分析化學(xué)學(xué)科前沿綜述-文檔

--分析化學(xué)前沿綜述摘要：從70年代末到現(xiàn)在，分析化學(xué)正處在第三次大發(fā)展時(shí)期。分析化學(xué)正走向信息時(shí)代，計(jì)算機(jī)時(shí)代;生命科學(xué)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的發(fā)展促進(jìn)了分析化學(xué)的發(fā)展。本文主要通過分析化學(xué)的分支學(xué)科來看分析化學(xué)的前沿和熱點(diǎn)。關(guān)鍵詞:分析化學(xué)；分支學(xué)科；前沿;熱點(diǎn)。1．前言地方？從對(duì)象來看,與生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、高技術(shù)材料科學(xué)有關(guān)的分析化學(xué)是不斷更新。40年代原子能、半導(dǎo)體材料的發(fā)展,物理學(xué)、電子學(xué)的發(fā)展,促進(jìn)了原子光譜分析的發(fā)展。時(shí)至今日，這些學(xué)科仍然在繼續(xù)發(fā)展,與之有關(guān)的分析化學(xué)分支學(xué)科也在不斷發(fā)展。因此,對(duì)分析化學(xué)來說，不一定是新的分支學(xué)科發(fā)展取代舊的分支學(xué)科,而常常是新的不斷出現(xiàn),舊的不斷更新。80年代分子光譜分析的發(fā)展并不限制原子光譜分析的發(fā)展。因而在討論分析化學(xué)前沿時(shí),不但要看到新問題、新學(xué)科、新領(lǐng)域，而且要看到目前各分支學(xué)科中的新的生長(zhǎng)點(diǎn)、新的熱點(diǎn)、新的領(lǐng)域。主要從光譜分析，電化學(xué)分析,色譜分析，質(zhì)譜及核磁共振,化學(xué)計(jì)量學(xué)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用五個(gè)方面對(duì)分析化學(xué)的前沿進(jìn)行綜述。２．光譜分析方面光譜分析一直是分析化學(xué)中最富活力的領(lǐng)域。60年代等離子體、傅里葉變換、激光技術(shù)的引入,出現(xiàn)了等離子體-原子發(fā)射光譜、傅里葉紅外光譜（FT－Ｐ-MＳ)多種元素檢出限達(dá)到10—６０ｍl。X-射線熒光光譜有進(jìn)一步的發(fā)展,70—80年代應(yīng)用全反射技術(shù),靈敏度提高約100０倍，檢出限（10-）級(jí)９[1]----束可以聚焦在1μｍ直徑，可作pｐm（１０）級(jí)多元素微區(qū)分布分析，如一根-6FT-IR相配合已成為分子105－107倍。共振拉曼光譜靈敏度高,特別適用于微量生物大分子檢測(cè)，可以直接獲得人體體液的拉曼光譜圖。激光誘導(dǎo)熒光光譜的靈敏度已達(dá)到單分子檢測(cè)水平，在生物醫(yī)學(xué)中已用于癌癥的早期診斷,用作高效液相色譜檢測(cè)器,檢出限為105－１了新一代的電荷耦合陣列檢測(cè)器(CCD)靈敏度高等優(yōu)良性能,在高效液相色譜熒光法檢測(cè)中,檢出限達(dá)到10,并可獲-15得多個(gè)化合物的三維熒光光譜圖。預(yù)計(jì)在1－2年內(nèi)，ＣＣD檢測(cè)器將會(huì)成為圖電泳儀等儀器中,成為光譜分析的重大革新。[2］激光在分析化學(xué)中的應(yīng)用單個(gè)分子的水平。光導(dǎo)纖維化學(xué)傳感器又稱光極（optroｄｅ由激光器、光導(dǎo)纖含固定化試劑相學(xué)在8080多種傳感器探頭設(shè)計(jì)用于臨床分析、環(huán)境監(jiān)測(cè)、生物分析及生命科學(xué)等領(lǐng)域。如pHCOO、堿金屬、非堿金屬、22代謝產(chǎn)物和酶、免疫傳感器等。新的血?dú)夥治鰞x裝配有pH、ＣO及O三個(gè)傳22感器，進(jìn)行活體分析，已成功地用于心肺外科手術(shù)的臨床連續(xù)監(jiān)測(cè)。[3]3．電化學(xué)分析方面電化學(xué)傳感器60—0年代發(fā)展起來的離子選擇性電極已進(jìn)入穩(wěn)定發(fā)展時(shí)期,在環(huán)境、醫(yī)藥、在線分析等方面獲得廣泛應(yīng)用。８0年代由于生物分析及生命科學(xué)的發(fā)展,生物傳感器應(yīng)運(yùn)而生。近幾年生物傳感器的發(fā)展，成為電分析化學(xué)中門課題。化學(xué)修飾電極通過物理或化學(xué)方法,在電極表面接上一層化學(xué)基團(tuán)形成某種微結(jié)構(gòu)在分子學(xué)研究階段成為電化學(xué)及電分析化學(xué)中最活躍的前沿領(lǐng)域之一。金屬卟啉類、----酞菁類、聚合物、主-客體絡(luò)合物、無機(jī)物化學(xué)修飾電極在電催化、光電催化、電化學(xué)傳感器、選擇性富集分離等方面的廣闊應(yīng)用,顯示了它在當(dāng)代前沿領(lǐng)域研究及應(yīng)用中光輝的前景。[4]光譜電化學(xué)電化學(xué)及電分析化學(xué)研究中一項(xiàng)新的突破。將光譜（包括波譜)nｓitu）光譜電化學(xué)。這項(xiàng)研究已發(fā)展到利用現(xiàn)場(chǎng)紫外、可見和紅外光譜；拉曼光譜和表面增強(qiáng)拉曼光譜；電子自旋共振波譜電子能譜等光譜及波譜技術(shù)。研究電液液電化學(xué)。各種光譜、波譜、能譜及新發(fā)展的電化學(xué)現(xiàn)場(chǎng)掃描隧道電子顯微鏡等非電化學(xué)技術(shù),從電化學(xué)體系獲得的信息必然與電化學(xué)參量（電位、電流等光譜電化學(xué)將電化學(xué)及電分析化學(xué)的研究從宏觀深入到微觀進(jìn)入分子水平的新時(shí)代。5]［微電極伏安技術(shù)(簡(jiǎn)稱微電極技術(shù)）８０年代發(fā)展起來的一種新的電化學(xué)測(cè)試技術(shù)。微電極直徑一般為幾微米，最小達(dá)０.３μm,隨著電極的縮小,物質(zhì)在電能表現(xiàn)在電極響應(yīng)速度快掃描速度高極化電流小，已應(yīng)用于生物分析及生命科學(xué)，如在活體分析中,微電極用作電化學(xué)微探針檢測(cè)動(dòng)物腦神經(jīng)傳遞物質(zhì)的擴(kuò)散可以測(cè)定10１０ｌ/Ｌ免疫球1－９-2０蛋白-G。在流動(dòng)注射和高效液相色譜流動(dòng)體系,以及低極性、高阻抗的有機(jī)溶劑中,微電極可以構(gòu)成性能優(yōu)良的電化學(xué)檢測(cè)器。微電極響應(yīng)速度快的獨(dú)特性能在光譜電化學(xué)的測(cè)量上已經(jīng)顯示出光輝的應(yīng)用前景。6]［4.色譜分析方面離連續(xù)測(cè)定結(jié)合，也可以濃縮、分離、測(cè)定聯(lián)用。對(duì)復(fù)雜體系中組分、價(jià)態(tài)、狀制備分離及提純方面也是一種有力的手段。５０年代興起的氣相色譜。6０年代GC-MS)聯(lián)用技術(shù)。70年代崛起的高效液相色譜。80年代初出現(xiàn)的超臨界流體色譜。8０年代末迅速發(fā)展的毛細(xì)管區(qū)帶電泳。使色譜分析一直充滿活力,迅速發(fā)展。色譜分析的研究及應(yīng)用十分活躍，色譜論文在世界第一流的美國(guó)“分析化學(xué)”6０年代到現(xiàn)在保持在24－３０％70[7]----年代發(fā)展起來的色譜技術(shù)。在已知化合物中7０％以上為不揮發(fā)性化合物,可以固定相研究方面,高效微型柱、毛細(xì)管柱、各種手性固定相、分離蛋白質(zhì)專用柱相繼出現(xiàn)。通用的檢測(cè)器一直在探討中，在光譜檢測(cè)中,光學(xué)多道圖象檢測(cè)器將陣列檢測(cè)器(CC別是微電極的研究及應(yīng)用。8]［金屬配合物高效液相色譜及離子色譜用于痕量分析是近年來相當(dāng)活躍的研ＥS1min內(nèi)測(cè)定6１種元素檢出限１—1０0ｎｇ/ml。超臨界流體色譜80年代出現(xiàn)的新譜高幾倍,并可采用靈敏的離子化檢測(cè)器，彌補(bǔ)了氣相色譜和高效液相色譜某些為超臨界流體分離。氣相色譜80年代已進(jìn)入成熟期，填充柱已被柱效更高的毛細(xì)管柱所取代。氣相色譜與其他儀器聯(lián)用（如ＧC-SＭ及GC-NMR等已成為分離、鑒定、剖析復(fù)雜揮發(fā)性有機(jī)物最有效的手段之一。9]［毛細(xì)管區(qū)帶電泳簡(jiǎn)稱毛細(xì)管電泳是近2-3年迅猛發(fā)展起來的一種新的分離管柱直徑２5－50μm),[(２－3)×104V從柱的一端引入,利用壓力梯度及分子遷移力的差別,各組分在管內(nèi)流體中電泳1-10nl分離效率高(柱效達(dá)１00離速度快（10-20min)、靈敏度高（檢出限1０１5-10-20moｌ/L)的特點(diǎn)。適用于離子型生物大分子如氨基酸、肽、蛋白質(zhì)及核酸等快速分析。1]０［----5.質(zhì)譜及核磁共振方面70年代末到80S/ＭSＳ及軟電離,/MS/ＭS串聯(lián)質(zhì)譜采用大氣壓電離源，質(zhì)量范圍擴(kuò)大到分子量為10萬的生物大分子，靈敏度達(dá)到10-10-12-15結(jié)構(gòu),500-6０0MHＺ二維及三維共振波譜儀，采用微處理機(jī)控制儀器操作、數(shù)據(jù)處理及顯示,通過光導(dǎo)纖維可以和其他計(jì)算機(jī)形成網(wǎng)絡(luò)。傅里葉變換核磁共振波譜已應(yīng)用于工業(yè)質(zhì)量控制。11]近年來涌現(xiàn)出較成功地用于生物大分子質(zhì)譜分析的軟電離技術(shù)主要有下列幾種:１）電噴霧電離質(zhì)譜;２)基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜;3)快原子轟擊質(zhì)譜;4)離子噴霧電離質(zhì)譜；5),以前面三種近年來研究得最多,應(yīng)用得也最廣泛自約翰.芬恩(JoｈｎB．Fenn)和田中耕一(Kｏicｈ。發(fā)明了對(duì)生物大分子進(jìn)行確認(rèn)和結(jié)構(gòu)分析的方法及發(fā)明了對(duì)生物大分生物大分子特別是蛋白質(zhì)研究的主要支撐技術(shù)之一,在對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)分析的研究中占據(jù)了重要地位。[1２］6.化學(xué)計(jì)量學(xué)與計(jì)算機(jī)應(yīng)用方面以計(jì)算機(jī)應(yīng)用為主要標(biāo)志的信息時(shí)代的來臨給科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶來巨大的沖擊，分析化學(xué)也不例外。各種現(xiàn)代分析儀器技術(shù)的發(fā)展,改變了分析化學(xué)的面貌,過去獲取精確的原始分析數(shù)據(jù)是析數(shù)據(jù)的能力,甚至連續(xù)提供具有很高時(shí)間、空間分辨率的多維分析數(shù)據(jù)。如何處理這些原始分析數(shù)據(jù),以最優(yōu)方式從中提取解決實(shí)際生產(chǎn)科研課題所需要的有用信息,就成為矛盾的主要方面。化學(xué)計(jì)量學(xué)就是在這一背景下誕生與發(fā)展的。分析工作中傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、采樣、校正等方法，已不能適應(yīng)新形勢(shì)下的要求?；瘜W(xué)計(jì)量學(xué)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)為工具,發(fā)展了新的分析采樣理論、----原始分析數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有用的信息與知識(shí),為進(jìn)行判別決策及解決實(shí)際生產(chǎn)科研課決,分析化學(xué)已發(fā)展成為名符其實(shí)的信息科學(xué)。分析儀器的發(fā)展也跨上了計(jì)算機(jī)化這一新的臺(tái)階,極大提高了分析儀器提供信息的功能,使分析儀器進(jìn)入過去傳志生命的化學(xué)物質(zhì)存在，不需運(yùn)送分析試樣，而是直接將分析信息送回地球等[13]?？偨Y(jié)隨著化學(xué)的發(fā)展,分析化學(xué)正在成為一門分析重要學(xué)科。目前由于生產(chǎn)和科技的發(fā)展,要求分析提供更多、更全面的信息,從常量到微量及微粒分析;從組成從整體到表面及逐層分析從宏觀組分到微觀結(jié)從破壞試樣到無損分析從離線到在線分析等等。分析化學(xué)吸收了當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的最新成就(包括化學(xué)、物理、電子學(xué)、生不斷開拓新領(lǐng)域正在走向一個(gè)更新的境界。參考文獻(xiàn)：[1]汪爾康.２1世紀(jì)的分析化學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社,199９．１1［2]GanzlerK,SalgｏA,VａlkoK．MiｃrowaveExｔａction：ＡNovelSamplｅPｒｅparatｉonMethodｒＣhroｍato2ａphｙ[J].JChroｍatog．１９86,３7１):2９9.［3]ｎｄanW.E．etａl.,Anal.Ｃhim.Ａcta,1989２５）:21６～３07[4］朱玉霞,何京,陸婉珍.微波密閉消解-等離子體原子發(fā)射光譜測(cè)定石油化工催化劑中負(fù)載元素含量［J].巖礦測(cè)試.１9９８,17（2):138.[5］Ｇanzlｅr，ＳalgoA,ValｋｏK.MｉｖｅEｘtrａction:ＡＮｌSamplePreparａｔiｏｎMethodｏrＣｈｔｏ２graphｙ[J].JCｈｒomatogr.1986371)2，（：９９.［6]中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站,中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心,北京市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心譯.固體廢棄物試驗(yàn)分析評(píng)價(jià)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社,1992.171～18２.[7]王林，葛際江.二階導(dǎo)數(shù)紫外分光光度法直接測(cè)定煉油廠污水中的含油量[J]．石油化工.1９95,24(9）:646．［8]ｎD.L.Tr.ｎｌ．Cｈｅm.,19８６,5(12）：164[９]LiuＳ,DasｇｕptaＰK.ｕiｄDroplet,AReneｗａbleGａｓSamｐlｉngｒｅ［J].ＡnalChem.1995，67(1３):2042.----[10]ＪinＱｉnhan，Liangｇ,ZhaｎgHanqi,etal.Applicａt(yī)ionofMicｒｅＴechniquｅsinAｎｃａｌChemｉstryＪ].rndsｎA(yù)nalyticaｌistry.1９９９,１8（７）:479．[11]污染源統(tǒng)一檢測(cè)分析方法編寫組.污染