分析化学

2023年4月，教育部启动了化学等8个基础学科系列“101计划”，旨在以核心课程教学改革为突破口和试验区，探索化学领域拔尖创新人才培养的新理念、新内容、新方法。凝练化学核心课程的核心要素和前沿要素，进一步实现课程、教材、教师、实践、教法等方面的全面建设和改革。分析化学课程是化学“101计划”规划建设的重要核心课程之一。分析化学课程与教材建设是以国内27所化学领域获批“基础学科拔尖学生培养计划2.0基地”高校的一百余位分析化学骨干教师为核心成员，依托“101计划”分析化学课程虚拟教研室开展交流研讨，以教学名师、领域专家为各章节负责人，共同推动“101计划”分析化学的整体建设工作。

教材建设团队前期针对国内外高校分析化学相关课程设置、教学内容编排、国内外相关教材情况调研分析的基础上，进行问卷调查和建议反馈，开展多次跨校教学研讨，并结合教育部高等学校化学类专业教学指导委员制定的《化学类专业化学理论教学建议内容》，凝炼出“101计划”分析化学的核心知识体系。加强定量分析基础理论的梳理，在经典滴定分析部分融合了分段式讨论和反函数法，加强核心原理的关联，促进高阶思维培养；仪器分析部分除了传统的光分析、电分析、色谱分析和波谱分析之外，增加了表界面和显微成像分析，并加强内容的模块化凝炼；加强复杂实际样品分离分析相关内容，将各类仪器分析的前沿技术发展和科研最新成果引入教材，有助于学习者的科学思维和探究创新能力提升。本教材内容具有高阶性、创新性和挑战度，符合化学拔尖创新人才培养的需求。

本教材内容设置上具有以下特点：

（1）兼顾定量分析基础与前沿，建立完整的分析化学知识体系。将化学分析和仪器分析内容一体化，帮助学习者系统构建完整的分析化学学科知识体系；围绕“定量”分析，兼顾基础与前沿，不仅涉及定量关系基础理论、数据分析、方法特点、仪器结构、具体分析应用等内容，还介绍各类仪器方法的前沿发展。如在数据处理方法中引入多变量校正、人工智能；在常规基于热力学平衡的分析方法之外，新增动力学分析法及应用；在经典仪器分析方法基础上，拓展介绍光化学传感、微电极、分离分析、波谱联用技术等前沿内容。引导学习者建立定量分析基本原理、方法应用和前沿研究之间的逻辑关联，促进学科思维形成。

（2）加强复杂实际样品多组分分离分析等实际问题的解决。分析化学的研究对象往往处于复杂样品基体中，存在多种共存干扰，本教材组织中重视复杂样品分离分析等实际问题解决。在分析过程与样品采集及制备中，介绍实际样品分离、富集新方法和样品制备新进展。在色谱分析章节，在经典色谱理论和应用的基础上，介绍如何将高效分离与特异性检测相结合构建联用技术，解决复杂基质中痕量物质定性、定量和结构分析问题；针对微量样品多组分分离分析的需求，如何构建集成化的微流控芯片，并实现微流控分离分析和联用，解决细胞等复杂生物组分定量分析；面对组学分析等复杂科学问题，如何发展新的分离分析新原理、新方法和新装置。分析化学家高鸿先生说过，对象和方法的矛盾是分析化学发展的动力。这些内容的加强，能够引导学习者关注分析对象的实际情况，发现研究对象和分析方法间的矛盾，形成对方法改进和创新的研究动力。

（3）引入表界面分析和显微成像分析等领域新发展，拓展内容深度广度。近年来，分析化学的应用领域不断向生命科学、材料科学、能源科学等领域拓展，这也对分析方法提出更多新的挑战。比如生命体系复杂过程研究，需要高灵敏、高选择性、动态实时、单细胞、单分子水平的分析检测技术。新型微纳材料结构与功能研究中，需要对表界面化学成分和结构进行静态、甚至动态实时分析。在新能源研究方面，也需要各类高灵敏、高时空分辨的原位检测技术，实现不同尺度、不同相界面、不同材料表面能源过程动态变化的监测。这些新发展和新问题已经不是传统仪器分析方法所能涵盖和解决的，这就需要表界面分析技术和显微成像技术。教材在表界面分析中，介绍了电子能谱、离子散射谱、二次离子质谱、扫描电镜、透射电镜等表界面分析技术的原理、应用与发展，并介绍相关原位技术如何实现实时动态表征材料的化学成分和结构性质。在显微成像分析中，介绍扫描隧道显微镜、原子力显微镜、扫描电化学显微镜、光学显微镜等如何实现单原子、单分子操控，如何表征材料表面电化学活性，如何借助分子标记技术实现细胞等生物体系生化成分定性、定量检测，如何突破衍射极限实现超分辨化学和生物成像。这些内容的学习具有一定挑战度，但从拓展学科视野维度、形成创新研究思维，为应对未来新挑战打下坚实基础的角度，又是非常重要的。

（4）在教材建设中融入科学观和价值观引导。“定量”分析是分析化学最核心的任务，而分析化学的“产品”是分析测量数据，从样品采集、制备、检测到数据分析和报结果每一步操作都可能带来测量误差，影响结果的可靠性。因此，在教材编写中，注重引导学习者树立严谨、实事求是的态度，形成严格的“量”的概念。分析化学被认为是科技发展的“眼睛”，建立新的分析技术和拓展各类分析方法的应用领域，最本质的目的是为了服务国计民生和探究科学本质。因此，在教材内容组织上，将各类分析方法的应用与国家战略、技术前沿和科学前沿相结合，并在副栏中增加了学科史、科技史中的人物事迹、典型案例、应用实例、挑战性问题等与知识内容密切相关的拓展资源。以期引导学习者树立精准定量的思想、经世致用的理念，形成探究求真的科学素养，传承老一辈分析工作者的使命担当。

本教材汇聚了来自27所高校的一百多位教师的集体智慧，由“101计划”分析化学课程负责人湖南大学蒋健晖负责本书的总体规划，湖南大学谭蔚泓院士担任“101计划”分析化学课程与教材的责任专家，把握总体方向和框架。湖南大学宦双燕、中山大学李攻科、北京大学李娜担任主编，华东理工大学张文清、湖南大学陈增萍、北京化工大学杨屹、武汉大学胡斌、华东师范大学田阳、大连理工大学吴硕、北京师范大学卢忠林、北京航空航天大学岳永海、南京大学江德臣、湖南大学崔承担任副主编，共同负责全书的统稿、梳理、审定、修改及交叉审查。具体的编写分工如下：

第一章：1.1 肖小华、李攻科（中山大学）；1.2 张卓旻、李攻科（中山大学）、冯国栋、苏星光（吉林大学）；1.3 夏炎（南开大学）、李攻科（中山大学）；李攻科（中山大学）负责本章统稿。

第二章：2.1 胡坪、张文清（华东理工大学）；2.2 邵利民（中国科学技术大学）、杨千帆（四川大学）；2.3 陈增萍、王童（湖南大学）；张文清（华东理工大学）、陈增萍（湖南大学）负责本章统稿。

第三章：3.1 陈宏丽、陈永雷（兰州大学），王敏（浙江大学），邹鸿雁（西南大学）；3.2 邵利民（中国科学技术大学），李娜（北京大学）；3.3 崔承（湖南大学）；李娜（北京大学）负责本章统稿。

第四章：4.1 董朝青、黄香宜（上海交通大学）；4.2 王楠、刘敏（华中科技大学）；4.3 林建斌（厦门大学）、宦双燕（湖南大学）；4.4 李剑锋、董金超、张月皎（厦门大学）；4.5 唐昊、羊小海、蒋健晖（湖南大学），渠凤丽、张慧（中国科学院大学杭州高等研究院，中国科学院杭州医学研究所）；4.6 邹鸿雁、王健、黄承志（西南大学）；宦双燕（湖南大学）负责本章统稿。

第五章：5.1 张金懿、郑成斌（四川大学）；5.2 杨屹、宋佳一（北京化工大学）；5.3 张莉、刘佳蕙（北京大学）；杨屹（北京化工大学）负责本章统稿。

第六章：6.1 瑕瑜（清华大学）、魏振威（武汉大学）、王兴华（吉林大学）；6.2 李功玉（南开大学）、乔亮 （复旦大学）；6.3 胡斌、陈贝贝（武汉大学）；6.4 张新祥（北京大学）；胡斌（武汉大学）负责本章统稿。

第七章：7.1 张立敏、田阳（华东师范大学）；7.2 蔡彬（山东大学）、苏彬（浙江大学）；7.3 赵伟伟、王伟（南京大学）；7.4 吴洁、江德臣（南京大学），张中海 施毅（华东师范大学）；田阳（华东师范大学）负责本章统稿。

第八章：8.1 宋波（大连理工大学）；8.2 郭慧敏、吴硕（大连理工大学）；8.3 王勇、刘宇（天津大学），张海霞（兰州大学）；8.4 张文珠（大连理工大学）；8.5 胡玉斐、李攻科（中山大学）；8.6 陈惠（复旦大学），夏凌、李攻科（中山大学），林金明（清华大学）；8.7 李攻科、胡玉玲、肖小华（中山大学），闵乾昊（南京大学），陈静（山东大学）；吴硕（大连理工大学）、李攻科（中山大学）负责本章统稿。

第九章：9.1-9.4 刘睿、卢忠林 (北京师范大学) ；卢忠林负责本章统稿。

第十章：10.1 李丽东（北京航空航天大学）；10.2 赵东宇（北京航空航天大学）；10.3 赵天艺（北京航空航天大学）；10.4 岳永海，杨青林（北京航空航天大学）；10.5 岳永海，陈科（北京航空航天大学）；岳永海负责本章统稿。

第十一章：11.1 王晖（南京大学）；11.2 李剑、王康（南京大学）；11.3 邹桂征（山东大学），江德臣 潘荣容（南京大学）；11.4 李朝辉、于岚岚、叶中菊、王瑞勇（郑州大学），邢航（湖南大学）；11.5 刘剑波、熊斌（湖南大学）；11.6 黄腾翔（厦门大学）；江德臣（南京大学）负责本章统稿。

另外，除上述编写人员外，李轶、雷圣宾（天津大学），王欢（北京大学），高明霞（复旦大学），李春梅、甄淑君、詹蕾（西南大学），张斌、徐晓文（山东大学），袁智勤、李增和（北京化工大学）， 张四纯 (清华大学)，苏萍（北京化工大学），李顺华（厦门大学），欧阳津、刘红云、那娜（北京师范大学），朱丽华（华中科技大学）也参与了本教材的前期资源建设和互审。本教材编写过程中，湖南大学俞汝勤院士、国家“万人计划”教学名师王玉枝，湖南大学化学化工学院院长张晓兵都提出了宝贵意见和建议，在此一并表示衷心感谢！

感谢教育部化学“101计划”工作组的支持！感谢参加本书编写所有高校领导和老师的支持！

由于编者水平有限，编写时间紧迫，本书的疏漏和不当之处在所难免，恳请广大读者和同行不吝赐教、批评指正。

编者

2024.9