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定量化學分析 cover

化學

化學

定量化學分析

Daniel C. Harris; Charles A. Lucy

英文原名: Quantitative Chemical Analysis

一本分析化學教科書,涵蓋定量分析技術、統計方法與現代儀器分析,強調實際應用。

難度等級
中級
學術層次
大學部
分析化學定量分析化學統計學光譜學色譜法電分析方法酸鹼滴定品質保證

01 / 導讀

導讀

引用

Harris, D. C., & Lucy, C. A. (2026). Quantitative Chemical Analysis (11th ed.). Macmillan Learning.

章節概要

出版社的目錄列出 28 章,編號從 0 到 27,只給出章名。第十版(2020 年)的作者相同,但章節編號和部分章名可能不同,所以請核對你手頭那一版的目錄。現行版本的順序是:從分析過程和測量開始,經過統計與校準,進入一個很長的平衡與滴定區塊,然後是取樣和各類儀器方法。

第 0 章:The Analytical Process(分析過程)

一個編號為零的開篇章節,位於測量各章之前。章名把分析過程作為全書的第一個主題。

第 1–3 章:Chemical Measurements(化學測量);Tools of the Trade(實驗工具);Experimental Error and Uncertainty(實驗誤差與不確定度)

三個關於測量的基礎章節:化學測量的量與單位、實驗室的裝置,以及實驗誤差與不確定度的性質。

第 4–5 章:Statistics(統計);Quality Assurance and Calibration Methods(品質保證與校準方法)

統計和品質保證以及校準方法被安排在任何平衡化學之前。作者簡介稱,合著者 Charles Lucy 對統計、分光光度法和層析這幾章的影響最大,並為各章後習題帶來了強調資料圖形檢查的內容。

第 6–12 章:Chemical Equilibrium(化學平衡);Let the Titrations Begin(滴定開始);Activity and the Systematic Treatment of Equilibrium(活度與平衡的系統處理);Monoprotic Acid-Base Equilibria(一元酸鹼平衡);Polyprotic Acid-Base Equilibria(多元酸鹼平衡);Acid-Base Titrations(酸鹼滴定);Analytical Complexation(分析中的配位)

全書最長的區塊:連續七章講平衡以及依賴平衡的滴定。滴定在第 7 章引入,緊跟在一般平衡一章之後;酸鹼平衡(先一元,後多元)通向酸鹼滴定一章。第 8 章討論活度和處理平衡問題的系統方法,配位在第 12 章為這一區塊收尾。

第 13 章:Sampling and Sample Preparation(取樣與樣品製備)

只有一章講如何獲得並製備有代表性的樣品,位置在平衡區塊之後、儀器方法之前。

第 14–17 章:Fundamentals of Electrochemistry(電化學基礎);Electrodes and Potentiometry(電極與電位法);Redox Titrations(氧化還原滴定);Electroanalytical Techniques(電分析技術)

電化學從基礎講起,隨後轉入電極和電位法。氧化還原滴定位於電位法與第 17 章的電分析技術之間。

第 18–22 章:Fundamentals of Spectrophotometry(分光光度法基礎);Applications of Spectrophotometry(分光光度法的應用);Spectrophotometers(分光光度計);Atomic Spectroscopy(原子光譜);Mass Spectrometry(質譜)

分光光度法被分為原理、應用和儀器三章。原子光譜和質譜隨後各成一章。

第 23–26 章:Introduction to Chromatography(層析導論);Gas Chromatography(氣相層析);High-Performance Liquid Chromatography(高效能液相層析);Chromatographic Methods and Capillary Electrophoresis(層析方法與毛細管電泳)

先有一章講層析的一般內容,然後是氣相層析和高效能液相層析,最後一章講其他層析方法以及毛細管電泳。

第 27 章:Gravimetric and Combustion Analysis(重量分析與燃燒分析)

最後一章把重量分析和燃燒分析放在一起,安排在全書的末尾。

核心概念

第 0–5 章:過程、測量與統計

  • 分析過程:化學問題變成分析結果所經歷的步驟(第 0 章)。
  • 實驗誤差與不確定度:測量結果的可靠程度(第 3 章)。
  • 統計、品質保證與校準:評判並標定結果的工具(第 4–5 章)。

第 6–13 章:平衡、滴定與取樣

  • 活度與平衡的系統處理:處理真實溶液和多重平衡問題(第 8 章)。
  • 酸鹼平衡與配位平衡:一元和多元系統以及分析中的配位(第 9、10、12 章)。
  • 滴定:酸鹼滴定(第 11 章),以及後面的氧化還原滴定(第 16 章)。
  • 取樣與樣品製備:獲得待分析的物料(第 13 章)。

第 14–27 章:儀器方法與經典方法

  • 電位法與電分析技術:電極和電化學測量(第 14–17 章)。
  • 分光光度法、原子光譜與質譜:基於光學和基於質量的測量(第 18–22 章)。
  • 層析與毛細管電泳:分離方法(第 23–26 章)。
  • 重量分析與燃燒分析:基於質量的測量(第 27 章)。

評析

優點

  • 一冊之內內容廣泛。 目錄涵蓋測量與統計、平衡與滴定、取樣、電化學、分光光度法、原子光譜、質譜、層析、毛細管電泳以及重量分析與燃燒分析,因此一本書就能支撐全年的分析化學課程。
  • 配套的解題支援充足。 據出版社介紹,書中的例題(Examples)和練習(Exercises)都有完整解答,習題(Problems)的答案在書後,詳細解答在另行出版的解答手冊中;現行版本還為隨例題出現的「Test Yourself」題提供了完整解答。
  • 習題引入研究材料。 Charles Lucy 的作者簡介說,他新編的章末習題強調對資料作圖檢查,取材於原始文獻和研究論文,並使用層析模擬器之類的線上工具。
  • 時事性的編排。 出版社稱,各章開篇和例子取自文獻,現行版本增加了 25 篇以上從事分析化學工作者的人物介紹以及職業資訊,並在圖說、旁註和影片中標註大學部學生的研究工作。

局限

  • 前面平衡部分分量偏重。 連續七章(第 6–12 章)講平衡與滴定之後,才出現取樣或任何一章儀器方法,因此想早點接觸儀器的課程需要調整閱讀順序。
  • 篇幅大且隨版次變化。 全書 28 章,超出單一課程所能涵蓋的範圍;出版社在 2020 年的第十版之後又推出了新版,所以閱讀清單和解答集中的章節編號在不同版次之間並不一致。
  • 出版社的說法不是獨立證據。 「gold standard(金標準)」「rigorous(嚴謹)」之類的描述來自出版社的行銷頁面;上文的目錄和習題支援說明才是可以核實的部分。

在課程中的定位

在本課程所列的分析化學書中,Harris 和 Lucy 與 Harvey 是兩本篇幅完整的通用教材。Harvey 的 Analytical Chemistry 2.1 是水平相近的免費開放授權替代品,共十五章,另有專門講方法建立和品質保證的章節;兩書在統計、平衡、滴定和主要儀器方法類別上重疊。Harris 自己的 Exploring Chemical Analysis 被描述為本書篇幅更短、數學要求更低的配套讀物,適合作為較輕鬆的第一遍閱讀,或用來獲得另一種解釋。

若要進一步深入,Rouessac 夫婦的 Chemical Analysis: Modern Instrumentation Methods and Techniques 集中講儀器,Skoog、Holler 和 Crouch 的 Principles of Instrumental Analysis 是高年級的儀器分析教材,Bard、Faulkner 和 White 的 Electrochemical Methods 是研究生層次的論述,可延伸第 14–17 章的電化學內容。

如何使用本書

本書面向已修完普通化學、正在學習分析化學課程的學生;出版社的頁面沒有列出正式的先修要求。它最適合作為主教材,前半部分依次閱讀,之後有選擇地使用。

一個全年課程的實用安排:

  • 核心: 第 0–5 章(分析過程、測量、誤差、統計和校準);第 6–12 章(平衡與滴定);第 13 章(取樣)。
  • 儀器區塊(按課程側重選擇): 第 14–17 章的電化學,第 18–21 章的分光光度法和原子光譜,第 23–26 章的層析。對於較短的課程,質譜(第 22 章)和毛細管電泳(第 26 章中)是自然的刪減物件。
  • 最後一章: 重量分析與燃燒分析(第 27 章)可在任何時候閱讀,例如與滴定各章一起讀。

先做例題再做習題,並用書後的答案核對習題;若要完整的解答,需要另外的解答手冊。由於不同版次的內容有差異,在沿用舊教學大綱中的章節清單之前,請先核對你所用版本的目錄。