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化验分析及数据处理PPT.ppt

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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Analytical Chemistry,*,化验分析及数据处理,教学指导:,分析化学常用法定计量单位及计算基础,化学分析中常用的溶液浓度及其滴定度的表示方法,滴定分析法计算,分析结果的判断及分析数据的取舍方法(4,d,法、,Q,检验法、,Grubbs,法),平均值精密度的表示方法及平均值的置信区间,2025/12/11 周四,2,Analytical Chemistry,第一节 分析化学法定计量单位及计算基础,一、法定计量单位,法定计量单位:由国家以法令形式规定使用或允许使用的计量单位。,我国的法定计量单位:以国际单位制单位为基础,结合我国的实际情况制定。,国际单位制,SIInternational System of Units,2025/12/11 周四,3,Analytical Chemistry,1971,年第14届国际法定计量大会规定,SI,基本单位,量的名称,单位名称,符号,量的名称,单位名称,符号,长度,米,m,热力学温度,开尔文,K,质量,千克(公斤),kg,物质的量,摩尔,mol,时间,秒,s,光强度,坎德拉,cd,电流,安培,A,2025/12/11 周四,4,Analytical Chemistry,二、分析化学中常用法定计量单位,1、物质的量,物质的量表示物质的基本单元多少,符号为,n,B,,,单位名称为摩尔,单位符号为,mol,,中文符号为摩。,1,mol,系,统中物质单元,B,的数目与0.012,kg,碳-12的原子数目相等。,注意:,基本单元应予指明。例如原子、分子、离子、电子及其他粒子等。,2025/12/11 周四,5,Analytical Chemistry,例题,以,H,2,SO,4,为基本单元,98.08,g,的,H,2,SO,4,以1/2,H,2,SO,4,为基本单元,98.08,g,的,H,2,SO,4,1,mol H,1mol H,2,1mol(1/2Na,2,CO,3,),2025/12/11 周四,6,Analytical Chemistry,2、质量,习惯上称为重量,用符号,m,表示,单位为,kg,,在分析化学上常用,g、mg,和,g,表示。,换算关系:,1,kg=1000g 1g=1000mg 1mg=1000g,2025/12/11 周四,7,Analytical Chemistry,3、体积,体积或容积用符号,V,表示,,SI,单位为立方米(,m,3,),,在分析化学上常用,L、,mL,和,L,表示,。,换算关系:,1,m,3,=1000L 1L=1000mL 1mg=1000L,2025/12/11 周四,8,Analytical Chemistry,4、摩尔质量,摩尔质量,=,质量,/,物质的量,摩尔质量的符号,M,B,,,单位为千克/摩尔(,kg/mol),M,B,=m/,n,B,在分析化学中摩尔质量单位常用,g/mol,表示。,2025/12/11 周四,9,Analytical Chemistry,常用物质的摩尔质量,名称,化学式,式量,基本单元,M,B,盐酸,HCl,36.46,HCl,36.46,硫酸,H,2,SO,4,98.08,1/2H,2,SO,4,49.04,氢氧化钠,NaOH,40.00,NaOH,40.00,氨水,NH,3,H,2,O,35.05,NH,3,H,2,O,35.05,碳酸钠,Na,2,CO,3,105.99,1/2Na,2,CO,3,53.00,氯化钠,NaCl,58.45,NaCl,58.45,高锰酸钾,KMnO,4,158.04,1/5KMnO,4,31.61,2025/12/11 周四,10,Analytical Chemistry,5、摩尔体积,摩尔体积=体积/物质的量,摩尔体积的符号为,V,m,,,国际单位为立方米/摩尔(,m,3,/mol),分析化学中常用单位为升/摩尔(,L/mol),V,m,=V/,n,B,2025/12/11 周四,11,Analytical Chemistry,6、密度,符号,,,单位千克/米,3,(,kg/m,3,),常用单位为克/厘米,3,(,g/cm,3,),或克/毫升(,g/,mL,)。,体积受温度影响,密度必须注明有关温度。,2025/12/11 周四,12,Analytical Chemistry,7、元素的相对原子质量,元素的相对原子质量,元,素的平均原子质量与,12,C,原子质量的1/12之比。,元素的相对原子质量用符号,A,r,表示,量纲为1,以前称为原子量。,例如,Fe,的相对原子质量为55.85。,2025/12/11 周四,13,Analytical Chemistry,8、物质的相对分子质量,物质的相对分子质量,物,质的分子或特定单元平均质量与,12,C,原子质量的1/12之比。,物质的相对分子质量用符号,M,r,表示,量纲为1,以前称为分子量。,例如,FeO,的相对分子质量为71.84,2025/12/11 周四,14,Analytical Chemistry,三、溶液浓度表示方法,物质的量浓度,质量分数,质量浓度,体积分数,比例浓度,滴定度,2025/12/11 周四,15,Analytical Chemistry,1、物质的量浓度,物质的量浓度=物质的量/混合物的体积,c,B,=,n,B,/V,式中:,c,B,物,质,B,的物质的量浓度,,mol/L;,n,B,物,质,B,的物质的量,,mol;,V,混合物(溶液)的体积,,L,B,基本单元,2025/12/11 周四,16,Analytical Chemistry,2、质量分数,B,的质量分数=,B,的质量/混合物的质量,B,表示,量纲为1。,(,HCl,),=0.38 或,(,HCl,),=38%,质量分数表示,mg/g、g/g、,ng,/g,2025/12/11 周四,17,Analytical Chemistry,3、质量浓度,B,的质量浓度=,B,的质量/混合物的体积,B,表示,单位为,g/L,或,mg/L、g/L、,ng,/L,。,B,=,m,B,/V,式中:,B,物,质,B,的质量浓度,,g/L;,m,B,物,质,B,的质量,,g;,V,混合物(溶液)的体积,,,L,2025/12/11 周四,18,Analytical Chemistry,4、体积分数,B,的体积分数=混合前,B,的体积/混合物的体积,B,表示,量纲为1。,(C H OH),=0.70 或,(C H OH),=70%,质量分数表示,mg/g、g/g、,ng,/g,2 5,2 5,2025/12/11 周四,19,Analytical Chemistry,5、比例浓度,容量比浓度:液体试剂相互混合的表示方法。,(1+5),HCl,-1,体积浓盐酸与5体积蒸馏水混合。,质量比浓度:两种固体试剂相互混合的表示方法。,(1+100)钙指示剂-氯化钠混合试剂1,单,位质量的钙指示剂与100个单位的氯化钠相互混合。,2025/12/11 周四,20,Analytical Chemistry,6、滴定度(,Titer),两种表示方法:,Ts/x1mL,标准溶液相当于被测物的质量。,单位为,g/,mL,。,s,滴,定剂的化学式;,x,被,测定物的化学式。,“/”,表示“相当于”。,2025/12/11 周四,21,Analytical Chemistry,6、滴定度,两种表示方法:,Ts1mL,标准溶液中所含滴定剂的质量。,单位为,g/,mL,。,s,滴,定剂的化学式。,T,HCl,=0.001012g/,mL,,,表示1,mL,溶液含盐酸,0.001012g,纯,HCl,2025/12/11 周四,22,Analytical Chemistry,分析化学中常用的量及其单位的名称和符号,量的名称,符号,单位名称,单位符号,物质的量,n,B,摩尔,mol,mmol,质量,m,千克,kg,G,mg,g,体积,V,立方米,m,3,L,mL,摩尔质量,M,B,千克每摩尔,kg/mol,g/mol,摩尔体积,V,m,立方米每摩尔,m,3,/mol,L/mol,密度,千克每立方米,kg/m,3,g/mL,g/m,3,相对原子量,A,r,相对分子量,M,r,2025/12/11 周四,23,Analytical Chemistry,分析化学中常用的量及其单位的名称和符号,量的名称,符号,单位名称,单位符号,物质的量浓度,c,B,摩每立方米,mol/m,3,mol/L,质量分数,B,质量浓度,B,千克每立方米,Kg/m,3,g/L,g/mL,体积分数,B,滴定度,V,m,克每毫升,g/mL,2025/12/11 周四,24,Analytical Chemistry,四、一般溶液的配制和计算,1、物质的量浓度溶液的配制和计算,欲配制,c,(Na CO),=0.5mol/L,溶液500,mL,,,如何配制?,欲配制,c,(H PO),=0.5mol/L,溶液500,mL,,,如何配制?(浓磷酸密度,=1.69,=85%,,浓度为15,mol/L),2 3,3 4,2025/12/11 周四,25,Analytical Chemistry,2、质量分数溶液的配制和计算,欲配制,NaCl,=10%,NaCl,溶液500,g,,如何配制?,欲配制,=30%H,2,SO,4,溶液500,mL,(=1.22),,如何配制?(浓,H,2,SO,4,=1.84,=96%),H,2,SO,4,2025/12/11 周四,26,Analytical Chemistry,3、质量浓度溶液的配制和计算,欲配制20,g/L,亚硫酸钠溶液100,mL,,,如何配制?,4、体积分数溶液的配制和计算,欲配制,=3%H,2,O,2,溶液500,mL,,,如何配制?,5、比例浓度溶液的配制和计算,欲配制(2+3)乙酸溶液1,L,,如何配制?,C,2,H,5,OH,2025/12/11 周四,27,Analytical Chemistry,第二节 滴定分析法计算,滴定分析计算的依据,标准溶液浓度的计算,滴定分析法计算实例,2025/12/11 周四,28,Analytical Chemistry,滴定:,将试样制备成溶液置于三角瓶中,再将另一种已知准确浓度的试剂溶液(标准溶液,),由滴定管滴加到待测组分的溶液中去,直到所加标准溶液和待测组分恰好完全定量反应为止。,仪器与试剂:,滴定管、三角瓶、标准溶液、被测溶液、指示剂,一、滴定分析计算的依据,2025/12/11 周四,29,Analytical Chemistry,滴定分析法(,titrimetric analysis):,根据滴定反应的化学计量关系、标准溶液的浓度和体积用量,计算出被测组分含量的定量分析方法。,滴定分析计算的依据:,n,T,n,A,=t a,n,A,=(cV),T,a,t,t T +a A P,(,标准溶液)(待测物质)(生成物),2025/12/11 周四,30,Analytical Chemistry,滴定分析仪器:,2025/12/11 周四,31,Analytical Chemistry,二、标准溶液浓度的计算,1、标准溶液的配制,标定法,:,稀释后标定(,NaOH),n,1,=,n,2,c,1,V,1,=,c,2,V,2,直接法:,用基准物质直接配制(,K,2,Cr,2,O,7,),准确称量并配成准确体积。,什么是基准 物质?,2025/12/11 周四,32,Analytical Chemistry,2、基准物质(,standard substance),基准物质:直接配制或标定标准溶液的物质。,基准物质应具备下列条件:,纯度高,一般要求在99.9%以上;,组成与化学式相符,包括结晶水;,性质稳定,在空气中不吸湿,加热干燥时不分解,不与空气中的二氧化碳、氧气等作用;,具有较大的摩尔质量,以减少称量误差。,2025/12/11 周四,33,Analytical Chemistry,常用的基准物质:,名称,化学式,使用前的干燥条件,碳酸钠,Na,2,CO,3,270-300干燥2-2.5,h,邻苯二甲酸氢钾,KHC,8,H,4,O,4,110-120干燥1-2,h,重铬酸钾,K,2,Cr,2,O,7,研细,100-110干燥3-4,h,草酸钠,Na,2,C,2,O,4,130-140干燥1-1.5,h,氧化锌,ZnO,800-900干燥2-3,h,硝酸银,AgNO,3,在浓硫酸干燥器中干燥至恒重,氯化钠,NaCl,500-650干燥40-45,min,2025/12/11 周四,34,Analytical Chemistry,2、标准溶液浓度的计算,例1:配制0.02000,molL,-1,K,2,Cr,2,O,7,标准溶液250.0,mL,,需称取多少克,K,2,Cr,2,O,7,?,m,=,nM,=,cVM,=,0.02000 molL,-1,0.2500L294.2 g mol,1,=1.471(g),解:已知,M =294.2 g mol,1,n,=,M,m,K,2,Cr,2,O,7,保留几位有效数字?,2025/12/11 周四,35,Analytical Chemistry,准确称量1.47,g(10%)K,2,Cr,2,O,7,基准物质于容量瓶中,溶解定容,再计算出其准确浓度。,怎样配制?,2025/12/11 周四,36,Analytical Chemistry,例2:已知浓盐酸的密度为1.19,g mL,-1,,,其中,HCl,含量为37%。计算:,(1)浓盐酸的浓度(物质的量浓度);,(2)欲配制浓度为0.1,mol L,-1,的稀盐酸1.010,3,mL,,需要量取上述浓盐酸多少毫升?,2025/12/11 周四,37,Analytical Chemistry,c,HCl,=12,molL,-1,1.19,gmL,-1,(1.0 10,3,mL)0.37,36.46,gmol,-1,c,HCl,=,(1)解:已知,M,HCl,=36.46 g mol,1,有效数字,2025/12/11 周四,38,Analytical Chemistry,(,2)解:根据稀释定律,(,n,HCl,),前,=(,n,HCl,),后,(,c,HCl,V,HCl,),前,=(,c,HCl,V,HCl,),后,V,HCl,=8mL,0.1,molL,-1,(1.0 10,3,mL),12,molL,-1,V,HCl,=,2025/12/11 周四,39,Analytical Chemistry,用10,mL,量筒量取9,mL,浓盐酸,注入1000,mL,水中,摇匀,贴上标签,备用。,如何配制0.1,molL,-1,HCl,溶液?,2025/12/11 周四,40,Analytical Chemistry,例3:用基准无水碳酸钠标定,HCl,溶液的浓度,称取0.2023,gNa,2,CO,3,,,滴定至终点时消耗,HCl,溶液37.70,mL,,计算,HCl,溶液的浓度。,3、标定溶液浓度的有关计算,Na,2,CO,3,解:已知,M =105.99 g mol,1,Na,2,CO,3,+2HCl 2NaCl +CO,2,+,H,2,O,2025/12/11 周四,41,Analytical Chemistry,c,HCl,=0.1012mol L,1,2(0.2023,g/105.99g mol,1,),37.70 10,-3,L,c,HCl,=,2(,m/M),V,HCl,c,HCl,=,Na,2,CO,3,2025/12/11 周四,42,Analytical Chemistry,例4:要求在标定时用去0.10,molL,-1,NaOH,溶液2025,mL,,问应称取基准试剂邻苯二甲酸氢钾(,KHP),多少克?如果改用草酸(,H,2,C,2,O,4,2H,2,O),作基准物质,又应称取多少克?,要求:,相对误差小于0.1%,2025/12/11 周四,43,Analytical Chemistry,解:已知,M,KHP,=204.22 g mol,1,NaOH,+KHP NaKP +H,2,O,n,KHP,=n,NaOH,m,KHP,=(cV),NaOH,M,KHP,(1),V=20mL:m,KHP,=0.10molL,-1,2010,-3,L204.22 g mol,1,m,KHP,=0.41g,2025/12/11 周四,44,Analytical Chemistry,(2),V=25mL:,m,KHP,=0.10molL,-1,2510,-3,L204.22 g mol,1,m,KHP,=0.51g,2025/12/11 周四,45,Analytical Chemistry,(1),V=20mL,m=0.13g,(2)V=25mL,m=0.16g,解:已知,M =126.07 g mol,1,2NaOH,+H,2,C,2,O,4,Na,2,C,2,O,4,+2H,2,O,H,2,C,2,O,4,2H,2,O,H,2,C,2,O,4,2H,2,O,(,m/M)=1/2(cV),NaOH,2025/12/11 周四,46,Analytical Chemistry,由此可知:,在标定同一浓度的,NaOH,溶液时,若分析天平的绝对称量误差一定时,采用摩尔质量较大的邻苯二甲酸氢钾作为基准试剂,可以减少称量的相对误差。,算一算,V=20mL,m,KHP,=0.41g,m=0.13g,2025/12/11 周四,47,Analytical Chemistry,称取120,gNaOH,固体,溶于100,mL,水中,摇匀,注入聚乙烯容器中,密闭放置清亮。用塑料管虹吸5,mL,上层清液,注入1000,mL,无二氧化碳的水中,摇匀,贴上标签备用。,如何配制0.1,molL,-1,NaOH,溶液?,2025/12/11 周四,48,Analytical Chemistry,例5:准确量取30.00,mL HCl,溶液,用0.09026,molL,-1,NaOH,溶液滴定,到达化学计量点时消耗,NaOH,溶液的体积为31.93,mL,,计算,HCl,溶液的浓度。,c,HCl,V,HCl,=c,NaOH,V,NaOH,解:,NaOH +HCl NaCl +H,2,O,2025/12/11 周四,49,Analytical Chemistry,c,HCl,=0.09908 molL,-1,0.09026,molL,-1,32.93mL,30.00,mL,c,HCl,=,2025/12/11 周四,50,Analytical Chemistry,3、物质的量浓度与滴定度之间的换算,例6:,HCl,标准溶液的浓度为0.09908,molL,-1,,HCl,标准溶液对,NaOH,的滴定度,T,HCl/NaOH,(gmL,-1,),为多少?,解:已知,M =40.00 g mol,1,HCl,+NaOH NaOH +H,2,O,NaOH,n,HCl,=n,NaOH,2025/12/11 周四,51,Analytical Chemistry,T,HCl/NaOH,=0.09908 molL,-1,(1.00 10,-3,L,)40.00 g mol,1,=0.00396 gmL,-1,2025/12/11 周四,52,Analytical Chemistry,三、滴定分析法计算实例,例7:准确移取食用白醋25.00,mL,,置于250,mL,容量瓶中,用蒸馏水稀释至刻度、摇匀。用50,mL,移液管称取上述溶液,置于250,mL,三角瓶中,加入酚酞指示剂,用0.1000,mol L,-1,NaOH,标准溶液滴定至微红色,计算每100,mL,食用白醋中含醋酸的质量。,2025/12/11 周四,53,Analytical Chemistry,解:,NaOH +HAc,NaAc +H,2,O,25,mL,白醋,250,mL,溶液,50,mL,测定,(1)50,mL,溶液中,HAc,浓度:,(2)25,mL,白醋中,HAc,浓度:,(3)100,mL,食用白醋中含醋酸的质量。,M,HAc,=60.00 g mol,1,2025/12/11 周四,54,Analytical Chemistry,例8:测定铝盐中铝含量。称取样品0.2500,g,,溶解后加入,EDTA,标准溶液,,c,(EDTA),=0.05000mol L,-1,,V,(EDTA),=25.00mL。,选择适当条件,用,c,(Zn,2+,),=0.02000mol L,-1,标准溶液返滴定,用去,V,(Zn,2+,),=21.50mL,,求铝的含量?,2025/12/11 周四,55,Analytical Chemistry,解:,Al,3+,+H,2,Y,2-,AlY,-,+2H,+,Zn,2+,+H,2,Y,2-,ZnY,2-,+2H,+,Al,3+,H,2,Y,2-,Zn,2+,n,(EDTA),=0.05000mol L,-1,25.00 10,-3,L,=1.2510,-3,mol,n,(Zn,2+,),=0.02000mol L,-1,21.50 10,-3,L,=0.4310,-3,mol,2025/12/11 周四,56,Analytical Chemistry,n,(EDTA),=n,(Zn,2+,),+n,(Al,3+,),n,(Al3+),=1.2510,-3,mol-0.4310,-3,mol,=0.8210,-3,mol,铝的含量=,(26.98,g mol,-1,0.8210,-3,mol)/0.2500g 100%,铝的含量=8.85%,2025/12/11 周四,57,Analytical Chemistry,第三节 分析结果数据处理,复习,精密度是什么?如何表示?,什么是平均偏差?,什么是有限次测定的标准偏差?,过失误差是什么?如何处理过失误差的数据?,2025/12/11 周四,58,Analytical Chemistry,一、,分析结果的判断,可疑值:,在消除了系统误差后,所测得的数据出现显著的特大值或特小值,这样的数据是值得怀疑的。,对可疑值应做如下判断:,在分析实验中,已然知道某测定值是操作中的过失所造成的,应立即将此数据弃去。,如找不出可疑值出现的原因,不应随意弃去或保留,而应按照介绍的方法来取舍。,2025/12/11 周四,59,Analytical Chemistry,例:我们测得一组数据如下表示:,30.56为可疑值?,测得值,30.18,30.56,30.23,30.35,30.32,2025/12/11 周四,60,Analytical Chemistry,1、4,d,法:也称“4乘平均偏差法”,求可疑值以外其余数据的平均值。,求可疑值以外其余数据的平均偏差。,求可疑值和平均值之间的差值。,将平均偏差乘,4,,再和可疑值和平均值之间的差值比较:,若差值,4,d,则弃去,若小于,4,d,则保留。,二、分析结果数据的取舍,2025/12/11 周四,61,Analytical Chemistry,1、4,d,法,4乘平均偏差法统计处理不够严格,但比较简单,不用查表,至今仍有人采用。,4乘平均偏差法仅适用于测定4-8个数据的检验分析。,2025/12/11 周四,62,Analytical Chemistry,2、,Q,检验法,将测定数据按大小顺序排列。,计算可疑值与最邻近数据之差,除以最大值与最小值之差,所得商称为,Q,值。,可疑值出现在首项,x,2,x,1,Q,计算=,x,n,-x,1,可疑值出现在末项,x,n,x,n-1,Q,计算=,x,n,-x,1,查,p304,页表8-1:,Q,计算,Q(,弃去),Q,计算,Q(,保留),2025/12/11 周四,63,Analytical Chemistry,分析结果数据的取舍,表8-1舍弃商,Q,值表,(置信度90%、96%和99%)。,置信度,P:,是指对测量结果判断的可信程度,又称置信水平。,它是由分析工作者根据对测定的准确度的要求来确定。,Q,检验法适用于测定次数为3-10次的检验。,2025/12/11 周四,64,Analytical Chemistry,将测定数据按大小顺序排列。,30.18、30.23、30.32、30.35、30.56,计算可疑值与最邻近数据之差,除以最大值与最小值之差,所得商称为,Q,值。,P=99%,测得值,30.18,30.56,30.23,30.35,30.32,可疑值出现在末项,x,n,x,n-1,Q,计算=,x,n,-x,1,Q,计算=0.55,Q,计算,Q(,保留),查,p304,页表8-1:,Q=0.82,2025/12/11 周四,65,Analytical Chemistry,例题:,标定,NaOH,标准溶液时测得4个数据:,0.1016、0.1019、0.1014、0.1012(,mol/L),试用,Q,检验法确定0.1019数据是否应舍去?(置信度90%),排列:0.1012、0.1014、0.1016、0.1019(,mol/L),Q,计算=0.43,查表,:,Q=0.76,Q,计算,Q,,0.1019,mol/L,保留。,2025/12/11 周四,66,Analytical Chemistry,3、格鲁布斯,(Grubbs),法,将测定数据按大小顺序排列。,计算该组数据的平均值(包括可疑值在内)及标准偏差。,计算,T,值。,可疑值出现在首项,_,x x,1,T,=,s,可疑值出现在末项,_,x,n,x,T=,S,查,p305,页表8-2:,TT,p,n,(,弃去),TT,p,n,(,保留),2025/12/11 周四,67,Analytical Chemistry,将测定数据按大小顺序排列。,30.18、30.23、30.32、30.35、,30.56,计算平均值,标准偏差。,可疑值在末端。,P=99%,测得值,30.18,30.56,30.23,30.35,30.32,可疑值出现在末项,_,x,n,x,T=,S,T10,时,,慢。,当,n 5,时,几乎没有什么变化,实际分析中测定次数大都在5次左右。,2025/12/11 周四,73,Analytical Chemistry,例题:,进行污水中铁含量测定,结果如下:,67.48,67.47,67.47,67.43,67.40,mg/L,求:平均偏差,标准偏差和平均值的标准偏差。,2025/12/11 周四,74,Analytical Chemistry,四、平均值的置信区间,平均值的置信区间:在一定置信度下,以平均值为中心包括真实值的可能范围称为平均值的置信区间,又称为可靠性区间界限。,平均值的置信区间=,t,为置信系数:查,p308,表8-3,平均值的随机不确定度,2025/12/11 周四,75,Analytical Chemistry,例题:,测定水中镁杂质含量,结果如下所示:,测定结果(,mg/L),_,d,=,x-x,_,d,2,=(x-x),2,60.04,0.01,0.0001,60.11,0.06,0.0036,60.07,0.02,00004,60.03,0.02,0.0004,60.00,0.05,0.0025,2025/12/11 周四,76,Analytical Chemistry,n=5,平均值的置信区间=,=60.050.05,真实值落在,60.0060.10范围内,P=95,%,2025/12/11 周四,77,Analytical Chemistry,作业:,P 316-13,题,2025/12/11 周四,78,Analytical Chemistry,
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