分析化學研究進展.ppt

1、分析化學與分析儀器研究進展,屈凌波 博士 河南省化學生物與有機化學重點實驗室 （鄭州大學） 河南工業(yè)大學化學化工學院,什么是化學？,化學是一門試圖了解物質的性質和物質發(fā)生反應的科學。 它涉及存在于自然界的物質地球上的礦物，空氣中的氣體，海洋里的水和鹽，在動物身上找到的化學物質以及由人類創(chuàng)造的新物質 它涉及自然界的變化因閃電而著火的樹木，與生命有關的化學變化還有那些由化學家發(fā)明和創(chuàng)造的新變化。 化學的歷史很長。事實上，人類的化學活動可追溯到有歷史記載以前的時期。,化學是研究物質的性質、組成、結構、變化和應用的科學。 世界是由物質組成的，化學則是人類用以認識和改造物質世界的主要方法和手段之一，它的

2、成就是社會文明的重要標志。 化學是包括生命科學、材料科學、能源科學、環(huán)境科學、化學工程與工藝等在內(nèi)的其他科學分支的重要科學基礎和基礎組成部分，當代科學技術領域的重大成就無不直接或者間接依賴于化學的發(fā)展。 化學是滿足人類社會需要的中心科學。,化學學科的中心地位,21世紀將是生物學大發(fā)展的世紀，但現(xiàn)代生物學是建筑在分子水平上 的生物學，而化學是研究分子的科學，所以化學研究和生物學研究是互相促進的。 如果淡化化學的重要性， 減少化學的科學研究投入，在大學中吸引不到優(yōu)秀的中 學生來投考化學專業(yè)，那么對生物學的發(fā)展是十分不利的。,諾貝爾化學獎獲得者克羅托教授提問 ：“人們都說21世紀是生命科學和信息科學

3、的世紀，您能否告訴我化學有什么用， 我們?yōu)槭裁匆獙W習化學呢？” 克羅托回答說：“正是因為21世紀是生命科學和信 息科學的世紀，所以化學才更為重要?！边@里，克羅托的回答是多么簡潔和巧妙,什 么是化學？,從狹義角度看：化學是研究物的組成、 結構、性質及其變化的科學。 從廣義角度看：化學是一門中心科學。 現(xiàn)代化學已經(jīng)滲透到自然科學和國民經(jīng)濟的各個領域,成為中心科學。,化學家做些什么？,化學包含著兩種不同類型的工作 一些化學家在研究自然界并試圖了解它 一些化學家則在創(chuàng)造自然界不存在的新物質和完成化學變化的新途徑 諾貝爾獎獲得者R.B.Woodward在講述化學合成時曾說過：化學家在老的自然界旁邊又建立

4、起了一個新的自然界,化學的發(fā)展趨勢,隨時著科學技術突飛猛進的發(fā)展，化學這門科學也在發(fā)生深刻的變化 從經(jīng)驗、斗經(jīng)驗的描述化學向理論化學過渡；從側重性研究到側重于定量研究 從研究宏觀問題到更多地注意微觀現(xiàn)象；從注重靜態(tài)研究到研究動態(tài)過程 從研究簡單的體系到更深入地研究復雜的體系；在研究物質變化的同時注意研究能量的變化 從單一的化學研究到更多地向其他學科滲透,化學已成為一個國家和國民經(jīng)濟的重要支柱。在當今世界國力的競爭中，化學能否保持領先地位，已成為一個國家能否取勝的重要因素之一。,生命科學帶給化學的問題,大分子與大分子或者大分子與小分子之間的反應 相對比較慢的過程和比較復雜的體系 作用的形式也不僅

5、僅只是化學鍵的斷裂、組合或重排，而是包含了很多的弱相互作用（氫鍵、偶極作用、范德華力等等） 大分子與大分子的相互作用以及大分子與小分子的相互作用又聯(lián)系到復雜的結構層次上的變化 大分子可能通過有序的高級結構重組，其中的能量傳遞、信號分子的傳遞又會產(chǎn)生新的變化 化學家對小分子之間的相互作用已經(jīng)有了一系列的監(jiān)測、跟蹤、定性、定量以及理論計算等方法，而對大分子與大分子、大分子與小分子相互作用的復雜體系的慢過程卻缺乏相應的方法和工具 化學家面臨的將是一個過去不熟悉的領域，有待在理論上、實踐上及相應的技術上進行更深人的研究,21世紀的化工企業(yè)的信條是五個“為了”和五個“關心”（Five“care”and

6、five “for”）,（1）為了社會而關心環(huán)保（Environmental care for the society）； （2）為了職工而關心安全、健康和福利（Safetycare for the employee）； （3）為了顧客而關心質量、聲譽和商標（Qualitycare for the cuomers）； （4）為了發(fā)展而關心創(chuàng)新（Innovation-care for the development）； （5）為了股東而關心效益（Profit-care for the stockholders）,什么是分析化學,分析化學是研究獲取物質化學組成和結構信息的方法學及相關理論與技術的

7、科學。 分析化學是化學的一個分支。 分析化學基礎：化學基本理論和實驗技術為基礎，并吸收 物理、生物、統(tǒng)計、電子計算機、自動化等方面的知識以充實其本身的內(nèi)容，從 而解決科學、技術所提出的各種分析問題。,Analytical Chemistry is a science discipline that develops and applies methods,instruments and strategies to obtain information on the composition and nature of matter in space and time. EECS DAC,分析化學

8、主要研究的問題,物質中含有哪些元素和（或）基團（定 性分析）； 每種成分的數(shù)量或物質純度如何（定量分析）； 物質中 原子彼此如何聯(lián)結而成分子和在空間如何排列（結構和立體分析）； 研究對象從單質到復雜的混合物和大分子化合物，從無機物到有機物，從低分子量到高分子 量（如107 個原子質量單位） 樣品可以是氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài) 稱樣質量可以是 1 00克以上或毫克以下,分析化學發(fā)展歷程,分析化學的三個促進 40-50年代的材料科學發(fā)展-材料分析化學 60-70年代的環(huán)境科學發(fā)展-環(huán)境分析化學 80-90年代生命科學的發(fā)展-生命過程有關的分析化學 與生命過程有關的分析方法排名： 色譜（液相色譜HPLC，氣

9、相色譜GC，電泳色譜 CE）、質譜（包括色質聯(lián)用LC-MS，GC-MS，MS-MS 等）、電化學分析、紅外光譜分析,新世紀分析化學所面臨的任務,更高的靈敏度，更低的檢出限 更好的選擇性，更少的基本干擾 更高的準確度，更好的精密度 更高的的分析速度，更高的自動化速度 更完善的多元素同時檢測能力 更完善可信的形態(tài)分析 更小的樣品量要求并且實現(xiàn)微損或無損分析 原位，活體，實時分析 遠程遙測，極端或特殊環(huán)境中的分析 高分辨成象,分析化學主要 發(fā)展方向,生物分析 環(huán)境分析 過程分析 表面分析 大分子表征 化學圖象 無損分析 單細胞分析 單分子單聚集體分析,教育，定性，傳感器，固定化,接口,分離技術,儀器

10、和計算機,聯(lián)用技術,化學計量學,在線分析 原位分析 實時分析 活體分析,自動化，微型化,新原理，新技術，新儀器,分析化學的前沿,分析化學的目的和任務 提供分析對象的分析數(shù)據(jù)，從分析數(shù)據(jù)中獲取有用信息 分析化學的特征 通過利用物理、化學、生物、電子等領域的新成果建立表征測量的新方法、新技術 分析化學的基本要素 理論新、方法新、儀器新、樣品新,分析化學已發(fā)展成為分析科學,吸收了大量物理方法、生物學方法、電子學和信息科學的方法，發(fā)展成為分析科學，應用范圍也大大拓寬 分析方法的十化：微型化芯片化、仿生化、在線化、實時化(real time)、原位化(in situ)，在體化(in vivo)、智能化信

11、息化，高靈敏化，高選擇性化，單原子化和單分子化 單分子光譜、單分子檢測，搬運和調控的技術受到重視 分離和分析方法的連用，合成和分離方法的連用，合成、分離和分析方法的三連用,美國化學家的專業(yè)分布,分析化學的發(fā)展新的變革,由于生命科學、環(huán)境科學、新材料等科學發(fā)展的要求，和生物技術、信息科 學、計算機技術的引入，使分析化學進入了一個新的境界 如分析研究對象越來 越多地選擇了DNA 、蛋白質、手性藥物和環(huán)境毒物等生命活性相關物質 分析研 究體系由簡單體系轉向復雜體系 分析研究層次已進入單細胞、單分子水平和立 體構象 分析研究區(qū)間已由主體延伸至表面、微區(qū)及形態(tài) 分析研究方法除發(fā)展 各類儀器分析手段外，開

12、始較多地研究酶和免疫學等生物化學方法,生命科學向分析化學家提出的課題,多肽、核酸、蛋白、多糖、寡糖等生物大分子分析（包括含量、組成、結構、狀態(tài)等） 生物藥物分析（基因藥物質量控制、藥物體內(nèi)分布、藥物代謝過程、藥物代謝形態(tài)、藥物藥效等 超微量、超痕量生物活性物質分析（單細胞內(nèi)神經(jīng)傳遞物質、單細胞內(nèi)物質等，達到10-15G 在線臨床分析和生物過程控制分析,分析化學發(fā)展的趨勢,進一步提高分析化學方法的靈敏度研究解決復雜體 系的分離、富集及提高方法的選擇性擴展獲得時空多維信息方法的研究 開展形態(tài) 分析、表面分析及微環(huán)境分析生物大分子及生物活性物質的表征與測定 非破壞性 檢測、遙測及過程分析用于分析檢測

13、新原理的提出及新型分析儀器的研究本學科,我國近期分析化學學科發(fā)展方向,高選擇性的簡便、準確、靈敏的分子識別方法 痕量活性物質的在體、原位、實 時分析；單分子與單原子檢測分析 多元、多維的聯(lián)合分離分析及數(shù)據(jù)處理技術 ；復雜體系（包括環(huán)境體系、生物體系、復方中醫(yī)藥等）內(nèi)重要化學物質的采樣、 分離與檢測 表面、微區(qū)、形態(tài)和結構的分析研究以及化學成像芯片分析化學和 分析儀器微型化等 特別 鼓勵研究領域原位、活體、瞬時、多維和動態(tài)分析復雜體系（包括環(huán)境體系、 生物體系、復方中醫(yī)藥等）內(nèi)重要化學物質的采樣、分離與分析的新原理、新技 術的基礎研究。,分析化學的熱點,鼓勵面向生命科學、環(huán)境科學、新材料科學問題

14、中有關的分析化學問題 鼓勵將 數(shù)學和統(tǒng)計學、物理學、生物學、計算機科學、儀表電子學、信息科學、系統(tǒng)科 學等學科的新概念、新成就引入分析化學方面的研究 鼓勵和支持分析檢測的新 原理、新方法和新技術的探索研究,現(xiàn)代分析和經(jīng)典分析的對比,氯化鈉偏振,硼電子云,紅磷微米,砷化鋏隧道掃描圖,分析化學前沿領域之一-？,新的靈感來自充滿活力的創(chuàng)造者， 新的方法來自實驗需求,新時期分析化學的幾個熱門領域,納米技術 半導體激光器 近紅外光譜法 化學發(fā)光和電生化學發(fā)光分析法 仿生技術 生物芯片技術 光譜視網(wǎng)膜技術,分析化學前沿領域之一-光譜分析,原子光譜-（原子發(fā)射光譜、X射線熒光光譜、原子吸收光譜、原子熒光光譜

15、） ICP技術使用 靈敏度高 PG級 分子光譜-UV-可見分光廣光度 增穩(wěn)、增敏、增溶、多元配合物、多組分 紅外光譜分析 FT-IR 、LASER SOURCE CHEMOMETRIC METHODS、NEAR INFRAC、 化學發(fā)光分析和生物發(fā)光分析-生命科學、免疫學上應用 激光光譜與傳統(tǒng)方法結合構成了高靈敏度的檢測儀器,儀器分析的前沿之一-色譜技術,色譜技術在儀器分析方面仍是發(fā)展的主要關鍵技術之一 色譜技術包括：氣相色譜(GC)、高效液相色譜(HPLC)、薄層色譜(TLC)、超臨界流體色譜(SFC)以及諸如氣相色譜質譜聯(lián)用(GC-MS)、液相色譜質譜聯(lián)用(LC-MS)等一類聯(lián)用技術 意在

16、表明 色譜技術和其它儀器分析技術一樣是與時俱進的，并且和現(xiàn)代生命科學、環(huán)境科學和醫(yī)藥科學互相促進 新理論的出現(xiàn)對于所有色譜分析科學技術領域有極大的促進作用,毛細管電泳(capillary electrophoresis,CE),優(yōu)點：,操作簡便，每次電泳分離后無須從板上刮去用過的凝膠 簡便進樣及充液無須靈巧手工操作 采用密集陣列毛細管，可進行大規(guī)模DNA測序,毛細管電泳中各組分的差速運動圖示,分離度的計算,CZE的遷移時間計算,理論塔板數(shù)的計算,陣列毛細管電泳四色平面聚焦熒光掃描系統(tǒng),分析化學前沿領域之一-電化學分析,微電機伏安技術-電機微小、掃描速度快、可達到超微量檢測 化學傳感器- 生物傳

17、感器、仿生生物傳感 光譜電化學-在光譜和波譜方法與電化學分析方法結合 生物電分析化學-,酶傳感器 組織傳感器 微生物傳感器 免疫傳感器 場效應晶體管生物傳感器,生物傳感器分類,生物傳感器,原理,具有生物效能的分子識別（如酶，抗原和抗體，結合蛋白質，植物凝血素，激素受體）同時產(chǎn)生可供換能器靈敏地檢測到的物理化學變化的信號，從而分析出相應物質,具有識別效能的分子,生物功能物質的固化,信號轉換,電流型,電位型,酶傳感器的示意圖,基因芯片數(shù)據(jù)流動過程,儀器分析的發(fā)展趨勢,綜合科學技術的發(fā)現(xiàn)和相關學科的原理，創(chuàng)新新型的分析儀器 根據(jù)科學研究和生產(chǎn)實踐的需要，建立新型的分析方法 制定新的質量控制標準 儀器

18、分析的發(fā)展總趨勢-智能化、微型化、痕量超痕量、原位無損、快速在線,儀器創(chuàng)新的重要性,儀器是認識世界的工具 這是相對機器是改造世界的工具而言的，而改造世界是以認識世界為基礎的 認識世界有兩個方面，一是探索自然規(guī)律，積累科學知識；二是對生產(chǎn)現(xiàn)場的了解，用以指導生產(chǎn) 認識世界和改造世界同等重要，而且認識世界往往是改造世界的先導，所以儀器與機器也同等重要，在一定條件下，儀器也是生產(chǎn)的物質先導 歷史上許多重要儀器的科研成果常常會帶來生產(chǎn)力水平的飛躍,儀器創(chuàng)新作用和地位,先進的科學儀器設備既是知識創(chuàng)新和技術創(chuàng)新的前提，也是創(chuàng)新研究的主體內(nèi)容之一和創(chuàng)新成就的重要體現(xiàn)形式 科學儀器的創(chuàng)新是知識創(chuàng)新與技術創(chuàng)新的

19、組成部分 發(fā)展科學儀器設備應當視為國家戰(zhàn)略,儀器創(chuàng)新在科研中的作用,科學儀器是從事科學研究的物質手段，科研之成敗決定于探測實驗方法和儀器 有些科研工作可以用現(xiàn)成的商品儀器來完成，這時對儀器的配置，可以認為是技術條件的后勤工作 用儀器裝備的創(chuàng)新開發(fā)來解決科研和生產(chǎn)中關鍵問題，探索研究實驗方法和儀器設備的研制，科學技術是第一生產(chǎn)力，首先要靠科學儀器儀表去認識世界,儀器分析是信息的源頭技術,儀器分析是一種信息收集的過程，起著不可或缺的信息源的作用 儀器是信息時代的信息獲取處理傳輸?shù)逆湕l中的源頭技術 沒有儀器，就不能獲取生產(chǎn)、科研、環(huán)境、社會等領域中全方位的信息，進入信息時代將是不可能的 信息技術由測

20、量技術、計算機技術、通訊技術三部分組成 測量技術則是關鍵和基礎,科學儀器發(fā)展已成為國家的戰(zhàn)略,發(fā)達國家中的科學儀器的發(fā)展，已從自發(fā)狀態(tài)轉入到有意識、有目標的政府行為上來 美、日、歐等發(fā)達國家早已制定各自的發(fā)展戰(zhàn)略并鎖定目標，專門投入，以加速原創(chuàng)性儀器的發(fā)明，轉移(化)和產(chǎn)業(yè)化進程 發(fā)達國家憑借其先進的科學研究水平，長期高技術儲備，廣泛占領世界市場的基礎，強大的經(jīng)濟與軍事實力,現(xiàn)代科學對儀器分析發(fā)展的要求,對現(xiàn)代分析儀器的需求 研制面向任務的，基于新原理、新技術以及由新理念（儀器 = D/A (A/D) + CPU + software）指導的具有一流水平的新型分析儀器 當今科學儀器技術最引人注

21、目的發(fā)展是在生物、醫(yī)學、材料、航天、環(huán)保、國防等直接關系到人類生存和發(fā)展的諸多領域中,儀器分析的趨勢,科學研究的尺度深入到介觀(納米)和微觀 能確定分析對象中的元素、基團和含量 能回答原子的價態(tài)、分子結構和聚集態(tài)、固體結晶形態(tài)、短壽命反應中間產(chǎn)物的狀態(tài)和生命化學物理進程中的激發(fā)態(tài),儀器分析的趨勢,能提供空間分析的數(shù)據(jù)，且可作表面、內(nèi)層和微區(qū)分析，甚至三維立體掃描分析和時間分辨數(shù)據(jù) 發(fā)展高分辨率、高選擇性、高靈敏度的活體動態(tài)研究技術、原位技術、非接觸(無損)測定技術等成為趨勢 發(fā)展超快時間分辨和超高空間分辨技術成為儀器發(fā)展新的追求目標,儀器分析的趨勢,研究的對象和過程，從靜態(tài)轉入動態(tài) 國際上正在

22、大力發(fā)展集采樣、樣品處理(制作)、自動檢測分析和結果輸出于一身的流程分析系統(tǒng)；發(fā)展現(xiàn)場和實時的研究手段,儀器分析的趨勢,儀器的研制和生產(chǎn)趨向智能化、微型化、集成化、芯片化、系統(tǒng)工程化 利用現(xiàn)代微制造技術(光、機、電)、納米技術、計算機理論、仿生學原理、新材料等高新技術發(fā)展新型科學儀器己成為主流 微型全化學分析系統(tǒng)、微型實驗室、生物芯片、芯片實驗室等,儀器分析的趨勢,測試儀器網(wǎng)絡化 儀器的自動化，智能化水平的提高，多臺儀器聯(lián)網(wǎng)已推廣應用，虛擬儀器、三維多媒體等新技術開始實用化 Internet網(wǎng)，儀器用戶之間可異地交換信息和瀏覽，廠商能直接與異地用戶交流，能及時完成如儀器故障診斷、指導用戶維修或

23、交換新儀器改進的數(shù)據(jù)、軟件升級等工作 儀器操作過程更加簡化，功能更換和擴張更加方便 網(wǎng)絡化測試系統(tǒng)(儀器)是今后測試技術發(fā)展的必然,儀器分析的新成就,Mass Sensors公司推出的微型質譜儀，重不到2公斤，可測質量數(shù)在1-200的任何氣體。其核心部件(包括離子源、質量分析器和檢測器)價格不到500美元 微型化達到及至，就是所謂的“Lab-on-a-chip”或“-TAS”(微型全分析系統(tǒng)) -TAS已成為學術界和工業(yè)界研究和開發(fā)的重點,電化學發(fā)光法可用于各種體液(血清、血漿、全血、尿等)的分析而不需作任何樣品前處理 可作活體細胞中分子氧監(jiān)測的納米光學傳感器 用于制做多層芯片實驗室的膜門(分

24、子門)技術 檢出限可達10個病原體的定量生物芯片實驗室(帶微流控系統(tǒng)) 可作三維化學反應動力學研究的FT-IR化學成像技術 各式各樣的磁珠富集分離技術 用于微流控系統(tǒng)和體內(nèi)給藥的單孔膜 新型的膜進樣質譜法,儀器分析的新成就,儀器分析的新成就,蛋白質組學芯片 可大量生產(chǎn)并可獲高深寬比微通道的新型芯片實驗室聚合物材料 新型掃描電化學顯微鏡 生物學芯片(biology-on-a-chip) lab-on-a-bead 新型單細胞分析方法 多?；瘜W成像光譜儀 二維異光譜相關分析 開路(open-path)紅外光譜法 炬內(nèi)蒸發(fā)ICP進樣系統(tǒng) 新型通用SPR化學和生物傳感器 波加熱GC爐技術,儀器分析的新

25、成就,離心逆流色譜法 液晶的分析應用 微腔電極 過程分析用中辨率NMR譜儀 傅立葉變換離子回旋共振質語法 紅外腔衰蕩光譜法 掃描微波顯鏡 雙光子熒光成像 連續(xù)監(jiān)測用膜萃取術 超光譜成像技術 集成紅外成像顯微鏡 電注入分析,儀器分析的新成就,微型FTIR系統(tǒng) 超快速GC 有機蒸氣的實時微分析系統(tǒng) 全基因組分析系統(tǒng) 用于疾病早期診斷的超靈敏溶液相單分子和單納米粒子檢測 一次性小管固相萃取 傅立葉變換微波譜儀 非水溶劑芯片驗室 電化學調制波導干涉計 雙脈沖激光誘導擊穿光譜法,儀器分析的新成就,用噴墨技術制生物芯片 基因傳感器芯片 ppq水平分析技術 手持式FRIR儀 現(xiàn)場分析用道分光光度計 水中農(nóng)藥

26、檢測新技術 BOD連續(xù)監(jiān)測儀,儀器研制的地位,在諾貝爾物理和化學獎中大約有四分之一是屬于測試方法和儀器創(chuàng)新的 電子顯微鏡 質譜技術 CT斷層掃描儀 X射線物質結構分析儀 光學相村顯微鏡 掃描隧道顯微鏡,農(nóng)產(chǎn)品與食品安全檢測中的分析技術,在世界人口急劇膨脹的今天，合理的使用農(nóng)藥可以提高糧食產(chǎn)量，但過量使用會造成嚴重的環(huán)境污染，并導致許多遺傳疾病 由于農(nóng)藥在食品中殘留超標而造成的中毒事件時有發(fā)生 在食品安全這個全球關注的熱點問題中，如何快速、準確地檢測農(nóng)副產(chǎn)品中殘留的農(nóng)藥問題就成為了重中之重的問題,食品中農(nóng)藥殘留分析存在的困難,樣品基質背景復雜 前處理過程繁瑣 需要耗費較多的時間 被測成分濃度較低

27、 分析儀器的定性能力受到限制、儀器檢測靈敏度不夠等一系列問題 如何解決這些問題，滿足目前越來越嚴格的法規(guī)的要求，是許多分析工作者研究的方向,食品農(nóng)藥殘留分析,樣品的凈化-選擇簡潔、有效的樣品處理方法，可以得到事半功倍的效果 常用的樣品制備方法包括： 1. 溶劑萃取法： 2. 柱層析法： 3. SPE固相萃取法： 4. SFC超臨界流體色譜法： 5. SPME無溶劑固相萃取法：,食品農(nóng)藥殘留分析-提高儀器的檢出能力,提高儀器檢測有機農(nóng)藥能力的方法包括 免疫法 HPLC法 GC選擇性檢測方法 多級質譜分析法等。,農(nóng)藥殘留檢測儀器進展,1. 使用選擇性氣相色譜檢測器 對含氯農(nóng)藥使用電子捕獲檢測器（E

28、CD） 對含硫、磷、氮的農(nóng)藥使用脈沖式火焰光度檢測器（PFPD） 對含氮、含磷的農(nóng)藥使用氮磷檢測器（TSD） 對含硫、含磷農(nóng)藥使用脈沖式火焰光度檢測器（FPD）或火焰光度檢測器。,2. 使用衍生化方法的方式 改善被測物的揮發(fā)性能及色譜行為 提高檢出限 但會將大量的衍生化試劑帶入色譜系統(tǒng)，加速色譜柱效的降低過程。 3. 使用質譜儀對被測物進行定性分析 通過四極桿質譜儀的選擇離子檢測（SIM） 離子阱技術的選擇離子儲存技術（SIS） 對鹵代化合物采用NCI技術、對低含量、背景干擾 嚴重難以定性分析的化合物分子采用串聯(lián)質譜（MS/MS）的方式分析，可以獲得很好的檢測效果。,農(nóng)藥殘留檢測儀器進展,分析

29、新技術,串聯(lián)質譜（MSMS）分析技術 特別適用于分析背景干擾嚴重、定性困難、樣品組份含量很低的情況 其主要特點是在提高分析能力的基礎上提供足夠的結構信息，用于結構的定性 液相色譜-串聯(lián)質譜技術的發(fā)展，為分析鑒定難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定化合物的結構提供了非常有用的數(shù)據(jù)。 近年來逐漸被世界各國的權威檢測機構用于仲裁分析。,生物芯片技術,生物芯片是現(xiàn)代微加工技術和生物技術的結晶 是具有一定生物功能的微晶片結構 在生命科學儀器中最常見的兩種生物芯片，以及它們的制作過程、檢測方法、用途和發(fā)展前景,核磁共振分析技術,在過去的50年中，核磁共振技術已經(jīng)成為應用廣泛的一種分析測量工具 由于具有無侵入、無破壞和測量信息

30、豐富等諸多優(yōu)點，核磁共振技術對于生命科學的研究工作者極具吸引力。 核磁共振技術已經(jīng)滲透到生命科學領域的多個學科分支，顯示出了良好的應用前景,熒光流式細胞分析技術,流式細胞術是一種對流動液體中排成單列的細胞逐個進行檢測的技術，通過檢測得到相應細胞的光散射和熒光信號，進而測定細胞的大小、形狀、DNA、RNA、表面受體、酶活性、膜通透性和鈣流量 在癌癥和愛滋病研究、新藥開發(fā)、干細胞和基因治療、遺傳學、家畜性別選擇、農(nóng)作物新品種開發(fā)等方面都有廣泛應用。,熒光流式細胞分析技術,將該技術與近年發(fā)展起來的熒光染料編碼微球技術相結合，則成為一種可以與生物芯片技術相媲美的多組分同時分析技術 采用微流控芯片技術和

31、發(fā)光半導體量子點編碼微球技術，進一步改善了方法的適用性，某些主要性能甚至超過了生物芯片技術，有望從研究實驗室逐步進入臨床實驗室，最終進入病房和尋常百姓家，成為防病、診斷和監(jiān)護病人的重要手段。,變溫超高真空掃描探針顯微鏡,掃描隧道顯微鏡(STM)是一種可以在實空間觀察到原子級分辨率圖像的實驗儀器，且發(fā)展出許多衍生儀器，如原子力顯微鏡(AFM)、掃描近場光學顯微鏡(SNOM)等，統(tǒng)稱為掃描探針顯微鏡(SPM) 大多數(shù)STM是在室溫條件下工作的，不能實時觀察樣品隨溫度變化的情況 新開發(fā)的變溫超高真空掃描探針顯微鏡(VT UHV SPM)，它包括STM和AFM兩部分，可以在25K1100K之間對樣品成

32、像,三級四極桿串聯(lián)質譜儀,現(xiàn)在隨著分析要求的不斷提高，一級質譜已經(jīng)逐漸不能滿足使用要求，人們更多地把目光投向了多級串聯(lián)質譜 2001年初，瓦里安公司成功地購進了著名的質譜生產(chǎn)廠-美國Bear公司，開發(fā)出四極桿式1200L三級四極桿串聯(lián)質譜儀，從而把臺式串聯(lián)質譜技術向前推進了一大步，使儀器價格降低了近一半，從而使瓦里安公司成為臺式色質聯(lián)用儀的重要生產(chǎn)廠家,MS/MS的用途,（1） 復雜基體中微量待測物的測定，采用MS/MS可輕松方便得得到肯定的結果 （2） 待測物的進一步確認，如一級質譜圖無法區(qū)分的化合物的分析 （3） 同分異構體的區(qū)分,MS/MS的特點,2 配備了所有電離源 電子電離EI/正化

33、學電離PCI/負化學電離NCI 如此多的電離源保證了所有樣品的各種從簡單的常規(guī)分析到極其復雜的研究級的分析 3 可簡單方便地實現(xiàn)LC/MS/MS到GC/MS/MS的只需要配備一臺LC和接口，就可以立即從高性能的GC/MS/MS轉換為另一套高性能的LC/MS/MS 4 采用六極桿作前過濾，有效地提高了過濾效率，保護了真空系統(tǒng) 5 CP3800獨一無二的3通道同時分析功能,質譜在肽和蛋白分析中的應用,質譜已成為肽和蛋白分析的重要工具 主要歸功于一些軟電離技術的應用 電噴霧(ESI) 基體輔助激光解吸電離(MALDI) 生物大分子多為極性、難揮發(fā)化合物，不易氣化，用傳統(tǒng)質譜無法測定。但隨著新的離子化

34、技術的廣泛應用，現(xiàn)已能高效地電離一些完整或片斷的大分子生物聚合物，從而進行質譜測定。,基體輔助激光解吸電離(MALDI),以有紫外吸收的小分子晶體為基體，將待測物與基體相結合，可檢測帶電生物分子的離子 在所采用的激光波長下，基體對激光有較強吸收，而待測物對激光只有弱吸收 當激光打在基體晶體時，聚集的能量加熱晶體，快速加熱導致基體晶體升華而將非揮發(fā)性待測物釋放到氣相中。基體在待測物離子化過程中還起著質子化或去質子化試劑的作用 基體引進激光解吸技術前，只有低分子量化合物能被完整引入氣相；對于高分子量化合物，則無法解決其氣化問題?；w的加入使除待測物基體外的分子間相互作用減少，降低了解吸能，解決了大

35、分子的氣化問題。,新型質譜在肽和蛋白分析中的應用-測序,質譜已成為對小量肽和蛋白進行測序的有效工具。 蛋白梯形測序(protein laddersequencing) 原理 使用少量鏈終止劑，進行快速分步降解，在人為控制下產(chǎn)生一系列肽段，其中每個肽段于下一個之間只相差一個殘基； 用MALDI-TOF(飛行時間)-MS讀出肽段信息。用此方法可在磷酸肽中定位磷酸絲氨酸殘基。,用HCl將肽部分水解后用MALDI-TOF MS分析，可迅速獲得與序列有關的肽圖 合成的肽在110用3 mol.L-1 HCl處理5 min后，氨基酸從C-端和/或N-端釋放出，其量足夠用于驗證肽的指認過程 -20時將多肽置全

36、氟?；狒?060 min，使分子從C-端順序發(fā)生化學降解。測量C-端被截斷的產(chǎn)物混合物的FABMS后，只需計算分子離子間的質量差，就可測出C-端序列 用LC/ESI-MS時，用新的Edman試劑，可將檢出限降至nmol范圍 用此法可對HPLC洗脫出的40S人體核糖體亞單元中所有蛋白進行鑒定,新型質譜在肽和蛋白分析中的應用-測序,細胞和病毒分析,對單細胞進行直接化學分析越來越受重視 用毛細管電泳/電噴霧離子化傅立葉變換離子回旋共振質譜法(CE/ESI-FTICR)分析直接從一個小的完整活細胞群(510個)中得到的蛋白是可行的。 選人體紅細胞作模型體系，從10個人體紅細胞(4.5 mol Hb

37、)中得到的血紅蛋白(Hb)的r-和r-鏈的高分辨率質譜(平均分辨率45 000),此譜圖是在線獲得的 用CE/MS分析鑒定混合物中的生物分子，用付立葉變換質譜儀(FT-MS)研究了829 ku蛋白，進樣量為10-18 mol，分辨率約60 000，分子量誤差小于1 u 用從人體血液中粗略分離的樣品，測出碳酸酐酶分子量為28 780.6 u(計算值28 780.4 u)，只占單個血紅細胞總蛋白質質量的1%,質譜分析展望,用MALDI-TOF MS通過與已有的參照譜圖比較或與已知細菌的培養(yǎng)液進行共同分析而對整個細菌進行鑒定 用IR/MALDI-TOF MS分析凍干蛋白、風干的蛋白溶液或分子量小于3

38、0 ku的蛋白晶體時，沒有添加其他基體而獲得成功 質譜已成為肽和蛋白分析的重要工具，由于ESI和MALDI等軟電離技術的應用，可快速、準確地測定生物大分子。由于它自身的優(yōu)勢，相信它在肽和蛋白的研究中會發(fā)揮更大作用。,分析技術進展-熱分析進展,熱分析領域新儀器和方法的發(fā)展趨勢是新技術的進步，應用領域的延伸 樣品重量的減少，擴散和滲透到生產(chǎn)線，使用計算機和機器入 在DSC，DTA領域的一個進展是調制式示差掃描量熱儀、熱分析儀，它在傳統(tǒng)DSC線性加熱或冷卻基礎上疊加了一個正弦的溫度加熱速率，再利用傅里葉轉換不斷地對調幅熱流進行計算，從而得到比傳統(tǒng)DSC更多的信息，如總熱流、調幅熱流、可逆熱流、不可逆

39、熱流及熱容 具有高靈敏度和高分辨率，彌補丁傳統(tǒng)DSC不能同時具備高靈敏度和高分辨率的不足,熱分析進展,熱分析儀與其它儀器的特長和功能相結合，實現(xiàn)聯(lián)用分析，擴大分析內(nèi)容，是現(xiàn)代熱分析儀發(fā)展的一個趨勢 熱重分析儀與近紅外分析儀，色譜儀，質譜儀的聯(lián)用等。另外值得一提的是同時聯(lián)用技術 在程序控溫下，對同一試樣同時采取兩種或多種分析技術進行分析，近期發(fā)展的有紫外-可見光示差掃描熱卡量熱儀(DPC)、微調制熱分析儀及微熱機械儀等。微調制熱分析儀、微熱機械是原子力顯微鏡與微量調制熱分析及熱機械分析技術相結合的結果,熱分析進展,將傳統(tǒng)的AFM的探針用極微小的熱電阻取代，同時用于加熱及溫度測量，以AFM分析顯示

40、材料的形貌、相應位置的熱傳導及熱擴散區(qū)域分布和物理性質的變化 顯微鏡分析與熱分析、熱機械分析相結合為其在諸如材料科學、制藥學、催化劑、薄膜、電子成分、法醫(yī)科學及生物體系等領域的應用及研究提供了有力的手段,熱分析進展,動力學量熱法是基于溫度調制方法和絕熱方法發(fā)展起來的，可以得到動力學熱容數(shù)據(jù) 動力學量熱儀已被用于過冷液體的慢弛豫研究。自由模式動力學研究方法用于DSC研究中，提供了一種可靠的數(shù)學表達式來描述化學反應 滴定量熱儀被主要應用于四個主題的研究：(1)水溶液中的配對焓和溶質-溶質相互作用參數(shù)；(2)離子表面活性劑形成膠束的解體；(3)蛋白-配體相互作用；(4)高分子吸附劑上被吸附物的吸附

41、滴定量熱還被用于某些反應熱的測定,熱分析方法的應用-在 材料，化工和炸藥推進劑研究中應用,DSC被用于研究無機玻璃的結構松弛過程 金屬氧化物和玻璃的熱力學和化學結構以及多孔材料相轉變 材料防火性測試及氣體性質研究，DSC非常適合熱硬化性粉末涂料性質的測定，二者被認為是完美的搭配 熱分析方法還被用于黑色物質(碳、焦碳和活性炭)的分析 研究有機添加劑對水泥水合特性的改變 熱分析方法是研究高能材料特別是推進劑穩(wěn)定性的最重要最有前途的工具之一，被用于推進劑反應性、反應機理、儲存時間以及炸藥安全性等研究,熱分析方法的應用-有機化學,不同構型己二醇的乙?；磻牧繜嵫芯?有機隨機網(wǎng)狀物中的向列型相到各向同

42、性相的轉變 利用熱分析方法可以測定反應的生成焓、活化能以及晶格能、張力能等熱力學數(shù)據(jù) 由DSC曲線測定有機反應活化能 熱分析儀被用于合成條件的控制。 熱分析方法還被用于新合成產(chǎn)物的表征 以及多組份有機物質的純度測定,熱分析方法的應用-高分子聚合物,在高分子領域，DSC、DTA已成為表征合成高分子的常規(guī)手段 用于高分子性質研究，如聚酯的熱力學、高分子填充物和有機酸的相互作用、富有稀土化合物的高分子的性質、氧化誘導時間、細菌共聚多酯的性質、工業(yè)乳劑的聚合及聚合物上一些無機和有機離子的離子交換熱化學 利用光差示掃描量熱計還可以檢測高分子的聚合效率,熱分析方法的應用-物理化學,量熱技術，尤其是浸入和流體吸附量熱法，氣體吸附微量量熱法在表面化學領域有著廣泛的應用 用于評價不同碳材料的化學性質(表面性質、親水/疏水性、酸/堿性)和物理性質(表面積、孔徑分布等) 研究金屬纖維，真空蒸發(fā)膜和單晶的吸附性質 基于PEO，LiI和高表面無機氧化物的復合固態(tài)電解液的熱性質 用于超聲實驗 薄膜反應熱力學和動力學,熱分析方法的應用-物理化學,表面活性劑在固液界面的吸附和熱力學 無機陰離子的