1、1精思国计细量民生第十五章第十五章 化学计量化学计量 化学计量是计量学在化学领域的重要应用，化学计量是计量学在化学领域的重要应用，为化学测量结果的准确、可靠提供计量保证。为化学测量结果的准确、可靠提供计量保证。一、化学量一、化学量 化学量包括了物质或材料的化学成分量和物理化学量。化学量包括了物质或材料的化学成分量和物理化学量。特点：特点：多样性多样性 复杂性复杂性2精思国计细量民生第一节第一节 化学计量的名称与概念化学计量的名称与概念二、化学计量 (1)(1)物理化学计量物理化学计量:着重研究与物质的物理性着重研究与物质的物理性质和化学性质有关的特性量质和化学性质有关的特性量的计量问题的计量问
2、题(2)(2)分析化学计量分析化学计量 主要研究与物质组成有关的主要研究与物质组成有关的化学成分量的计量问题化学成分量的计量问题 化学计量标准就是各种标准物质化学计量标准就是各种标准物质3精思国计细量民生第一节第一节 化学计量的名称与概念化学计量的名称与概念一、物理化学计量一、物理化学计量1.1.酸度计量酸度计量(1)pH(1)pH的定义：的定义：氢离子活度的负对数氢离子活度的负对数 (2)pH(2)pH基准基准 pHpH基准由基准由pHpH基准装置和基准装置和pHpH基准物质组成基准物质组成+HpH=-lg4精思国计细量民生第二节第二节 化学计量的基准原理与方化学计量的基准原理与方法法2.2
3、.粘度计量粘度计量(1)(1)粘度的定义粘度的定义 粘度又称粘滞系数，是粘度又称粘滞系数，是衡量流体粘滞性大小的衡量流体粘滞性大小的量，用来表示流体反抗量，用来表示流体反抗剪切变形的特征。剪切变形的特征。（2 2）粘度的测量）粘度的测量 测量粘度的仪器称为粘测量粘度的仪器称为粘度计度计 哈根哈根-泊肃叶定律泊肃叶定律5精思国计细量民生第二节第二节 化学计量的基准原理与方化学计量的基准原理与方法法二、分析化学计量二、分析化学计量 化学分析化学分析 是以化学反应为基础的分析方法，主要包括重量是以化学反应为基础的分析方法，主要包括重量分析法和滴定分析法。分析法和滴定分析法。仪器分析仪器分析 是一类借
4、助光电仪器测量试样溶液的光学性质（是一类借助光电仪器测量试样溶液的光学性质（如吸光度或谱线强度）、电学性质（如电流、电位、电导）如吸光度或谱线强度）、电学性质（如电流、电位、电导）等物理或物理化学性质求出待测组分含量的方法。等物理或物理化学性质求出待测组分含量的方法。主要包括：电化学法、光谱分析法、波谱分析法主要包括：电化学法、光谱分析法、波谱分析法 和质谱分析法等。和质谱分析法等。6精思国计细量民生第二节第二节 化学计量的基准原理与方化学计量的基准原理与方法法1.1.光谱计量方法光谱计量方法 利用物质的光谱进行定性定量和结构分析称为光谱分析法。利用物质的光谱进行定性定量和结构分析称为光谱分析
5、法。种类：种类：吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法吸收光谱法、发射光谱法、散射光谱法7精思国计细量民生第二节第二节 化学计量的基准原理与方化学计量的基准原理与方法法方法名称方法名称辐射能辐射能作用物质作用物质检测讯号检测讯号莫斯鲍尔光谱法莫斯鲍尔光谱法射线射线原子核原子核吸收后的吸收后的射线射线X射线吸收光谱法射线吸收光谱法X射线射线放射性同位素放射性同位素重金属原子的内层电重金属原子的内层电子子吸收后的吸收后的X射线射线原子吸收光谱法原子吸收光谱法紫外、可见光紫外、可见光气态原子外层的电子气态原子外层的电子吸收后的紫外、可见吸收后的紫外、可见光光紫外、可见分光光度紫外、可见分光光度法法紫外、
6、可见光紫外、可见光分子外层的电子分子外层的电子吸收后的紫外、可见吸收后的紫外、可见光光红外吸收光谱法红外吸收光谱法炽热硅碳棒等炽热硅碳棒等2.515m红外线红外线分子振动分子振动吸收后的红外光吸收后的红外光电子自旋共振波谱法电子自旋共振波谱法10000800000MHz的微波的微波未成对电子未成对电子吸收吸收核磁共振波谱法核磁共振波谱法60500MHz射频射频原子核磁量子原子核磁量子吸收吸收常见的吸收光谱法常见的吸收光谱法8精思国计细量民生方法名称方法名称辐射能（或能辐射能（或能源）源）作用物质作用物质检测信号检测信号原子发射光谱法原子发射光谱法电能、火焰电能、火焰气态原子外层电子气态原子外层
7、电子紫外、可见光紫外、可见光X荧光光谱法荧光光谱法X射线射线原子内层电子的逐出，外层能原子内层电子的逐出，外层能级能级电子跃如空位（电子跃级能级电子跃如空位（电子跃迁）迁）特征特征X射线（荧光射线（荧光）原子荧光光谱法原子荧光光谱法高强度紫外、高强度紫外、可见光可见光气态原子外层电子跃迁气态原子外层电子跃迁原子荧光原子荧光荧光光度法荧光光度法紫外、可见光紫外、可见光分子分子荧光（紫外、可荧光（紫外、可见光）见光）磷光光度法磷光光度法紫外、可见光紫外、可见光分子分子磷光（紫外、可磷光（紫外、可见光）见光）化学发光法化学发光法化学能化学能分子分子可见光可见光常见的发射光谱法常见的发射光谱法9精思国
8、计细量民生(1)(1)紫外紫外-可见分光光度法可见分光光度法研究物质在紫外研究物质在紫外-可见光区分子吸收光谱的分析方法称为紫外可见光区分子吸收光谱的分析方法称为紫外-可见分光光度法。可见分光光度法。朗伯朗伯-比耳定律：比耳定律：单色光照射到物质上，单色光照射到物质上，光被物质吸收的程度与光被物质吸收的程度与在光路中被照射物质的在光路中被照射物质的粒子数成正比吸光度和粒子数成正比吸光度和物质浓度及光路长度成物质浓度及光路长度成正比正比 A:A:吸光度吸光度 T:T:透光度透光度 a:a:吸光系数吸光系数 b:b:光路长度光路长度 c:c:物质的浓度物质的浓度10精思国计细量民生第二节第二节 化
9、学计量的基准原理与方化学计量的基准原理与方法法 吸光系数是吸光物质在特定波长和溶剂情况下的特征常数，吸光系数是吸光物质在特定波长和溶剂情况下的特征常数，是紫外是紫外-可见分光光度法进行定性、定量分析及结构鉴定的可见分光光度法进行定性、定量分析及结构鉴定的依据。依据。11精思国计细量民生第二节第二节 化学计量的基准原理与方化学计量的基准原理与方法法 紫外紫外-可见分光光度仪：光源、单色器、吸收池和检测器及数可见分光光度仪：光源、单色器、吸收池和检测器及数据处理系统据处理系统 光源：在较大范围内提供足够的光强度光源：在较大范围内提供足够的光强度 单色器：把光源发出的连续光谱按波长顺序色单色器：把光
10、源发出的连续光谱按波长顺序色 散，并从中分离出一定带宽散，并从中分离出一定带宽 吸收池：由透过辐射的材料制成吸收池：由透过辐射的材料制成 检测器：光电管和光电倍增管检测器：光电管和光电倍增管12精思国计细量民生第二节第二节 化学计量的基准原理与方化学计量的基准原理与方法法(2)(2)红外光谱分析红外光谱分析 物质的分子有选择地吸收某些波长的红外光物质的分子有选择地吸收某些波长的红外光,引起分子内引起分子内部振动能级和转动能级的跃迁部振动能级和转动能级的跃迁,记录下能量随波长的变化记录下能量随波长的变化,便得到了红外吸收光谱便得到了红外吸收光谱.红外图谱上，吸收所处的波长位置、谱带的形状和谱带的
11、红外图谱上，吸收所处的波长位置、谱带的形状和谱带的相对强度是指示该机团是否存在的有力特征，是红外光谱相对强度是指示该机团是否存在的有力特征，是红外光谱法进行定性、定量分析的依据。法进行定性、定量分析的依据。红外光谱仪：光源、单色器、试样池、检测器、数据记录红外光谱仪：光源、单色器、试样池、检测器、数据记录处理系统处理系统13精思国计细量民生第二节第二节 化学计量的基准原理与方化学计量的基准原理与方法法2.2.色谱计量色谱计量气相色谱法：气相色谱法：气气-液色谱法液色谱法 气气-固色谱法固色谱法液相色谱法液相色谱法 液液-液色谱法液色谱法 液液-固色谱法固色谱法 色谱分析法上是一种利用物质在固定
12、相和流动相之色谱分析法上是一种利用物质在固定相和流动相之间的吸附、溶解或分配等物理化学作用的差异而将间的吸附、溶解或分配等物理化学作用的差异而将混合物分离的技术。混合物分离的技术。14精思国计细量民生第二节第二节 化学计量的基准原理与方化学计量的基准原理与方法法(1)(1)气相色谱法气相色谱法 气相色谱分析是在气相色气相色谱分析是在气相色谱仪上进行的谱仪上进行的.一般气相一般气相色谱仪的主要部件和分析色谱仪的主要部件和分析流程如图所示流程如图所示 色谱图是进行定性、定量色谱图是进行定性、定量分析的依据分析的依据15精思国计细量民生第二节第二节 化学计量的基准原理与方化学计量的基准原理与方法法(
13、2)(2)高效液相色谱分析法高效液相色谱分析法 高效液相色谱分析法利用物质的吸附、分配系数、离子强度高效液相色谱分析法利用物质的吸附、分配系数、离子强度等物理和物理化学性质的差异，将试样中个组分开，再根据等物理和物理化学性质的差异，将试样中个组分开，再根据各组分的光学、热学和电化学性质进行检测。依据出峰时间各组分的光学、热学和电化学性质进行检测。依据出峰时间和峰面积进行定性、定量的测量。和峰面积进行定性、定量的测量。根据分离机理不同，高效液相色谱分析法分为：根据分离机理不同，高效液相色谱分析法分为：液液-固色谱法固色谱法 液液-液色谱法液色谱法 离子交换色谱法离子交换色谱法 空间排阻色谱法空间
14、排阻色谱法16精思国计细量民生第二节第二节 化学计量的基准原理与方化学计量的基准原理与方法法 液液-固色谱是以硅胶等吸附剂为柱内固定相，正己烷异丙醇固色谱是以硅胶等吸附剂为柱内固定相，正己烷异丙醇等溶剂或它们的混合物为流动相的色谱。等溶剂或它们的混合物为流动相的色谱。液液-液色谱也称液液色谱也称液-液分配色谱，固定相是由担体与其表面的液分配色谱，固定相是由担体与其表面的一层固体液组成，试样随流动相流动时，在流动相与固体液一层固体液组成，试样随流动相流动时，在流动相与固体液之间进行分配，从而使分配系数不同的各组分得到分离。之间进行分配，从而使分配系数不同的各组分得到分离。离子交换色谱的固定相为离
15、子交换树脂，其上可离解的离子离子交换色谱的固定相为离子交换树脂，其上可离解的离子与流动相中具有相同电荷的离子可以进行交换与流动相中具有相同电荷的离子可以进行交换 空间排阻色谱法以凝胶为固定相，凝胶是一种经过交联而有空间排阻色谱法以凝胶为固定相，凝胶是一种经过交联而有立体网结构的多聚体。立体网结构的多聚体。17精思国计细量民生第二节第二节 化学计量的基准原理与方化学计量的基准原理与方法法(3)(3)薄层色谱法薄层色谱法 将吸附剂涂到光洁表面的将吸附剂涂到光洁表面的载体形成薄膜载体形成薄膜,分离样品分离样品溶液在密闭的容器中以适溶液在密闭的容器中以适当的展开剂展开，吸附剂当的展开剂展开，吸附剂对各
16、组分有不同的吸附能对各组分有不同的吸附能力，展开剂对各组分的溶力，展开剂对各组分的溶解、解吸能力也不相同，解、解吸能力也不相同，从而是各组分得到分离。从而是各组分得到分离。(4)(4)纸色谱法纸色谱法 纸色谱法是以纸为载体的纸色谱法是以纸为载体的色谱法，固定相为纸纤维色谱法，固定相为纸纤维上吸附的水分，流动相为上吸附的水分，流动相为不与水相混溶的有机溶剂不与水相混溶的有机溶剂。18精思国计细量民生第二节第二节 化学计量的基准原理与方化学计量的基准原理与方法法一、化学测量仪器的特点一、化学测量仪器的特点 化学测量仪器是比较测量装置，其示值仅仅是一个信号，并化学测量仪器是比较测量装置，其示值仅仅是
17、一个信号，并不是被测量的量值。不是被测量的量值。19精思国计细量民生第三节第三节 化学计量的溯源与检定化学计量的溯源与检定二、化学测量仪器的检定方法二、化学测量仪器的检定方法化学测量仪器的检定分为两步：化学测量仪器的检定分为两步：分项检定分项检定 整机检定整机检定 化学测量仪器检定使用的计量标准装置一般由独立保存化学测量仪器检定使用的计量标准装置一般由独立保存不同量值的一系列标准器和标准物质组成不同量值的一系列标准器和标准物质组成 分项检定仪器部件所用的计量标准为物理计量标准；分项检定仪器部件所用的计量标准为物理计量标准；整机检定时使用的是标准物质。整机检定时使用的是标准物质。20精思国计细量
18、民生第三节第三节 化学计量的溯源与检定化学计量的溯源与检定三、物理化学计量仪器的检定三、物理化学计量仪器的检定1.pH1.pH测量器具的检定测量器具的检定 pHpH测量原理测量原理:一支对氢离子一支对氢离子可逆的指示电极和一支参比可逆的指示电极和一支参比电极浸入待测溶液中组成工电极浸入待测溶液中组成工作电池，通过测量电池电动作电池，通过测量电池电动势确定溶液势确定溶液pHpH值值.pHpH计是测量计是测量pHpH值的仪器值的仪器,原原理如右图理如右图:21精思国计细量民生第三节第三节 化学计量的溯源与检定化学计量的溯源与检定2.2.粘度计的检定粘度计的检定 绝大多数粘度测量是采用相对测量法绝大
19、多数粘度测量是采用相对测量法,是与纯水的粘度是与纯水的粘度值相比较实现的。以纯水的粘度作为起始标准来传递值相比较实现的。以纯水的粘度作为起始标准来传递粘度的量值。粘度的量值。工作粘度计的检定是按工作粘度计的检定是按JJG165-1991JJG165-1991毛细管粘度计检毛细管粘度计检定规程定规程、JJG215-1981JJG215-1981旋转粘度计试行检定规程旋转粘度计试行检定规程、JJG742-1980JJG742-1980滚动落球粘度计试行检定规程滚动落球粘度计试行检定规程、JJG742-1991JJG742-1991恩氏粘度计检定规程恩氏粘度计检定规程、和、和JJG743-JJG74
20、3-19911991流出精度计检定规程流出精度计检定规程进行的。进行的。22精思国计细量民生第三节第三节 化学计量的溯源与检定化学计量的溯源与检定四、分析化学计量四、分析化学计量仪器的检定仪器的检定1.1.紫外紫外-可见分光可见分光光度计的检定光度计的检定 检定依据是检定依据是JJG022-1996JJG022-1996紫外和可见吸紫外和可见吸收光谱仪检定收光谱仪检定规程规程。如表。如表所示所示检定项目检定项目仪器级别仪器级别一级一级二级二级波长准确度波长准确度0.3nm0.5nm波长重复性波长重复性0.2nm0.5nm分辨率或光谱带分辨率或光谱带宽宽分辨深度分辨深度20%分辨深度分辨深度2n
21、m透过率准确度透过率准确度0.3%0.5%透过率重复性透过率重复性0.2%0.5%基线平直度基线平直度0.0010.01杂散光杂散光0.001%(220nm)0.01(620nm)0.02%(220nm)0.1%(620nm)噪声噪声0.001A(100%浅浅)0.003A(100%浅浅)漂移漂移0.001A(500nm)0.002A(500nm)绝缘电阻绝缘电阻20M20M23精思国计细量民生2 2.红外光谱仪的检定红外光谱仪的检定 我国在我国在19901990年颁布了年颁布了JJG681-1990JJG681-1990色散型红外分光度计检色散型红外分光度计检定规程定规程，根据其规定，色散型
22、红外分光计的检定参数有：，根据其规定，色散型红外分光计的检定参数有：仪器外观仪器外观 波数正确度与波数重复性波数正确度与波数重复性 透射比正确度与透射比重复性透射比正确度与透射比重复性 杂散辐射杂散辐射 分辨力分辨力 100100线平直度线平直度 噪声噪声24精思国计细量民生第三节第三节 化学计量的溯源与检定化学计量的溯源与检定3.3.气相色谱仪的检定气相色谱仪的检定 根据根据JJG700-1999JJG700-1999气相色谱仪气相色谱仪检定规程检定规程，检定项目如下：，检定项目如下：载气流速的稳定性载气流速的稳定性 温度温度 检测器性能检测器性能4.4.液相色谱仪的检定液相色谱仪的检定 根
23、据根据JJG705-1999JJG705-1999实验室液相实验室液相色谱仪检定规程色谱仪检定规程，检定项，检定项目如下：目如下：泵的耐压泵的耐压 泵流量设定偏差及稳定性偏泵流量设定偏差及稳定性偏差差 梯度淋洗的准确度梯度淋洗的准确度 柱箱温度设定偏差及控温稳柱箱温度设定偏差及控温稳定性偏差定性偏差 液相色谱仪检测器的性能液相色谱仪检测器的性能25精思国计细量民生第三节第三节 化学计量的溯源与检定化学计量的溯源与检定一、新测量方法与技术一、新测量方法与技术1.1.质谱法质谱法 质谱法是分离和记录离子化的原子或分子的方法，以某种方质谱法是分离和记录离子化的原子或分子的方法，以某种方式使有机分子电
24、离、碎裂，然后按核质比大小把各种离子分式使有机分子电离、碎裂，然后按核质比大小把各种离子分离，检测它们的强度，并排列成谱。离，检测它们的强度，并排列成谱。26精思国计细量民生第四节第四节 化学计量的发展化学计量的发展2.2.扫描探针显微技术扫描探针显微技术(STM)(STM)STMSTM有以下特点有以下特点:在原子分辨率方面在原子分辨率方面,横向分辨率可达横向分辨率可达0.10.2nm,0.10.2nm,深度深度分辨率高达分辨率高达0.01nm0.01nm 能够实时获得表面三维图象能够实时获得表面三维图象 能够观测最表面层的局部结构信息能够观测最表面层的局部结构信息 可在大气、真空、常温、低温
25、甚至液体中工作可在大气、真空、常温、低温甚至液体中工作 对样品无损伤对样品无损伤 配合扫描隧道可获得有关表面电子机构信息配合扫描隧道可获得有关表面电子机构信息27精思国计细量民生第四节第四节 化学计量的发展化学计量的发展3.3.采用各种联用技术采用各种联用技术 两台或两台以上相同或不同原理的仪器组合起来两台或两台以上相同或不同原理的仪器组合起来,充充分发挥各自特点和长处分发挥各自特点和长处,以提高和改善分辨率和选择以提高和改善分辨率和选择性性 色谱色谱-质谱联用、气相色谱质谱联用、气相色谱-红外联用、气相色谱红外联用、气相色谱-红红外外-质谱联用质谱联用28精思国计细量民生第四节第四节 化学计
26、量的发展化学计量的发展二、化学计量面临的挑战和任务二、化学计量面临的挑战和任务1.1.化学计量面临的挑战化学计量面临的挑战(1)(1)科技发展带来的挑战科技发展带来的挑战(2)(2)人世对化学计量的挑战人世对化学计量的挑战(3)(3)可持续发展战略的挑战可持续发展战略的挑战(4)(4)国际化学计量发展形成的挑战国际化学计量发展形成的挑战29精思国计细量民生第四节第四节 化学计量的发展化学计量的发展2.2.近期化学计量的主要任务近期化学计量的主要任务(1)(1)建立和完善化学量、物理化学量、化学工程的国家计建立和完善化学量、物理化学量、化学工程的国家计 量标准量标准(2)(2)开展化学计量的基础研究开展化学计量的基础研究(3)(3)开展化学计量的理论研究开展化学计量的理论研究(4)(4)建立化学计量信息体系建立化学计量信息体系(5)(5)拓展化学计量研究领域拓展化学计量研究领域30精思国计细量民生第四节第四节 化学计量的发展化学计量的发展
