試論分析化學(xué)中成品分析方法的發(fā)展

張曉玲

(黑龍江護(hù)理高等專科學(xué)校，哈爾濱 150086)

0 引言

分析化學(xué)作為化學(xué)科學(xué)的一個(gè)分支，其發(fā)展突飛猛進(jìn)。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和生產(chǎn)力的發(fā)展，各門學(xué)科之間的相互滲透日益加強(qiáng)，化學(xué)已經(jīng)滲透到各行各業(yè)。如生物、制藥、環(huán)境、食品、醫(yī)療等眾多領(lǐng)域，分析化學(xué)的理論和方法的發(fā)展對其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了推動(dòng)作用。19世紀(jì)初，量子化學(xué)理論的發(fā)展和后來的計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，都對分析化學(xué)中成品分析方法的發(fā)展起到了催化的作用。如量子化學(xué)中穩(wěn)定和不穩(wěn)定分子的結(jié)構(gòu)、性能及其結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，分子與分子之間的相互作用，分子與分子之音頻的相互碰撞和相互反應(yīng)等問題。又如計(jì)算機(jī)的發(fā)展和“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代的到來，也為分析化學(xué)中案例剖析方法(也稱成品分析法)的發(fā)展起到了促進(jìn)作用，尤其是對材料科學(xué)和生物醫(yī)學(xué)等學(xué)科的影響更是顯而易見。另外，當(dāng)前業(yè)界對分析結(jié)果的要求也越來越細(xì)化，不再是簡單的判斷“純”與“不純”，或“是什么”與“不是什么”那么簡單，而是要求描述樣品的組成、結(jié)構(gòu)、純度、屬性、范疇、狀態(tài)、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)等一系列詳細(xì)信息。這個(gè)要求遠(yuǎn)不是一兩個(gè)學(xué)科所能解釋清楚的，而是要綜合相關(guān)學(xué)科知識，縱觀各相關(guān)學(xué)科的發(fā)展新態(tài)勢，找到解決問題的最佳角度、契合點(diǎn)，最終確定理想方案和方法。

在分析化學(xué)的發(fā)展中，取樣是很復(fù)雜而又有講究的一個(gè)環(huán)節(jié)。如無機(jī)物、有機(jī)物以及復(fù)雜的情況交織在生物體系中，特別是人體系統(tǒng)中，想要完整準(zhǔn)確且有代表地把結(jié)構(gòu)與整體信息表述清楚，就要對每一步、每一個(gè)環(huán)節(jié)精心設(shè)計(jì)。如取樣，一個(gè)看似簡易的環(huán)節(jié)，如處理不好，就會(huì)前功盡棄，事倍功半。

成品分析是給出某未知物質(zhì)的化學(xué)組成(化學(xué)名稱和含量)的一項(xiàng)特殊分析服務(wù)。通過綜合性的分離和檢測手段對未知物進(jìn)行定性鑒定與定量分析，為科研及生產(chǎn)中調(diào)整配方、新產(chǎn)品研發(fā)、改進(jìn)生產(chǎn)工藝提供科學(xué)依據(jù)。

在實(shí)驗(yàn)室配備方面，對未知物進(jìn)行剖析鑒定的國際先進(jìn)儀器設(shè)備主要有：氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀、核磁共振波譜儀、紅外光譜儀等有機(jī)化學(xué)結(jié)構(gòu)分析儀器，以及等離子發(fā)射光譜儀、等離子體質(zhì)譜儀、原子吸收光譜儀、原子熒光光譜儀、離子色譜儀、X射線熒光光譜儀等無機(jī)分析儀器。

2015年，上海從事餐飲行業(yè)的王先生，通過某檢測網(wǎng)站看到成品分析的介紹，咨詢能否將已有成品滋補(bǔ)湯料中的藥材成分進(jìn)行分析，如有滋補(bǔ)健身的功效將在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行推廣，需要分析出湯料全部成分。通過技術(shù)人員的檢測分析，將其中的中藥以及湯品佐料分析出來，并提供了該配方中各組分的比例，王先生將配方配制后，對味道、口感和香氣表示十分滿意，其中的營養(yǎng)成分也由專家進(jìn)行了評估。這僅是生活中很小的一個(gè)例子，說明成品分析離我們的生活很近、很實(shí)用。本文將通過以下幾方面來闡述分析化學(xué)成品分析方法的發(fā)展。

1 成品分析方法的特點(diǎn)

成品分析過程中，試樣可能是純凈物，也可能是混合物。如一些生物制品中，含有大量有機(jī)物和活性物質(zhì)，含有碳、氮、氧、氫、磷、硫、鹵素等元素，其形態(tài)和存在形式也是千差萬別。雖然元素種類很少，但其組成、結(jié)構(gòu)的繁雜，是可想而知的，又因其大多是微觀粒子，有些問題只有量子化學(xué)才能解釋。所以，成品分析需采用多學(xué)科交叉、協(xié)作，多手段、多角度綜合分析的方法開展相關(guān)工作，找到成品的重要化學(xué)特征，是解決問題的關(guān)鍵。

1.1 試樣復(fù)雜

有機(jī)物、無機(jī)物以及分散系中高分子化合物組成復(fù)雜；有些成品是珍稀物品或動(dòng)植物等，涉及分離試樣組分的方法和試樣采集的量的限定；分析和結(jié)果訴求苛刻；一些成品在處理、運(yùn)輸、保存過程中，變質(zhì)、氧化、揮發(fā)。以上種種因素，使原始資料的狀態(tài)和內(nèi)容發(fā)生較大改變，導(dǎo)致分析結(jié)果達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)或與真實(shí)值相差甚遠(yuǎn)、誤差過大，失去分析的意義和價(jià)值。

1.2 手段多樣

分析種類多，有無機(jī)分析、有機(jī)分析、生化分析、基本分析、結(jié)構(gòu)分析和成分分析等，相應(yīng)的手段也多。傳統(tǒng)分析有化學(xué)分析、重量分析、儀器分析等。在分析工作中，要進(jìn)行科學(xué)研究、論證、研判，綜合考慮適合的方法手段，做到因事、因時(shí)、因地制宜，把可能出現(xiàn)的各方面因素均考慮到，做到分析結(jié)果準(zhǔn)確、精確，操作盡量簡單，取樣盡量少，減少不必要的經(jīng)濟(jì)、人力、物力的損失，達(dá)到高效、事半功倍的目的。

1.3 過程曲折

樣品成分千差萬別，樣品的分析要求多樣，成品分析過程也很曲折。如樣品清洗制備和分離、結(jié)構(gòu)分析、純度分析等過程；原材料量過大或過少，要獲得理想結(jié)果、小誤差都是極其困難的。

2 成品分析方法的程序

2.1 信息收集

首先，了解待分析成品的范疇和能收集到的數(shù)據(jù)信息。如：來源、商標(biāo)、批號、包裝、生產(chǎn)商、保質(zhì)期等原始信息。因同一生產(chǎn)商的不同批次產(chǎn)品會(huì)有數(shù)據(jù)信息差異，不正確的取樣，得到非代表性的樣品或不合格儲(chǔ)存、污染或包裝破損等都可能使成品的分析結(jié)果混亂，甚至毫無價(jià)值。所以，要盡可能收集樣品的相關(guān)信息，對其數(shù)據(jù)分析有較大幫助。如樣品的存量，價(jià)格、價(jià)值、生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)過程等信息，都是重要信息。

2.2 性質(zhì)考查

性質(zhì)考查是指待分析材料是無機(jī)物還是有機(jī)物；無機(jī)物是塊狀、粉末狀還是液態(tài)氣態(tài)；塊狀又分致密材料，如金屬、合金和單晶等，還有地質(zhì)材料和隕三石等。粉末材料可從塊狀粉碎獲得，也可以從礦物原料經(jīng)化學(xué)處理獲得，或者是化學(xué)合成產(chǎn)物。液態(tài)材料包括溶液、水、溶劑等液體物質(zhì)。有機(jī)物是化石材料、生物材料還是有機(jī)化學(xué)制品等?；?、瀝青頁巖和原油。生物材料包括各種類型的植物、體液和動(dòng)物組織。有機(jī)化學(xué)制品包括分析過程中或高純物質(zhì)的工藝過程中所使用的溶劑，以及為類似目的使用的其他有機(jī)試劑。

2.3 樣品處理

成品分析根據(jù)試樣采用不同分解試劑方法，將試樣分解后制備成溶液，然后進(jìn)行測定。分解試樣方法很多，如酸溶法、堿溶法和熔融法等。分解試樣時(shí)要求試樣分解完全，待測組分不損失，不引入干擾物質(zhì)。對于含有多種組分的復(fù)雜試樣，在測定某一組分時(shí)，共存的其他組分有干擾時(shí)，應(yīng)采取措施消除干擾。消除干擾的方法主要有掩蔽和分離。

2.4 樣品分離

樣品分離方法中蒸餾和揮發(fā)法應(yīng)用得比較早，之后出現(xiàn)了沉淀分離、萃取分離、離子交換分離，最后發(fā)展起來的是色譜分離。沉淀分離法是根據(jù)溶度積原理，利用某種沉淀劑有選擇的沉淀一些離子，達(dá)到分離的目的。萃取是利用物質(zhì)在兩種互相不溶的溶劑中溶解度或分配比的不同來達(dá)到分離、提取或純化目的的一種操作，利用離子交換劑與溶液中的離子之間所發(fā)生的交換反應(yīng)進(jìn)行分離的方法。色譜分離是一種以分配平衡為基礎(chǔ)的分離，是根據(jù)不同物質(zhì)在兩相間的分配比不同而進(jìn)行分離的。色譜中的兩相，一個(gè)是固定相，一個(gè)是流動(dòng)相，當(dāng)兩相作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，反復(fù)多次地利用混合物所含組分分配平衡性質(zhì)產(chǎn)生差異使彼此得到分離。

鑒于樣品構(gòu)成的差異性，所需的分離和純化方法存在很大的差異。成品分析方法中廣泛使用的是色譜分離法。色譜法又分為液相色譜法、氣相色譜法和超臨界液體色譜法。

分析中樣品的制備操作差別很大。主要區(qū)別在于樣品制備和樣品清潔。只有干凈的樣品才能為各種結(jié)構(gòu)分析提供有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

2.5 樣品分析

產(chǎn)品分析的早期方法是利用官能團(tuán)的有機(jī)反應(yīng)和大量的定性和定量分析。由于樣品消耗量大，實(shí)驗(yàn)程序復(fù)雜，所提供的信息不正確，換用儀器分析等形式代替。目前，有機(jī)結(jié)構(gòu)分析方法仍然最常用紫外光譜、紅外和拉曼光譜、核磁共振光譜和質(zhì)譜法。國內(nèi)外有許多書籍詳細(xì)討論各種光譜方法的原理、特點(diǎn)和應(yīng)用。但是，要充分利用各種光譜信息結(jié)構(gòu)，不僅要掌握各種光譜的理論知識，還要有充足的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

3 成品分析方法的應(yīng)用

3.1 在生物和環(huán)境樣品分析中的應(yīng)用

在環(huán)境科學(xué)和輻射防護(hù)領(lǐng)域，對于諸如天然水、空氣中的灰塵、各種動(dòng)植物組織、各類食品、土壤等復(fù)雜的生物環(huán)境樣品中的放射性核素，特別是一些高毒性的α和β放射體，常常需要進(jìn)行分離和測定。由于樣品種類繁多，機(jī)體成分極其復(fù)雜，同時(shí)放射性核素的含量極微，因此要求分離方法不僅要有良好的選擇性，而且對低水平放射性核素要有很好的濃集作用。與其他分離方法相比，萃取色譜具有方法簡單、選擇性好、有良好的濃集效率，故已廣泛用于生物和環(huán)境樣品中低水平放射性的分析和監(jiān)測。

在常規(guī)的生物和環(huán)境樣品分析中，經(jīng)過化學(xué)處理的樣品體積有時(shí)比較大，如果用一般的柱萃取色譜法進(jìn)行分離，由于流速限制，分析所用的時(shí)間較長。有一種間歇萃取與譜析過程相結(jié)合的新方法，該法是以涂漬了固定相的色譜粉直接投入待測的樣品中攪拌，以選擇性吸附其中待測的放射性核素，然后將吸附有放射性核素的色譜粉定量轉(zhuǎn)入色譜柱，繼續(xù)進(jìn)行洗滌和洗脫等操作。若在此色譜柱底部預(yù)先裝上少量未經(jīng)使用的色層粉，這樣可得到更高的回收率。

近年來，以多孔軟性聚酯泡沫塑料為支持體的萃取色譜法，在檢測大體積液體樣品的濃集過程中顯示出獨(dú)特的優(yōu)越性。如應(yīng)用碘離子甲苯溶液浸漬的軟性聚氨脂泡沫塑料從大體積水樣中選擇性地分離、濃集了碘-131。

關(guān)于萃取色譜法在環(huán)境和生物樣品中測定低水平放射性核素的實(shí)際應(yīng)用，在很多文章和教材中多有介紹，這里不再贅述。

還有高效液相色譜法的應(yīng)用也很廣泛。被分析樣品不受沸點(diǎn)、熱穩(wěn)定性、相對分子量大小及有機(jī)物或無機(jī)物的限制，只要能制成溶液即可分析。由于具有高選擇性、高靈敏度等特點(diǎn)，現(xiàn)已成為醫(yī)藥研究的重要工具，主要用于各種有機(jī)混合物的分離分析。2008年9月，國內(nèi)報(bào)告多例嬰幼兒泌尿系統(tǒng)結(jié)石病例，經(jīng)有關(guān)部門調(diào)查，患兒食用某品牌的嬰幼兒配方奶粉受到三聚氰胺污染。三聚氰胺被不法廠商用作食品添加劑，以提高食品檢測中蛋白質(zhì)檢測含量。大量攝入三聚氰胺會(huì)損害人體的生殖、泌尿系統(tǒng)，導(dǎo)致腎、膀胱結(jié)石。所以，進(jìn)行食品中三聚氰胺的檢測是非常重要的。

3.2 在新產(chǎn)品開發(fā)和創(chuàng)新研究中的作用

成品分析研究的主要目的與新產(chǎn)品的開發(fā)密切相關(guān)，對成品結(jié)構(gòu)、組成等要素進(jìn)行分析，可以為同行了解科研動(dòng)態(tài)和最新技術(shù)成果提供準(zhǔn)確的信息，有助于確定研究方向和目標(biāo)。對市場上流通的高質(zhì)量產(chǎn)品進(jìn)行成品分析，是新產(chǎn)品開發(fā)和創(chuàng)新的最快捷的方法和手段之一。

3.3 在地質(zhì)樣品分析中的應(yīng)用

為了測定地質(zhì)樣品中的鈾和釷，通常需要建立一種快速而準(zhǔn)確的分析程序。分光光度法簡便快速、靈敏度高而又有一定的準(zhǔn)確度，因而成為放射性地質(zhì)部門最常用的分析方法。實(shí)踐表明，該法操作簡便、快速、可靠、靈敏度高，也適用于實(shí)驗(yàn)室或野外的分析實(shí)踐，應(yīng)用此法每人每天約可完成30個(gè)礦樣的分析。

3.4 在高純材料分析中的應(yīng)用

在高純稀土氧化物的分析領(lǐng)域中，有一種測定高純氧化釹中痕量稀土雜質(zhì)的分析方法。在此程序中采用的是新固定相，支持體是硅膠。基體成分釹用鹽酸洗脫，待雜質(zhì)稀土元素用鹽酸洗脫，洗脫液由發(fā)射光譜法定量測定。如果取1.5克氧化釹試樣分析，可以測定2.5～7.5ppm濃度范圍的各單個(gè)稀土雜質(zhì)，它們的回收率在96～116%，相對誤差7.9～14%，全部操作時(shí)間約8～9個(gè)小時(shí)。

3.5 在產(chǎn)品質(zhì)量控制和產(chǎn)品檢驗(yàn)中的應(yīng)用

產(chǎn)品質(zhì)量檢測是指檢查的驗(yàn)證產(chǎn)品或服務(wù)質(zhì)量是否符合有關(guān)規(guī)定的活動(dòng)。它分為空氣質(zhì)量檢測、工程質(zhì)量檢測、產(chǎn)品質(zhì)量檢測、環(huán)境質(zhì)量檢測等。如貨物流通領(lǐng)域的商品就需要通過產(chǎn)品分析技術(shù)，可以識別不同產(chǎn)品的質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，在研究成品分析發(fā)展時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的分析方法雖然能解決一些問題，但還存在一些弊端，有其局限性和缺點(diǎn)，如費(fèi)時(shí)、程序繁瑣、結(jié)果不理想、試樣處理困難；對氣體樣品的分析方法有限，很多時(shí)候令人束手無策，等等。所以，只有成品分析是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要不斷努力探索出更多的分析方法，以適應(yīng)快速發(fā)展的市場需求。