第一章緒論現(xiàn)代分析技術(shù)

*第一章

緒論一、概述

generalization二、現(xiàn)代分析技術(shù)的發(fā)展和作用

roleanddevelopmentofmodernanalysis第一節(jié)

概述introductiongeneralization*碳納米管*2008年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)

下村修現(xiàn)年80歲的下村修1928年出生于日本京都府，1960年獲得名古屋大學(xué)理學(xué)博士學(xué)位后赴美，先后在美國(guó)普林斯頓大學(xué)、波士頓大學(xué)和伍茲霍爾海洋生物實(shí)驗(yàn)所工作。他1962年從一種水母中發(fā)現(xiàn)了熒光蛋白，被譽(yù)為生物發(fā)光研究第一人。馬丁·沙爾菲馬丁·沙爾菲出生于1947年，現(xiàn)年61歲，是美國(guó)哥倫比亞大學(xué)生物學(xué)教授。他獲獎(jiǎng)的主要貢獻(xiàn)在于向人們展示了綠色熒光蛋白作為發(fā)光的遺傳標(biāo)簽的作用，這一技術(shù)被廣泛運(yùn)用于生理學(xué)和醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。瑞典皇家科學(xué)院8日宣布，美籍華裔科學(xué)家錢(qián)永健、美國(guó)生物學(xué)家馬丁·沙爾菲和日本有機(jī)化學(xué)家兼海洋生物學(xué)家下村修共同獲得2008年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，將均分1000萬(wàn)瑞典克朗（約合140萬(wàn)美元）獎(jiǎng)金。幫助他們獲獎(jiǎng)的是綠色熒光蛋白。這種蛋白為生物與醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)革命，它發(fā)出的熒光像一盞明燈，幫助研究人員照亮生命體在分子層面和細(xì)胞層面的諸多反應(yīng)。

由于綠色熒光蛋白用紫外線一照就發(fā)出鮮艷綠光，研究人員將綠色熒光蛋白基因插入動(dòng)物、細(xì)菌或其他細(xì)胞的遺傳信息之中，讓其隨著這些需要跟蹤的細(xì)胞復(fù)制，可“照亮”不斷長(zhǎng)大的癌癥腫瘤、跟蹤阿爾茨海默氏癥對(duì)大腦造成的損害、觀察有害細(xì)菌的生長(zhǎng)，或是探究老鼠胚胎中的胰腺如何產(chǎn)生分泌胰島素的β細(xì)胞。*瑞典皇家科學(xué)院2009年10月7日宣布，萬(wàn)卡特拉曼-萊馬克里斯南(VenkatramanRamakrishnan)、托馬斯-施泰茨(ThomasSteitz)和阿達(dá)-尤納斯(AdaYonath)因?qū)Α昂颂求w結(jié)構(gòu)和功能的研究”做出突出貢獻(xiàn)而獲得2009年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。sidney.altman@

SidneyAltman由于在研究核糖核酸(RNA)具有催化性能方面所作的貢獻(xiàn)，奧爾特曼教授和另一位美國(guó)科羅拉多大學(xué)生物化學(xué)家托馬斯·R·切赫(ThomasRobertCech)同時(shí)榮獲1989年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。他們關(guān)于核糖核酸(RNA)具有催化活性的發(fā)現(xiàn)，使生物學(xué)的兩大領(lǐng)域發(fā)生了根本變化：它不但修正了所有的酶都是蛋白質(zhì)的長(zhǎng)期存在的傳統(tǒng)理念，而且對(duì)于生命起源的問(wèn)題也需要從不同的角度來(lái)認(rèn)識(shí)了。ThomasRobertCech*2001年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得主、名古屋大學(xué)教授、日本理化研究所理事長(zhǎng)野依良治（R.Noyori）先生指出：化學(xué)是現(xiàn)代科學(xué)的中心，而合成化學(xué)則是化學(xué)的中心。

“鈀催化的交叉偶聯(lián)反應(yīng)”研究領(lǐng)域?qū)儆凇皩?dǎo)向有機(jī)合成的金屬有機(jī)化學(xué)”（OrganometallicChemistryDirectedTowardsOrganicSynthesis）2010諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)：“焊接”碳原子的藝術(shù)美國(guó)普渡大學(xué)化學(xué)教授

美國(guó)特拉華大學(xué)名譽(yù)退休教授北海道大學(xué)名譽(yù)退休教授

試管中的“偉大藝術(shù)”*2011年，以色列科學(xué)家DanielShech-tman諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，獲獎(jiǎng)理由是“發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶體-quasicrystal”。非周期性“鑲嵌”，比如在西班牙阿爾罕布拉宮和伊朗Darb-iImam神殿中發(fā)現(xiàn)的中世紀(jì)伊斯蘭鑲嵌藝術(shù)，幫助科學(xué)家理解了準(zhǔn)晶體在原子水平的特征。在這些鑲嵌中，比如準(zhǔn)晶體，模式是規(guī)則的——它們遵循數(shù)學(xué)法則——但它們從不重復(fù)自己。在準(zhǔn)晶體中，原子間不同距離之比同黃金分割相關(guān)。普通晶體只能具有二次、三次、四次或六次旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性，但是準(zhǔn)晶的布拉格衍射圖具有其他的對(duì)稱性，例如五次對(duì)稱性或者更高的如六次以上的對(duì)稱性。

丹尼爾·謝克特曼

跟隨Shechtman的發(fā)現(xiàn)，科學(xué)家已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室中制造了其它種類的準(zhǔn)晶體，并從來(lái)源于俄羅斯一條河流中的礦石樣本中發(fā)現(xiàn)了天然準(zhǔn)晶體。一家瑞典公司也從某種形態(tài)的鐵中發(fā)現(xiàn)了準(zhǔn)晶體。科學(xué)家們目前正在實(shí)驗(yàn)于不同產(chǎn)品中使用準(zhǔn)晶體，比如煎鍋和柴油機(jī)。*羅伯特·萊夫科維茨布萊恩·克比爾卡2012年10月10日兩位美國(guó)科學(xué)家杜克大學(xué)醫(yī)學(xué)中心羅伯特·萊夫科維茨（RobertJ.Lefkowitz）和斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院布萊恩·克比爾卡（BrianK.Kobilka）因“G蛋白偶聯(lián)受體研究”獲獎(jiǎng)。二人將均分800萬(wàn)瑞典克朗獎(jiǎng)金。每個(gè)人的身體就是一個(gè)數(shù)十億細(xì)胞相互作用的精確校準(zhǔn)系統(tǒng)。每個(gè)細(xì)胞都含有微小的受體，可讓細(xì)胞感知周圍環(huán)境以適應(yīng)新?tīng)顟B(tài)。羅伯特·萊夫科維茨和布萊恩·克比爾卡因?yàn)橥黄菩缘亟沂綠蛋白偶聯(lián)受體這一重要受體家族的內(nèi)在工作機(jī)制而獲得2012年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。2012年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)*長(zhǎng)期以來(lái)，細(xì)胞如何感知周圍環(huán)境一直是一個(gè)未解之謎?？茖W(xué)家已經(jīng)弄清像腎上腺素這樣的激素所具有的強(qiáng)大效果：提高血壓、讓心跳加速。他們猜測(cè)，細(xì)胞表面可能存在某些激素受體。

萊夫科維茨于1968年開(kāi)始利用放射學(xué)來(lái)追蹤細(xì)胞受體。他將碘同位素附著到各種激素上，借助放射學(xué)，成功找到數(shù)種受體，其中一種便是腎上腺素的受體：β-腎上腺素受體。1980年代新加入的克比爾卡開(kāi)始挑戰(zhàn)難題，意欲將編碼β-腎上腺素受體的基因從浩瀚的人類基因組中分離出來(lái)。當(dāng)研究人員分析該基因時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)該受體與眼中捕獲光的受體相類似。他們認(rèn)識(shí)到，存在著一整個(gè)家族看起來(lái)相似的受體，而且起作用的方式也一樣。

今天這一家族被稱作“G蛋白偶聯(lián)受體”。大約一千個(gè)基因編碼這類受體，適用于光、味道、氣味、腎上腺素、組胺、多巴胺以及復(fù)合胺等。大約一半的藥物通過(guò)G蛋白偶聯(lián)受體起作用。

在2011年，克比爾卡還取得了另一項(xiàng)突破：他和研究團(tuán)隊(duì)在一個(gè)精確的時(shí)刻——β-腎上腺素受體被激素激活并向細(xì)胞發(fā)送信號(hào)——獲得了β-腎上腺素受體圖像。這一圖像是一個(gè)分子杰作，可謂幾十年辛苦研究的成果。*2013年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)馬丁·卡普拉斯(MartinKarplus)，邁克爾·萊維特(MichaelLevitt)和亞利耶·瓦謝爾(AriehWarshel)，在“發(fā)展復(fù)雜化學(xué)體系多尺度模型”方面所做的貢獻(xiàn)。在上世紀(jì)70年代，他們的工作幫助我們加深對(duì)化學(xué)過(guò)程的理解與預(yù)測(cè)?；瘜W(xué)領(lǐng)域所取得的大部分重要進(jìn)展都離不開(kāi),先進(jìn)計(jì)算機(jī)模型的幫助如廢氣的催化凈化，或是植物綠葉中發(fā)生的光合作用過(guò)程。今年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)成果綜合了兩個(gè)不同領(lǐng)域方法的精華，設(shè)計(jì)出了基于經(jīng)典物理與量子物理學(xué)兩大領(lǐng)域的方法。舉例而言，為了模擬藥物如何在人體內(nèi)與其靶標(biāo)蛋白相結(jié)合，計(jì)算機(jī)會(huì)利用量子物理方法計(jì)算靶標(biāo)蛋白質(zhì)原子與藥物發(fā)生反應(yīng)的過(guò)程。而這一大型蛋白質(zhì)的其余部分則會(huì)被借助基于經(jīng)典物理學(xué)的方法進(jìn)行模擬。1.目前擔(dān)任法國(guó)斯特拉斯堡大學(xué)教授，以及美國(guó)哈佛大學(xué)教授。馬丁·卡普拉斯主要研究是在核磁共振譜學(xué)、化學(xué)動(dòng)態(tài)學(xué)、量子化學(xué)和生物大分子的分子動(dòng)力學(xué)模擬方面。提出了有關(guān)耦合常數(shù)和二面角之間關(guān)系的卡普拉斯方程(Karplusequation)。2.美國(guó)斯坦福大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授職位3.美國(guó)南加州大學(xué)杰出教授計(jì)算機(jī)——原子世界里你的維吉爾（Virgil）*2006年１２月２７日,３頭口、蹄及舌頭呈現(xiàn)出綠色熒光的轉(zhuǎn)基因克隆小豬日前在東北農(nóng)業(yè)大學(xué)順利降生。這是中國(guó)培育出的首例綠色熒光的轉(zhuǎn)基因豬，也是世界上第四例通過(guò)體細(xì)胞核移植技術(shù)培育的該類轉(zhuǎn)基因豬。在紫外線照射下的轉(zhuǎn)基因克隆豬顯示出明顯的綠色熒光蛋白的特征*化學(xué)九大主題一、資源的生態(tài)化利用：為合成與創(chuàng)造新物質(zhì)提出新方法、新原理二、物化與催化：在新的時(shí)空尺度實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的化物轉(zhuǎn)換三、現(xiàn)代分析與檢測(cè)：分離鑒別與在線檢測(cè)四、化學(xué)理論與計(jì)算機(jī)模擬：從計(jì)算化學(xué)、信息化學(xué)工程到過(guò)程系統(tǒng)工程五、與生物學(xué)、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)結(jié)合交叉六、與材料設(shè)計(jì)制造結(jié)合七、大氣與環(huán)境化學(xué)八、未來(lái)能源九、國(guó)家與人身安全*

Whoofuswouldnotbegladtolifttheveilbehindwhichthefuturelieshidden,tocastaglanceatthenextadvancesofourscienceandatthesecretsofitsdevelopmentduringfuturecenturies.

DavidHilbert

1900,Paris揭開(kāi)未來(lái)的簾幕窺視科學(xué)的明天預(yù)示新世紀(jì)科學(xué)發(fā)展的奧秘乃是人類眾望之所屬*一、概述

generalization

分析化學(xué)是人們用來(lái)認(rèn)識(shí)、解剖自然的重要手段之一；分析化學(xué)是研究獲取物質(zhì)的組成、形態(tài)、結(jié)構(gòu)等信息及其相關(guān)理論的科學(xué)；

分析化學(xué)是化學(xué)中的信息科學(xué)；

分析化學(xué)的發(fā)展促進(jìn)了分析科學(xué)的建立;分析化學(xué)的發(fā)展過(guò)程是人們從化學(xué)的角度認(rèn)識(shí)世界、解釋世界的過(guò)程；20世紀(jì)40年代前：分析化學(xué)=化學(xué)分析；越來(lái)越多的問(wèn)題化學(xué)分析不能解決：快速、實(shí)時(shí)檢測(cè)方法？痕量分析方法？結(jié)構(gòu)確定？*分析化學(xué)的定義（FECS對(duì)分析化學(xué)的定義）AnalyticalChemistryisascientificdisciplinethatdevelopsandappliesmethods,instrumentsandstrategiestoobtaininformationonthecompositionandnatureofmatterinspaceandtime.分析化學(xué)是一門(mén)發(fā)展并運(yùn)用各種方法、儀器及策略以在時(shí)空的維度里獲得有關(guān)物質(zhì)組成及性質(zhì)的信息的一門(mén)科學(xué)。AnalyticalChemistry

——InformationScienceFECS,FederationofEuropeanChemicalSocieties*分析化學(xué)內(nèi)容吸取當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的最新成就（包括化學(xué)、物理、數(shù)學(xué)、電子學(xué)、生物學(xué)等），利用物質(zhì)的一切可以利用的性質(zhì)，研究新的檢測(cè)原理，開(kāi)發(fā)新的儀器設(shè)備，建立表征測(cè)量的新方法和新技術(shù)，最大限度地從時(shí)間和空間的領(lǐng)域里獲取物質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息和質(zhì)量信息。

In-between-science*分析化學(xué)六面體*分析化學(xué)（儀器分析）三要素理論對(duì)象（問(wèn)題）技術(shù)生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)*成分分析整體分析結(jié)構(gòu)分析信息微區(qū)分析樣品區(qū)域狀態(tài)分析表面分析法學(xué)分析現(xiàn)場(chǎng)分析環(huán)境分析野外分析藥物分析應(yīng)用部門(mén)臨床分析分析場(chǎng)地文物分析遙感分析冶金分析按測(cè)的含量、分析性質(zhì)、分析任務(wù)、分析速度、操作手段、總分析手段分類*1991年IUPAC國(guó)際分析科學(xué)會(huì)主席E.NIKI教授所說(shuō)，21世紀(jì)是光明還是黑暗取決于人類在能源與資源科學(xué)、信息科學(xué)、生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)四大領(lǐng)域的進(jìn)步，而取得這些領(lǐng)域進(jìn)步的關(guān)鍵問(wèn)題的解決主要依賴于分析科學(xué)。

儀器分析是分析科學(xué)最重要的分支*20

貝采里烏斯：原子量的測(cè)定；電荷的概念(二元論)；化學(xué)符號(hào)和化學(xué)方程式的創(chuàng)始人；分析化學(xué)之父貝采里烏斯測(cè)定原子量使用的天平J?nsJakobBerzelius*二、儀器分析發(fā)展和作用

roleanddevelopmentofinstrumentanalysis

20世紀(jì)40年代后：儀器分析的大發(fā)展時(shí)期，確立了儀器分析的地位；原因：（1）物理學(xué)+電子技術(shù)+精密儀器制造技術(shù)的發(fā)展；（2）社會(huì)發(fā)展的迫切需要（發(fā)展動(dòng)力，連續(xù)化大生產(chǎn)的迫切需要）；分析化學(xué)=化學(xué)分析+儀器分析；

儀器分析：通過(guò)最佳的物理方法獲取盡可能多的化學(xué)信息***第一章

緒論一、儀器分析發(fā)展歷程developingprocessofinstrumentanalysis二、儀器分析分類classificationofinstrumentanalysis三、儀器分析應(yīng)用領(lǐng)域applicationrangeofinstrumentanalysis第二節(jié)

儀器分析分類與進(jìn)展introductionclassificationanddevelopmentofinstrumentanalysis*一、儀器分析的發(fā)展過(guò)程

developingprocessofinstrumentanalysis

分析化學(xué)的三個(gè)發(fā)展階段，三次變革。階段一：

16世紀(jì)，天平的出現(xiàn)。分析化學(xué)具有了科學(xué)的內(nèi)涵；20世紀(jì)初，依據(jù)溶液中四大反應(yīng)平衡理論，形成分析化學(xué)的理論基礎(chǔ)。分析化學(xué)由一門(mén)操作技術(shù)變成一門(mén)科學(xué)；

分析化學(xué)的第一次變革；

20世紀(jì)40年代前，化學(xué)分析占主導(dǎo)地位，儀器分析種類少和精度低；*階段二：

20世紀(jì)40年代后，儀器分析的大發(fā)展時(shí)期。儀器分析使分析速度加快，促進(jìn)化學(xué)工業(yè)發(fā)展；化學(xué)分析與儀器分析并重，儀器分析自動(dòng)化程度低；為什么出現(xiàn)在這一時(shí)期？一系列重大科學(xué)發(fā)現(xiàn)，為儀器分析的建立和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。（1）BlochF和PurcellEM；建立了核磁共振測(cè)定方法；諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1952年；（2）MartinAJP和SyngeRLM；建立了氣相色譜分析法；諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1952年；（3）HeyrovskyJ，建立極譜分析法，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)1959年儀器分析的發(fā)展引發(fā)了分析化學(xué)的第二次變革。如半導(dǎo)體材料，有的要求純度達(dá)99.9999999%以上*階段三：

八十年代初，以計(jì)算機(jī)應(yīng)用為標(biāo)志的分析化學(xué)第三次變革。

（1）計(jì)算機(jī)控制的分析數(shù)據(jù)采集與處理：實(shí)現(xiàn)分析過(guò)程的連續(xù)、快速、實(shí)時(shí)、智能；促進(jìn)化學(xué)計(jì)量學(xué)的建立。

（2）化學(xué)計(jì)量學(xué)：利用數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法設(shè)計(jì)選擇最佳分析條件，獲得最大程度的化學(xué)信息。

化學(xué)信息學(xué)：化學(xué)信息處理、查詢、挖掘、優(yōu)化等。

（3）以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的新儀器的出現(xiàn)：傅里葉變換紅外；色-質(zhì)聯(lián)用儀。

*二、儀器分析方法的分類classificationofinstrumentanalyticalmethod儀器分析電化學(xué)分析法光分析法色譜分析法熱分析法分析儀器聯(lián)用技術(shù)質(zhì)譜分析法*電化學(xué)分析方法的分類classificationofelectrochemicalanalysis電化學(xué)分析法電位分析法電解分析法電泳分析法庫(kù)侖分析法極譜與伏安分析法電導(dǎo)分析法*色譜分析方法的分類classificationofchromatographicanalysis色譜分析法氣相色譜法薄層色譜法液相色譜法激光色譜法電色譜法超臨界色譜法*光分析方法的分類classificationofelectrochemicalanalysis光分析法原子吸收法紅外法原子發(fā)射法核磁法熒光法紫外可見(jiàn)法分子光譜原子光譜*其他分析方法的分類classificationofelectrochemicalanalysis其他分析法質(zhì)譜分析法聯(lián)用技術(shù)熱分析法*HEINRICHROHRERGERDBINNIGShared*the1986NobelprizeinPhysicsfortheirinventionofthescanningtunnelingmicroscope“IBM”spelledinXenonatoms*CarbonMonoxide美國(guó)加州IBM研究實(shí)驗(yàn)室的訪問(wèn)學(xué)者澤彭菲爾德（P.Zeppenfield）利用STM操縱小分子，將28個(gè)一氧化碳分子在鉑金的表面上排布成了世界上最小的“分子人”*用掃描隧道顯向鏡觀察到的

硅晶體表面的原子排列(Si(m)７×7結(jié)構(gòu))

*北京大學(xué)納米中心的學(xué)者通過(guò)AFM針尖對(duì)基質(zhì)Au-Pa合金上的機(jī)械刻蝕，書(shū)寫(xiě)了世界上最小的唐詩(shī)（10微米×10微米）tipholdermotorcontrolSPMtipsamplepiezotranslator*中國(guó)科技大學(xué)侯建國(guó)教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組將C60分子組裝在單層分子膜的表面，隔絕了金屬襯底的影響，在零下268度下，將分子熱運(yùn)動(dòng)凍結(jié)，利用掃描隧道顯微鏡（STM）在國(guó)際上首次“拍下”了能夠分辨碳－碳單鍵和雙鍵的分子圖象*中科院原子核所和生化所表征DNA復(fù)制過(guò)程DNA聚合酶平行雙鏈DNA(P—DNA右手螺旋及鏈的等距間隔)中國(guó)科學(xué)院上海原子核所應(yīng)用自己研制成功的STM與上海細(xì)胞生物學(xué)所及前蘇聯(lián)科學(xué)院分子生物學(xué)所合作獲得的一種新的DNA構(gòu)型*STM掃描模式示意圖（a）恒電流模式；（b）恒高度模式S為針尖與樣品間距，I、Vb為隧道電流和偏置電壓，Vz為控制針尖在z方向高度的反饋電壓。*焦點(diǎn)：怎樣在更加微觀的尺度（比如說(shuō)亞微米、納米尺度）上原位、活體、實(shí)時(shí)、快速地獲取、分析、處理相關(guān)生物化學(xué)信息？SystemsCellsMolecules1nanometer10010-110-210-310-510-410-610-710-810-910-101micrometer1meter生命科學(xué)的研究已深入到單細(xì)胞甚至單分子和核酸的單個(gè)堿基這樣的層次。*100nm100nm二氧化硅熒光（Ru（BPY）3）納米顆粒熒光納米顆粒電鏡照片*ab（2）核殼熒光納米顆粒與活細(xì)胞的生物親和性研究

HNE1細(xì)胞與二氧化硅殼熒光納米顆粒的生物親和性，連續(xù)培養(yǎng)10天，細(xì)胞傳代四次。（a）沒(méi)有吞噬納米顆粒的細(xì)胞；（b）吞噬納米顆粒的細(xì)胞。*具有單堿基錯(cuò)配識(shí)別能力的分子信標(biāo)探針，可以用于檢測(cè)單細(xì)胞內(nèi)基因的表達(dá)、突變等分子信標(biāo)探針Tyagi和Krammer于1996年設(shè)計(jì)了一種可以特異性識(shí)別核酸序列的新型熒光探針,這種熒光探針通過(guò)與核酸靶分子進(jìn)行雜交后發(fā)生構(gòu)象的變化而發(fā)出熒光,他們將其命名為分子信標(biāo)(MolecularBeacon)。*首例分子信標(biāo)結(jié)構(gòu)示意圖環(huán)狀區(qū)莖桿區(qū)熒光基團(tuán)猝滅基團(tuán)*三、儀器分析應(yīng)用領(lǐng)域

applicationfieldsofinstrumentanalysis

社會(huì)：體育（興奮劑）、生活產(chǎn)品質(zhì)量（魚(yú)新鮮度、食品添加劑、農(nóng)藥殘留量）、環(huán)境質(zhì)量（污染實(shí)時(shí)檢測(cè)）、法庭化學(xué)（DNA技術(shù)，物證）

化學(xué)：新化合物的結(jié)構(gòu)表征；分子層次上的分析方法；

生命科學(xué)：DNA測(cè)序；活體檢測(cè)；

環(huán)境科學(xué)：環(huán)境監(jiān)測(cè)；污染物分析；

材料科學(xué)：新材料，結(jié)構(gòu)與性能；

藥物：天然藥物的有效成分與結(jié)構(gòu)，構(gòu)效關(guān)系研究；

外層空間探索：微型、高效、自動(dòng)、智能化儀器研制。*食品質(zhì)量安全分析2001年9月半個(gè)月發(fā)生29起重大中毒事件，其中南京九.一四中毒死亡34人。2003年?yáng)|北某市8所小學(xué)3000余學(xué)生豆奶中毒,3人死亡。2001年8月到次年1月，美國(guó)罰退了600余批中國(guó)出口食品2002年前9月,我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品出口間接和直接損失100億美金(2001年全年170億),僅歐盟一次退我國(guó)蜂蜜達(dá)800噸,價(jià)值70萬(wàn)美金WTO以來(lái)日本對(duì)我國(guó)的進(jìn)口蔬菜,果汁的檢驗(yàn)指標(biāo)由原來(lái)的6項(xiàng)增至45項(xiàng)和86項(xiàng)。歐盟對(duì)進(jìn)口蜂蜜的標(biāo)準(zhǔn)提高100倍，如氯霉素小于1克/10萬(wàn)噸*2006年，歐盟和美國(guó)的綠色食品市場(chǎng)將達(dá)580億和470億美金要發(fā)展例如指示筆、試劑盒/條、傳感器、便攜式光纖或電化學(xué)微傳感器，來(lái)代替GC或HPLC，GC-MS，AA等HACCP(事故分析與關(guān)鍵點(diǎn)控制）體系轉(zhuǎn)基因食品安全性分析*醫(yī)學(xué)與分析化學(xué)1)肉毒桿菌毒素：迄今最毒的致死毒素,據(jù)推算,成人致死量?jī)H需一億分之七克(70ng),有7種不同免疫型體.2)硒與白內(nèi)障:營(yíng)養(yǎng)需要范圍為1×10-7

～2×10-6;達(dá)到3×10-6

～1×10-5將引起慢性中毒;超過(guò)1×10-5會(huì)引起急性中毒,以致突然死亡.人視網(wǎng)膜含硒量7g正常。動(dòng)物肝臟、海味、大蒜、蘑菇等含硒豐富。3)碘鹽:黑龍江省集賢村,1000多人.約200個(gè)傻子,引用水、土壤嚴(yán)重缺碘所致。4)拿破侖死因：頭發(fā)分析(中子活化、熒光)，As、Pb含量特高，中毒而死。侍者所為。*環(huán)境化學(xué)所要解決的問(wèn)題：

環(huán)境中有什么有毒物質(zhì)？它們來(lái)自何方？進(jìn)入環(huán)境后有什么變化？可能造成什么危害？應(yīng)當(dāng)采取什么措施？新化學(xué)產(chǎn)品進(jìn)入環(huán)境前能采取什么方法防止或減少對(duì)環(huán)境的沖擊？**

1952年12月5日至8日英國(guó)倫敦全境被濃霧覆蓋，這是由于溫度逆增，致使燃煤產(chǎn)生的煙霧不斷積累，煙霧中的三氧化二鐵促使二氧化硫氧化產(chǎn)生硫酸泡沫，凝結(jié)在煙塵上面形成的酸霧。四天中死去人數(shù)比常年同期約多

人。因患支氣管炎、肺炎、肺癌、肺結(jié)核、冠心病而死亡的人數(shù)成倍增加。接連幾次的煙霧，使人因此喪生。這就是震驚世界的“

”。這次事件強(qiáng)烈震撼了人們的心靈，從此引起了人類對(duì)環(huán)境污染的重視。4000倫敦?zé)熿F事件13000*洛杉磯光化學(xué)煙霧*在上海，由于各種機(jī)動(dòng)車排放大量的尾氣，1995年6月2首次出現(xiàn)光化學(xué)煙霧。上海市中山東一路外灘一帶，出現(xiàn)淡藍(lán)色煙霧，許多行人感覺(jué)眼鼻受刺激。*

環(huán)境

這是最早一份關(guān)于環(huán)境對(duì)生物種群影響的研究

工業(yè)化前英國(guó)鄉(xiāng)村有很多白色蛾子停在布滿淡色苔蘚的樹(shù)皮上，不易被鳥(niǎo)發(fā)現(xiàn)；工業(yè)化后，黑色蛾子逐漸取而代之，因?yàn)楹跓熚廴玖谁h(huán)境，黑色蛾子更易藏身。*1872年，英國(guó)一家科學(xué)雜志首次使用“酸雨”一詞，本世紀(jì)80年代，“空中死神”酸雨成為全球性問(wèn)題。酸雨使農(nóng)作物減產(chǎn)、建筑物腐蝕、樹(shù)木枯萎、湖泊酸化、魚(yú)類死亡，還會(huì)刺激人的皮膚，誘發(fā)皮膚病，引起肺水腫、肺硬化。*保護(hù)地球生物免受太陽(yáng)有害紫外線照射的臭氧層因遭受破壞日益稀薄。1985年英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)南極上空出現(xiàn)臭氧層空洞，并證實(shí)這同氟里昂分解產(chǎn)生的氯原子有直接關(guān)系。1987年北極臭氧層也出現(xiàn)空洞。此后科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在其它地區(qū)也有臭氧層變薄現(xiàn)象。

過(guò)量營(yíng)養(yǎng)物導(dǎo)致藻類大量生長(zhǎng)，赤潮頻繁發(fā)生，近海魚(yú)蝦銳減。

*50年代初，在日本九州島南部熊本縣的一個(gè)叫水俁鎮(zhèn)的地方，出現(xiàn)了一些患口齒不清、面部發(fā)呆、手腳發(fā)抖、神經(jīng)失常的病人，這些病人經(jīng)久治不愈，就會(huì)全身彎曲，悲慘死去。這個(gè)鎮(zhèn)有4萬(wàn)居民，幾年中先后有1萬(wàn)人不同程度的患有此種病狀，其后附近其他地方也發(fā)現(xiàn)此類癥狀。經(jīng)數(shù)年調(diào)查研究，于1956年8月由日本熊本國(guó)立大學(xué)醫(yī)學(xué)院研究報(bào)告證實(shí)，這是由于居民長(zhǎng)期食用了八代海水俁灣中含有汞的海產(chǎn)品科學(xué)試驗(yàn)證實(shí)，人體血液中汞的安全濃度為1微克／10毫升，當(dāng)?shù)竭_(dá)5-10微克／10毫升時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)明顯中毒癥狀。經(jīng)計(jì)算，如果一個(gè)人每天食用200克含汞0．5毫克／公斤的魚(yú)，人體所攝入的汞量恰好在此安全范圍內(nèi)。然而，經(jīng)測(cè)定水俁灣的海產(chǎn)品汞的含量高達(dá)每公斤幾十毫克，已大大超標(biāo)*Birthdefects,braindamage,weakeningofimmunesystemsandmanyothersevereproblemsweretracedtoafactorythatdumpedmercurycontaminatedwaste

intothebayatMinamata,Japan.Themercurybecamereconcentratedasitworkeditswaythroughthefoodchainbacktopeople.Mercuryisreleasedingaseousformwhencoalisburned.Itfallstoearthandentersthefoodchain.

Mosthumanshavealreadyaccumulatedmercuryintheirbodieswhilebreathing,drinking,andeating.*水俁鎮(zhèn)有一個(gè)合成醋酸工廠，在生產(chǎn)中采用氯化汞和硫酸汞兩種化學(xué)物質(zhì)作催化劑。催化劑在生產(chǎn)過(guò)程中僅僅起促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的作用，最后全部隨廢水排入臨近的水俁灣內(nèi)，并且大部分沉淀在灣底的泥里。工廠所選的催化劑氯化汞和硫酸汞本身雖然也有毒，但毒性不很強(qiáng)。然而它們?cè)诤５啄嗬锬軌蛲ㄟ^(guò)一種叫甲基鈷氨素的細(xì)菌作用變成毒性十分強(qiáng)烈的甲基汞。甲基汞進(jìn)入人體就會(huì)迅速溶解在人的脂肪里，并且大部分聚集在人的腦部，粘著在神經(jīng)細(xì)胞上，使細(xì)胞中的核糖酸減少，引起細(xì)胞分裂死亡。

*1955年日本富山縣神川通發(fā)生“骨痛病”，經(jīng)長(zhǎng)期跟蹤調(diào)查研究，最終確認(rèn)這是一種重金屬鎘污染所致,又稱“公害病”*70年代日本和美國(guó)客機(jī)前風(fēng)擋玻璃在萬(wàn)米高空出現(xiàn)裂紋(由暗褐色煙霧(700ug/m3煤塵,As,Pb,Mn,V氯仿,氟里昂)造成的)*PCB多氯聯(lián)苯1962*二惡英是一種致癌物質(zhì)，積聚過(guò)量會(huì)使人的面部長(zhǎng)出氯痤瘡，引起多種健康問(wèn)題。在越南戰(zhàn)爭(zhēng)中，美軍曾使用一種強(qiáng)力落葉劑，名為“橙劑”，有不少退伍軍人被驗(yàn)出體內(nèi)積存過(guò)量的二惡英。1976年，位于意大利薩浮索(Seveso)的依米沙(Icmesa)化工廠發(fā)生爆炸事故，大量二惡英被釋出。烏克蘭2004年年度總統(tǒng)候選人尤先科，他于9月開(kāi)始出現(xiàn)身體不適，至11月被證實(shí)中毒，體內(nèi)被驗(yàn)出含量大量二惡英，接近致命的水平，也是首宗人體攝取大量二惡英中毒的個(gè)案。1999年5月比利時(shí)*有機(jī)污染物常用的環(huán)境分析方法污染物名稱方法揮發(fā)性芳香烴類丙烯醛、丙烯氰亞硝胺類多環(huán)芳烴類揮發(fā)性優(yōu)先檢測(cè)污染物揮發(fā)物…

…GC/PIDGC/FIDGC/NPDLC/UV，熒光，GC-FIDGC/MS同位素稀釋法GC/MS…

…EPA優(yōu)先檢測(cè)有機(jī)污染物分析方法EnvironmentalProtectionAgency

*20世紀(jì)著名公害事件

*環(huán)境分析的一些發(fā)展動(dòng)向

環(huán)境分析的發(fā)展與整個(gè)痕量分析化學(xué)經(jīng)歷的發(fā)展是分不開(kāi)的。具有以下特點(diǎn)：各種新技術(shù)，尤其是微處理計(jì)算機(jī)技術(shù)與原有儀器分析手段的結(jié)合與其它學(xué)科互相滲透*1.前處理預(yù)分離是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一2.各種色譜技術(shù)的發(fā)展推動(dòng)環(huán)境分析的發(fā)展（1）毛細(xì)管色譜技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用（2）高效液相色譜法(HPLC)的廣泛應(yīng)用（3）超臨界流體色譜(SFC)的發(fā)展（4）離子色譜(IC)的應(yīng)用3.聯(lián)用技術(shù)4.與生物學(xué)科的結(jié)合多方面促進(jìn)環(huán)境分析的發(fā)展（1）優(yōu)先檢測(cè)污染物的篩選（2）生物實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)的分離分析（3）生物檢測(cè)—免疫分析5.計(jì)算機(jī)的推廣應(yīng)用使環(huán)境分析化學(xué)不斷出現(xiàn)新的成果6.環(huán)境分析的質(zhì)量保證體系（1）分析方法的標(biāo)準(zhǔn)化（2）標(biāo)準(zhǔn)（參考）物質(zhì)*儀器分析的發(fā)展方向：微型高效自動(dòng)智能*國(guó)際學(xué)術(shù)界新世紀(jì)目標(biāo)提出新方法新手段目標(biāo)：即使極微量非晶態(tài)樣品也可以提供詳盡的檢測(cè)與結(jié)構(gòu)參量發(fā)展新概念

a.高靈敏高準(zhǔn)確度能夠三維空間分辨或?qū)Ｒ桓咝x器，含分子或量子電路器件

b.價(jià)廉耐用、需樣少、可用于實(shí)時(shí)過(guò)程控制或無(wú)需直接接觸樣品進(jìn)行遙測(cè)（如生物毒劑）

*高通量測(cè)定:大量樣品的數(shù)據(jù)采集與處理，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)極復(fù)雜和非均一復(fù)合體系（化、生）的分離分析非晶化學(xué)物系中原子的檢測(cè)與結(jié)構(gòu)的確定，及其隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)的變化*3.改善現(xiàn)有儀器性能目標(biāo)：可測(cè)很微小體積（或量）樣品中很低濃度（含量）物質(zhì)4.發(fā)展危險(xiǎn)、有害物質(zhì)的高效檢測(cè)方法，即使隱處、遠(yuǎn)處也可測(cè)出5.星際空間的化學(xué)與測(cè)定（光學(xué)法為主）6.在線過(guò)程控制*☆總體分析為主(bulkanalysis)☆定性分析(qualitativeanalysis)☆定量分析(quantitativeanalysis)Current/FutureAnalyticalChemistry

3)狀態(tài)解析1)按構(gòu)成要素分離2)確定組成和存在狀態(tài)SpeciationCharacterizationRecognitionChemicalDiagnosis

MaterialDiagnosis

CurrentTrends化學(xué)分析到儀器分析ClassicalAnalyticalChemistry*

“量”--濃度；所需要的量；檢測(cè)限；定量范圍主要成分(majorconstituents):100-1%少量成分(minor):1-0.01%微量成分(trace):10-2-10-4%痕量成分(ultratrace):10-4%(1ppm)以下CurrentTrends常量分析到微量分析*1）空氣中CO2的含量：1960年315ppm1970年340ppm2030年450ppm2）大規(guī)模集成電路(LSI)中U、Th的含量：ppb-ppt3）海水中U的含量：3ppb4）二惡英（dioxin）的允許暴露量：1-20pptCurrentTrends常量分析到微量分析*超微粒、分子簇(cluster)、中介相(mesophase)、層間物質(zhì)的測(cè)定等掃描隧道顯微鏡(STM):原子層次俄歇電子能譜(AES):約50nm(0.05m)顯微拉曼光譜:約1m顯微紅外光譜:約10mCurrentTrends

總體分析到表面、局部和深度分析*時(shí)間分辨測(cè)定(ps,fs)—

動(dòng)態(tài)過(guò)程解析新的分析法(獲得“質(zhì)”的信息)

原子間力顯微鏡，鄰近場(chǎng)(nearfield)顯微鏡，生物模擬檢測(cè)(響應(yīng)、判斷等的多樣性及特異性)無(wú)損分析(生物體內(nèi)檢測(cè)，利用生物反應(yīng)的檢測(cè)法)CurrentTrends靜態(tài)到動(dòng)態(tài)分析*提高解析力、判斷力、速度模擬(simulation)CAC(ComputerAidedChemistry)AI(ArtificialIntelligence人工智能)積分變換(富里葉，拉撲拉斯等)分子動(dòng)力學(xué)(MolecularDynamics)CurrentTrends新的解析法*CurrentTrends狀態(tài)解析到物質(zhì)體系的診斷物質(zhì)：含有信息情報(bào)集合了能量具有功能的物種分析：給物質(zhì)體系以刺激，利用響應(yīng)進(jìn)行解析、判斷和預(yù)測(cè)*第一章

緒論一、課程主要內(nèi)容maincontentof

thecourse二、課程的性質(zhì)與目標(biāo)propertyandgoalofthecourse三、課程的學(xué)習(xí)方法learningmethodofthecourse四、參考資料references

第三節(jié)

課程主要內(nèi)容與學(xué)習(xí)方法introductionmaincontentandlearningmethodsofthecourse*一、課程主要內(nèi)容maincontentof

thecourse高效液相色譜毛細(xì)管電泳分離分析技術(shù)超臨界色譜

振動(dòng)光譜光譜技術(shù)熒光光譜聯(lián)用技術(shù)簡(jiǎn)介

質(zhì)譜其它技術(shù)

核磁共振*二、課程性質(zhì)與目標(biāo)

proper