化學分析和儀器分析技術的運用研究

沈世旻

（大連計量檢驗檢測研究院有限公司，遼寧大連 116031）

0.引言

化學分析與儀器分析均為分析化學的重要組成部分。其中，化學分析主要研究的是物質組成結構，人們了解物質內部結構與組成可通過化學分析來實現。儀器分析是基于物質內部變化規(guī)律與具體參數的基礎上對物質化學成分判斷的一種分析方法。近幾年，得益于我國科技快速發(fā)展，無論是化學分析還是儀器分析，均有較大的發(fā)展。

1.化學分析與儀器分析的特點及局限性

1.1 特點

化學分析屬于分析化學的中一種重要分析方法，其原理為：基于物質化學反應和物質內部組成基礎上計量與判斷物質的成分。按照操作差異性來劃分，化學分析可劃分為滴定分析、重量分析等這些類型，其中，滴定分析需要測量出溶液的體積，之后再以酸堿平衡、氧化還原平衡、配位平衡等理論為依據，通過使用滴定設備在需要測量的物質容器中加入滴定劑，根據加入的滴定劑的量來檢測被測物質的屬性。重量分析則是基于質量測量的基礎上，通過有針對性的化學反應將被測物質的組分進行有效分離，從而測量出被測物的數量。概括來說，化學分析是建立在化學反應基礎上，重點分析化學反應中所表現出的物理屬性，從而獲得較為準確的化學分析結果。通常情況下，化學分析離不開各種測量儀器的支持，如各類化學試劑、稱量工具、測量玻璃器皿等，要想獲得較為準確的化學分析結果，需要選用適宜的儀器輔助，并且需要相關工作人員嚴格按照相關規(guī)范執(zhí)行操作。

儀器分析也屬于分析化學中另一種重要的分析方法，其原理為：利用物質的化學性質和物理性質，借助儀器對光、熱、點等物理量進行分析。通常在儀器分析過程中，會使用到一些復雜的儀器，如顯微鏡等。采用儀器分析方法不僅能對物質的物理量與物理特性進行分析測量，也能對物質的狀態(tài)價態(tài)、超痕等進行分析，是分析化學發(fā)展的一種重要方向。在儀器分析中，主要是通過“化學實驗分析”“物理實驗分析”等不同方式進行，為實現儀器分析的目標，需要在分析過程明確物理變化量，同時為了能夠獲得較為準確的分析數據，在分析時還需要選擇不同的類型的設備和材料，并利用色譜法、化學分析法、電化學分析法等試驗方法進行分析[1]。除此之外，考慮儀器分析速度相對較快，因而在大數據采集的基礎上應采用專業(yè)的軟件技術完成數據采集分析，從而獲得較為理想的分析結果。如在儀器分析時便可利用遠程操作模式來提升分析的效率與分析結果的準確性。

1.2 局限性

分析化學與儀器分析技術在實際應用中，也有諸多局限性：首先，內部結構與操作較為復雜，且儀器價格本身價格也較為昂貴，在設備維護與調試方面又需要花費較多的成本，從而導致分析化學與儀器分析技術的應用成本較高。其次，儀器分析本身屬于一種相對性特點較突出的分析方法，需要在已有的知識和數據基礎上才能獲得各項分析結果。最后，化學分析與儀器分析二者所獲得分析結果之間有較大的誤差，難以很好地滿足高含量組成與學量組成分析的實際需求。

2.化學分析與儀器分析對比分析

2.1 二者之間的關系

化學分析與儀器分析二者之間關系緊密。表現在2個方面：一方面，化學分析是儀器分析的重要基礎，儀器分析需要建立在化學分析對物質分析的前提上，比如，在應用儀器分析技術測定物質時，需要先通過化學分析方法對標準溶液進行校對，這樣才能夠確保儀器分析的有效性和完整性。另一方面，化學分析離不開儀器分析的有效支撐，即便化學分析在準確度、檢測效率方面具有優(yōu)勢，但是在物質檢測中，需要借助儀器分析技術來對物質檢測的準確性進行矯正，可見，化學分析離不開儀器分析的支撐。概況來說，在實際應用過程中，化學分析與儀器分析的關系為相互依存、相互作用，要想保證最終的應用質量就需要重視二者的結合應用，缺一不可，這樣也才能夠有效推動二者共同發(fā)展。

2.2 二者之間的異同點

化學分析方法與儀器分析方法的相似點在于均能夠進行定量分析和定性分析，不同點則這幾個方面[2]：

（1）應用范圍不同。通常對物質的常量成分與半微量成本的分析測量，主要是采用化學分析方法，測量準確性相對較高，準確性可控制在1%～2%，測量結果誤差相對較小，與化學定量分析較接近，也因此廣泛應用在化學研究、新材料開發(fā)、刑偵檢查等工作中。但是化學分析方法測量的精密程度相對較低，同時還無法對物質中的微量元素進行檢測。儀器分析則主要是針對微量分析，測量準確性不高，通常只能在常規(guī)的物質分析中，但測量的精密程度相對較高，可進行微量成分的定性和定量分析。（2）技能要求不同?；瘜W分析與儀器分析在實際應用中，在使用方法和操作方法上均有較大的差異，這也使得二者的使用技能要求不同，在化學分析過程中，操作人員需要具備一定的化學知識儲備，且對物質的定量、各種化學試劑與化學物質屬性均有所了解。儀器分析技術，主要是對物質的光、電、熱等屬性進行分析，以實現物質化學性質與化學含量的分析目的。在具體的分析過程中，需要專業(yè)的儀器設備做支撐，操作人員還需對電化學、熱化學等相關內容及各種設備的操作方法充分了解、熟悉，如此才能夠有效保證儀器分析結果的準確性。

3.化學分析與儀器分析技術的運用情況

3.1 物質和元素的狀態(tài)、形態(tài)分析的應用

在化學分析與儀器分析技術實際應用過程中，最主要的內容便是對物質和元素的狀態(tài)、形態(tài)進行分析。以元素為例，在不同的環(huán)境下，即便是同一元素，但是也可能會出現不同的形態(tài)，且在自然界中較少存在單質元素，以混合元素的形態(tài)存在。不同元素形成化合物時，因不同分子的離子組成有差異，可能會使化合物具有毒性，或者使化學物質的結合態(tài)的性能有不同的差異和特點。而應用化學分析與儀器分析技術便是對此原因展開分析，通過分析對元素的構成、形態(tài)進行研究，從而了解復雜物質的狀態(tài)。目前比較常用的分析技術有電子能譜分析法、光譜分析法、伏安法等[3]。

3.2 非破壞性檢測的應用

目前非破壞性檢測在科學研究和生產管理中發(fā)揮出巨大的作用。以實際為例，在稀有物質出現時，由于無法過多拆分進行研究，因而無法支持研究項目，或者是實際生產中需要檢測某一類型設備時無法對其進行拆分檢測時，便可采用非破壞性檢測方法來進行檢測。非破壞性檢測也稱作是無損檢測，指在保證被檢測物的完整性不受到破壞的前提下，可能有一定的損耗但并不會改變物質的質量的一種檢測方法。非破壞性檢測發(fā)展至今，可與激光雷達、激光散射等遙測技術有機結合，可實現對金屬分子、原子結構的分析，可為反制導技術提供更多理論依據。

3.3 自動化、智能化檢測分析技術的應用

在化學分析與儀器分析技術應用和發(fā)展過程中，自動化、智能化特征也較突出。以實際為例，在新型研究中引入自動化、智能化檢測技術，通過利用計算機軟件與智能設備，借助計算機軟件與智能設備，僅需要較少的人工操作便可完成檢測，對研究人員而言，只需要涉及實驗步驟、明確分析方法便可，其他環(huán)節(jié)步驟均能借助相關智能設備來完成，基本實現了自動化分析和智能化分析。目前這一技術處于快速發(fā)展的階段，且在研究方面也更加深入，具有良好的應用前景。

4.化學分析與儀器分析技術的發(fā)展趨勢

4.1 不斷提升靈敏度

在化學分析與儀器分析技術的應用發(fā)展過程中，隨著科學技術水平的不斷提升，二者均有較大的發(fā)展。以實際為例，在化學分析方法應用過程中，隨著越來越多新型分析技術的出現和應用，在分析結果精準度將有較大的提升，如目前在單個原子、分子檢測中，通過應用激光檢測技術，可有效提升分析結果的精準度；還有光譜分析技術的應用，可有效提升靈敏度與性能，從而獲得更為精確的分析結果[4]。

4.2 微環(huán)境與微型化的測定

實現微環(huán)境與微型化的測定，是化學分析與儀器分析技術發(fā)展的另一個重要方向。在微環(huán)境與微型化分析的基礎上，可實現對宏觀與微觀的深入分析，幫助人們更深入地了解相關物質的功能。以實際為例，電子能譜、光譜電化學等技術能有效發(fā)揮出聯用技術與超微電極技術對電極表征、表面的作用，可為分子設計與設計體系的開發(fā)提供更多的思路，從而有效推動化學體系的發(fā)展。

4.3 有效解決復雜體系的分離問題

復雜體系檢查與分離是化學分析與儀器分析技術應用過程中常存在的問題。在有新的化合物類型出現時，由于其內部結構大多較為復雜，需要進一步提升分析的準確性?，F如今出現的氣相色譜法、超臨界流體色譜等分析方法，均能有效解決分析、分離的問題，因此應增強這些分析法的選擇和應用，這也是化學分析與儀器分析技術發(fā)展過程中極具有發(fā)展前景的技術手段。

4.4 非破壞性分析、自動化分析與智能化分析

從上述分析中得知，非破壞性分析在控制流程與自動分析方面非常重要的作用，如在激光雷達、激光散射等技術的輔助下，可實現對金屬微觀結構的分析，對反制導與紅外制導的發(fā)展也有促進作用，因而非破壞分析也是化學分析與儀器分析技術的一個重要發(fā)展方向。同時，隨著微型化技術的不斷發(fā)展，愈發(fā)突出化學分析與儀器分析技術的自動化、智能化特征，在實際應用過程中，操作人員只需要提前設計好分析流程與選擇分析方法，便可實現對物質結構的自動化、智能化分析。目前這一技術在工業(yè)生產中廣泛應用，但整體應用并不是很普遍，因此在化學分析與儀器分析技術發(fā)展過程中，自動化、智能化必將是主要的發(fā)展方向。

4.5 不斷拓展分析對象的時空信息

目前的化學分析手段，可實現對分析對象的測量和表征分離，從而了解物質的化學構成，還能借助紅外線光譜技術、質譜技術、核磁共振技術清晰地展示出有機物內部的分子結構，可讓人們了解瞬態(tài)、空間排列等關鍵信息，進而讓人們能對生命的形成與化學反應過程有更加清晰的認知。但是無論是化學分析還是儀器分析都需要建立在一定的數據和知識基礎上，在推動化學分析與儀器分析技術發(fā)展的過程中，應重視分析對象時空信息的拓展，從而提高分析技術的層次[5]。

4.6 生物活性物質與大分子的測定

在化學分析中，對生物活性物質與大分子進行測定是非常重要的內容，同時也是化學分析另一個重要的發(fā)展方向。生物大分析分析結果在生物工程、生命科學領域有著重要的作用，可實現對仿生過程更加真實地模擬。在生物大分子測定過程中，主要應用到免疫分析、化學發(fā)光、核磁共振等分析技術，應用到的儀器主要有化學修飾電極、生物傳感器、化學傳感器等，這些技術與儀器的應用可讓有機體組織的生物活性生物本質分析效果更加突出。

5.結語

總之，化學分析與儀器分析技術均是分析化學的重要內容，對促進該領域及工業(yè)生產均有重要作用，應重視這2項技術的應用，全面、正確地認識這2項技術的內容及發(fā)展方向，切實提升化學分析與儀器分析技術的靈活性、適應性及精準性，從而有效促進我國分析水平的提升。