現(xiàn)代測試方法作業(yè)

1、研究生課程（論文類）試卷2013 / 2014 學(xué)年第 一 學(xué)期課程名稱： 現(xiàn)代測試方法 課程代碼： DZ0702003 論文題目： 儀器分析的發(fā)展及其應(yīng)用研究進(jìn)展 學(xué)生姓名： 專業(yè)學(xué)號： 化學(xué)工程（專碩） 學(xué)院： 香料香精技術(shù)與工程學(xué)院 課程（論文）成績：課程（論文）評分依據(jù)（必填）：1. 論文結(jié)構(gòu)規(guī)范，檢索的文獻(xiàn)資料經(jīng)認(rèn)真的綜合分析整理，選材精簡得當(dāng)，條理清晰，語言流暢，版面整潔美觀。得分為90-100分。2. 論文結(jié)構(gòu)較規(guī)范，檢索的文獻(xiàn)資料經(jīng)分析整理，材料組織得當(dāng)，條理清晰，語言流暢。得分為80-89分。3. 論文結(jié)構(gòu)基本規(guī)范，內(nèi)容有小問題，檢索的文獻(xiàn)資料經(jīng)一般性分類整理，條理較清晰，得

2、分為70-79分。4. 論文結(jié)構(gòu)基本規(guī)范，內(nèi)容未經(jīng)認(rèn)真整理，一般性羅列所檢索的文獻(xiàn)資料。得分為60-69分5. 達(dá)不到上述第4點要求的論文，得分為0-59分。任課教師簽字： 日期： 年 月 日課程（論文）題目：儀器分析的發(fā)展及其應(yīng)用研究進(jìn)展內(nèi)容：摘要：本文闡述了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展中儀器分析發(fā)展的特點和現(xiàn)狀及其基礎(chǔ)地位，并對光譜分析法、電化學(xué)分析法、色譜分析法、質(zhì)譜分析法、核磁共振波譜法等分析方法的特點以及計算機(jī)在儀器分析中的應(yīng)用作了較詳細(xì)的介紹，對儀器分析在我國生物科學(xué)中的廣泛應(yīng)用及發(fā)展情況進(jìn)行歸類總結(jié)關(guān)鍵詞：儀器分析；發(fā)展趨勢；應(yīng)用Progress in the development and

3、 application of instrumental analysisAbstract: This paper describes the characteristics and status of its basic position of the development of modern science and technology development of instrumental analysis, and features spectroscopy, electrochemical analysis, chromatography, mass spectrometry, n

4、uclear magnetic resonance spectroscopy and other analytical methods and computer applications in instrumentation analysis made a more detailed introduction to instrumental analysis of biological sciences in the application and development of a wide range of classified summary.Keywords: instrumental

5、analysis; trends; application引言當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主要特征是高度分化和高度綜合，分析化學(xué)也不例外。分析化學(xué)是四大化學(xué)之一，包括兩大范疇化學(xué)分析和儀器分析?；瘜W(xué)分析是指利用化學(xué)反應(yīng)和它的計量關(guān)系來確定被測物質(zhì)的組成和含量的一類分析方法。儀器分析是以物質(zhì)的物理性質(zhì)和物理化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)建立起來的一種分析方法，常常需要使用比較復(fù)雜的儀器。儀器分析又分為基礎(chǔ)儀器分析和現(xiàn)代儀器分析，現(xiàn)代儀器分析又分為波譜分析、光譜分析、電化學(xué)分析、色譜分析、電鏡分析、放射化學(xué)分析等。1 儀器分析技術(shù)的基礎(chǔ)地位現(xiàn)代儀器分析是一門信息科學(xué)，用于陳述事物的運動狀態(tài)，促進(jìn)人與環(huán)境的相互交流?，F(xiàn)代儀器

6、分析也是一門信息技術(shù)，涉及信息的生產(chǎn)、處理、流通，也包括信息獲取、信息傳遞、信息存儲、信息處理和信息顯示等，有效地擴(kuò)展了人類信息器官的功能。人們通常將信息與物質(zhì)、能源相提并論，稱為人類社會賴以生存、發(fā)展的三大支柱。世界由物質(zhì)組成的，沒有物質(zhì)，世界便虛無縹緲。能量是一切物質(zhì)運動的源泉。沒有能源，世界便成為靜寂的世界。信息則是客觀事物與主觀認(rèn)識相結(jié)合的產(chǎn)物。沒有信息交換，世界便成為沒有生氣的世界，人類無法生存和發(fā)展。生產(chǎn)和科研的發(fā)展，特別是生命科學(xué)和環(huán)境科學(xué)的發(fā)展，對分析化學(xué)的要求不再局限于“是什么”、“有多少”?而是要求提供更多更全的信息，即從常量到微量分析，從微量到微粒分析，從量到超痕量分析，

7、從組成到形態(tài)分析，從總體到微區(qū)分析，從表現(xiàn)分布到逐層分析，從宏觀到微觀結(jié)構(gòu)分析，從靜態(tài)到快速反應(yīng)追蹤分析，從破壞試樣到試樣無損分析，從離線到在線分析等。儀器分析是生產(chǎn)和科研的眼睛，是高科技發(fā)展的基礎(chǔ)和伴侶現(xiàn)代分析儀器是基于多學(xué)科的高技術(shù)產(chǎn)物。離開現(xiàn)代儀器分析，高新技術(shù)研究與進(jìn)步寸步難行。2 儀器分析技術(shù)的發(fā)展21 儀器分析技術(shù)的歷史分析化學(xué)經(jīng)歷了三次變革，第一次變革發(fā)生在本世紀(jì)初，由于物理化學(xué)的發(fā)展，為分析技術(shù)提供了理論基礎(chǔ)，建立了溶液四大平衡理論，使分析化學(xué)從一門技術(shù)發(fā)展為一門科學(xué)，這也可以說是分析化學(xué)與物理化學(xué)結(jié)合的時代，這一時期分析化學(xué)的確是化學(xué)的一個分支。第二次變革發(fā)生在第二次世界大戰(zhàn)

8、前后直到60年代。物理學(xué)、電子學(xué)、半導(dǎo)體及原子能工業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致了儀器方法的大發(fā)展。因為化學(xué)方法在很多方面已無能為力，例如，常量分析的測定準(zhǔn)確度要求達(dá)到10級，對高純材料中雜質(zhì)元素的含量最好能找出它含有幾個原子，化學(xué)法在這里毫無辦法1?；瘜W(xué)法討論的物質(zhì)濃度是以一定體積中含有多少“摩爾”為單位的，一個“摩爾”含有602×108個分子。因此，在這一段時期物理方法大大發(fā)展，有人說與其把今天的分析化學(xué)叫“分析科學(xué)”還不如叫“分析物理”更符合實際，這足見物理方法在分析化學(xué)中的比重有多大，也可以說60年代是分析化學(xué)與物理學(xué)、電子學(xué)結(jié)合的時代。從70年代末到現(xiàn)在，以計算機(jī)應(yīng)用為主要標(biāo)志的信息時代的來

9、臨，給科學(xué)技術(shù)帶來了巨大的活力，分析化學(xué)正處第三次變革時期，已發(fā)展到分析科學(xué)階段，成為一門建立在化學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機(jī)科學(xué)、精密儀器制造學(xué)等學(xué)科上的綜合性的邊緣科學(xué)。2.2儀器分析方法的發(fā)展歷程據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報導(dǎo)2，目視比色法是最早的儀器分析方法。最初，比色分析是在試管中進(jìn)行的，借助于標(biāo)準(zhǔn)溶液的顏色系列和待測液的顏色進(jìn)行比較后，對待測樣品中物質(zhì)的成分作出定量估計，后來又發(fā)展到目視比色計。到20世紀(jì)30年代，以光電池代替肉眼檢測的光電比色計問世，進(jìn)而帶分光鏡或光柵的分光光度計進(jìn)入了實驗室，使得吸收光度計從可見光區(qū)域擴(kuò)展到紫外區(qū)域。吸收光度計法分為比色法和分光光度法，近幾十年來，有機(jī)試劑(顯色劑、

10、掩蔽劑)及絡(luò)合化學(xué)的發(fā)展為分光光度法提供了化學(xué)理論基礎(chǔ)和實驗條件，使得分光光度法在測定元素的范圍方面日益擴(kuò)大。至今，這兩種儀器分析方法仍然是大多數(shù)實驗室中最常見的儀器分析方法。原子發(fā)射光譜分析作為一種定性分析方法應(yīng)用于化學(xué)成分的定量分析并不比吸收光度法晚，現(xiàn)在人們常把1859-1860年作為光譜分析開始的年代。發(fā)射光譜應(yīng)用于化學(xué)成分的定量分析直到1926年內(nèi)標(biāo)法的出現(xiàn)才得以實現(xiàn)3。1945年前后，光電直讀光譜儀投入了應(yīng)用，其后又進(jìn)一步發(fā)展了真空光電直讀光譜儀使碳、磷、硫也和其他金屬元素一樣能用光譜法同時分析，但這方面的應(yīng)用并不普遍。直到20世紀(jì)70年代初期，電感耦合等離子體多通道色散率的發(fā)射光

11、譜儀(IcP)正式投入工作才使原子發(fā)射光譜分析法進(jìn)入復(fù)興時期。如今IcP多通道直讀光譜儀能同時檢測50個以上的元素，而且檢測限能至ppb級。值得一提的是20世紀(jì)60年代中期發(fā)展起來的原子熒光分析法，它屬一種發(fā)射光譜分析法，但它與原子吸收分析原理也有許多相似之處。因此，有人認(rèn)為這個方面是原子發(fā)射光譜法和原子吸收光譜法的綜合發(fā)展。它有很多優(yōu)點，對很多元素來說，它有很高的靈敏度，而且，它可使用連續(xù)光源和中等色散率的單色器，相對而言儀器比較簡單。原子熒光光譜法將比原子吸收或原子發(fā)射光譜法有更大的發(fā)展前景歷史并不算短的極譜分析法是儀器分析的另一個分支。J·Heyrovsky4奠定了極譜分析法的

12、理論基礎(chǔ)以后，極譜分析法褥到迅速的發(fā)展，在原子吸收、原子熒光、IcP原子發(fā)射光譜法出現(xiàn)以前，極譜法在微量元素分析中幾乎與發(fā)射光譜法齊名。極譜法在經(jīng)典極譜法基礎(chǔ)上發(fā)展的10余種示波極譜法的靈敏度有了很大的提高。極譜法不僅用于元機(jī)分析方面，在有機(jī)成分分析、電化學(xué)以及絡(luò)合物化學(xué)分析方面也是一種重要手段它既可用于物質(zhì)的定量分析，也可用于物質(zhì)鑒別的定性分析。色譜法的出現(xiàn)，大大拓展了儀器分析在有機(jī)分析方面的應(yīng)用領(lǐng)域。色譜法是一種物理化學(xué)的分離方法，1903年俄國植物學(xué)家Tswett5在一個玻璃管中進(jìn)行洗脫實驗后，首次提出色譜這一名稱。這以后的幾十年，色譜概念沒有引起人們的關(guān)注，直到1931年德國的Klll

13、ln7重復(fù)了T8wett的實驗，并用這種方法分離了60多種色素。Martin和synge在他們的基礎(chǔ)上與1940年提出液液分配色譜法。11年后，Jam和Manin發(fā)表了從理論到實驗比較完整的氣液色譜法，因此獲得了1952年的諾貝爾化學(xué)獎。1965年Gddings8總結(jié)和擴(kuò)展了前人的色譜理論，為色譜的發(fā)展奠定了理論基礎(chǔ)。在上世紀(jì)60年代末把高壓泵和化學(xué)鍵合固定相用于液相色譜，出現(xiàn)了高效液相色譜(HPLc)。20世紀(jì)80年代初毛細(xì)管超臨界流體色譜(sFc)得到發(fā)展。色譜法最主要的特點是其高超的分離能力，它的分離效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于蒸餾、萃取、離心等這些分離技術(shù)，因此色譜的應(yīng)用范圍非常廣泛。McNair9認(rèn)

14、為氣相色譜儀(Gc)可能是世界上應(yīng)用最廣的分析儀器色譜科學(xué)將在生命科學(xué)等前沿科學(xué)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的重要作用。上世紀(jì)60年代以后發(fā)展起來的雙聚焦高分辨質(zhì)譜儀，特別是質(zhì)譜-氣相聯(lián)用成為鑒定未知有機(jī)物結(jié)構(gòu)的最有效的分析手段之一10。分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)的另一有效手段是核磁共振，核磁共振譜儀發(fā)展的一個重要階段是1953年有人提出快速傅立葉變換的計算方法，此后核磁共振的技術(shù)價值得到了充分的發(fā)揮10。3儀器分析法的應(yīng)用31原子發(fā)射光譜分析法它主要用于土壤和植物體等樣品中多種金屬元素的測定，可以很快得到定性、半定性或定量分析結(jié)果，但儀器價格較貴。3.2分子發(fā)光分析法它包括分子熒光、分子磷光和化學(xué)發(fā)光、生物發(fā)光分析

15、法等。其中，分子熒光分析法應(yīng)用較為廣泛，它具有測定靈敏度高、試樣用量少等特點。該方法可直接測定氨基酸、維生素、農(nóng)藥、激素以及黃曲霉素、3，4-苯并芘等致癌物質(zhì)11。也可以用間接法測定農(nóng)、林、牧樣品中的微量金屬元素，如：鈹、鋅、銅、鉬、錳、鉻、鐵、鎂以及硼、硒等非金屬元素。3.3 紫外、可見吸收光譜分析法在農(nóng)、林、牧學(xué)科中應(yīng)用廣泛，用途較多在提高品種的質(zhì)量12中，起到了重要的作用。它可以測定樣品中的賴氨酸、色氨酸、蛋白質(zhì)、丹寧、葡萄糖、果糖、蔗糖、淀粉、葉綠素、農(nóng)藥等許多有機(jī)化合物，也可測定銨態(tài)氮、硝態(tài)氮、全磷、速效磷、鉀、鐵、鈣、鎂、硅、硫以及硼、鉬、銅、鋅、鉆、鉻、鋁、汞、砷、錳等數(shù)十種元素

16、和許多無機(jī)物，涉及的測定對象有土壤、肥料、農(nóng)藥、植物體、水、種子、食品、果蔬、飼料、大氣、粉塵等。3.4 電位分析法電位分析法它是一種經(jīng)典、重要的電化學(xué)分析方法。包括直接電位分析法和電位滴定分析法。由于具有結(jié)構(gòu)簡單、響應(yīng)快、選擇性好、線性范圍寬等特點的各類離子選擇性電極的廣泛應(yīng)用，使電位分析法在農(nóng)林科學(xué)中充滿了活力，尤其是各種微型電極的闖世，使應(yīng)用前景更加誘入。目前，利用選擇性電極可以測定土壤等樣品的pH值、K+、Na+、NH、Cu2+等項目微型電極可直接插入土壤中的特定部位測定氧化還原電位及酸度，也可插入動、植物組織或細(xì)胞內(nèi)，在生命活動不發(fā)生顯著變化的情況下進(jìn)行活體分析，對生命科學(xué)獲得大量真

17、實有用的信息具有重大貢獻(xiàn)13。3.5 色譜分析法它是指將待測組分與共存組分的分離、定性和定量測定可在色譜儀中連續(xù)完成。在農(nóng)業(yè)上，氣相色譜法可對農(nóng)藥殘留量、氨基酸、維生素、激素、糖類、脂類、核酸進(jìn)行測定，也可對某些金屬離子，大氣中的C02、S02、H、S、甲烷等進(jìn)行分析。高效液相色譜法可對維生素、生物堿、激素、氨基酸、農(nóng)藥、核酸、香豆寒、脂類等有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行分析，也可測定一些無機(jī)離子及金屬元素。離子色譜法是一種分析無機(jī)和有機(jī)離子的液相色譜技術(shù)14，能測定數(shù)百種陰、陽離子和化合物，最適合多組分與多元素的同時分析。該方法選擇性好，樣品用量少，靈敏度高，易實現(xiàn)自動化。是分析水中陰離子的最好方法，多應(yīng)用于

18、環(huán)境水樣的測定。3.6 原子吸收光譜分析法在農(nóng)、林、牧學(xué)科中應(yīng)用較為廣泛，主要測定對象為土壤、動植物體、水、飼料、食品等樣品中的鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅、鉬、鈷等數(shù)十種金屬元素冷原子吸收法測汞是分析樣品中微量、痕量汞測定的較好方法15。3.7 電導(dǎo)分析法和伏安分析法電導(dǎo)分析法常用來測定蒸餾水及天然水的質(zhì)量、土壤中可溶性鹽分總量，也可用來測定土壤及農(nóng)產(chǎn)品中的含水量以及大氣中的C02的含量。用電導(dǎo)法預(yù)測種子發(fā)芽率及預(yù)選砧木，對農(nóng)業(yè)、果樹生產(chǎn)有較大的價值。伏安分析法主要用于測定農(nóng)林樣品及某些生物所必需的微量元素和環(huán)境有害元素，如鉛、鎘、鈹、鉻、砷、銅、鋅、錳、鉬、鎂等16。4.總結(jié)與展望本文主要綜述了

19、現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展中儀器分析發(fā)展的特點和現(xiàn)狀及其基礎(chǔ)地位，并對光譜分析法、電化學(xué)分析法、色譜分析法、質(zhì)譜分析法、核磁共振波譜法等分析方法的特點以及計算機(jī)在儀器分析中的應(yīng)用作了較詳細(xì)的介紹，對儀器分析在我國生物科學(xué)中的廣泛應(yīng)用及發(fā)展情況進(jìn)行歸類總結(jié)。雖然國內(nèi)對以上這些儀器分析熱門領(lǐng)域的研究不如國外多, 但是隨著社會的不斷進(jìn)步, 對它的研究將會越來越深人, 使其朝更高靈敏度、更高選擇性、更方便快捷的方向發(fā)展, 不斷推出新的方法來解決可能遇到的新的分析難題, 另外網(wǎng)絡(luò)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展也為這些領(lǐng)域的發(fā)展創(chuàng)造了更好的機(jī)遇與更廣闊的發(fā)展空間。參考文獻(xiàn)： 1王坤,郝巖平.儀器分析.21世紀(jì)的分析科學(xué)J.中國甜菜糖業(yè),2003,(3):21232胡長平.儀器分析的發(fā)展歷程J.安徽科技.2004,(10):48-493汪爾康.2l世紀(jì)的分析化學(xué)M.北京:科學(xué)出版社,19964北京大學(xué)化學(xué)系儀器分析教研組儀器分析教程M北京：北京大學(xué)出版社，19975揚容，劉海燕，周雅璇儀器分析發(fā)展現(xiàn)狀及其在農(nóng)林科學(xué)中的應(yīng)用J河