01 / 導讀
導讀
引用
Harris, D. C. (2012). Exploring Chemical Analysis (5th ed.). W. H. Freeman.
章節概要
第5版約640頁，共24章，編號從第0章到第23章。每章以一則簡短的真實故事開場（河水中的古柯鹼殘留、鳳凰號火星登陸器上的滴定、臭氧洞等），編號小節之間穿插專欄、課堂示範實驗，有幾章還附有參考實驗步驟。出版社將本書描述為給主要興趣通常不在化學的學生使用的一學期入門教科書。書末有名詞解釋、四個資料附錄（溶度積、酸解離常數、標準還原電位、氧化數與氧化還原方程式平衡）、「Ask Yourself」問題的解答以及習題答案。
第0章：分析流程
簡要介紹分析化學家的工作與分析的一般步驟，並附一個關於如何取得代表性樣品的專欄。
第1–2章：化學量測；實驗工具
第1章談SI單位、單位換算、濃度單位、溶液配製，並初步介紹平衡常數。第2章是實驗操作指引：安全、廢棄物處理與綠色化學、實驗紀錄簿、分析天平、滴定管、量瓶、吸量管與注射器、過濾、乾燥、玻璃量器的校正以及樣品前處理方法，並附有校正50 mL滴定管的參考步驟。
第3–5章：數學工具箱；統計；品質保證與校正方法
資料處理的核心部分。第3章討論有效數字、誤差類型、不確定度的傳遞，並介紹試算表與用Excel繪圖。第4章涵蓋高斯分布、F檢定、Student t與試算表t檢定、判斷離群值的Grubbs檢定、最小平方擬合與檢量線；一個專欄以流行病學的例子說明如何選擇虛無假設。第5章介紹品質保證（含管制圖）、方法確效、標準添加法與內標準法。
第6–7章：滴定入門；重量分析與燃燒分析
第6章說明容量分析的原理與計算，其中有一節談魚缸裡的化學（出版社提到來自海水水族箱的課堂數據），接著討論溶度積、混合物滴定與涉及銀離子的滴定。第7章談沉澱、重量分析計算與燃燒分析。
第8–11章：酸鹼入門；緩衝溶液；酸鹼滴定；多質子酸鹼
這是全書最長的一組章節。第8章建立[H⁺]、[OH⁻]與pH之間的關係，並展開弱酸、弱鹼平衡。第9章介紹Henderson–Hasselbalch方程式、緩衝溶液的配製與緩衝容量，以及指示劑的作用原理。第10章建構強、弱酸鹼的滴定曲線，討論終點的判定，介紹凱氏氮分析，並示範如何用試算表模擬滴定。第11章以胺基酸為例推廣到雙質子系統，並討論在特定pH下哪一種物種占優勢。
第12–13章：深入探討化學平衡；EDTA滴定
第12章加入離子強度、活度係數、電荷平衡與質量平衡、平衡的系統化處理以及分率組成方程式。第13章談金屬螯合錯合物、EDTA、金屬指示劑、滴定技術、金屬–EDTA平衡對pH的依賴，以及滴定曲線。
第14–17章：電極電位；電極量測；氧化還原滴定；電化學儀器分析方法
第14章從氧化還原化學與賈法尼電池談到標準電位、能斯特方程式、E°與平衡常數的關係以及參考電極。第15章談指示電極、液接電位、離子選擇性電極與用玻璃電極測pH。第16章討論氧化還原滴定理論、氧化還原指示劑與涉及碘的滴定。第17章介紹電重量分析與庫侖分析、安培法、伏安法與極譜法。
第18–20章：要有光；分光光度法：儀器與應用；原子光譜法
第18章介紹光的性質、吸收與比爾定律，以及量測時的實務問題。第19章說明分光光度計、混合物分析、分光光度滴定、分子吸收光時發生了什麼，以及分析中的冷光。第20章談火焰、石墨爐與電漿原子化、溫度的影響、儀器、干擾以及感應耦合電漿質譜。
第21–23章：層析與質譜原理；氣相層析與液相層析；其他層析方法與毛細管電泳
第21章解釋什麼是層析、如何描述層析圖以及譜帶為何變寬，接著介紹質譜與質譜圖所含的資訊。第22章談氣相層析、傳統液相層析與高效液相層析，以及樣品前處理。第23章補充離子交換層析、離子層析、分子排除層析與親和層析，接著談毛細管電泳，最後以晶片上的DNA鑑定作結。
核心概念
第0–5章：量測與數據
- 代表性樣品：組成能反映被分析物料整體組成的樣品。
- 不確定度的傳遞：各量測值的不確定度如何在計算結果中合成。
- F檢定、t檢定與Grubbs檢定：用來比較精密度、比較平均值，以及判斷是否剔除離群值的統計檢定。
- 標準添加法與內標準法：能補償基質效應與儀器感應變動的校正方法。
第6–13章：平衡與滴定
- 溶度積：支配難溶鹽溶解的平衡常數。
- Henderson–Hasselbalch方程式：緩衝溶液pH、pKa與鹼酸比之間的關係。
- 平衡的系統化處理：寫出所有平衡式並配合電荷平衡與質量平衡來求解系統。
- EDTA滴定：用一種結合能力隨pH變化的螯合劑滴定金屬離子。
第14–17章：電化學
- 能斯特方程式：電池電位如何取決於反應物與生成物的濃度（活度）。
- 離子選擇性電極：電位只對某一種離子有選擇性感應的電極，最常見的是玻璃pH電極。
第18–23章：光譜與分離
- 比爾定律：吸光度與濃度及光徑長度成正比。
- 譜帶變寬：層析峰在管柱中移動時變寬的現象，限制了解析度。
- 毛細管電泳：在細毛細管內的電場中依遷移差異分離離子的方法。
評析
優點
- 內建解題輔助。 根據出版社說明，每個例題後都有一道「Test Yourself」題，把問題拆成較簡單的步驟；目錄顯示書末附有「Ask Yourself」問題的解答與習題答案。另有單獨販售的解答手冊。
- 處處結合實例。 章首故事與專欄把分析方法連結到生物學、環境科學、醫學與行星科學；出版社列出的第5版新增應用包括在火星上偵測過氯酸鹽、食品容器中的雙酚A，以及晶片上的DNA鑑定。
- 使用試算表但不依賴它。 試算表在第3章就引入，並在t檢定、最小平方與滴定曲線中反覆使用，但出版社指出不開啟試算表也能使用本書；適合用試算表解的習題標有圖示。
- 課堂示範與實驗實務。 平衡與電化學各章穿插示範實驗，第2章及其參考步驟則為實驗室工作提供了實用的入門。
局限
- 偏重平衡與滴定。 24章中有12章（第6–17章）談平衡、滴定與電化學，光譜與分離合計只有6章。需要深入學習儀器分析的學生還需要另一本教科書。
- 軟體與案例已顯老舊。 第5版出版於2012年，試算表說明更新到Excel 2007，選單與指令與現行版本不同。
- 沒有用於結構鑑定的分子光譜。 目錄中沒有紅外光譜與NMR；質譜是在層析一章中引入的。
在課程中的定位
本書是本課程中最容易入門的定量分析教科書。Harris與Lucy的 Quantitative Chemical Analysis 出自同一位作者，以更大的篇幅講授相近的內容；出版社把 Exploring Chemical Analysis 定位為給主要興趣不在化學的學生使用的一學期課程，因此它適合非化學系學生，化學系學生則可以直接使用 Quantitative Chemical Analysis，或兩書並用。David Harvey的 Analytical Chemistry 2.1 是為第一門分析化學課程所寫的開放教科書，涵蓋相同的領域（平衡、統計、光譜、層析、電化學），是取得補充說明與習題的實用免費資源。
在儀器分析方面，Rouessac與Rouessac的 Chemical Analysis 以較少的理論概覽二十多種儀器方法，正好補上Harris僅有六章儀器分析所留下的空缺；Skoog、Holler與Crouch的 Principles of Instrumental Analysis 則是說明儀器原理與設計的高年級教科書。Bard、Faulkner與White的 Electrochemical Methods 是研究所教科書，適合專攻電化學的學生在讀完第14–17章後繼續閱讀。
如何使用本書
本書適合一學期的分析化學課程，特別是生物學、地質學、環境科學等化學以外科系的學生。預期的基礎是普通化學，包括化學計量與對平衡的初步認識；平衡在第1章中會再次談到。
一學期的實用計畫：
- 核心： 第0–5章（量測、實驗工具、誤差、統計與品質保證），接著是第6章與第8–10章（滴定、酸鹼、緩衝溶液、酸鹼滴定）。這些是任何分析實驗的基礎。
- 電化學與光譜： 讀第14–15章與第18–19章，掌握電位、電極、比爾定律與分光光度法。
- 分離： 讀第21–22章，認識層析原理與主要層析方法。
- 依時間與興趣選讀： 第7章（重量分析與燃燒分析）、第11–13章（多質子系統、活度與平衡的系統化處理、EDTA）、第16–17章（氧化還原滴定與電化學儀器分析）、第20章（原子光譜）與第23章（其他層析方法與毛細管電泳）。
做完每個例題的「Test Yourself」題再往下讀，接著做「Ask Yourself」問題，並對照書末解答檢查。第一次實驗前先讀第2章，並依其中介紹的方式記錄實驗紀錄簿。即使使用較新版本的Excel，試算表習題也值得一做，因為最小平方、滴定曲線等技巧可以直接沿用。