第1章 概论(Introduction) 
学习要求
(1) 了解化学的定义、发展简史及与医学的关系。
(2) 掌握误差的分类、来源、减免方法，准确度、精密度的概念及其表示方法。
(3) 了解提高分析准确度的方法以及可疑值的取舍方式。
(4) 掌握有效数字的概念。
1.1 化学的定义、发展简史及与医学的关系
1997 年，美国化学会会长布里斯罗(Breslow) 出版了《化学的今天和明天——化学是一门中心的、实用的和创造性的科学》(Chemistry Today and Tomorrow：The Central， Useful and Creative Science)一书，并指出化学研究的对象是各种各样的物质。浩瀚的宇宙和地球上人类肉眼能见到的和不能直接观察到的以原子或分子形态存在的物质，都是我们要了解和研究的对象。物质是人类赖以生存的基础，人类进步的物质基础包括天然的和人造的各种化学物质，因此化学是人类认识、利用和改造物质世界的主要方法和手段。21 世纪，化学已被公认为是一门中心科学。
“化学”一词，从字面解释就是“变化的科学”。化学同物理一样皆为自然科学的基础科学。化学也是一门以实验为基础的自然科学。门捷列夫提出的化学元素周期表大大促进了化学的发展。如今很多人称化学为“中心科学”，因为化学是材料科学、纳米科学、生物化学等学科的核心。化学是在原子层次上研究物质的组成、结构、性质及变化规律的自然科学，这也是化学变化的核心基础。现代化学有五个二级学科：无机化学、有机化学、物理化学、分析化学与高分子化学。
1.1.1 化学发展简史
化学是最古老的科学之一，在改善人类生活方面，它也是最有成效的科学之一。人类从懂得使用火开始，就从野蛮进入文明。燃烧是人类应用最早的化学反应，燃烧在改善人类的饮食条件的同时也改善了人们的生活条件，人们利用燃烧制作了陶器，冶炼了青铜等金属。古代的炼丹家更是在寻求长生不老药的过程中使用了燃烧、煅烧、蒸馏、升华等化学基本操作。造纸、染色、酿造、火药等生产技术的发明无一不是经历无数化学反应的结果。因此，化学自产生之日就与人类的生活密切相关。当然，在古代，化学表现出的是一种经验性、零散性和实用性的技术，而未成为一门科学。就在炼丹术产生的500 年后，古老的西方出现了与其极为相似的神秘的炼金术，成为近代化学的雏形。“化学”(chemistry) 一词来源于中古时期的alchemy，alchemy 又直接脱胎于阿拉伯文alkimya 。alkimya 及alchemy 的本义是炼丹术或炼金术，而炼丹术是化学的原始形态。由alchemy 到chemistry 的演变，意味着化学开始脱离炼丹术或炼金术的原始形态，而逐步成为一门相对独立的科学，即研究物质组成、结构及其变化的科学。
17世纪中叶以后，随着生产的迅速发展，人们积累了大量有关物质变化的知识。同时，数学、物理学和天文学等相关学科的发展促进了化学的发展。1661年波义耳(Boyle) 首次指出：“化学研究的对象和任务就是寻找和认识物质的组成和性质”，他明确地把化学作为一门认识自然的科学，而不是一种以实用为目的的技艺。恩格斯对此给予了高度的评价，指出，“是波义耳把化学确定为科学”。
18世纪末，化学实验室开始有了较精密的天平，使化学科学从对物质变化的简单定性研究进入准确的定量研究。随后相继发现了质量守恒定律、定组成定律、倍比定律等，为化学新理论的诞生奠定了基础。19世纪初，为了说明这些定律的内在联系，道尔顿(Dalton)和阿伏伽德罗(Avogadro) 分别创立了原子论和原子-分子论，从而进入了近代化学的发展时期。
19世纪下半叶，物理学中的热力学理论被引入化学，从宏观角度解决了化学平衡的问题。随着工业化进程的加快，出现了生产酸、碱、合成氨、染料及其他有机化合物的大型工厂，化学工业的发展更促进了化学科学的深入发展。化学开始形成了无机化学、分析化学、有机化学和物理化学四大基础化学学科。
20世纪化学取得巨大成就。化学的研究对象从微观世界发展到宏观世界，从人类社会发展到宇宙空间。化学的理论、研究方法、实验技术以及应用等方面都发生了巨大的变化。原来的四大基础化学学科已经无法涵盖化学的研究领域，从而衍生出新的学科分支，如生物化学、环境化学、高分子化学、材料化学、药物化学、地球化学等。现代科学中的能源、环境、材料、生物、信息技术等跨世纪学科无一例外地与化学密切相关，化学已成为促进社会及科学发展的基础学科之一。
21世纪是化学向其他学科渗透、相互交融的世纪。更多的化学工作者投身到研究生命、材料的工作中。研究生命和材料的工作者也将更多地应用化学原理和手段从事各自的研究。化学学科的发展在促进其他学科发展的同时，也将受到其他学科发展和技术进步成果的推动。物理科学的发展使得化学家不但能够描述过程，还能用激光、分子束和脉冲等技术跟踪超快过程。这些进步将有助于化学家更深层次揭示物质的性质及变化规律。数学的非线性理论和混沌理论对化学多元复杂体系的研究产生了深刻的影响。随着计算机技术的发展，化学与数学方法、计算机技术结合，形成了化学计量学，实现了计算机模拟化学过程。应用量子力学方法处理分子结构与性能的关系，有可能实现按照预定要求设计新型分子。应用数学方法和计算机确定新型分子的合成路线，使分子设计摆脱纯经验的探索，为材料科学开辟了新的方向。近代生物学已经把生命当作化学过程来认识，化学家和生物学家正在携手合作从分子水平研究生命科学。随着生物工程研究的发展，化学家将更多地和生物学家一起利用细胞进行物质的合成，同时将更多地应用仿生技术研究模拟酶催化剂。
1.1.2 医学与化学
医学的研究本体是人体，人体内的各种化学反应每时每刻都在发生。人体内的化学平衡被打破，往往是由于身体本身某方面出现了不协调，也就是人体出现了某些疾病。医学的研究方向就是努力使人体的化学平衡得以恢复，使人们回到健康的状态。这自然而然地让我们看到了医学与化学的相通之处——化学的很大一部分都在研究反应的平衡以及对平衡的各种控制手段。
从古代的中医到现在的西医，甚至中西结合，医学的发展特别是现代医学的发展离不开化学。随着化学分析、合成的发展，医学得到了长足的进步。化学与医学之间的这种互利关系可以说是两者对人们的生活影响最深的方面。早在16世纪，欧洲化学家就提出化学要为医治疾病制造药物，1800年英国化学家戴维(Davy)发现了N2O的麻醉作用。后来发现乙醚具有更加有效的麻醉作用，使无痛外科手术和牙科手术成为可能。后来又发明了许多更好的麻醉剂。没有这些麻醉剂，现代外科手术是很难实现的。1932年，德国科学家多马克(Domagk) 找到了一种偶氮磺胺药物，使一位患细菌性败血症的儿童得以康复。在此启发下，化学家制备了许多新型的磺胺药物，并开创了今天的抗生素领域。
现代化学和现代医学的互利关系更加明显。研究生命活动和生理的生物化学就是从无机化学、有机化学和生理学发展起来的。它利用化学的原理和方法，研究人体各组织的组成，亚细胞结构和功能，物质代谢和能量变化等生命活动。
在有机化学方面，组成人体的物质除水和一些无机盐以外，绝大部分是有机化合物，如构成人体组织的蛋白质，与体内代谢有密切关系的酶、激素和维生素，人体储藏的养分——糖原、脂肪等。这些有机化合物在体内进行着一系列复杂的变化(也包括化学变化)，以维持体内新陈代谢作用的平衡。为了防治疾病，除了研究病因以外，还要了解药物在体内的变化以及它们的结构与药效、毒性的关系，这些都与有机化学密切相关。
在生物化学方面，它甚至可以说是医学学科的基础，事实也是如此。在临床医学及卫生保健方面，在分子水平上探讨病因、做出论断、寻求防治、增进健康，都是运用生物化学的知识和技术。镰状细胞性贫血已被证明是血红蛋白β链N端第六位上的谷氨酸被缬氨酸取代的结果。在许多疾病的防治方面，免疫化学无疑是医务工作者熟知的一种重要的预防、治疗及诊断手段。肿瘤的治疗，不论是放射疗法，还是化学疗法，都是使肿瘤细胞中重要的生物分子(如DNA、RNA、蛋白质等)其结构被改变或破坏，或其生物合成被抑制。放射疗法主要是对DNA 起作用。而抗肿瘤药物，如抗代谢物、烷化剂、有丝分裂抑制剂及抗生素等，有的在DNA 生物合成中起作用，有的在RNA 生物合成中起作用，还有的在蛋白质生物合成中起作用，当然不能排除有的药物能抑制不止一种生物合成过程。只要这三种生物分子中任何一种的生物合成有阻碍，都会使肿瘤细胞遭到不同程度的打击，其最致命的则是破坏DNA 的生物合成。至于用生物化学的方法及指标作为诊断的手段，最为人们熟知的是肝炎诊断中的血液谷丙转氨酶。总之，生物化学在临床医学及卫生保健方面应用的实例是很多的。
医学也同样能反作用于化学。正是由于在临床医学的发展中遇到的各种病例对医学、化学以及整个科学技术水平提出了更高的要求，医学和化学都得到了相应的进步。同时，医学为化学提供了应用的基础，医学的水平一定程度上反映了化学的发展情况。
在研究方法、研究手段等方面，化学与医学的共性同样不容忽视。例如，两者对科技水平、研究条件以及研究结果的精确度的要求都是相当高的。许多研究方法已经成为学科中通用的方法。再从它们的作用效果来看，医学也和化学一样在人类生活中发挥着十分重要的作用。
化学将在克服疾病和提高人类的生存质量等方面进一步发挥重大的作用。在攻克高死亡率和高致残率的心脑血管疾病、肿瘤、糖尿病以及艾滋病的进程中，化学家将和医学工作者一起不断创造和研究包括基因疗法在内的新药物和新方法。化学研究也将使人们从分子水平上了解病理过程，提高预警生物标志物的检测技术，化学研究也将在揭示中药的有效成分、多组分药物的协同作用机理方面发挥巨大作用，从而加速中药走向世界。
1.2 关于医用大学化学的学习
医用大学化学是一门重要的基础课，是研究正常人体的物质组成、结构、性质及其变化对正常生命活动的影响，并寻求预防、诊治疾病的最佳方法和途径、保护人类健康的科学。通过对大学化学的学习，学生可掌握大学化学的基本知识、基本理论和基本技能，为后续课程生物化学、生理学、病理学、药理学等的学习奠定坚实的基础。可以说，学好大学化学是学好后续专业课程的前提。
各章节的内容与临床和实际生活都有一定关系。例如，通过“溶液”这一章知识的学习就可以知道为何临床上输液时使用9g/L的NaCl注射液而不使用其他浓度；学完“电解质溶液”就可以知道为何我们每天吃很多酸性食物或碱性食物却不会引起酸中毒或碱中毒；学完“胶体溶液”就可以明白临床上血液透析的原理等。
应当指出，无论学习哪门化学课，都离不开实验课。实验课是每门化学课的重要组成部分，是获取对化学变化感性认识的来源，是验证课堂讲授基本原理的实践基地，是学习化学实验操作技能的入门场所。掌握各种化学实验的基本操作，是每个从事化学专业科技工作人员必须具备的基本功。因此，在大学化学课程学习阶段，必须重视化学实验课，掌握各种分析检测仪器的使用方法，这是未来从事化工生产或化学科研工作必不可少的技能。
1.3 定量分析中的误差
定量分析的任务是通过一系列分析步骤准确测定试样中待测组分的含量。定量分析的结果是经过许多测量和一系列操作步骤获得的，由于受某些主观因素和客观条件的限制，即使是技术很熟练的分析人员，在相同条件下用同一方法对同一试样进行多次测量，测定结果与真实值之间也有一定的差值，称为误差。误差是客观存在、不可避免的。了解分析过程中误差产生的原因及其出现的规律，有助于采取相应的措施减小误差，提高分析结果的准确度。
1.3.1 误差的分类
根据误差的性质和产生的原因，误差分为系统误差和随机误差。
1. 系统误差
系统误差是由某种固定的原因造成的，具有重复性、单向性。理论上，系统误差的大小、正负是可以测定的，又称为可测误差。可通过其他方法验证而加以校正。根据误差的性质和产生的