化學(xué)分析和儀器分析技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

陸東明(蘇州環(huán)優(yōu)檢測有限公司，江蘇 蘇州 215000)

1 化學(xué)分析和儀器分析

1.1 特點(diǎn)

第一，二者都具備比較快的分析速度，而且可結(jié)合計算機(jī)技術(shù)對多個樣品開展批量分析，以此用最短的時間獲取多個樣品的分析結(jié)果。第二，都具備較高的靈敏度，微量的特定物質(zhì)也可利用這兩種技術(shù)進(jìn)行檢測。第三，可實(shí)現(xiàn)在線分析和遙控監(jiān)測，以此減少相應(yīng)的人工成本投入，達(dá)到經(jīng)濟(jì)化分析的目的。第四，具有較強(qiáng)的適用性，在多種物質(zhì)分析中都可進(jìn)行應(yīng)用。第五，不會損傷樣品，可適用于高要求和高復(fù)雜性的樣品分析中。

1.2 局限性

第一，所需設(shè)備比較復(fù)雜，需要投入的資金非常多，而且設(shè)備具有較高的維護(hù)要求和環(huán)境要求。第二，就儀器分析而言，這項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，也就是通過對照標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)獲取結(jié)果，因此標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)會對結(jié)果產(chǎn)生一定影響。第三，雖然精確度相較于過去有了很大提升，但這兩種技術(shù)仍然具有較大的相對誤差，因此在微量和痕量物質(zhì)分析中不適用[1]。

1.3 發(fā)展歷程

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對現(xiàn)代科技的應(yīng)用越發(fā)廣泛，就化學(xué)分析和儀器分析而言，這兩項(xiàng)技術(shù)從的20世紀(jì)初開始獲得廣泛認(rèn)可，隨后經(jīng)歷了三個階段的發(fā)展歷程，第一階段是20世紀(jì)初期，溶液平衡理論出現(xiàn)并開始在化學(xué)分析中進(jìn)行應(yīng)用，相應(yīng)的理論前提下自此開始逐漸完善。第二階段是20世紀(jì)中期，此時物理學(xué)獲得了非常好的發(fā)展，而且相關(guān)設(shè)備開始逐漸完善，為儀器分析的發(fā)展提供了良好條件。第三階段是20世紀(jì)的后期，此時計算技術(shù)、生物學(xué)、材料學(xué)開始迅猛發(fā)展，化學(xué)分析和儀器分析在這些科學(xué)技術(shù)成果的推動下發(fā)生了質(zhì)的變化。

2 化學(xué)分析與儀器分析技術(shù)的應(yīng)用

2.1 化學(xué)分析、儀器分析技術(shù)的應(yīng)用

首先，在化學(xué)分析、儀器分析技術(shù)的應(yīng)用中，最為主要的內(nèi)容即為對物質(zhì)、元素展開的狀態(tài)、形態(tài)分析。以實(shí)際為例，同種元素在不同環(huán)境下很可能會存在多種不同的形態(tài)，且自然界中很少存在單質(zhì)元素，多為多種元素混合存在。不同元素間形成化合物時，由于不同分子中的離子組成存在差異，很可能導(dǎo)致化合物存在毒性，或是導(dǎo)致化學(xué)物質(zhì)的結(jié)合態(tài)的性能存在不同差異，具備不同特點(diǎn)。化學(xué)分析與儀器分析正是針對此原因展開工作，運(yùn)用分析工作對其構(gòu)成、形態(tài)進(jìn)行分析研究，意在明確其狀態(tài)，了解復(fù)雜物質(zhì)的狀態(tài)。目前所使用的分析技術(shù)主要有光譜分析、電子能譜分析，利用伏安法所展開的技術(shù)也是檢測內(nèi)容中的一部分。其次，非破壞性檢測對于科學(xué)研究、生產(chǎn)管理具有較大作用。以實(shí)際為例，當(dāng)出現(xiàn)稀有物質(zhì)，可拆分研究次數(shù)較少，不足以支持研究項(xiàng)目，或是在生產(chǎn)過程中需要檢查某一類型設(shè)備，但又不能對其進(jìn)行拆分檢查，此時便可應(yīng)用非破壞性檢測對相關(guān)問題進(jìn)行檢查與分析，在不破壞檢查分析對象的原有結(jié)構(gòu)上對其進(jìn)行了解與研究。目前，非破壞性檢測中還包括遙測檢查類型，如：激光雷達(dá)、激光散射等遙測技術(shù)，能夠基于原有檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對金屬分子、原子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，為反制導(dǎo)技術(shù)提供更多的理論依據(jù)。最后，自動化、智能化是一個循序漸進(jìn)的過程，在化學(xué)分析、儀器分析的技術(shù)進(jìn)階中屬于較為新式的技術(shù)應(yīng)用。就我國情況進(jìn)行分析，目前我國應(yīng)用自動化、智能化檢測分析技術(shù)應(yīng)用于新型研究中，借助計算機(jī)軟件與智能設(shè)備，僅需較少人工操作便可以切實(shí)完成檢測工作。以實(shí)際為例，在應(yīng)用自動化、智能化檢測技術(shù)的過程中，研究人員僅需設(shè)計實(shí)驗(yàn)步驟、明確分析方法開發(fā)，其他步驟均可通過相關(guān)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動分析、智能分析。現(xiàn)階段此類技術(shù)正在迅速發(fā)展，并逐漸在研究方面更為深入，獲得較好的反響。

2.2 化學(xué)分析、儀器分析技術(shù)的優(yōu)勢與局限性

化學(xué)分析、儀器分析技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于將分析結(jié)果呈現(xiàn)為更易了解的書面數(shù)據(jù)。在化學(xué)分析、儀器分析技術(shù)的應(yīng)用過程中，計算機(jī)技術(shù)所支持的分析研究工作能夠更快地將多個不同性質(zhì)的物質(zhì)進(jìn)行分析。與此同時，在儀器與技術(shù)的支撐下，化學(xué)分析、儀器分析技術(shù)的應(yīng)用靈敏性較高，在微量成分的探測與鑒定上具有更大優(yōu)勢，能夠創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)價值。除此以外，化學(xué)分析、儀器分析技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)還在于其能夠隨著科學(xué)進(jìn)步、技術(shù)提升而實(shí)現(xiàn)不斷發(fā)展，在各類儀器、技術(shù)的應(yīng)用過程中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用空間拓展。最后，化學(xué)分析、儀器分析技術(shù)能夠基于技術(shù)與計算機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)分析，解決受控監(jiān)測較難、技術(shù)應(yīng)用門檻較高的問題，且分析過程中能夠?qū)崿F(xiàn)樣品完整。化學(xué)分析、儀器分析技術(shù)的局限性在于應(yīng)用過程較為復(fù)雜，在應(yīng)用過程中存在的問題中，首先需要注意的便是技術(shù)操作較為復(fù)雜、儀器內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜性較高，儀器設(shè)備較為昂貴。就實(shí)際而言，在設(shè)備的維護(hù)與調(diào)試方面需要有專門的技術(shù)人員對其進(jìn)行階段性養(yǎng)護(hù)，投入成本較高。同時，化學(xué)分析、儀器分析技術(shù)本質(zhì)上屬于一種特點(diǎn)較為突出的分析技術(shù)手段，得到的結(jié)果一般而言是基于已有數(shù)據(jù)上的。在化學(xué)分析方面，技術(shù)與儀器的應(yīng)用局限性明顯，且分析結(jié)果可能有時存在較大誤差，在高含量組成、學(xué)量組成分析工作的需求標(biāo)準(zhǔn)下，可能出現(xiàn)無法滿足的情況[2]。

3 化學(xué)分析、儀器分析技術(shù)的發(fā)展

3.1 靈敏度不斷提升

在發(fā)展過程中，化學(xué)分析、儀器分析技術(shù)隨著科技水平的提升而得到較大發(fā)展。以實(shí)際為例，在化學(xué)分析工作中，由技術(shù)所帶動的，逐漸出現(xiàn)的新型分析技術(shù)能夠切實(shí)應(yīng)用在具體分析環(huán)節(jié)中，在提升分析結(jié)果精準(zhǔn)度的同時能夠有效提升更為精確的分析結(jié)果，對單個原子、分子進(jìn)行檢測，目前，在激光檢測技術(shù)的環(huán)境下便可實(shí)現(xiàn)此內(nèi)容。除此以外，在多元配合物、增效試劑的支持下。光譜分析技術(shù)也能切實(shí)提升靈敏度與性能，提供更為精準(zhǔn)的檢測成果。

3.2 微環(huán)境與微型化的測定

微環(huán)境與微型化的測定是化學(xué)分析、儀器分析技術(shù)的另一個發(fā)展方向。就實(shí)際而言，在微環(huán)境與微型化分析的過程中，宏觀與微觀兩方面的分析能夠更加深入，在微型化不斷發(fā)展的過程中，人們能夠更為深入且清楚地了解到相關(guān)物質(zhì)的功能，在分析微觀層面的過程中奠定較為良好的基礎(chǔ)。就實(shí)際而言，以表面分析技術(shù)為例，電子能譜、光譜電化學(xué)等技術(shù)的初選能夠使聯(lián)用技術(shù)與超微電極技術(shù)對電極表征、表面的作用為分子設(shè)計、設(shè)計體系的開發(fā)提供更多思路，使化學(xué)體系的發(fā)展取得進(jìn)步。

3.3 逐漸解決復(fù)雜體系的分離

化學(xué)分析、儀器分析技術(shù)的應(yīng)用過程中常出現(xiàn)對復(fù)雜體系的檢查與分離。在一類新的化合物出現(xiàn)時，內(nèi)部結(jié)構(gòu)往往是未知且具有復(fù)雜性的，此時便需要進(jìn)一步提升分析技術(shù)的準(zhǔn)確定，對測定與分離工作而言具有一定作用。目前，毛細(xì)管電泳、超臨界流體色譜、氣相色譜與流相色譜所構(gòu)成的色譜分析能夠切實(shí)解決分析、分離技術(shù)的問題，對發(fā)展起到重要的推動作用，成為當(dāng)前化學(xué)分析、儀器分析技術(shù)中極具發(fā)展前景的技術(shù)手段。

3.4 非破壞性分析

非破壞性分析指的是在不破壞分析對象狀態(tài)和性能的條件下對其開展分析，是我國分析領(lǐng)域中的關(guān)鍵構(gòu)成。非破壞性分析在控制生產(chǎn)流程和自動分析方面有著非常重要的作用，而且在激光雷達(dá)、激光散射、遙測技術(shù)的輔助下還可分析的金屬的微觀結(jié)構(gòu)，可促進(jìn)反制導(dǎo)和紅外制導(dǎo)的發(fā)展。

3.5 智能與自動化

隨著微型化技術(shù)的不斷發(fā)展，我國化學(xué)分析和儀器分析的智能化與自動化特征也越發(fā)明顯，在實(shí)際分析過程中，工作人員可以提前制定分析流程和分析方法，用于說明物質(zhì)結(jié)構(gòu)和物質(zhì)譜圖，并且這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛運(yùn)用，但我國對智能化和自動化分析的應(yīng)用還不是特別普遍，因此在我國的分析改革中智能和自動化也必將成為主要方向。

3.6 增強(qiáng)分析法的選擇和應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)了越來越多的新化合物，這些化合物具有十分復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因此就提升了分析過程中測定和分離的難度。為了獲得更準(zhǔn)確的分析結(jié)果，需要做好對增強(qiáng)分析法的選擇和應(yīng)用，比如基于毛細(xì)管電泳、超臨界流體、色譜等分析技術(shù)，對提升化學(xué)分析和儀器分析效果有很大幫助。另外在分析樣品中引入質(zhì)譜、色譜等技術(shù)也成了當(dāng)前在化學(xué)分析中主要的技術(shù)手段，由此也決定了化學(xué)分析的未來發(fā)展方向。

3.7 拓展時空信息

當(dāng)前的化學(xué)分析手段不僅能夠?qū)Ψ治鰧ο蟮臏y量和表征進(jìn)行分離，同時也可以明確物質(zhì)的化學(xué)構(gòu)成，另外在質(zhì)譜技術(shù)、紅外線光譜技術(shù)與核磁共振技術(shù)的共同推動下，利用化學(xué)飛機(jī)還可以清晰展示有機(jī)物內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)，可以了解瞬態(tài)和空間排列等最為關(guān)鍵的信息，令人們對生命形成過程和化學(xué)反應(yīng)過程產(chǎn)生更清晰的掌握。另外，隨著新知識和新理論的不斷發(fā)展，應(yīng)繼續(xù)對分析對象的時空信息進(jìn)行拓展，從而將分析技術(shù)提升到更高層次。

3.8 生物活性物質(zhì)和大分子的測定

在化學(xué)分析中，生物活性物質(zhì)和大分子測定是極為關(guān)鍵的構(gòu)成部分，同時也是化學(xué)分析的主要發(fā)展方向。在生物工程和生命科學(xué)領(lǐng)域，生物大分子分析結(jié)果的影響非常重要，通過生物大分子分析結(jié)果可以更加真實(shí)地模擬仿生過程，對于相應(yīng)的分析技術(shù)而言，當(dāng)前在測定生物大分子的過程中主要使用的免疫分析、化學(xué)發(fā)光、熒光、核磁共振等，相應(yīng)儀器有化學(xué)修飾電極、生物傳感器、化學(xué)傳感器等，這些儀器和技術(shù)可以將分析細(xì)化到細(xì)胞層面，對有機(jī)體組織的生物活性生物本質(zhì)的分析具有明顯效果。

4 結(jié)語

總而言之，儀器分析技術(shù)與化學(xué)分析技術(shù)不但能夠促進(jìn)該領(lǐng)域的發(fā)展，還可以促進(jìn)工業(yè)生產(chǎn)。所以，必須對儀器分析和化學(xué)分析予以全面、正確的認(rèn)識，積極探索這兩項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展方向，從而進(jìn)一步提升儀器分析與化學(xué)分析的適應(yīng)性、靈活性以及精確度，從而為我國分析水平的穩(wěn)步提升奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。