分析化学——发展趋势

分析化学的发展经历了三次大的变革:第一次，随着分析化学基础理论，特别是物理化学基本概念(如溶液理论)的发展，分析化学从一门技术发展成为一门科学；第二次，由于物理学和电子学的发展，改变了化学分析的经典局面，仪器分析蓬勃发展。目前，分析化学正处于第三次革命时期。随着生命科学、环境科学和新材料科学的发展，以及生物学、信息科学和计算机技术的引入，分析化学进入了一个全新的领域。第三次革命的基本特征是:从采用的手段来看，它是在综合光、电、热、声、磁等现象的基础上，进一步利用数学、计算机科学和生物学的新成果对物质进行深入分析的科学；从所要解决的任务来看，现代分析化学已经发展成为一门能够获得关于各种物质尽可能全面的信息，进一步认识自然，改造自然的科学。现代分析化学的任务不仅仅局限于测量物质的组成和含量，而是对物质的形貌(氧化还原、络合和结晶)、结构(空分布)、微区、薄层以及化学和生物活性进行瞬时跟踪、无损和在线监测分析和过程控制。随着计算机科学和仪器自动化的迅速发展，分析化学家不应仅仅满足于提供分析数据，而应与其他学科的科学家相结合，逐步成为生产和科研中实际问题的解决者。近年来，世界各国的科学和分析化学界都在进行激烈的讨论，如“化学正在走出分析化学”、“分析物理”、“分析科学”等，反映了这场改革的深度。

根据国家自然科学基金委员会《自然科学发展战略研究报告(分析)》，本书以美国和前苏联的分析化学发展为基础，将现代分析化学的发展趋势和特点归纳为八个方面来论述分析化学的整体发展:

(1)提高灵敏度。

这是各种分析方法的长期目标。分析化学中引入的许多新技术都与提高分析方法的灵敏度有关。例如，激光技术的引入促进了激光共振电离光谱、激光拉曼光谱、激光诱导荧光光谱、激光光热光谱、激光光声光谱和激光质谱的发展，大大提高了分析方法的灵敏度，使检测单个原子或分子成为可能。又如多元络合物、有机显色剂和各种增效剂的研究和应用，大大提高了吸收光谱、荧光光谱、发光光谱、电化学、色谱等分析方法的灵敏度和分析性能。

(B)解决复杂系统的分离问题

提高分析方法的选择性。

到目前为止，人们已经知道了1000多万种化合物，而且新化合物还在快速增长。复杂体系的分离和测定已成为分析化学家面临的艰巨任务。由液相色谱、气相色谱、超临界流体色谱和毛细管电泳组成的色谱是现代分离分析的主要组成部分，发展迅速。以色谱、光谱和质谱为基础的各种偶联、界面和进样技术已成为分析化学发展的热点之一。在提高方法的选择性方面，各种选择性试剂、萃取剂、离子交换剂、吸附剂、表面活性剂、各种传感器的粘合剂、各种选择性检测技术和化学计量学方法是当前研究工作的重要课题。

C) 空展开时的多维信息

现代分析化学的发展不再局限于分离待测组分进行表征和测量，而是成为一门为物质提供尽可能多化学信息的科学。随着人们对客观物质认识的深入，一些过去不熟悉的领域，如多维、不稳定、边界条件等，逐渐被提上分析化学家的议事日程。例如，现代核磁共振波谱、红外光谱、质谱等的发展。，可以提供有机分子的精细结构、空排列构型和瞬态变化的信息，为人们认识化学反应过程和生命过程展示了美好的前景。化学计量学的发展为处理和分析各种化学信息提供了重要的基础。

(4)小型化和微环境的表征和测量

微型化和微环境分析是现代分析化学对自然界认识从宏观到微观的延伸。电子学、光学和工程学的微型化以及人们对生物功能的认识，推动了分析化学深入微观世界的进程。电子显微镜、电子探针X射线微分析、激光微探针质谱等微束技术已成为重要的微分析手段。在表面分析方面，发展了电子能谱、二次离子质谱、脉冲激光原子探针等。，可以探测和表征单个原子层，因此在材料科学、催化剂、生物学、物理学和理论化学的研究中占有重要地位。此外，电极的表面修饰行为和表征过程的研究，各种分离科学理论、组合技术、超微电极和光谱电化学的应用等。，为揭示反应机理、开发新体系和设计分子开辟了新的途径。

(5)形态和状态的分析和表征

在环境科学中，同一元素的不同价态，不同有机化合物分子的不同形态，毒性可能有很大差异。在材料科学中，材料的晶态和结合态是影响材料性能的重要因素。目前已有报道采用阳极溶出伏安法、X射线光电子能谱、X射线荧光光谱、X射线衍射、热分析、各种吸收光谱方法和各种组合技术来解决物质的形态和状态问题。

(6)生物大分子和生物活性物质的表征和测定

自20世纪70年代以来，世界上所有发达国家都将生命科学和相关的生物工程列为科学研究中首先发展的领域。在欧美、日本等地区和国家，生物大分子的结构分析研究在“尤里卡计划”、“人类基因图谱”、“人类研究新前沿”等宏大的研究计划中占有重要地位。在中国2000年前发展高技术战略规划中，生物技术也被列为七大重点领域之一。一方面，生命科学和生物工程的发展对分析化学提出了新的挑战。另一方面，仿生过程的模拟已经成为现代分析化学取之不尽的源泉。目前，各种分析方法，如色谱、质谱、核磁共振、荧光、磷光、化学发光和免疫分析，以及化学传感器、生物传感器、化学修饰电极和生物电分析化学等，不仅在生物有机体和有机组织的整体水平上，而且在分子和细胞水平上，对了解和研究生命过程中某些大分子和生物活性物质的化学和生物学性质，日益发挥重要作用。

㈦无损检测和遥测

这是分析方法的又一重要扩展。如今，许多物理和理化分析方法已经发展成为无损检测。这对于生产过程控制、自动分析和难以采样的生命过程分析极其重要。遥测技术广泛应用于激光雷达、激光散射和共振荧光、傅里叶变换红外光谱等。它已成功地用于测量气体、某些金属的原子和分子、飞机废气的成分、炼油厂周围的大气等。为红外制导和反制导系统的设计提供了理论和实验依据。

(八)自动化和智能化

随着微电子工业、大规模集成电路、微处理器和微型计算机的发展，分析化学同其他科学技术一样，已进入自动化和智能化阶段。机器人是实现基础化工操作自动化的重要工具。专家系统是人工智能的前沿。在分析化学中，专家系统主要用于设计实验，开发分析方法，解释光谱和结构。20世纪80年代兴起的过程分析使分析化学家摆脱了传统的实验室操作，进入生产过程甚至生态过程的控制。化学机器人和现代分析仪器作为“硬件”，化学计量学和各种计算机程序作为“软件”，将对分析化学产生深远的影响。