仪器分析技术最新发展趋势及应用

仪器分析技术最新发展趋势及应用

摘要：本文阐述了现代科学技术发展中仪器分析发展的现状及其基础地位，仪器分析的特点及存在的局限性及最新发展趋势。特别是当今仪器分析技术吸取数学、物理学、计算机科学以及生物学中的新思想、新理念、新方法和新技术,不断完善现有的仪器分析技术，使仪器分析技术正朝着快速、准确、自动、灵敏以及适应特殊分析方向而迅猛发展，这就是当今仪器分析技术发展的总趋势！

关键词：仪器分析分析方法发展趋势

当代科学技术发展的主要特征是高度分化和高度综合，分析化学也不例外。分析化学是四大化学之一，包括两大范畴化学分析和仪器分析。化学分析是指利用化学反应和它的计量关系来确定被测物质的组成和含量的一类分析方法。仪器分析是以物质的物理性质和物理化学性质为基础建立起来的一种分析方法，常常需要使用比较复杂的仪器。仪器分析又分为基础仪器分析和现代仪器分析，现代仪器分析又分为波谱分析、光谱分析、电化学分析、色谱分析、电镜分析、放射化学分析等。

1 仪器分析技术的基础地位

现代仪器分析是一门信息科学，用于陈述事物的运动状态，促进人与环境的相互交流。现代仪器分析也是一门信息技术，涉及信息的生产、处理、流通、也包括信息获取、信息传递、信息存储、信息处理和信息显示等，有效地扩展了人类信息器官的功能。人们通常将信息与物质!能源相提并论，称为人类社会赖以生存发展的三大支柱。世界由物质组成的，没有物质世界便虚无缥缈。能量是一

切物质运动的源泉，没有能源，世界便成为静寂的世界。信息则是客观事物与主观认识相结合的产物，没有信息交换，世界便成为没有生气的世界，人类无法生存和发展。

生产和科研的发展，特别是生命科学和环境科学的发展，对分析化学的要求不再局限于“是什么”、“有多少”？而是要求提供更多更全的信息，即从常量到微量分析，从微量到微粒分析，从痕量到超痕量分析，从组成到形态分析，从总体到微区分析，从表现分布到逐层分析，从宏观到微观结构分析，从静态到快速反应追踪分析，从破坏试样到试样无损分析，从离线到在线分析等。

仪器分析是生产和科研的眼睛，是高科技发展的基础和伴侣。现代分析仪器是基于多学科的高技术产物，离开现代仪器分析，高新技术研究与进步寸步难行。

2 仪器分析的发展

2.1 仪器分析内容

如图所示

2.2 仪器分析的特点及局限性

2.2.1 仪器分析的特点

分析速度快，适于批量试样的分析，许多仪器配有连续自动进样装置，采用数字显示和电子计算机技术，可在短时间内分析几十个样品，适于批量分析。有的仪器可同时测定多种组分。

灵敏度高，适于微量成分的测定，灵敏度由1×10-6%发展到1×10-12%；可进行微量分析和痕量分析。

容易实现在线分析和遥控监测，在线分析以其独特的技术和显著的经济效益引起人们的关注与重视，现已研制出适用于不同生产过程的各种不同类型的在线分析仪器。例如中子水分计就是一种较先进的在线测水仪器，可在不破坏物料结构和不影响物料正常运行状态下准确测量，并用于钢铁、水泥和造纸等工业流程的在线分析。又如，高聚物的高熔点和高黏度，使聚合物生产过程的本身及聚合物改性直至形成产品的一系列过程都要在高温、高压条件下进行，这使对聚合物

的采样分析十分困难。利用光纤探头式分光光度计可监测聚合过程中聚醚的羟基浓度，反射式探头直接插入反应罐内，仪器离探测点达50m。

用途广泛，能适应各种分析要求除能进行定性分析及定量分析外，还能进行结构分析、物相分析、微区分析、价态分析和剥层分析等。样品用量少可进行不破坏样品的无损分析，并适于复杂组成样品的分析。

2.2.2 仪器分析的局限性

仪器设备复杂，价格及维护费用比较昂贵，对维护及环境要求较高。

仪器分析是一种相对分析方法，一般需用已知组成的标准物质来对照，而标准物质的获得常常是限制仪器分析广泛应用的问题之一。

相对误差较大，通常在百分之几至百分之几十，不适用于常量和高含量组分的分析。

因此，仪器分析法和化学分析法是相辅相成的，在使用时应根据具体情况,取长补短,互相配合，充分发挥各种方法的特长，才能更好地解决分析化学中遇到的各种各样实际问题。

2.3 仪器分析技术的发展过程

化学科学的产生以来，经历了三个发展阶段，实现了三次变革。

第一阶段：16世纪，天平的出现。分析化学具有了科学的内涵；20世纪初，依据溶液中四大反应平衡理论，形成分析化学的理论基础，分析化学由一门操作技术变成一门科学。分析化学的第一次变革，20世纪40年代前，化学分析占主导地位,仪器分析种类少和精度低。

第二阶段：20世纪40年代后，仪器分析的大发展时期。仪器分析使分析速度加快,促进化学工业发展，化学分析与仪器分析并重，仪器分析自动化程度低；

这一时期一系列重大科学发现，为仪器分析的建立和发展奠定基础。仪器分析的发展引发了分析化学的第二次变革。

第三阶段：80年代初，以计算机应用为标志的分析化学第三次变革。计算机控制的分析数据采集与处理：实现分析过程的连续、快速、实时、智能；促进化学计量学的建立。化学计量学：利用数学、统计学的方法设计选择最佳分析条件，获得最大程度的化学信息。化学信息学：化学信息处理、查询、挖掘、优化等。以计算机为基础的新仪器的出现：傅里叶变换红外光谱仪，色谱-质谱联用仪。

3 现代仪器分析技术的发展趋势

现代仪器分析技术正向智能化数字化方向发展。发展趋势主要表现是：基于微电子技术和计算机技术的应用实现分析仪器的自动化，通过计算机控制器和数字模型进行数据采集、运算、统计、分析、处理，提高分析仪器数据处理能力，数字图像处理系统实现了分析仪器数字图像处理功能的发展；分析仪器的联用技术向测试速度超高速化、分析试样超微量化、分析仪器超小型化的方向发展。

重点研究方向包括：一是高通量分析,即在单位时间内可分析测试大量的样品。二是极端条件分析，其中单分子单细胞分析与操纵为目前热门的课题。三是在线、实时、现场或原位分析,即从样品采集到数据输出,实现快速的或一条龙的分析。四是联用技术，即将两种(或两种以上)分析技术联接，互相补充，从而完成更复杂的分析任务。联用技术及联用仪器的组合方式，特别是三联甚至四联系统的出现，已成为现代分析仪器发展的重要方向。五是阵列技术，如果把联用分析技术看成计算机中的串行方法，那么阵列技术就等同于计算机中的并行运算方