化學(xué)分析和儀器分析技術(shù)的運(yùn)用研究

沈世旻

（大連計(jì)量檢驗(yàn)檢測研究院有限公司，遼寧大連 116031）

0.引言

化學(xué)分析與儀器分析均為分析化學(xué)的重要組成部分。其中，化學(xué)分析主要研究的是物質(zhì)組成結(jié)構(gòu)，人們了解物質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)與組成可通過化學(xué)分析來實(shí)現(xiàn)。儀器分析是基于物質(zhì)內(nèi)部變化規(guī)律與具體參數(shù)的基礎(chǔ)上對物質(zhì)化學(xué)成分判斷的一種分析方法。近幾年，得益于我國科技快速發(fā)展，無論是化學(xué)分析還是儀器分析，均有較大的發(fā)展。

1.化學(xué)分析與儀器分析的特點(diǎn)及局限性

1.1 特點(diǎn)

化學(xué)分析屬于分析化學(xué)的中一種重要分析方法，其原理為：基于物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)和物質(zhì)內(nèi)部組成基礎(chǔ)上計(jì)量與判斷物質(zhì)的成分。按照操作差異性來劃分，化學(xué)分析可劃分為滴定分析、重量分析等這些類型，其中，滴定分析需要測量出溶液的體積，之后再以酸堿平衡、氧化還原平衡、配位平衡等理論為依據(jù)，通過使用滴定設(shè)備在需要測量的物質(zhì)容器中加入滴定劑，根據(jù)加入的滴定劑的量來檢測被測物質(zhì)的屬性。重量分析則是基于質(zhì)量測量的基礎(chǔ)上，通過有針對性的化學(xué)反應(yīng)將被測物質(zhì)的組分進(jìn)行有效分離，從而測量出被測物的數(shù)量。概括來說，化學(xué)分析是建立在化學(xué)反應(yīng)基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析化學(xué)反應(yīng)中所表現(xiàn)出的物理屬性，從而獲得較為準(zhǔn)確的化學(xué)分析結(jié)果。通常情況下，化學(xué)分析離不開各種測量儀器的支持，如各類化學(xué)試劑、稱量工具、測量玻璃器皿等，要想獲得較為準(zhǔn)確的化學(xué)分析結(jié)果，需要選用適宜的儀器輔助，并且需要相關(guān)工作人員嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范執(zhí)行操作。

儀器分析也屬于分析化學(xué)中另一種重要的分析方法，其原理為：利用物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)，借助儀器對光、熱、點(diǎn)等物理量進(jìn)行分析。通常在儀器分析過程中，會(huì)使用到一些復(fù)雜的儀器，如顯微鏡等。采用儀器分析方法不僅能對物質(zhì)的物理量與物理特性進(jìn)行分析測量，也能對物質(zhì)的狀態(tài)價(jià)態(tài)、超痕等進(jìn)行分析，是分析化學(xué)發(fā)展的一種重要方向。在儀器分析中，主要是通過“化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析”“物理實(shí)驗(yàn)分析”等不同方式進(jìn)行，為實(shí)現(xiàn)儀器分析的目標(biāo)，需要在分析過程明確物理變化量，同時(shí)為了能夠獲得較為準(zhǔn)確的分析數(shù)據(jù)，在分析時(shí)還需要選擇不同的類型的設(shè)備和材料，并利用色譜法、化學(xué)分析法、電化學(xué)分析法等試驗(yàn)方法進(jìn)行分析[1]。除此之外，考慮儀器分析速度相對較快，因而在大數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上應(yīng)采用專業(yè)的軟件技術(shù)完成數(shù)據(jù)采集分析，從而獲得較為理想的分析結(jié)果。如在儀器分析時(shí)便可利用遠(yuǎn)程操作模式來提升分析的效率與分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1.2 局限性

分析化學(xué)與儀器分析技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，也有諸多局限性：首先，內(nèi)部結(jié)構(gòu)與操作較為復(fù)雜，且儀器價(jià)格本身價(jià)格也較為昂貴，在設(shè)備維護(hù)與調(diào)試方面又需要花費(fèi)較多的成本，從而導(dǎo)致分析化學(xué)與儀器分析技術(shù)的應(yīng)用成本較高。其次，儀器分析本身屬于一種相對性特點(diǎn)較突出的分析方法，需要在已有的知識和數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上才能獲得各項(xiàng)分析結(jié)果。最后，化學(xué)分析與儀器分析二者所獲得分析結(jié)果之間有較大的誤差，難以很好地滿足高含量組成與學(xué)量組成分析的實(shí)際需求。

2.化學(xué)分析與儀器分析對比分析

2.1 二者之間的關(guān)系

化學(xué)分析與儀器分析二者之間關(guān)系緊密。表現(xiàn)在2個(gè)方面：一方面，化學(xué)分析是儀器分析的重要基礎(chǔ)，儀器分析需要建立在化學(xué)分析對物質(zhì)分析的前提上，比如，在應(yīng)用儀器分析技術(shù)測定物質(zhì)時(shí)，需要先通過化學(xué)分析方法對標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行校對，這樣才能夠確保儀器分析的有效性和完整性。另一方面，化學(xué)分析離不開儀器分析的有效支撐，即便化學(xué)分析在準(zhǔn)確度、檢測效率方面具有優(yōu)勢，但是在物質(zhì)檢測中，需要借助儀器分析技術(shù)來對物質(zhì)檢測的準(zhǔn)確性進(jìn)行矯正，可見，化學(xué)分析離不開儀器分析的支撐。概況來說，在實(shí)際應(yīng)用過程中，化學(xué)分析與儀器分析的關(guān)系為相互依存、相互作用，要想保證最終的應(yīng)用質(zhì)量就需要重視二者的結(jié)合應(yīng)用，缺一不可，這樣也才能夠有效推動(dòng)二者共同發(fā)展。

2.2 二者之間的異同點(diǎn)

化學(xué)分析方法與儀器分析方法的相似點(diǎn)在于均能夠進(jìn)行定量分析和定性分析，不同點(diǎn)則這幾個(gè)方面[2]：

（1）應(yīng)用范圍不同。通常對物質(zhì)的常量成分與半微量成本的分析測量，主要是采用化學(xué)分析方法，測量準(zhǔn)確性相對較高，準(zhǔn)確性可控制在1%～2%，測量結(jié)果誤差相對較小，與化學(xué)定量分析較接近，也因此廣泛應(yīng)用在化學(xué)研究、新材料開發(fā)、刑偵檢查等工作中。但是化學(xué)分析方法測量的精密程度相對較低，同時(shí)還無法對物質(zhì)中的微量元素進(jìn)行檢測。儀器分析則主要是針對微量分析，測量準(zhǔn)確性不高，通常只能在常規(guī)的物質(zhì)分析中，但測量的精密程度相對較高，可進(jìn)行微量成分的定性和定量分析。（2）技能要求不同。化學(xué)分析與儀器分析在實(shí)際應(yīng)用中，在使用方法和操作方法上均有較大的差異，這也使得二者的使用技能要求不同，在化學(xué)分析過程中，操作人員需要具備一定的化學(xué)知識儲(chǔ)備，且對物質(zhì)的定量、各種化學(xué)試劑與化學(xué)物質(zhì)屬性均有所了解。儀器分析技術(shù)，主要是對物質(zhì)的光、電、熱等屬性進(jìn)行分析，以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)與化學(xué)含量的分析目的。在具體的分析過程中，需要專業(yè)的儀器設(shè)備做支撐，操作人員還需對電化學(xué)、熱化學(xué)等相關(guān)內(nèi)容及各種設(shè)備的操作方法充分了解、熟悉，如此才能夠有效保證儀器分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

3.化學(xué)分析與儀器分析技術(shù)的運(yùn)用情況

3.1 物質(zhì)和元素的狀態(tài)、形態(tài)分析的應(yīng)用

在化學(xué)分析與儀器分析技術(shù)實(shí)際應(yīng)用過程中，最主要的內(nèi)容便是對物質(zhì)和元素的狀態(tài)、形態(tài)進(jìn)行分析。以元素為例，在不同的環(huán)境下，即便是同一元素，但是也可能會(huì)出現(xiàn)不同的形態(tài)，且在自然界中較少存在單質(zhì)元素，以混合元素的形態(tài)存在。不同元素形成化合物時(shí)，因不同分子的離子組成有差異，可能會(huì)使化合物具有毒性，或者使化學(xué)物質(zhì)的結(jié)合態(tài)的性能有不同的差異和特點(diǎn)。而應(yīng)用化學(xué)分析與儀器分析技術(shù)便是對此原因展開分析，通過分析對元素的構(gòu)成、形態(tài)進(jìn)行研究，從而了解復(fù)雜物質(zhì)的狀態(tài)。目前比較常用的分析技術(shù)有電子能譜分析法、光譜分析法、伏安法等[3]。

3.2 非破壞性檢測的應(yīng)用

目前非破壞性檢測在科學(xué)研究和生產(chǎn)管理中發(fā)揮出巨大的作用。以實(shí)際為例，在稀有物質(zhì)出現(xiàn)時(shí)，由于無法過多拆分進(jìn)行研究，因而無法支持研究項(xiàng)目，或者是實(shí)際生產(chǎn)中需要檢測某一類型設(shè)備時(shí)無法對其進(jìn)行拆分檢測時(shí)，便可采用非破壞性檢測方法來進(jìn)行檢測。非破壞性檢測也稱作是無損檢測，指在保證被檢測物的完整性不受到破壞的前提下，可能有一定的損耗但并不會(huì)改變物質(zhì)的質(zhì)量的一種檢測方法。非破壞性檢測發(fā)展至今，可與激光雷達(dá)、激光散射等遙測技術(shù)有機(jī)結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)對金屬分子、原子結(jié)構(gòu)的分析，可為反制導(dǎo)技術(shù)提供更多理論依據(jù)。

3.3 自動(dòng)化、智能化檢測分析技術(shù)的應(yīng)用

在化學(xué)分析與儀器分析技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展過程中，自動(dòng)化、智能化特征也較突出。以實(shí)際為例，在新型研究中引入自動(dòng)化、智能化檢測技術(shù)，通過利用計(jì)算機(jī)軟件與智能設(shè)備，借助計(jì)算機(jī)軟件與智能設(shè)備，僅需要較少的人工操作便可完成檢測，對研究人員而言，只需要涉及實(shí)驗(yàn)步驟、明確分析方法便可，其他環(huán)節(jié)步驟均能借助相關(guān)智能設(shè)備來完成，基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化分析和智能化分析。目前這一技術(shù)處于快速發(fā)展的階段，且在研究方面也更加深入，具有良好的應(yīng)用前景。

4.化學(xué)分析與儀器分析技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 不斷提升靈敏度

在化學(xué)分析與儀器分析技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展過程中，隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升，二者均有較大的發(fā)展。以實(shí)際為例，在化學(xué)分析方法應(yīng)用過程中，隨著越來越多新型分析技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，在分析結(jié)果精準(zhǔn)度將有較大的提升，如目前在單個(gè)原子、分子檢測中，通過應(yīng)用激光檢測技術(shù)，可有效提升分析結(jié)果的精準(zhǔn)度；還有光譜分析技術(shù)的應(yīng)用，可有效提升靈敏度與性能，從而獲得更為精確的分析結(jié)果[4]。

4.2 微環(huán)境與微型化的測定

實(shí)現(xiàn)微環(huán)境與微型化的測定，是化學(xué)分析與儀器分析技術(shù)發(fā)展的另一個(gè)重要方向。在微環(huán)境與微型化分析的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)對宏觀與微觀的深入分析，幫助人們更深入地了解相關(guān)物質(zhì)的功能。以實(shí)際為例，電子能譜、光譜電化學(xué)等技術(shù)能有效發(fā)揮出聯(lián)用技術(shù)與超微電極技術(shù)對電極表征、表面的作用，可為分子設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)體系的開發(fā)提供更多的思路，從而有效推動(dòng)化學(xué)體系的發(fā)展。

4.3 有效解決復(fù)雜體系的分離問題

復(fù)雜體系檢查與分離是化學(xué)分析與儀器分析技術(shù)應(yīng)用過程中常存在的問題。在有新的化合物類型出現(xiàn)時(shí)，由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)大多較為復(fù)雜，需要進(jìn)一步提升分析的準(zhǔn)確性。現(xiàn)如今出現(xiàn)的氣相色譜法、超臨界流體色譜等分析方法，均能有效解決分析、分離的問題，因此應(yīng)增強(qiáng)這些分析法的選擇和應(yīng)用，這也是化學(xué)分析與儀器分析技術(shù)發(fā)展過程中極具有發(fā)展前景的技術(shù)手段。

4.4 非破壞性分析、自動(dòng)化分析與智能化分析

從上述分析中得知，非破壞性分析在控制流程與自動(dòng)分析方面非常重要的作用，如在激光雷達(dá)、激光散射等技術(shù)的輔助下，可實(shí)現(xiàn)對金屬微觀結(jié)構(gòu)的分析，對反制導(dǎo)與紅外制導(dǎo)的發(fā)展也有促進(jìn)作用，因而非破壞分析也是化學(xué)分析與儀器分析技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。同時(shí)，隨著微型化技術(shù)的不斷發(fā)展，愈發(fā)突出化學(xué)分析與儀器分析技術(shù)的自動(dòng)化、智能化特征，在實(shí)際應(yīng)用過程中，操作人員只需要提前設(shè)計(jì)好分析流程與選擇分析方法，便可實(shí)現(xiàn)對物質(zhì)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化、智能化分析。目前這一技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用，但整體應(yīng)用并不是很普遍，因此在化學(xué)分析與儀器分析技術(shù)發(fā)展過程中，自動(dòng)化、智能化必將是主要的發(fā)展方向。

4.5 不斷拓展分析對象的時(shí)空信息

目前的化學(xué)分析手段，可實(shí)現(xiàn)對分析對象的測量和表征分離，從而了解物質(zhì)的化學(xué)構(gòu)成，還能借助紅外線光譜技術(shù)、質(zhì)譜技術(shù)、核磁共振技術(shù)清晰地展示出有機(jī)物內(nèi)部的分子結(jié)構(gòu)，可讓人們了解瞬態(tài)、空間排列等關(guān)鍵信息，進(jìn)而讓人們能對生命的形成與化學(xué)反應(yīng)過程有更加清晰的認(rèn)知。但是無論是化學(xué)分析還是儀器分析都需要建立在一定的數(shù)據(jù)和知識基礎(chǔ)上，在推動(dòng)化學(xué)分析與儀器分析技術(shù)發(fā)展的過程中，應(yīng)重視分析對象時(shí)空信息的拓展，從而提高分析技術(shù)的層次[5]。

4.6 生物活性物質(zhì)與大分子的測定

在化學(xué)分析中，對生物活性物質(zhì)與大分子進(jìn)行測定是非常重要的內(nèi)容，同時(shí)也是化學(xué)分析另一個(gè)重要的發(fā)展方向。生物大分析分析結(jié)果在生物工程、生命科學(xué)領(lǐng)域有著重要的作用，可實(shí)現(xiàn)對仿生過程更加真實(shí)地模擬。在生物大分子測定過程中，主要應(yīng)用到免疫分析、化學(xué)發(fā)光、核磁共振等分析技術(shù)，應(yīng)用到的儀器主要有化學(xué)修飾電極、生物傳感器、化學(xué)傳感器等，這些技術(shù)與儀器的應(yīng)用可讓有機(jī)體組織的生物活性生物本質(zhì)分析效果更加突出。

5.結(jié)語

總之，化學(xué)分析與儀器分析技術(shù)均是分析化學(xué)的重要內(nèi)容，對促進(jìn)該領(lǐng)域及工業(yè)生產(chǎn)均有重要作用，應(yīng)重視這2項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，全面、正確地認(rèn)識這2項(xiàng)技術(shù)的內(nèi)容及發(fā)展方向，切實(shí)提升化學(xué)分析與儀器分析技術(shù)的靈活性、適應(yīng)性及精準(zhǔn)性，從而有效促進(jìn)我國分析水平的提升。