化学分析和仪器分析技术的运用研究

2022-11-16沈世旻

中国科技纵横 2022年9期

沈世旻

（大连计量检验检测研究院有限公司，辽宁大连 116031）

0.引言

化学分析与仪器分析均为分析化学的重要组成部分。其中，化学分析主要研究的是物质组成结构，人们了解物质内部结构与组成可通过化学分析来实现。仪器分析是基于物质内部变化规律与具体参数的基础上对物质化学成分判断的一种分析方法。近几年，得益于我国科技快速发展，无论是化学分析还是仪器分析，均有较大的发展。

1.化学分析与仪器分析的特点及局限性

1.1 特点

化学分析属于分析化学的中一种重要分析方法，其原理为：基于物质化学反应和物质内部组成基础上计量与判断物质的成分。按照操作差异性来划分，化学分析可划分为滴定分析、重量分析等这些类型，其中，滴定分析需要测量出溶液的体积，之后再以酸碱平衡、氧化还原平衡、配位平衡等理论为依据，通过使用滴定设备在需要测量的物质容器中加入滴定剂，根据加入的滴定剂的量来检测被测物质的属性。重量分析则是基于质量测量的基础上，通过有针对性的化学反应将被测物质的组分进行有效分离，从而测量出被测物的数量。概括来说，化学分析是建立在化学反应基础上，重点分析化学反应中所表现出的物理属性，从而获得较为准确的化学分析结果。通常情况下，化学分析离不开各种测量仪器的支持，如各类化学试剂、称量工具、测量玻璃器皿等，要想获得较为准确的化学分析结果，需要选用适宜的仪器辅助，并且需要相关工作人员严格按照相关规范执行操作。

仪器分析也属于分析化学中另一种重要的分析方法，其原理为：利用物质的化学性质和物理性质，借助仪器对光、热、点等物理量进行分析。通常在仪器分析过程中，会使用到一些复杂的仪器，如显微镜等。采用仪器分析方法不仅能对物质的物理量与物理特性进行分析测量，也能对物质的状态价态、超痕等进行分析，是分析化学发展的一种重要方向。在仪器分析中，主要是通过“化学实验分析”“物理实验分析”等不同方式进行，为实现仪器分析的目标，需要在分析过程明确物理变化量，同时为了能够获得较为准确的分析数据，在分析时还需要选择不同的类型的设备和材料，并利用色谱法、化学分析法、电化学分析法等试验方法进行分析[1]。除此之外，考虑仪器分析速度相对较快，因而在大数据采集的基础上应采用专业的软件技术完成数据采集分析，从而获得较为理想的分析结果。如在仪器分析时便可利用远程操作模式来提升分析的效率与分析结果的准确性。

1.2 局限性

分析化学与仪器分析技术在实际应用中，也有诸多局限性：首先，内部结构与操作较为复杂，且仪器价格本身价格也较为昂贵，在设备维护与调试方面又需要花费较多的成本，从而导致分析化学与仪器分析技术的应用成本较高。其次，仪器分析本身属于一种相对性特点较突出的分析方法，需要在已有的知识和数据基础上才能获得各项分析结果。最后，化学分析与仪器分析二者所获得分析结果之间有较大的误差，难以很好地满足高含量组成与学量组成分析的实际需求。

2.化学分析与仪器分析对比分析

2.1 二者之间的关系

化学分析与仪器分析二者之间关系紧密。表现在2个方面：一方面，化学分析是仪器分析的重要基础，仪器分析需要建立在化学分析对物质分析的前提上，比如，在应用仪器分析技术测定物质时，需要先通过化学分析方法对标准溶液进行校对，这样才能够确保仪器分析的有效性和完整性。另一方面，化学分析离不开仪器分析的有效支撑，即便化学分析在准确度、检测效率方面具有优势，但是在物质检测中，需要借助仪器分析技术来对物质检测的准确性进行矫正，可见，化学分析离不开仪器分析的支撑。概况来说，在实际应用过程中，化学分析与仪器分析的关系为相互依存、相互作用，要想保证最终的应用质量就需要重视二者的结合应用，缺一不可，这样也才能够有效推动二者共同发展。

2.2 二者之间的异同点

化学分析方法与仪器分析方法的相似点在于均能够进行定量分析和定性分析，不同点则这几个方面[2]：

（1）应用范围不同。通常对物质的常量成分与半微量成本的分析测量，主要是采用化学分析方法，测量准确性相对较高，准确性可控制在1%～2%，测量结果误差相对较小，与化学定量分析较接近，也因此广泛应用在化学研究、新材料开发、刑侦检查等工作中。但是化学分析方法测量的精密程度相对较低，同时还无法对物质中的微量元素进行检测。仪器分析则主要是针对微量分析，测量准确性不高，通常只能在常规的物质分析中，但测量的精密程度相对较高，可进行微量成分的定性和定量分析。（2）技能要求不同。化学分析与仪器分析在实际应用中，在使用方法和操作方法上均有较大的差异，这也使得二者的使用技能要求不同，在化学分析过程中，操作人员需要具备一定的化学知识储备，且对物质的定量、各种化学试剂与化学物质属性均有所了解。仪器分析技术，主要是对物质的光、电、热等属性进行分析，以实现物质化学性质与化学含量的分析目的。在具体的分析过程中，需要专业的仪器设备做支撑，操作人员还需对电化学、热化学等相关内容及各种设备的操作方法充分了解、熟悉，如此才能够有效保证仪器分析结果的准确性。

3.化学分析与仪器分析技术的运用情况

3.1 物质和元素的状态、形态分析的应用

在化学分析与仪器分析技术实际应用过程中，最主要的内容便是对物质和元素的状态、形态进行分析。以元素为例，在不同的环境下，即便是同一元素，但是也可能会出现不同的形态，且在自然界中较少存在单质元素，以混合元素的形态存在。不同元素形成化合物时，因不同分子的离子组成有差异，可能会使化合物具有毒性，或者使化学物质的结合态的性能有不同的差异和特点。而应用化学分析与仪器分析技术便是对此原因展开分析，通过分析对元素的构成、形态进行研究，从而了解复杂物质的状态。目前比较常用的分析技术有电子能谱分析法、光谱分析法、伏安法等[3]。

3.2 非破坏性检测的应用

目前非破坏性检测在科学研究和生产管理中发挥出巨大的作用。以实际为例，在稀有物质出现时，由于无法过多拆分进行研究，因而无法支持研究项目，或者是实际生产中需要检测某一类型设备时无法对其进行拆分检测时，便可采用非破坏性检测方法来进行检测。非破坏性检测也称作是无损检测，指在保证被检测物的完整性不受到破坏的前提下，可能有一定的损耗但并不会改变物质的质量的一种检测方法。非破坏性检测发展至今，可与激光雷达、激光散射等遥测技术有机结合，可实现对金属分子、原子结构的分析，可为反制导技术提供更多理论依据。

3.3 自动化、智能化检测分析技术的应用

在化学分析与仪器分析技术应用和发展过程中，自动化、智能化特征也较突出。以实际为例，在新型研究中引入自动化、智能化检测技术，通过利用计算机软件与智能设备，借助计算机软件与智能设备，仅需要较少的人工操作便可完成检测，对研究人员而言，只需要涉及实验步骤、明确分析方法便可，其他环节步骤均能借助相关智能设备来完成，基本实现了自动化分析和智能化分析。目前这一技术处于快速发展的阶段，且在研究方面也更加深入，具有良好的应用前景。

4.化学分析与仪器分析技术的发展趋势

4.1 不断提升灵敏度

在化学分析与仪器分析技术的应用发展过程中，随着科学技术水平的不断提升，二者均有较大的发展。以实际为例，在化学分析方法应用过程中，随着越来越多新型分析技术的出现和应用，在分析结果精准度将有较大的提升，如目前在单个原子、分子检测中，通过应用激光检测技术，可有效提升分析结果的精准度；还有光谱分析技术的应用，可有效提升灵敏度与性能，从而获得更为精确的分析结果[4]。

4.2 微环境与微型化的测定

实现微环境与微型化的测定，是化学分析与仪器分析技术发展的另一个重要方向。在微环境与微型化分析的基础上，可实现对宏观与微观的深入分析，帮助人们更深入地了解相关物质的功能。以实际为例，电子能谱、光谱电化学等技术能有效发挥出联用技术与超微电极技术对电极表征、表面的作用，可为分子设计与设计体系的开发提供更多的思路，从而有效推动化学体系的发展。

4.3 有效解决复杂体系的分离问题

复杂体系检查与分离是化学分析与仪器分析技术应用过程中常存在的问题。在有新的化合物类型出现时，由于其内部结构大多较为复杂，需要进一步提升分析的准确性。现如今出现的气相色谱法、超临界流体色谱等分析方法，均能有效解决分析、分离的问题，因此应增强这些分析法的选择和应用，这也是化学分析与仪器分析技术发展过程中极具有发展前景的技术手段。

4.4 非破坏性分析、自动化分析与智能化分析

从上述分析中得知，非破坏性分析在控制流程与自动分析方面非常重要的作用，如在激光雷达、激光散射等技术的辅助下，可实现对金属微观结构的分析，对反制导与红外制导的发展也有促进作用，因而非破坏分析也是化学分析与仪器分析技术的一个重要发展方向。同时，随着微型化技术的不断发展，愈发突出化学分析与仪器分析技术的自动化、智能化特征，在实际应用过程中，操作人员只需要提前设计好分析流程与选择分析方法，便可实现对物质结构的自动化、智能化分析。目前这一技术在工业生产中广泛应用，但整体应用并不是很普遍，因此在化学分析与仪器分析技术发展过程中，自动化、智能化必将是主要的发展方向。

4.5 不断拓展分析对象的时空信息

目前的化学分析手段，可实现对分析对象的测量和表征分离，从而了解物质的化学构成，还能借助红外线光谱技术、质谱技术、核磁共振技术清晰地展示出有机物内部的分子结构，可让人们了解瞬态、空间排列等关键信息，进而让人们能对生命的形成与化学反应过程有更加清晰的认知。但是无论是化学分析还是仪器分析都需要建立在一定的数据和知识基础上，在推动化学分析与仪器分析技术发展的过程中，应重视分析对象时空信息的拓展，从而提高分析技术的层次[5]。

4.6 生物活性物质与大分子的测定

在化学分析中，对生物活性物质与大分子进行测定是非常重要的内容，同时也是化学分析另一个重要的发展方向。生物大分析分析结果在生物工程、生命科学领域有着重要的作用，可实现对仿生过程更加真实地模拟。在生物大分子测定过程中，主要应用到免疫分析、化学发光、核磁共振等分析技术，应用到的仪器主要有化学修饰电极、生物传感器、化学传感器等，这些技术与仪器的应用可让有机体组织的生物活性生物本质分析效果更加突出。