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(jiǎn)史及與醫(yī)學(xué)的關(guān)系。
(2) 掌握誤差的分類、來(lái)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(jiǎn)史及與醫(yī)學(xué)的關(guān)系
1997 年，美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)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(shí)用的和創(chuàng)造性的科學(xué)》(Chemistry Today and Tomorrow：The Central， Useful and Creative Science)一書(shū)，并指出化學(xué)研究的對(duì)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(jiàn)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(duì)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(shí)、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)”�；瘜W(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(shí)驗(yàn)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?yàn)榛瘜W(xué)是材料科學(xué)、納米科學(xué)、生物化學(xué)等學(xué)科的核心。化學(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)�，F(xiàn)代化學(xué)有五個(gè)二級(jí)學(xué)科：無(wú)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(jiǎn)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(kāi)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(shí)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(zhǎng)生不老藥的過(guò)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(wú)一不是經(jīng)歷無(wú)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(yàn)性、零散性和實(shí)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(lái)源于中古時(shí)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(kāi)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(duì)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(shí)。同時(shí)，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(duì)象和任務(wù)就是尋找和認(rèn)識(shí)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(shí)自然的科學(xué)，而不是一種以實(shí)用為目的的技藝。恩格斯對(duì)此給予了高度的評(píng)價(jià)，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(shí)驗(yàn)室開(kāi)始有了較精密的天平，使化學(xué)科學(xué)從對(duì)物質(zhì)變化的簡(jiǎn)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(shuō)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(shí)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(wèn)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(kāi)始形成了無(wú)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。化學(xué)的研究對(duì)象從微觀世界發(fā)展到宏觀世界，從人類社會(huì)發(fā)展到宇宙空間�；瘜W(xué)的理論、研究方法、實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及應(yīng)用等方面都發(fā)生了巨大的變化。原來(lái)的四大基礎(chǔ)化學(xué)學(xué)科已經(jīng)無(wú)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。現(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(wú)一例外地與化學(xué)密切相關(guān)，化學(xué)已成為促進(jìn)社會(huì)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(shí)，也將受到其他學(xué)科發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步成果的推動(dòng)。物理科學(xué)的發(fā)展使得化學(xué)家不但能夠描述過(guò)程，還能用激光、分子束和脈沖等技術(shù)跟蹤超快過(guò)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(duì)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(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，化學(xué)與數(shù)學(xué)方法、計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，形成了化學(xué)計(jì)量學(xué)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)模擬化學(xué)過(guò)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(shí)現(xiàn)按照預(yù)定要求設(shè)計(jì)新型分子。應(yīng)用數(shù)學(xué)方法和計(jì)算機(jī)確定新型分子的合成路線，使分子設(shè)計(jì)擺脫純經(jīng)驗(yàn)的探索，為材料科學(xué)開(kāi)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(guò)程來(lái)認(rèn)識(shí)，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(shí)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(shí)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(duì)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(kāi)化學(xué)。隨著化學(xué)分析、合成的發(fā)展，醫(yī)學(xué)得到了長(zhǎng)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(shuō)是兩者對(duì)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(guó)化學(xué)家戴維(Davy)發(fā)現(xiàn)了N2O的麻醉作用。后來(lái)發(fā)現(xiàn)乙醚具有更加有效的麻醉作用，使無(wú)痛外科手術(shù)和牙科手術(shù)成為可能。后來(lái)又發(fā)明了許多更好的麻醉劑。沒(méi)有這些麻醉劑，現(xiàn)代外科手術(shù)是很難實(shí)現(xiàn)的。1932年，德國(guó)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(kāi)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(dòng)和生理的生物化學(xué)就是從無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)和生理學(xué)發(fā)展起來(lái)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(dòng)。
在有機(jī)化學(xué)方面，組成人體的物質(zhì)除水和一些無(wú)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(chǔ)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(shuō)是醫(yī)學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)，事實(shí)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(shí)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(wú)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(duì)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(guò)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(huì)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(shí)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(duì)醫(yī)學(xué)、化學(xué)以及整個(gè)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(shí)，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(duì)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?gòu)乃鼈兊淖饔眯Ч麃?lái)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(guò)程，提高預(yù)警生物標(biāo)志物的檢測(cè)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(duì)正常生命活動(dòng)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(guò)對(duì)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(shí)、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(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)�？梢哉f(shuō)，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(shí)際生活都有一定關(guān)系。例如，通過(guò)“溶液”這一章知識(shí)的學(xué)習(xí)就可以知道為何臨床上輸液時(shí)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(huì)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(wú)論學(xué)習(xí)哪門化學(xué)課，都離不開(kāi)實(shí)驗(yàn)課。實(shí)驗(yàn)課是每門化學(xué)課的重要組成部分，是獲取對(duì)化學(xué)變化感性認(rèn)識(shí)的來(lái)源，是驗(yàn)證課堂講授基本原理的實(shí)踐基地，是學(xué)習(xí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作技能的入門場(chǎng)所。掌握各種化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作，是每個(gè)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(shí)驗(yàn)課，掌握各種分析檢測(cè)儀器的使用方法，這是未來(lái)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(guò)一系列分析步驟準(zhǔn)確測(cè)定試樣中待測(cè)組分的含量。定量分析的結(jié)果是經(jīng)過(guò)許多測(cè)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(duì)同一試樣進(jìn)行多次測(cè)量，測(cè)定結(jié)果與真實(shí)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(guò)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(cè)定的，又稱為可測(cè)誤差。可通過(guò)其他方法驗(yàn)證而加以校正。根據(jù)誤差的性質(zhì)和產(chǎn)生的