現(xiàn)代分析化學(xué)與化學(xué)計(jì)量學(xué)研究

O溫榮杰（卡博特高性能材料（天津）有限公司 天津 300480）

現(xiàn)代分析化學(xué)與化學(xué)計(jì)量學(xué)研究

O溫榮杰
（卡博特高性能材料（天津）有限公司 天津 300480）

隨著科技的不斷進(jìn)步，分析化學(xué)也在不斷向前發(fā)展。其在發(fā)展的過(guò)程中，不斷吸收其他學(xué)科的最新研究成果并與之融合，從而使分析化學(xué)與各個(gè)學(xué)科之間的交叉程度日益增高。得益于多個(gè)學(xué)科的強(qiáng)力支撐，加之現(xiàn)代分析化學(xué)的研究范圍越來(lái)越廣，分析化學(xué)的研究手段也突破了傳統(tǒng)的以人工為主的方式方法，轉(zhuǎn)而形成了以現(xiàn)代儀器分析為主的局面。研究人員常常利用化學(xué)儀器，通過(guò)分析以獲得他們?cè)谘芯窟^(guò)程中所需要的相關(guān)化學(xué)信息，化學(xué)計(jì)量學(xué)便由此產(chǎn)生?，F(xiàn)代分析化學(xué)在獲得長(zhǎng)足進(jìn)步的同時(shí)，也推動(dòng)了化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展。本文通過(guò)分別闡述現(xiàn)代分析化學(xué)以及化學(xué)計(jì)量學(xué)的發(fā)展歷程，在此基礎(chǔ)上，探究它們?cè)谛聲r(shí)期的一些新進(jìn)展，以方便讀者更為全面、更為深入的了解現(xiàn)代分析化學(xué)及化學(xué)計(jì)量學(xué)。

現(xiàn)代分析化學(xué)；化學(xué)計(jì)量學(xué)；研究

分析化學(xué)學(xué)科在最初建立的時(shí)候，研究人員主要是用它來(lái)進(jìn)行測(cè)量和表征，例如判定物質(zhì)的組成成分，確定各個(gè)成分的含量及比重，表征它們的結(jié)構(gòu)和空間構(gòu)象等等。另外，在測(cè)定的對(duì)象上，以礦物質(zhì)居多。在進(jìn)行分析的時(shí)候，所采用的手段方法也較為簡(jiǎn)單，常常通過(guò)人工的操作便可完成。但是，科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)以及社會(huì)的全面發(fā)展，使傳統(tǒng)的分析化學(xué)發(fā)生了巨大變化，單純的人工操作已明顯滯后，越來(lái)越難以達(dá)到測(cè)定的要求。此時(shí)，分析化學(xué)不得不通過(guò)吸收和融合包括物理、生物、電子科學(xué)在內(nèi)的多個(gè)學(xué)科的研究成果來(lái)改變這種局面。由于學(xué)科的研究領(lǐng)域范圍越來(lái)越廣，整體性不斷加強(qiáng)，分析化學(xué)進(jìn)入到了以儀器分析為主的時(shí)代。借助儀器的分析，研究人員可以從中獲得需要的化學(xué)信息以解決研究中所遇到的分析問(wèn)題，作為現(xiàn)代分析化學(xué)的一個(gè)重要分支——化學(xué)計(jì)量學(xué)便在此種情形之下產(chǎn)生了?，F(xiàn)代分析化學(xué)與化學(xué)計(jì)量學(xué)的不斷發(fā)展，能夠?yàn)樯鐣?huì)的進(jìn)步、人類的創(chuàng)新提供更多的幫助。

一、現(xiàn)代分析化學(xué)

1.發(fā)展歷程

自從人類進(jìn)入文明社會(huì)以后，在社會(huì)的生產(chǎn)、人們的生活當(dāng)中，便可見分析化學(xué)的蹤跡，例如我國(guó)商周時(shí)期的青銅器，春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期的鐵器以及道士的煉丹。但是此時(shí)的分析化學(xué)僅僅被當(dāng)做是一種技術(shù)，沒有強(qiáng)大的科學(xué)理論支撐。直到上世紀(jì)初才正式確立了分析化學(xué)學(xué)科及其地位。分析化學(xué)在隨后的發(fā)展過(guò)程中，一共發(fā)生了三次大的變革浪潮：一是二十世紀(jì)之初，基于溶液平衡理論的產(chǎn)生及所取得的成就，化學(xué)家將其應(yīng)用到容量分析當(dāng)中，從而為分析化學(xué)提供了理論支持，并建立了較為完備的理論體系。二是二十世紀(jì)四十年代至六十年代，基于物理學(xué)方面的大發(fā)展，儀器分析開始得到應(yīng)用。三是二十世紀(jì)七十年代以后，基于計(jì)算機(jī)以及生物、材料等各個(gè)學(xué)科的迅猛發(fā)展，分析化學(xué)積極融合這些學(xué)科的發(fā)展成果，使現(xiàn)代分析化學(xué)的發(fā)展上升到了一個(gè)新的高度。

2.特點(diǎn)

現(xiàn)代分析化學(xué)的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，從使用的方式方法來(lái)看，現(xiàn)代分析化學(xué)利用當(dāng)前各個(gè)學(xué)科的最新前沿成果和最先進(jìn)的分析儀器對(duì)所要研究的物質(zhì)進(jìn)行全方位的分析。第二，從研究的目的來(lái)看，現(xiàn)代分析化學(xué)不只是對(duì)物質(zhì)進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)定，而是要獲得物質(zhì)多個(gè)方面的信息，包括物質(zhì)的形態(tài)、空間構(gòu)象、生物活性等等，并在分析的過(guò)程中，能夠?qū)@些信息進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤。

3.發(fā)展趨勢(shì)

⑴向高靈敏度發(fā)展

分析化學(xué)從產(chǎn)生之初便致力于追求高靈敏度，這也是研究人員的永恒需求。由于新科技元素的注入，現(xiàn)代分析化學(xué)在靈敏度方面得到極大提高。例如當(dāng)分析化學(xué)融合激光技術(shù)以后，推動(dòng)了各種光譜技術(shù)的發(fā)展，大大提升了分析的靈敏度，甚至連單個(gè)原子的檢測(cè)都變?yōu)榱丝赡?。由此我們可以預(yù)見，隨著其他更先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)代分析化學(xué)在靈敏度方面會(huì)進(jìn)一步得到提升。

(2)解析更為復(fù)雜的物質(zhì)

目前，人們已了解到的化合物超過(guò)千萬(wàn)種以上，而且新的物質(zhì)又不斷出現(xiàn)，復(fù)雜物質(zhì)的解析已成為現(xiàn)代分析化學(xué)的一項(xiàng)重要任務(wù)。尤其是與生命科學(xué)領(lǐng)域相關(guān)的生物大分子，在化學(xué)分析中占有重要地位?，F(xiàn)代分析化學(xué)的研究熱點(diǎn)之一是開發(fā)新的技術(shù)，使色譜、光譜和質(zhì)譜技術(shù)能夠結(jié)合在一起，并通過(guò)它們的聯(lián)用，在分析復(fù)雜的物質(zhì)，尤其是生物大分子方面能夠取得良好的分析效果。

(3)分析操作的智能化

隨著當(dāng)前電子信息技術(shù)和集成電路的快速發(fā)展，現(xiàn)代分析化學(xué)也開始步入到智能化的時(shí)代。通過(guò)采用智能化控制系統(tǒng)，設(shè)定規(guī)范的程序，便可以實(shí)現(xiàn)樣品的采集、分析檢測(cè)和結(jié)果處理等整個(gè)過(guò)程的自動(dòng)化。這不僅可以節(jié)省大量的人力，還能實(shí)時(shí)對(duì)分析進(jìn)行監(jiān)控。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和電子技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代分析化學(xué)的智能化程度將會(huì)得到進(jìn)一步的提升。

二、化學(xué)計(jì)量學(xué)

1.發(fā)展歷程

化學(xué)計(jì)量學(xué)產(chǎn)生于二十世紀(jì)七十年代，現(xiàn)已成為分析化學(xué)中一支重要的分支學(xué)科。它的產(chǎn)生與發(fā)展大致可以分為兩個(gè)階段：第一個(gè)階段，在分析化學(xué)發(fā)展的過(guò)程中，出現(xiàn)了許多現(xiàn)代化的測(cè)量?jī)x器，通過(guò)這些儀器的使用，研究人員可以獲取大量的分析數(shù)據(jù)，這讓人們開始認(rèn)識(shí)到化學(xué)分析中數(shù)據(jù)的獲得可以變得輕松、快捷。正是由于現(xiàn)代化測(cè)量?jī)x器的出現(xiàn)，為化學(xué)計(jì)量學(xué)的產(chǎn)生打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。第二階段，隨著分析化學(xué)進(jìn)一步向前發(fā)展，由于測(cè)量?jī)x器的使用，研究人員很容易獲得分析數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)很多，研究人員如何從中找到自己需要的信息便成為了新的問(wèn)題。此時(shí)，計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，可以為數(shù)據(jù)的分析提供極大的幫助，在這個(gè)過(guò)程中，促進(jìn)了分析化學(xué)與其他學(xué)科之間的融合發(fā)展，尤其是與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，使得化學(xué)研究人員可以快速提取有用的信息。這種情形之下便產(chǎn)生了化學(xué)計(jì)量學(xué)。

2.在化學(xué)中的應(yīng)用

(1)在多元校正分析法中的應(yīng)用

當(dāng)前很多領(lǐng)域都會(huì)涉及到物質(zhì)的分析，例如藥品的含量測(cè)定、大分子蛋白的結(jié)構(gòu)檢測(cè)、化學(xué)合成物的性能檢測(cè)等等，這些使得化學(xué)分析的檢測(cè)內(nèi)容越來(lái)越多，也越來(lái)越復(fù)雜。在很多情況下，還需要研究人員對(duì)結(jié)果進(jìn)行定性或者定量分析。當(dāng)通過(guò)現(xiàn)代分析儀器獲取到測(cè)定數(shù)據(jù)之后，研究人員一般使用多元分析法來(lái)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行解析。在該方法使用過(guò)程中，通過(guò)優(yōu)化相關(guān)實(shí)驗(yàn)，可以使分析的研究范圍得到擴(kuò)大。目前，化學(xué)計(jì)量學(xué)中的很多分析方法，如曲線擬合、回歸分析等，已越來(lái)越多的應(yīng)用到多元校正分析法中，并取得了良好的應(yīng)用效果。

(2)在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

生物學(xué)家在研究人腦組織的時(shí)候，提出了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）的概念，此網(wǎng)絡(luò)由很多的單元相互連接而成，借此來(lái)研究人腦神經(jīng)的網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)這個(gè)網(wǎng)絡(luò)，研究人員可以解析相關(guān)數(shù)據(jù)，并能夠解決網(wǎng)絡(luò)中所產(chǎn)生的不確定性數(shù)據(jù)，所以被廣泛應(yīng)用。目前已經(jīng)有報(bào)道證實(shí)，有關(guān)ANN的圖譜分析已經(jīng)應(yīng)用到了蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)等方面。此外，分析化學(xué)中的遺傳算法也得到了大范圍的使用。

(3)在波譜化學(xué)中的應(yīng)用

化學(xué)分析研究人員在工作的時(shí)候，也在思考如何在已有光譜數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)出能夠快速、便捷的定量分析方法。隨著科技的不斷更新，化學(xué)計(jì)量學(xué)為該想法的實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造了可能。當(dāng)化學(xué)計(jì)量學(xué)融合到波譜化學(xué)中時(shí)，可以使包括平滑、變換、最優(yōu)化等在內(nèi)的多種技術(shù)得到應(yīng)用，從而使化學(xué)分析呈現(xiàn)出嶄新的面貌。

三、小結(jié)

隨著科技的不斷進(jìn)步，現(xiàn)代分析化學(xué)以及化學(xué)計(jì)量學(xué)也會(huì)不斷地向前發(fā)展。為了使現(xiàn)代分析化學(xué)和化學(xué)計(jì)量學(xué)能夠更好地為人們所理解，研究人員需要具有現(xiàn)代分析化學(xué)和化學(xué)計(jì)量學(xué)的思維，并熟練掌握研究方法。同時(shí)，研究人員還需要進(jìn)一步吸收各學(xué)科的先進(jìn)成果，應(yīng)用到現(xiàn)代分析化學(xué)及化學(xué)計(jì)量學(xué)中，不斷提高它們的地位，以推動(dòng)其更好的發(fā)展。

[1]陳洪淵.原始性創(chuàng)新是21世紀(jì)分析化學(xué)面臨的最根本挑戰(zhàn)[J].中國(guó)科學(xué)基金，2003，（05）: 257-261．

[2]黃丹.淺談化學(xué)計(jì)量學(xué)在分析化學(xué)中的應(yīng)用及發(fā)展前景[J].今日科苑，2009，12（08）：78.

[3]鄭樹林.定量構(gòu)效關(guān)系在化學(xué)計(jì)量學(xué)發(fā)展中的作用[J].化學(xué)分析計(jì)量，2009，2（01）：87-88．【作者簡(jiǎn)介】溫榮杰（1982～），男，卡博特高性能材料（天津）有限公司，研究方向：化學(xué)。

Modern Analytical Chemistry and Chemometrics Study

Wen Rongjie
（Cabot High-Performance Materials (Tianjin) co., LTD, Tianjin, 300480）

With the continuous improvement of technology, analytical chemistry is also develops continuously, in which course, it constantly absorbs and mixes with lastest research result of other subjects, thus, it increases the cross intensity between analytical chemistry and other subjects. Benef ting from the support of many subjects, adding increasingly extensive research range of modern analytical chemistry, the research methods of a nalytical chemistry makes a breakthrough comparing to traditional methods, and form a situation taking modern instrument as the main content. The researchers always take analysis to obtain the needed chemistry information by using chemical instruments, on which chemometrics generates. Moder n analytical chemistry’s long period’s improvement also promotes the chemometrics development. In this paper, it analyzes respectively the developme nt history of modern analytical chemistry and chemometrics, on which, it explores their new development in new period, in order to make the readers have a more comprehensive and deepgoing understanding for modern analytical chemistry and chemometrics.

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