46
分析化學之試 藥、儀器與單 元操作 第二章 分析化學的中心是由一組操作單元與儀器裝置所構成的核 心,這一組是訓練過程之實驗工作所必需的,也是分析化學之成 長與研發的基礎。在這張照片中,一位學生正在測量有機物質樣 品中的氮含量,並且將滴定數據記錄在實驗記錄簿中。 在本章中,將介紹分析化學家所使用的工具、技術與 試藥。從兩個世紀前直到今日都一直在進行這些工具的研發 工作。而隨著電子分析天平、自動滴定儀和其他電腦操控儀 器先後問市,而改良了分析化學的技術,分析方法的操作速 率、便利性、準確度與精密度通常也會隨之改善。譬如在 40 年前,測量樣本質量需要花費 5 10 分鐘,而如今則只需要 數秒鐘的時間即可。而使用對數表進行 10 20 分鐘的計算 過程,現在使用電腦試算表或電子計算機之後,就幾乎可以 立即完成這項工作。因為我們已經習慣了這些偉大的技術性 改善作法之後,對於古典分析化學的一些繁雜技術,通常就 會缺乏耐心進行之。而正因為這種不耐性驅使人們再去研發 出更好的技術方法。事實上,因為追求速率與便利性的興趣 而對古典方法所進行的改良工作,通常並不需要犧牲其準確 度與精密度。 然而必須強調的是,在分析實驗室中,有許多單元操 作是永遠都會被使用到的。在過去兩個世紀以來,這些嘗試 和實際運作的操作都一直被逐漸改良著。有時候,在本章中 所提出的一些指導方針會顯得有點教條式。雖然我們會嘗試 解釋,為什麼單元操作需要以其中所描述的方式來進行之, 然而也是可以試著去改變其中的步驟,或者跳過此處或其他 的一兩個步驟,以節省操作時間和人力。不過要再度提醒的 是,除非已經和指導教師討論過將要進行的改變工作,並且

ch02 Fundamentals of Analytical Chemistry

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Fundamentals of Analytical Chemistry

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  • 40

    5 10

    10 20

  • 2-2

    100

    2A

    2A-1

    (American Chemical

    Society, ACS) 1

    ACS

    (primary standard)

    13A-2

    (National Institute of Standards and 1 Committee on Analytical Reagents, Reagent Chemicals, 10th ed. Washington, DC: American Chemical Society, 2005,

    (NIST)

    (National Bureau of Standards)

  • 2-3

    Technology, NIST)

    (reference

    standard)2

    2A-2

    1.

    2.

    3.

    4.

    5.

    2 NIST (Standard Reference Materials Program, SRMP) www.nist.gov NIST NIST

  • 2-4

    6.

    7.

    2B

    ()

    3

    2C

    2-1

    3 38

    2-1

  • 2-5

    (bumping)

    (wet ashing)

    2D

    2D-1

    (analytical balance) 1 g

    105

    106

    (macrobalance)

    160 200 g

    160 200 g 0 .1

    mg

    1 g

    105

  • 2-6

    0.1 mg (semimicroanalytical

    balance) 10 30 g

    0.01 mg (microanalytical balance)

    1 3 g 0.001 mg (1 mg)

    (equal-arm balance)

    (single-pan analytical balance) 1946

    (electronic

    analytical balance)

    2D-2

    2D-3

    2D-2 4

    2-2

    (levitate)

    1 3 g

    0.001 mg

    1 g

    4 R. M. Schoonover, Anal. Chem., 1982, 54, 973A; DOI: 10.1021/ac00245a003.

    10 30 g

    0.01 mg

  • 2-7

    (servo system)

    2-3

    (cell)

    (flexure)

    2-3a 2-3b

    (taring control)

    100

    2-2 (a) (b) (a) R. M. Schoonover, Anal. Chem., 1982, 54, 973A. Published 1982 American Chemical Society.

  • 2-8

    30 g 0.01 mg

    2D-3

    2-3 (a) (b) (a) R. M. Schoonover, Anal. Chem., 1982, 54, 973A. Published 1982 American Chemical Society. (b) K. M. Lang, Amer. Lab., 1983., 15(3), 72. Copyright 1983 by International Scientic Communications, Inc.

  • 2-9

    2-4

    (beam) (knife edge) (A)

    (B)

    (stirrup)

    (beam arrest) (pan

    arrest)

    2 -4 [

    R . M . Schoonover , Ana l . C h e m . , 1 9 8 2 , 5 4 , 973A. Published 1982 American Chemical Society.]

  • 2-10

    (air damper) (dashpot)

    (< 1 mg)

    100 mg

    2-4

    0 100 mg (reticle)

    0.1 mg

  • 2-11

    1.

    2.

    3. 2E-6

    4.

    5.

    6.

    7.

    2D-4 5

    (buoyancy error)

    6

    W1 W2 dobj

    dwts dair dair

    0.0012 g/cm3

    2-5 2-1

    2 g/cm3 0.1

    pH

    5 R. Battino and A. G. Williamson, J. Chem. Educ., 1984, 61, 51, DOI: 10.1021/ed061p51.6 M. R. Winward et al., Anal. Chem., 1977, 49, 2126, DOI: 10.1021/ac50021a062.

  • 2-12

    7.8 8.4 g/cm3 8

    g/cm3

    10 15 mg 2-6

    2-5

    = 8 g/cm3

  • 2-13

    Static-Master

    2-6

    110

    AB 7.5 g KCl

    2-1

    7.6500 g 0.92 g/cm3

    9.9700 g (d = 8.0 g/cm3)

    9.9700 _ 7.6500 = 2.3200 g

    2.3200 g 2-1 dair

    0.0012 g/cm3 dobj 0.92 g/cm3 dwts 8.0 g/cm3

  • 2-14

    100 mg

    2D-5

    150 200 g 1 mg

    25,000 g

    0.05 g

    2E

  • 2-15

    0.2 0.3 mg

    2E-1

    (weighing bottle)

    2-7

    2E-2

    (desiccator) 2-8

    (Drierite)Anhydrone Dehydrite

    0.2 0.3 mg

    2 -7

  • 2-16

    2E-3

    105 110

    2-9

    2-8 (a) (b)

    2-9

  • 2-17

    2-10

    2E-4

    2E-5

    2-10

  • 2-18

    2E-6

    2F

    2F-1

  • 2-19

    2-11

    2-16

    (sintered-glass) (fritted-glass)

    fm c

    200

    (Gooch crucible)

    500

    2-11

  • 2-20

    38C-11

    9 11 cm

    0.1 mg

    ()

    2-1

    1

  • 2-21

    140 260

    110

    12 16

    5 6 7

    8

    (Meker)

    (Tirrill) (Bunsen)

    (muffle furnace) 1100

    2F-2

    7 E. S. Beary. Anal. Chem., 1988, 60, 742, DOI: 10.1021/ac00159a003.8 R. Q. Thompson and M. Ghadradhi, J. Chem. Edu., 1993, 70, 170, DOI: 10.1021/ed070p170.

    2-11

  • 2-22

    2-15

    0.3 mg

    (decantation)

    (washing) (transfer)

    2-12a

    2-12b

    2-12(a) (b)

  • 2-23

    (rubber

    policeman)

    (creeping)

    Triton X-100

    2F-3

    2-13 60 deg

    (a)

    (b) (c)

    (d)

    (e)

    (f)

  • 2-24

    2-13 (a) (b) (c) (d) (e) (f)

    2-14

    (a) (b)

    (c) (d)

    (e)

  • 2-25

    2-14 (a) (b) (c) (d) (e)

    1 cm

    2-15

    2-15

  • 2-26

    2-16

    2F-4

    1.

    2.

    3.

    4.

    2G

    2-16

  • 2-27

    2G-1

    (liter) (L)

    (milliliter) (mL) (0.001 L)

    (mL) 10_6 L

    10_3 mL

    2G-2

    0.025%/5

    10_3 L

    5 40.00 mL

    20

    20

    20

    1

    2G-3

    (pipet) (buret) (volumetric

    A B PyrexKimax

    A 2 - 2 9 2-31 B

    A

    2-2

  • 2-28

    flask)

    TD TC

    2-17

    2-2 (volumetric)

    (transfer) 2-17a 0.5 200 mL

    2-17 (a ) (b) (c ) (d) Eppendorf (e) (f)

  • 2-29

    (measuring pipet) 2-17b c

    0.1 25 mL

    2-2

    Eppendorf 2-17d

    2-18a

    1

    * TDTC**

  • 2-30

    2-18b

    LCD

    10 L 20 mL

    2-18 (a) 100 1000 L 100 L 3.0% 0.6% 1000 L 0.6% 0.2% 525 L

  • 2-31

    2-19a

    Teon

    2-19b

    5 mL 5 L

    (TC)

    2-20

    (TD)

    2G-4

  • 2-32

    2-19 (a)(b)

    2-20

    (meniscus)

    (parallax)

  • 2-33

    2-21 (a)

    12.58 mL (b)(c)

    12.62 mL (d)(e)

    12.67 mL (f)

    (c) (d)

    2-21

  • 2-34

    Propipette (B) AC D

    A B A C C D D

    2G-5

    2

    3 cm

    2-22a 2-22b

    2-22c

  • 2-35

    2-22 (a) (b)

    (c) (d) (e)

    (f) (g) (h)

    2-22d 2-22e

    2-22f

    10

    2-22g, h

  • 2-36

    2G-6

    (1)

    (2)

    (3)

    1.

    2.

    3.

    5 10 mL

    0.01 mL

  • 2-37

    (~ 1 min)

    0.01 mL

    2-23

    1 mL

    2

    3 30

    0.01 mL

    1.

    2.

    3

    3.

    2-23

  • 2-38

    2G-7

    (~ 1 min)

  • 2-39

    2H

    2D-4

    2-1

    (T) 2-2

    20

    2-3

    2-3

    T (1)

    (2) 20

  • 2-40

    2H-1

    2-3

    25 mL 25

    24.976 g 2-3 25 20

    *

  • 2-41

    2-3

    1

    0.00 mL

    10

    125 mL

    10 mL/min

    10 mL

    1

    2-3

  • 2-42

    0.02 mL

    20 mL

    10 mL

    2-3

    50 mL 500 mL

    50 mL 500 mL

    2I

  • 2-43

    2I-1

    1.

    2.

    3.

    4.

    5.

    2I-2

    9

    2-24

    1.

    2.

    3.

    9 Howard M. Kanare, Writing the Laboratory Notebook. Washington, DC: American Chemical Society, 1985.

  • 2-44

    4.

    1.

    2.

    3.

    2-24

  • 2-45

    2J

    1.

    2.

    (Ofce of Safety and Health Administration, OSHA)

    3.

    4.

    5.

    6.

    7.

  • 2-46

    8.

    9.

    10.

    11.

    12.

    13.