北京大学定量化学分析相关教材内容演进_李娜.pdf

Univ.Chem.2023,38(6),6974 69 收稿：2022-12-11；录用：2023-01-26；网络发表：2023-02-06*通讯作者，Email: 专题 doi:10.3866/PKU.DXHX202212035 北京大学定量化学分析相关教材内容演进北京大学定量化学分析相关教材内容演进 李娜*北京大学化学与分子工程学院，北京 100871 摘要摘要：介绍了北京大学化学分析教材定量化学分析简明教程的内容特色以及各版次的内容演进。从分析化学工作者解决问题思路的角度出发实现各版次内容的演进。在此过程中，强调解决分析化学问题的基础与基本工具，如系统深入介绍化学平衡以及增加对数据处理的内容，以应用实例为载体，阐释解决分析化学问题的思维方式。关键词关键词：定量化学分析；教材；内容演进 中图分类号：中图分类号：G64；O6 The Evolution of Quantitative Chemical Analysis Textbook by Authors at Peking University Na Li*College of Chemistry and Molecular Engineering,Peking University,Beijing 100871,China.Abstract:This paper introduces the features and evolution of Quantitative Chemical Analysis textbook by authors at Peking University.In the evolution of each edition,the authors try to deliver the thought and way that analytical chemists solve problems.In particular,the authors emphasize on the basic theory and statistical tools,and illustrate the way to solve analytical problems with examples.Key Words:Quantitative chemical analysis;Textbook;Content evolution 北京大学开设分析化学课程可以追溯到19231924年间，化学系开设的21门课程中包括定性分析及实验、定量分析及实验1，期间第一任系主任俞同奎先生虽然调任北京工业专门学校(北京工业大学前身)任校长，仍然兼任北京大学教授，并主讲定量分析等课程2。北京大学化学系于20世纪40年代形成分析化学学科3。经过多年的教学实践，张锡瑜教授于1965年出版定性分析(上下册)4。定量化学分析简明教程第1版是在北京大学化学系1973年定量分析讲义的基础上，由张锡瑜先生指导，彭崇慧、冯建章两位教授编写。之后彭崇慧教授编写了酸碱平衡的处理5，彭崇慧和张锡瑜教授编写了络合滴定原理6。经过多年的教学实践与凝练，最终定量化学分析简明教程于1985年由北京大学出版社出版，之后各版次的基本信息列于表1。北京大学分析化学教学团队还编写了其他包括定量化学分析内容的教材与习题解析，以及与理论课配套的实验课教材与手册710。其中，定量分析化学简明教程(以下简称简明教程)在这些教材中最早出版，被北京大学化学、生物、环境、工学以及医学专业用作基础课教材，还被许多兄弟院校用作教材或教学参考书。虽然已有多篇分析化学教材研究的论文发表1114，但是笔者从分70 大 学 化 学 Vol.38 析化学解决问题的思路与方法的角度简要介绍简明教程的内容特色、多次改版的演进，以及对重要内容的修订。或许读者能够从本文感受到各版次教材作者的用心。表表1 定量化学分析简明教程教材基本信息定量化学分析简明教程教材基本信息(北京大学出版社，出版周期北京大学出版社，出版周期1113年年)版次 书名 作者 出版年 备注 1 定量化学分析简明教程 彭崇慧 冯建章 张锡瑜 1985 1987国家教委优秀教材 一等奖 2 定量化学分析简明教程 彭崇慧 冯建章 张锡瑜 李克安 赵凤林 1997 3 分析化学：定量化学分析简明教程 彭崇慧 冯建章 张锡瑜 编著 李克安 赵凤林 修订 2009“十一五”国家级规划教材 4 分析化学：定量化学分析简明教程 彭崇慧 冯建章 张锡瑜 编著 李娜 张新祥 修订 2020 英文教材 Quantitative Chemical Analysis 李娜 J.Hefferren 李克安 2009 2016北京市精品教材 电子课件“分析化学I”电子课件 李娜 刘锋 赵凤林 李克安 2007 1 教材内容教材内容 最新版次的简明教程继承和发展了之前各版次的内容与写作思路，并随着分析化学学科的发展更新定量分析方法内容。教材所包括的知识点与高等学校化学类专业分析化学相关教学内容与教学要求建议中的化学分析部分基本一致，在此不加赘述15。定量化学分析的理论和方法是分析化学专业及其他相关专业的基础。围绕“量”的概念，解释基本的分析化学原理、方法与应用，阐释分析化学工作者解决问题的思路。基于这一理念，定量分析的整个过程对于分析结果的影响，即对“量”的影响，构成了简明教程重要内容。定量分析的过程主要包括取样、样品制备与预处理、分离富集、测量、方法验证以及分析结果的报告，而作为教材则对这些环节涉及的内容(如图1)进行分别阐述，主要包括：概论部分，主要为定量分析概述与基本计算。简介分析化学的任务与作用、定量分析过程与定量分析方法，以及分析化学中的基本计算。使读者大概了解定量分析化学所解决的问题，分析过程、样品制备的目的与要求等。误差与分析数据处理。定量分析是根据物质的性质测定物质的量。由于误差的客观存在，必须能够对分析结果的可靠性和精确程度作出合理的判断和正确的表述。这部分内容包括分析测定中的误差来源与表征，实验数据的统计处理方法与表达，分析结果的显著性检验，校准方法以及根据校准曲线反估未知样品的量与置信区间，分析方法的品质因素，测定方法的选择与测定准确度的提高。化学平衡简介，容量滴定方法与沉淀重量法。简介化学平衡基本原理，以及系统处理复杂化学平衡的思路，为容量滴定以及沉淀重量法奠定理论基础，提供方法原理。分析化学中常用的分离方法，包括沉淀分离法、溶剂萃取分离法、离子交换分离法、经典色谱法，和其他物理分离法等的介绍。通过分离方法和分离效果的评价方法的介绍，使读者了解分离方法在解决分析化学问题中的重要性。测量方法，主要包括容量滴定方法、沉淀重量法，以及常用仪器分析方法。a)滴定方法与重量法。从能否准确滴定(0.1%滴定误差)出发对滴定曲线、指示剂、选择性滴定，消除干扰效果评判，能否定量获得沉淀等方面在各自方法中进行讨论。b)常用仪器分析方法。包括吸光光度法、分子荧光和磷光分析法、原子吸收光谱法、电位分析法、色谱法与质谱法的定量分析基本原理。No.6 doi:10.3866/PKU.DXHX202212035 71 图图1 化学分析教材的基本内容化学分析教材的基本内容 2 第第1版特色版特色 简明教程 第1版作者以其深厚的功底使内容在具备系统性和完整性的基础上既简又明16。该教材篇幅虽少，但教材思路明确，重点鲜明，突出了基本概念的阐述，理论联系实际，特别是在培养学生分析问题、解决问题的能力上倾心尽力，使教学任务能在规定学时内完成。如书名所示，简明教程是一本言简意赅的定量分析化学教材。深入讲透一两章，为其他各章奠定牢固基础，又起到触类旁通作用，避免繁琐重复的表述。在酸碱滴定章节中，详细介绍了各类型的滴定曲线，进而通过终点误差公式来阐明滴定突跃大小与反应完全度的关系，并总结出实现准确滴定的条件，其他各章则在此基础上着重讨论其各自特点。在络合滴定中，除了参考 I.M.Kolthoff 等主编的 Quantitative Chemical Analysis 17等国外教材，还参考了 A.Ringbom 所著的 Complex in Analytical Chemistry 18的精髓，并进行了凝练，采用副反应与副反应系数的方式处理络合平衡，弄清影响化学平衡的主要项，抓住主要矛盾，并在氧化还原平衡、沉淀平衡等部分进行应用。统一的处理方式加之简化假设，使复杂问题的平衡处理逻辑明确，实用性强。再版教材一直秉承化学分析部分的写作思想与平衡处理方法。设计图表，延伸辅助说明概念与原理，并应用于实际问题的可行性判断。例如，酸碱滴定中把不同强度的弱酸及共轭碱的滴定曲线图向两旁延伸，不仅说明滴定弱酸及其共轭碱的可行性，也说明强酸(碱)-弱酸(碱)混合物滴定酸(碱)总量或分量的可能性，而且还清楚表明当酸、碱太弱而不能直接准确滴定时，采取反滴定策略也是不可行的。在概念的阐述时，密切联系化学分析实际，指出其实用意义。特别强调了摩尔分数的涵义，使学生辨明“分析浓度”和“平衡浓度”这两个重要概念。在阐述各方法的原理与应用时，思路连贯，力求体现分析化学的固有思路。例如配位滴定(络合滴定)部分，以锌离子的测定为主线，阐明形成常数、副反应与副反应系数、控制酸度滴定、以辅助络合剂拓展滴定pH范围，以及通过掩蔽进行选择性滴定等。采用其他滴定体系，补充说明滴定分析中一些剩余问题的解决。从酸碱滴定到络合滴定再到氧化还原滴定，由于影响滴定的实验条件增加，控制条件进行选择性滴定的可能性也就增加，加之在络合滴定、氧化还原滴定中进行样品预处理的方法丰富，又进一步地增加了测定的选择性，以及可测定样品的种类范围。在各种方法的应用方面，提供了代表性应用实例，有助于加强对方法的理解。72 大 学 化 学 Vol.38 3 改版思路与教材内容演进改版思路与教材内容演进 3.1 改版思路改版思路 在改版时，作者秉承简明教程的“简明”初心，保留第1版特色，根据学科发展增减内容，加强基础与重点内容的阐述。对教材中重要的内容进行审定与完善，规范写作体例，使重点更加突出，思路更加清晰，读者更易理解。此外，教材内容随分析方法的发展、教材使用专业范围的增加而进行相应补充，体现了在内容上跟进学科发展，抓住学科前沿，突出教学理念，为教学服务的宗旨。在简明扼要地阐述原理之余，以代表性例题与习题为载体，示例与分析方法相关的原理，影响分析结果的因素以及解决问题的方法，并将新的分析化学应用实例作为部分例题与习题，从而将分析化学工作者解决分析化学问题的思路与方法贯彻始终。改版思路以及各版次主要变更如表2所示。表表2 改版思路以及各版次主要变更改版思路以及各版次主要变更 改进 增加或扩充 调整或修改 第1版 主要特色：注重理论基础；讲透酸碱、络合平衡与滴定；详细讨论误差公式；引入副反应系数 第2版 分析化学现状与发展；滴定分析体积测量；复杂酸碱平衡体系处理方法及计算机应用；全域缓冲溶液；吸光光度法中分子光谱原理、仪器及部件、测定方法；分离方法中的萃取和色谱法 明确反应单元的概念，以及“等物质的量”规则；从滴定剂与被滴定物质出发推导统一误差公式；区分氧化还原反应的计量系数与得失电子数；对总体均值检验提出u检验法和t检验法 第3版 最常用仪器分析定量方法，包括分子荧光和磷光分析法、原子吸收光谱法、电位分析级色谱法 进一步明晰分析化学定义等；试样采集与制备、试样的分解撤销独立章，归入第1章；统一规范书写体例；修改吸光光度法 第4版 校准方法及线性拟合；分析方法灵敏度、检出限和动态范围；误差传递；质谱分析法 更新分析化学的任务和作用；修改各仪器分析方法的描述；重写显著性检验、异常值检验；修改终点误差中对代数法的表述，并从终点误差定义出发讨论终点误差计算；修改分光光度法；修改常用仪器分析定量方法部分内容 思路 注重基础 讲清思路 跟进学科发展 更新教材内容 3.2 教材内容增减教材内容增减 简明教程第1版内容包括：定量分析概论；误差与分析数据处理；酸碱平衡与酸碱滴定法；络合滴定法；氧化还原滴定法；沉