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现代分析化学的发展趋势The Development of Modern Analytical Chemistry1前言 化学是研究物质的组成、结构、性质及其相互变化的一门基础学科，分析化学是人们获得物质组成、结构和信息的科学，即表征与测量的科学1。 随着科技的进步，分析化学经历了重大的变革。分析化学的起源可追溯到古代的炼金术，当时的分析手段是依靠人的感官和双手进行分析和判断。16世纪出现了第一个使用天平的试金实验室，使分析化学开始赋有了科学的内涵，直到19世纪末，分析化学基本上由鉴定物组成的定性手段和定量技术所组成，主要为化学方法。进人2O世纪，由于现代科学技术的发展，相邻学科之间的互相渗透，分析化学的发展经历了三次巨大的变革2。 第一次变革发生在20世纪初，由于物理化学的发展，为分析技术提供了理论基础，建立了溶液中四大平衡的理论，使分析化学从一门技术发展成一门科学，这也可以说是分析化学与物理化学结合的时代，这一时期分析化学的确是化学的一个分支。 第二次变革发生在第二次世界大战前后直到20世纪60年代，物理学、电子学、半导体及原子能工业的发展促进了分析中物理方法的大发展，仪器分析分析方法的大发展* 因此，也可以说20世纪60年代是分析化学与物理学、电子学结合的时代。从20世纪70年代末到现在，以计算机应用为主要标志的信息时代的来临，给科学技术的发展带来了巨大的活力*分析化学正处于第三次变革时期，分析化学已发展到分析科学阶段* 分析化学正在成长为一门建立在化学、物理学、数学、计算机科学、精密仪器制造科学等学科以上的综合性的边缘科学。2分析化学在整个化学领域中的地位1993年Grasserbauer教授提出一个四面体模型来说明这一点3：整个化学领域以理论为基皇艺三，由个此分 支生出分析 合成和工。因此，分析化学是整个化学领域中的一“极”，具有相对独立性。1 991年Deming则发表另一种见解，认为分析化学是整个化学领域的中心，他提出的模式是: 3现代分析化学的内涵 现代分析化学的服务面极为广泛可谓“天、地、人”无所不包 大气监测即以“天”为分析对象；土壤、河水、海水的分析 及地质矿藏的勘探则 “地”为对象；对“人”服务的内容就更广泛了，涉及到人类社会的生产和生活的各个方面。所谓 “天”、“地”为分析对象，其实最终是为“人”服务。直接以“人”为分析对象的生物分析化学更是当前的热点。为了完成如此众多的艰巨任务，分析化学必须从整个科技领域的成果中汲取一切可 利用的东西以不断充实自己 例如，借助电子学的成果+分析仪器的讯号就更易于处理；借助电子计算机的加速运算，每年获得的分析数据现已超过101O 个，进入所谓“分析数据爆炸”的时代，这是过去无法想像的。但仅仅分析数据是不够的，更重要的是把众多的数据转化为有意义的信息。为此，又须借助化学计量学的成果。因此，现代分析化学的特点是：一方面，要满足来自各方面不断提出的新要求另一方面，又能 整个科技领域的新成就作为其用之不竭的养料源泉。因此+它是富有生命力的，能够无限地发展和壮大。它的领域是极其广阔的；而且在不断扩展，不知其边界究在何处由此可见。它的内涵是处在不断变动之中。4现代分析化学的新定义现代分析化学是一门独立于化学之外的多科性科学 由于它吸取和利用物理学的成果甚多，因此，有人建议改称分析物理学 但考虑到它的多学科性，也有改称“分析科学”或“分析学”的建议。鉴于它源于化学，也有保留“分析化学 原名不变的主张。有关它的新定义更是众说纷纭 现将欧洲化学会联合会分析化学在集思广益的基础上提出的新定义(已被1993年9月5日在爱丁堡举行的欧洲分析会议接受)叙述如下：分析化学(分析学)是一门自然科学。它致力于建立和应用各种方法、仪器和战略以获得有关物质在一定时间或空间内的组成、结构和能态的信息。这是一个高度概括的定义。它包括了任务、手段、目标和适用面；但不涉及分析化学的具体内涵须稍作说明的有以下几点：(1)战略指有关分析化学发展、带有方向性的设想和规划等。如分析仪器的微型化 分析技术的联用等。这是建立新方法和开发新分析仪器的基础。(2)组成也包括某一元素各种形态的组成。例如有机硒和无机硒。形态也包括某一元素的各种氧化态或价态，如se(1V)和Se()等。(3)一定时间指各种瞬时扫描测定和过程分析而言。(4)一定空间指各种表面分析、微区分析等试样某一指定部位而言。(5)“信息”强调分析化学是用分析思维和方法获得物质化学信息的科学它是-fl应用信息科学。(6)“自然科学 表明分析化学是一门独立的自然科学，不从属于化学或物理学或其他学科 但由于它提供的是化学信息，故仍可称作“分析化学”。(7)称作“分析科学”或“分析学”也是有缺点的。在自然科学中尚有分析几何学(analytical geometry它在我国称作解析几何学)、分析力学(analytical mechanics)等 如果把这些具有分析性质的学科包纳在内或排除在外。都显得“名实不符”。(8)“物质”指分析化学仅适用于物质世界这一范畴之内。5分析化学的现状5.1分析化学已经发展到化学科学阶段人类进入21世纪，分析化学实际上不再是化学的一个分支，它已远远超出化学学科的领域* 分析化学的飞跃发展使分析化学的定义、基础、原理、方法、仪器及技术都发生了根本性的变化。与经典分析化学密切相关的概念是定性分析系统、重量法、容量法、溶液反应、四大平衡、化学热力学，而与现代分析化学密切相关的概念是化学计量学、传感器过程控制、自动化分析、专家系统、生物技术和生物过程，以及分析化学微型化所要求的微电子学，显微光学和微工程学等。因此，现代分析化学正把化学与数学、物理学、计算机科学、生物学、精密仪器制造科学等结合起来，发展成为一门多学科为基础的综合性科学，即分析化学已发展到分析科学阶段。5.2分析化学的任务已从单纯的数据提供上升到实际问题的解决 化学计量学的先驱、美国著名分析化学家B.R.Kowals-ki 宣称3，“分析化学已由单纯的提供数据，上升到从分析数据中获取有用的信息和知识，成为生产和科研中实际问题的解决者”。他认为“分析化学是一门信息科学”。 在现代工业的生产中，过程质量控制是保证产品质量的关键! 产品质量的保证及改善取决于生产过程中化学成分（或元素含量）的控制5。 以化学计量学为基础的过程分析化学（Processes Analytical Chemistry）应运而生。美国国家科学基金会为推动工业科技革命，1984年在华盛顿大学建立了过程分析中心，研究及开发尖端在线分析仪器及分析方法使之成为自动化生产过程的组成部分6。过程分析化学已从工业过程控制发展到系列化及生态过程控制甚至生命过程控制7。6分析化学学科的发展趋势6.1分析化学的发展规律 学科之间的相互渗透（包括分析方法中不同技术的联用）是分析化学发展的基本规律。工农业生产的发展，新兴科学技术的发展，为分析化学提出了一系列难题，促进了分析化学的发展也促进了相关学科的发展；另一方面新兴科学技术的发展也为分析化学的发展提供了理论基础和技术条件，使分析化学的发展有了可能。因此一个时期分析化学的发展能达到什么水平，要看当时科学技术的发展向分析化学提出了什么问题又为解决这些问题提供了什么条件。一句话，学科之间的相互渗透、相互促进是分析化学发展的基本规律。6.2分析化学的发展方向现代分析化学的目标就是要求消耗少量材料，缩短分析测试时间，减小风险，少支经费而获得更多更有效的化学信息!因此，分析化学的发展方向（见图1）是高灵敏度（达原子级、分子级水平），高选择性（复杂体系）、快速、自动、简便、经济、分析仪器自动化、数字化和计算机化并向智能化、信息化纵深发展。分析仪器的发展历史与分析化学的发展紧密相关，可概括为50年代仪器化，60年代电子化，70年代计算机化，80年代智能化，90年代信息化，而21世纪必将是仿生化和进一步信息智能化1。当今，分析化学的发展正处于新的变革时期。由于生命科学、环境科学、新材料等科学发展的要求，和生物学、信息科学、计算机技术的引入，使分析化学进入了一个新的境界，如分析研究对象越来越多地选择了BC4、蛋白质、手性药物和环境毒物等与生命活性相关的物质；分析研究体系由简单体系转向复杂体系；分析研究层次已进入单细胞、单分子水平和立体构象；分析研究区间已由主体延伸至表面、微区及形态；分析研究方法除发展各类仪器分析手段之外，开始较多地研究酶和免疫学等生物化学方法，并注意结合应用化学计量学对分析结果进行解析和处理。图1 分析化学主要趋向7结束语分折化学是人们获得化学组成和结构信息的科学分折测试是科技与生产的眼睛，是衡量一个国家经济与科技发展水平的主要标志科技生产和经跻的不断发展使分析化学成为分析科学t它与社会和其它科技有着紧密而不可缺少的联系。分析科学要适应和促进21世纪科技生产的发展，必须有各学科和高新技术交叉发展的高灵敏度、高选择性，高效，快速、经济的新分析检测方法生命科学、环境科学，材料和能源科学要求有新的分析浏试方法，要求有分子、原子级水平以及纳米尺度的检 分析方法，要求分析一分离连用一体化的高技快速检测分析方法，要求在线、在位的实时多维信。分析化学的发展是以现代科技革命为基础，现代分析化学正是应用现代科技革命成果得以形成。现代分析化学已经远远超出化学的概念突破了纯化学的领域，发展为一门庞杂的多学科性的综合性科学。因此掌握现代分析化学的趋势非常重要。参考文献:1汪尔康.21世纪的分析化学M.北京：科学出版社，1999.112Laitinan H.A.,Anal。Chem.，1980，52，605 A3标准出版社第二编辑室环境保护国家标准忙编M北京：中国标准出版社1995228 4 Kokot SKing G，Keller