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第1章 概論(Introduction) 
學習要求
(1) 了解化學的定義、發展簡史及與醫學的關系。
(2) 掌握誤差的分類、來源、減免方法，準確度、精密度的概念及其表示方法。
(3) 了解提高分析準確度的方法以及可疑值的取舍方式。
(4) 掌握有效數字的概念。
1.1 化學的定義、發展簡史及與醫學的關系
1997 年，美國化學會會長布里斯羅(Breslow) 出版了《化學的今天和明天——化學是一門中心的、實用的和創造性的科學》(Chemistry Today and Tomorrow：The Central， Useful and Creative Science)一書，并指出化學研究的對象是各種各樣的物質。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存在的物質，都是我們要了解和研究的對象。物質是人類賴以生存的基礎，人類進步的物質基礎包括天然的和人造的各種化學物質，因此化學是人類認識、利用和改造物質世界的主要方法和手段。21 世紀，化學已被公認為是一門中心科學。
“化學”一詞，從字面解釋就是“變化的科學”。化學同物理一樣皆為自然科學的基礎科學。化學也是一門以實驗為基礎的自然科學。門捷列夫提出的化學元素周期表大大促進了化學的發展。如今很多人稱化學為“中心科學”，因為化學是材料科學、納米科學、生物化學等學科的核心。化學是在原子層次上研究物質的組成、結構、性質及變化規律的自然科學，這也是化學變化的核心基礎。現代化學有五個二級學科：無機化學、有機化學、物理化學、分析化學與高分子化學。
1.1.1 化學發展簡史
化學是最古老的科學之一，在改善人類生活方面，它也是最有成效的科學之一。人類從懂得使用火開始，就從野蠻進入文明。燃燒是人類應用最早的化學反應，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、升華等化學基本操作。造紙、染色、釀造、火藥等生產技術的發明無一不是經歷無數化學反應的結果。因此，化學自產生之日就與人類的生活密切相關。當然，在古代，化學表現出的是一種經驗性、零散性和實用性的技術，而未成為一門科學。就在煉丹術產生的500 年后，古老的西方出現了與其極為相似的神秘的煉金術，成為近代化學的雛形。“化學”(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 的本義是煉丹術或煉金術，而煉丹術是化學的原始形態。由alchemy 到chemistry 的演變，意味著化學開始脫離煉丹術或煉金術的原始形態，而逐步成為一門相對獨立的科學，即研究物質組成、結構及其變化的科學。
17世紀中葉以后，隨著生產的迅速發展，人們積累了大量有關物質變化的知識。同時，數學、物理學和天文學等相關學科的發展促進了化學的發展。1661年波義耳(Boyle) 首次指出：“化學研究的對象和任務就是尋找和認識物質的組成和性質”，他明確地把化學作為一門認識自然的科學，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，“是波義耳把化學確定為科學”。
18世紀末，化學實驗室開始有了較精密的天平，使化學科學從對物質變化的簡單定性研究進入準確的定量研究。隨后相繼發現了質量守恒定律、定組成定律、倍比定律等，為化學新理論的誕生奠定了基礎。19世紀初，為了說明這些定律的內在聯系，道爾頓(Dalton)和阿伏伽德羅(Avogadro) 分別創立了原子論和原子-分子論，從而進入了近代化學的發展時期。
19世紀下半葉，物理學中的熱力學理論被引入化學，從宏觀角度解決了化學平衡的問題。隨著工業化進程的加快，出現了生產酸、堿、合成氨、染料及其他有機化合物的大型工廠，化學工業的發展更促進了化學科學的深入發展。化學開始形成了無機化學、分析化學、有機化學和物理化學四大基礎化學學科。
20世紀化學取得巨大成就。化學的研究對象從微觀世界發展到宏觀世界，從人類社會發展到宇宙空間。化學的理論、研究方法、實驗技術以及應用等方面都發生了巨大的變化。原來的四大基礎化學學科已經無法涵蓋化學的研究領域，從而衍生出新的學科分支，如生物化學、環境化學、高分子化學、材料化學、藥物化學、地球化學等。現代科學中的能源、環境、材料、生物、信息技術等跨世紀學科無一例外地與化學密切相關，化學已成為促進社會及科學發展的基礎學科之一。
21世紀是化學向其他學科滲透、相互交融的世紀。更多的化學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用化學原理和手段從事各自的研究。化學學科的發展在促進其他學科發展的同時，也將受到其他學科發展和技術進步成果的推動。物理科學的發展使得化學家不但能夠描述過程，還能用激光、分子束和脈沖等技術跟蹤超快過程。這些進步將有助于化學家更深層次揭示物質的性質及變化規律。數學的非線性理論和混沌理論對化學多元復雜體系的研究產生了深刻的影響。隨著計算機技術的發展，化學與數學方法、計算機技術結合，形成了化學計量學，實現了計算機模擬化學過程。應用量子力學方法處理分子結構與性能的關系，有可能實現按照預定要求設計新型分子。應用數學方法和計算機確定新型分子的合成路線，使分子設計擺脫純經驗的探索，為材料科學開辟了新的方向。近代生物學已經把生命當作化學過程來認識，化學家和生物學家正在攜手合作從分子水平研究生命科學。隨著生物工程研究的發展，化學家將更多地和生物學家一起利用細胞進行物質的合成，同時將更多地應用仿生技術研究模擬酶催化劑。
1.1.2 醫學與化學
醫學的研究本體是人體，人體內的各種化學反應每時每刻都在發生。人體內的化學平衡被打破，往往是由于身體本身某方面出現了不協調，也就是人體出現了某些疾病。醫學的研究方向就是努力使人體的化學平衡得以恢復，使人們回到健康的狀態。這自然而然地讓我們看到了醫學與化學的相通之處——化學的很大一部分都在研究反應的平衡以及對平衡的各種控制手段。
從古代的中醫到現在的西醫，甚至中西結合，醫學的發展特別是現代醫學的發展離不開化學。隨著化學分析、合成的發展，醫學得到了長足的進步。化學與醫學之間的這種互利關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，歐洲化學家就提出化學要為醫治疾病制造藥物，1800年英國化學家戴維(Davy)發現了N2O的麻醉作用。后來發現乙醚具有更加有效的麻醉作用，使無痛外科手術和牙科手術成為可能。后來又發明了許多更好的麻醉劑。沒有這些麻醉劑，現代外科手術是很難實現的。1932年，德國科學家多馬克(Domagk) 找到了一種偶氮磺胺藥物，使一位患細菌性敗血癥的兒童得以康復。在此啟發下，化學家制備了許多新型的磺胺藥物，并開創了今天的抗生素領域。
現代化學和現代醫學的互利關系更加明顯。研究生命活動和生理的生物化學就是從無機化學、有機化學和生理學發展起來的。它利用化學的原理和方法，研究人體各組織的組成，亞細胞結構和功能，物質代謝和能量變化等生命活動。
在有機化學方面，組成人體的物質除水和一些無機鹽以外，絕大部分是有機化合物，如構成人體組織的蛋白質，與體內代謝有密切關系的酶、激素和維生素，人體儲藏的養分——糖原、脂肪等。這些有機化合物在體內進行著一系列復雜的變化(也包括化學變化)，以維持體內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的變化以及它們的結構與藥效、毒性的關系，這些都與有機化學密切相關。
在生物化學方面，它甚至可以說是醫學學科的基礎，事實也是如此。在臨床醫學及衛生保健方面，在分子水平上探討病因、做出論斷、尋求防治、增進健康，都是運用生物化學的知識和技術。鐮狀細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果。在許多疾病的防治方面，免疫化學無疑是醫務工作者熟知的一種重要的預防、治療及診斷手段。腫瘤的治療，不論是放射療法，還是化學療法，都是使腫瘤細胞中重要的生物分子(如DNA、RNA、蛋白質等)其結構被改變或破壞，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，還有的在蛋白質生物合成中起作用，當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。至于用生物化學的方法及指標作為診斷的手段，最為人們熟知的是肝炎診斷中的血液谷丙轉氨酶。總之，生物化學在臨床醫學及衛生保健方面應用的實例是很多的。
醫學也同樣能反作用于化學。正是由于在臨床醫學的發展中遇到的各種病例對醫學、化學以及整個科學技術水平提出了更高的要求，醫學和化學都得到了相應的進步。同時，醫學為化學提供了應用的基礎，醫學的水平一定程度上反映了化學的發展情況。
在研究方法、研究手段等方面，化學與醫學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果的精確度的要求都是相當高的。許多研究方法已經成為學科中通用的方法。再從它們的作用效果來看，醫學也和化學一樣在人類生活中發揮著十分重要的作用。
化學將在克服疾病和提高人類的生存質量等方面進一步發揮重大的作用。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程中，化學家將和醫學工作者一起不斷創造和研究包括基因療法在內的新藥物和新方法。化學研究也將使人們從分子水平上了解病理過程，提高預警生物標志物的檢測技術，化學研究也將在揭示中藥的有效成分、多組分藥物的協同作用機理方面發揮巨大作用，從而加速中藥走向世界。
1.2 關于醫用大學化學的學習
醫用大學化學是一門重要的基礎課，是研究正常人體的物質組成、結構、性質及其變化對正常生命活動的影響，并尋求預防、診治疾病的最佳方法和途徑、保護人類健康的科學。通過對大學化學的學習，學生可掌握大學化學的基本知識、基本理論和基本技能，為后續課程生物化學、生理學、病理學、藥理學等的學習奠定堅實的基礎。可以說，學好大學化學是學好后續專業課程的前提。
各章節的內容與臨床和實際生活都有一定關系。例如，通過“溶液”這一章知識的學習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；學完“電解質溶液”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；學完“膠體溶液”就可以明白臨床上血液透析的原理等。
應當指出，無論學習哪門化學課，都離不開實驗課。實驗課是每門化學課的重要組成部分，是獲取對化學變化感性認識的來源，是驗證課堂講授基本原理的實踐基地，是學習化學實驗操作技能的入門場所。掌握各種化學實驗的基本操作，是每個從事化學專業科技工作人員必須具備的基本功。因此，在大學化學課程學習階段，必須重視化學實驗課，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或化學科研工作必不可少的技能。
1.3 定量分析中的誤差
定量分析的任務是通過一系列分析步驟準確測定試樣中待測組分的含量。定量分析的結果是經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行多次測量，測定結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生的原因及其出現的規律，有助于采取相應的措施減小誤差，提高分析結果的準確度。
1.3.1 誤差的分類
根據誤差的性質和產生的原因，誤差分為系統誤差和隨機誤差。
1. 系統誤差
系統誤差是由某種固定的原因造成的，具有重復性、單向性。理論上，系統誤差的大小、正負是可以測定的，又稱為可測誤差。可通過其他方法驗證而加以校正。根據誤差的性質和產生的