻¹–10⁻⁶ | 2 | 好 | 快 | 低 | 无机 |
| 电重量/库仑法 | 10⁻¹–10⁻⁴ | 0.01–2 | 中等 | 慢–中等 | 中等 | 无机、有机 |
| 伏安法 | 10⁻³–10⁻¹⁰ | 2–5 | 好 | 中等 | 中等 | 无机、有机 |
| 分光光度法 | 10⁻³–10⁻⁶ | 2 | 好–中等 | 快–中等 | 低–中等 | 无机、有机 |
| 荧光法 | 10⁻⁶–10⁻⁹ | 2–5 | 中等 | 中等 | 中等 | 有机 |
| 原子光谱 | 10⁻³–10⁻⁹ | 2–10 | 好 | 快 | 中–高 | 无机、多元素 |
| 色谱–质谱 | 10⁻³–10⁻⁹ | 2–5 | 好 | 快 | 中–高 | 有机、多组分 |
这些是课件给出的近似能力范围，用于初步选法；真实性能取决于具体仪器、样品基质和方法验证。
从 mole 到 yoctomole 的量级表（课件重绘）
| 量级 | 符号 | 相对 mole | 约含粒子数 | 课件列出的 Medline hits |
|---|---|---|---|---|
| mole | mol | 1 | 6×10²³ | — |
| millimole | mmol | 10⁻³ | 6×10²⁰ | 64,420 |
| micromole | μmol | 10⁻⁶ | 6×10¹⁷ | 63,976 |
| nanomole | nmol | 10⁻⁹ | 6×10¹⁴ | 52,918 |
| picomole | pmol | 10⁻¹² | 6×10¹¹ | 33,130 |
| femtomole | fmol | 10⁻¹⁵ | 6×10⁸ | 14,593 |
| attomole | amol | 10⁻¹⁸ | 6×10⁵ | 1,464 |
| zeptomole | zmol | 10⁻²¹ | 约 6×10² | 167 |
| yoctomole | ymol | 10⁻²⁴ | 平均小于 1 个 | 20 |
Medline hits 是课件保留的历史检索计数，只用来呈现当时不同量级在生物医学文献中的出现情况，不应视为当前数据库统计。
来源：Introduction 课件 slides 38–41；教材 §1.3、§1.5。
1.5 CASES
分析流程如何落地
奥运禁药检测
快速筛查
用免疫分析、GC 或 LC 快速识别异常类别，将样品与“正常”谱型区分。
结构确认
可疑样品重新前处理，再用 GC/MS 或 LC/MS 获取分子结构证据。
精确定量
当物质本来可能以低水平存在时，用分光光度法或色谱–质谱测定准确含量。
火星样品分析 SAM
火星车的 Sample Analysis at Mars 由气相色谱仪、四极杆质谱仪和可调谐激光光谱仪组成，用于寻找并测量有机化合物和与生命相关的轻元素。这个案例体现了真实分析问题往往需要把取样、分离、结构鉴定与定量测量组合起来。
本章最容易混淆的四组概念
- selective ≠ specific：选择性是优先响应，特异性才是只响应目标物。
- accuracy ≠ precision：准确度接近真值，精密度描述重复结果的离散程度。
- analyze ≠ determine：分析样品，测定分析物。
- zero ≠ below LOD：未检出只说明低于方法检出能力。
来源：Introduction 课件 slides 29–34、50–53；教材 §1.2–1.3。