第1章 概論(Introduction) 
學(xué)習(xí)要求
(1) 了解化學(xué)的定義、發(fā)展簡史及與醫(yī)學(xué)的關(guān)系。
(2) 掌握誤差的分類、來源、減免方法，準(zhǔn)確度、精密度的概念及其表示方法。
(3) 了解提高分析準(zhǔn)確度的方法以及可疑值的取舍方式。
(4) 掌握有效數(shù)字的概念。
1.1 化學(xué)的定義、發(fā)展簡史及與醫(yī)學(xué)的關(guān)系
1997 年，美國化學(xué)會會長布里斯羅(Breslow) 出版了《化學(xué)的今天和明天——化學(xué)是一門中心的、實用的和創(chuàng)造性的科學(xué)》(Chemistry Today and Tomorrow：The Central， Useful and Creative Science)一書，并指出化學(xué)研究的對象是各種各樣的物質(zhì)。浩瀚的宇宙和地球上人類肉眼能見到的和不能直接觀察到的以原子或分子形態(tài)存在的物質(zhì)，都是我們要了解和研究的對象。物質(zhì)是人類賴以生存的基礎(chǔ)，人類進(jìn)步的物質(zhì)基礎(chǔ)包括天然的和人造的各種化學(xué)物質(zhì)，因此化學(xué)是人類認(rèn)識、利用和改造物質(zhì)世界的主要方法和手段。21 世紀(jì)，化學(xué)已被公認(rèn)為是一門中心科學(xué)。
“化學(xué)”一詞，從字面解釋就是“變化的科學(xué)”。化學(xué)同物理一樣皆為自然科學(xué)的基礎(chǔ)科學(xué)。化學(xué)也是一門以實驗為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。門捷列夫提出的化學(xué)元素周期表大大促進(jìn)了化學(xué)的發(fā)展。如今很多人稱化學(xué)為“中心科學(xué)”，因為化學(xué)是材料科學(xué)、納米科學(xué)、生物化學(xué)等學(xué)科的核心�；瘜W(xué)是在原子層次上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及變化規(guī)律的自然科學(xué)，這也是化學(xué)變化的核心基礎(chǔ)。現(xiàn)代化學(xué)有五個二級學(xué)科：無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、分析化學(xué)與高分子化學(xué)。
1.1.1 化學(xué)發(fā)展簡史
化學(xué)是最古老的科學(xué)之一，在改善人類生活方面，它也是最有成效的科學(xué)之一。人類從懂得使用火開始，就從野蠻進(jìn)入文明。燃燒是人類應(yīng)用最早的化學(xué)反應(yīng)，燃燒在改善人類的飲食條件的同時也改善了人們的生活條件，人們利用燃燒制作了陶器，冶煉了青銅等金屬。古代的煉丹家更是在尋求長生不老藥的過程中使用了燃燒、煅燒、蒸餾、升華等化學(xué)基本操作。造紙、染色、釀造、火藥等生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)明無一不是經(jīng)歷無數(shù)化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果。因此，化學(xué)自產(chǎn)生之日就與人類的生活密切相關(guān)。當(dāng)然，在古代，化學(xué)表現(xiàn)出的是一種經(jīng)驗性、零散性和實用性的技術(shù)，而未成為一門科學(xué)。就在煉丹術(shù)產(chǎn)生的500 年后，古老的西方出現(xiàn)了與其極為相似的神秘的煉金術(shù)，成為近代化學(xué)的雛形�！盎瘜W(xué)”(chemistry) 一詞來源于中古時期的alchemy，alchemy 又直接脫胎于阿拉伯文alkimya 。alkimya 及alchemy 的本義是煉丹術(shù)或煉金術(shù)，而煉丹術(shù)是化學(xué)的原始形態(tài)。由alchemy 到chemistry 的演變，意味著化學(xué)開始脫離煉丹術(shù)或煉金術(shù)的原始形態(tài)，而逐步成為一門相對獨(dú)立的科學(xué)，即研究物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其變化的科學(xué)。
17世紀(jì)中葉以后，隨著生產(chǎn)的迅速發(fā)展，人們積累了大量有關(guān)物質(zhì)變化的知識。同時，數(shù)學(xué)、物理學(xué)和天文學(xué)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展促進(jìn)了化學(xué)的發(fā)展。1661年波義耳(Boyle) 首次指出：“化學(xué)研究的對象和任務(wù)就是尋找和認(rèn)識物質(zhì)的組成和性質(zhì)”，他明確地把化學(xué)作為一門認(rèn)識自然的科學(xué)，而不是一種以實用為目的的技藝。恩格斯對此給予了高度的評價，指出，“是波義耳把化學(xué)確定為科學(xué)”。
18世紀(jì)末，化學(xué)實驗室開始有了較精密的天平，使化學(xué)科學(xué)從對物質(zhì)變化的簡單定性研究進(jìn)入準(zhǔn)確的定量研究。隨后相繼發(fā)現(xiàn)了質(zhì)量守恒定律、定組成定律、倍比定律等，為化學(xué)新理論的誕生奠定了基礎(chǔ)。19世紀(jì)初，為了說明這些定律的內(nèi)在聯(lián)系，道爾頓(Dalton)和阿伏伽德羅(Avogadro) 分別創(chuàng)立了原子論和原子-分子論，從而進(jìn)入了近代化學(xué)的發(fā)展時期。
19世紀(jì)下半葉，物理學(xué)中的熱力學(xué)理論被引入化學(xué)，從宏觀角度解決了化學(xué)平衡的問題。隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，出現(xiàn)了生產(chǎn)酸、堿、合成氨、染料及其他有機(jī)化合物的大型工廠，化學(xué)工業(yè)的發(fā)展更促進(jìn)了化學(xué)科學(xué)的深入發(fā)展�；瘜W(xué)開始形成了無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和物理化學(xué)四大基礎(chǔ)化學(xué)學(xué)科。
20世紀(jì)化學(xué)取得巨大成就�；瘜W(xué)的研究對象從微觀世界發(fā)展到宏觀世界，從人類社會發(fā)展到宇宙空間�；瘜W(xué)的理論、研究方法、實驗技術(shù)以及應(yīng)用等方面都發(fā)生了巨大的變化。原來的四大基礎(chǔ)化學(xué)學(xué)科已經(jīng)無法涵蓋化學(xué)的研究領(lǐng)域，從而衍生出新的學(xué)科分支，如生物化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、高分子化學(xué)、材料化學(xué)、藥物化學(xué)、地球化學(xué)等�，F(xiàn)代科學(xué)中的能源、環(huán)境、材料、生物、信息技術(shù)等跨世紀(jì)學(xué)科無一例外地與化學(xué)密切相關(guān)，化學(xué)已成為促進(jìn)社會及科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)學(xué)科之一。
21世紀(jì)是化學(xué)向其他學(xué)科滲透、相互交融的世紀(jì)。更多的化學(xué)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將更多地應(yīng)用化學(xué)原理和手段從事各自的研究。化學(xué)學(xué)科的發(fā)展在促進(jìn)其他學(xué)科發(fā)展的同時，也將受到其他學(xué)科發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步成果的推動。物理科學(xué)的發(fā)展使得化學(xué)家不但能夠描述過程，還能用激光、分子束和脈沖等技術(shù)跟蹤超快過程。這些進(jìn)步將有助于化學(xué)家更深層次揭示物質(zhì)的性質(zhì)及變化規(guī)律。數(shù)學(xué)的非線性理論和混沌理論對化學(xué)多元復(fù)雜體系的研究產(chǎn)生了深刻的影響。隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)與數(shù)學(xué)方法、計算機(jī)技術(shù)結(jié)合，形成了化學(xué)計量學(xué)，實現(xiàn)了計算機(jī)模擬化學(xué)過程。應(yīng)用量子力學(xué)方法處理分子結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系，有可能實現(xiàn)按照預(yù)定要求設(shè)計新型分子。應(yīng)用數(shù)學(xué)方法和計算機(jī)確定新型分子的合成路線，使分子設(shè)計擺脫純經(jīng)驗的探索，為材料科學(xué)開辟了新的方向。近代生物學(xué)已經(jīng)把生命當(dāng)作化學(xué)過程來認(rèn)識，化學(xué)家和生物學(xué)家正在攜手合作從分子水平研究生命科學(xué)。隨著生物工程研究的發(fā)展，化學(xué)家將更多地和生物學(xué)家一起利用細(xì)胞進(jìn)行物質(zhì)的合成，同時將更多地應(yīng)用仿生技術(shù)研究模擬酶催化劑。
1.1.2 醫(yī)學(xué)與化學(xué)
醫(yī)學(xué)的研究本體是人體，人體內(nèi)的各種化學(xué)反應(yīng)每時每刻都在發(fā)生。人體內(nèi)的化學(xué)平衡被打破，往往是由于身體本身某方面出現(xiàn)了不協(xié)調(diào)，也就是人體出現(xiàn)了某些疾病。醫(yī)學(xué)的研究方向就是努力使人體的化學(xué)平衡得以恢復(fù)，使人們回到健康的狀態(tài)。這自然而然地讓我們看到了醫(yī)學(xué)與化學(xué)的相通之處——化學(xué)的很大一部分都在研究反應(yīng)的平衡以及對平衡的各種控制手段。
從古代的中醫(yī)到現(xiàn)在的西醫(yī)，甚至中西結(jié)合，醫(yī)學(xué)的發(fā)展特別是現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的發(fā)展離不開化學(xué)。隨著化學(xué)分析、合成的發(fā)展，醫(yī)學(xué)得到了長足的進(jìn)步�；瘜W(xué)與醫(yī)學(xué)之間的這種互利關(guān)系可以說是兩者對人們的生活影響最深的方面。早在16世紀(jì)，歐洲化學(xué)家就提出化學(xué)要為醫(yī)治疾病制造藥物，1800年英國化學(xué)家戴維(Davy)發(fā)現(xiàn)了N2O的麻醉作用。后來發(fā)現(xiàn)乙醚具有更加有效的麻醉作用，使無痛外科手術(shù)和牙科手術(shù)成為可能。后來又發(fā)明了許多更好的麻醉劑。沒有這些麻醉劑，現(xiàn)代外科手術(shù)是很難實現(xiàn)的。1932年，德國科學(xué)家多馬克(Domagk) 找到了一種偶氮磺胺藥物，使一位患細(xì)菌性敗血癥的兒童得以康復(fù)。在此啟發(fā)下，化學(xué)家制備了許多新型的磺胺藥物，并開創(chuàng)了今天的抗生素領(lǐng)域。
現(xiàn)代化學(xué)和現(xiàn)代醫(yī)學(xué)的互利關(guān)系更加明顯。研究生命活動和生理的生物化學(xué)就是從無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和生理學(xué)發(fā)展起來的。它利用化學(xué)的原理和方法，研究人體各組織的組成，亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能，物質(zhì)代謝和能量變化等生命活動。
在有機(jī)化學(xué)方面，組成人體的物質(zhì)除水和一些無機(jī)鹽以外，絕大部分是有機(jī)化合物，如構(gòu)成人體組織的蛋白質(zhì)，與體內(nèi)代謝有密切關(guān)系的酶、激素和維生素，人體儲藏的養(yǎng)分——糖原、脂肪等。這些有機(jī)化合物在體內(nèi)進(jìn)行著一系列復(fù)雜的變化(也包括化學(xué)變化)，以維持體內(nèi)新陳代謝作用的平衡。為了防治疾病，除了研究病因以外，還要了解藥物在體內(nèi)的變化以及它們的結(jié)構(gòu)與藥效、毒性的關(guān)系，這些都與有機(jī)化學(xué)密切相關(guān)。
在生物化學(xué)方面，它甚至可以說是醫(yī)學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)，事實也是如此。在臨床醫(yī)學(xué)及衛(wèi)生保健方面，在分子水平上探討病因、做出論斷、尋求防治、增進(jìn)健康，都是運(yùn)用生物化學(xué)的知識和技術(shù)。鐮狀細(xì)胞性貧血已被證明是血紅蛋白β鏈N端第六位上的谷氨酸被纈氨酸取代的結(jié)果。在許多疾病的防治方面，免疫化學(xué)無疑是醫(yī)務(wù)工作者熟知的一種重要的預(yù)防、治療及診斷手段。腫瘤的治療，不論是放射療法，還是化學(xué)療法，都是使腫瘤細(xì)胞中重要的生物分子(如DNA、RNA、蛋白質(zhì)等)其結(jié)構(gòu)被改變或破壞，或其生物合成被抑制。放射療法主要是對DNA 起作用。而抗腫瘤藥物，如抗代謝物、烷化劑、有絲分裂抑制劑及抗生素等，有的在DNA 生物合成中起作用，有的在RNA 生物合成中起作用，還有的在蛋白質(zhì)生物合成中起作用，當(dāng)然不能排除有的藥物能抑制不止一種生物合成過程。只要這三種生物分子中任何一種的生物合成有阻礙，都會使腫瘤細(xì)胞遭到不同程度的打擊，其最致命的則是破壞DNA 的生物合成。至于用生物化學(xué)的方法及指標(biāo)作為診斷的手段，最為人們熟知的是肝炎診斷中的血液谷丙轉(zhuǎn)氨酶�？傊�，生物化學(xué)在臨床醫(yī)學(xué)及衛(wèi)生保健方面應(yīng)用的實例是很多的。
醫(yī)學(xué)也同樣能反作用于化學(xué)。正是由于在臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展中遇到的各種病例對醫(yī)學(xué)、化學(xué)以及整個科學(xué)技術(shù)水平提出了更高的要求，醫(yī)學(xué)和化學(xué)都得到了相應(yīng)的進(jìn)步。同時，醫(yī)學(xué)為化學(xué)提供了應(yīng)用的基礎(chǔ)，醫(yī)學(xué)的水平一定程度上反映了化學(xué)的發(fā)展情況。
在研究方法、研究手段等方面，化學(xué)與醫(yī)學(xué)的共性同樣不容忽視。例如，兩者對科技水平、研究條件以及研究結(jié)果的精確度的要求都是相當(dāng)高的。許多研究方法已經(jīng)成為學(xué)科中通用的方法。再從它們的作用效果來看，醫(yī)學(xué)也和化學(xué)一樣在人類生活中發(fā)揮著十分重要的作用。
化學(xué)將在克服疾病和提高人類的生存質(zhì)量等方面進(jìn)一步發(fā)揮重大的作用。在攻克高死亡率和高致殘率的心腦血管疾病、腫瘤、糖尿病以及艾滋病的進(jìn)程中，化學(xué)家將和醫(yī)學(xué)工作者一起不斷創(chuàng)造和研究包括基因療法在內(nèi)的新藥物和新方法�；瘜W(xué)研究也將使人們從分子水平上了解病理過程，提高預(yù)警生物標(biāo)志物的檢測技術(shù)，化學(xué)研究也將在揭示中藥的有效成分、多組分藥物的協(xié)同作用機(jī)理方面發(fā)揮巨大作用，從而加速中藥走向世界。
1.2 關(guān)于醫(yī)用大學(xué)化學(xué)的學(xué)習(xí)
醫(yī)用大學(xué)化學(xué)是一門重要的基礎(chǔ)課，是研究正常人體的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化對正常生命活動的影響，并尋求預(yù)防、診治疾病的最佳方法和途徑、保護(hù)人類健康的科學(xué)。通過對大學(xué)化學(xué)的學(xué)習(xí)，學(xué)生可掌握大學(xué)化學(xué)的基本知識、基本理論和基本技能，為后續(xù)課程生物化學(xué)、生理學(xué)、病理學(xué)、藥理學(xué)等的學(xué)習(xí)奠定堅實的基礎(chǔ)�？梢哉f，學(xué)好大學(xué)化學(xué)是學(xué)好后續(xù)專業(yè)課程的前提。
各章節(jié)的內(nèi)容與臨床和實際生活都有一定關(guān)系。例如，通過“溶液”這一章知識的學(xué)習(xí)就可以知道為何臨床上輸液時使用9g/L的NaCl注射液而不使用其他濃度；學(xué)完“電解質(zhì)溶液”就可以知道為何我們每天吃很多酸性食物或堿性食物卻不會引起酸中毒或堿中毒；學(xué)完“膠體溶液”就可以明白臨床上血液透析的原理等。
應(yīng)當(dāng)指出，無論學(xué)習(xí)哪門化學(xué)課，都離不開實驗課。實驗課是每門化學(xué)課的重要組成部分，是獲取對化學(xué)變化感性認(rèn)識的來源，是驗證課堂講授基本原理的實踐基地，是學(xué)習(xí)化學(xué)實驗操作技能的入門場所。掌握各種化學(xué)實驗的基本操作，是每個從事化學(xué)專業(yè)科技工作人員必須具備的基本功。因此，在大學(xué)化學(xué)課程學(xué)習(xí)階段，必須重視化學(xué)實驗課，掌握各種分析檢測儀器的使用方法，這是未來從事化工生產(chǎn)或化學(xué)科研工作必不可少的技能。
1.3 定量分析中的誤差
定量分析的任務(wù)是通過一系列分析步驟準(zhǔn)確測定試樣中待測組分的含量。定量分析的結(jié)果是經(jīng)過許多測量和一系列操作步驟獲得的，由于受某些主觀因素和客觀條件的限制，即使是技術(shù)很熟練的分析人員，在相同條件下用同一方法對同一試樣進(jìn)行多次測量，測定結(jié)果與真實值之間也有一定的差值，稱為誤差。誤差是客觀存在、不可避免的。了解分析過程中誤差產(chǎn)生的原因及其出現(xiàn)的規(guī)律，有助于采取相應(yīng)的措施減小誤差，提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。
1.3.1 誤差的分類
根據(jù)誤差的性質(zhì)和產(chǎn)生的原因，誤差分為系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差。
1. 系統(tǒng)誤差
系統(tǒng)誤差是由某種固定的原因造成的，具有重復(fù)性、單向性。理論上，系統(tǒng)誤差的大小、正負(fù)是可以測定的，又稱為可測誤差。可通過其他方法驗證而加以校正。根據(jù)誤差的性質(zhì)和產(chǎn)生的