新世纪的分析化学

—— 对几个前沿领域的接触与展望

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

分析化学史于 Robert Boyle（ 1661），最早可追溯到亚里士多德对论证的三段论法。它在二十世纪发展迅速，历经三次重大变革，目前在人类科学发展中起着举足轻重的作用。新世纪的分析化学广泛采用各种现代分析手段，对物质作尽可能的纵深分析，物理，数学，化学和生物学中的基础，新发现，新概念，和新方法大量向分析化学渗透，，电子，激光，和计算机技术的兴起和发展，不仅强化和改善了原有仪器的性能，而且推出很多新的分析测试装置，为科学研究和生产实际提供更多更新和更全面的信息，反之，新技术，新材料，和前沿科学的发展以及社会发展的需要。又向分析化学家提出许多新课题。

新世纪分析化学所面临的任务• 更高的灵敏度，更低的检出限• 更好的选择性，更少的基本干扰• 更高的准确度，更好的精密度• 更高的的分析速度，更高的自动化速度• 更完善的多元素同时检测能力• 更完善可信的形态分析• 更小的样品量要求并且实现微损或无损分析• 原位，活体，实时分析• 远程遥测，极端或特殊环境中的分析• 高分辨成象

分析化学主要 发展方向

生物分析

环境分析

过程分析

表面分析

大分子表征

化学图象

无损分析

单细胞分析

单分子单聚集体分析

教育，定性，传感器，固定化接口

分离技术

仪器和计算机

联用技术

化学计量学

在线分析

原位分析

实时分析

活体分析

自动化，微型化新原理，新技术，新仪器

新时期分析化学的几个热门领域

• 纳米技术• 半导体激光器• 近红外光谱法• 化学发光和电生化学发光分析法• 仿生技术• 生物芯片技术• 光谱视网膜技术

生物传感器原理

具有生物效能的分子识别（如酶，抗原和抗体，结合蛋白质，植物凝血素，激素受体）同时产生可供换能器灵敏地检测到的物理化学变化的信号，从而分析出相应物质

具有识别效能的分

子 生物功能物质的固

化

信号转换

电流型

电位型

酶传感器

组织传感器

微生物传感器

免疫传感器

场效应晶体管生物传感器

生物传感器分类

酶传感器的示意图

人类基因组和脱氧核糖核酸序列分析——DNA 测序技术

原则：快速，灵敏，准确，价廉，自动化

原来技术：放射性同位素标记，自辐射显影手工测序等 .

新技术：板凝焦电泳及激光荧光实时检测，毛细管电泳，鸟枪集合测序等 .

毛细管电泳 (capillary electrophoresis,CE)

优点： 操作简便，每次电泳分离后无须从板上刮去用过的凝胶简便进样及充液无须灵巧手工操作采用密集阵列毛细管，可进行大规模DNA 测序

毛细管电泳中各组分的差速运动图示

分离度的计算

CZE 的迁移时间计算

理论塔板数的计算

芯片毛细管电泳阵列毛细管电泳全部基因组鸟枪集合测序非电泳分离（质谱法，杂交法等）

其他一些测序方法

阵列毛细管电泳四色平面聚焦荧光扫描系

统

药物分析• 药物分析方法

• 药物代谢研究中的有关分析

• 手性药物的分离分析方法

药物分析方法

各种重量法和容量法

光谱分析（ UV， Vis， IR， FL， Raman， NMR）

电化学分析（极谱法，伏安法，库仑法，电滴定）

色谱法 (PC, TLC, GC, HPLC, IC, SEC, SFC等 )

毛细管电泳和电色谱法

色谱联用（ GC/MS, LC/MS)

药物代谢研究的分析方法

I. 以 TLC ， HPLC等分离制备为基础的分析方法

II.色谱质谱联用分析方法

药物氧化过程图例

肝微粒体酶参与催化氧化药物的电子转移过程

手性药物的分离分析方法

直接法：通过使样品与键合到载体表面的手性选择剂间形成暂时的非对应络合物的能量差或稳定性不同而达到手性分离

间接法：将对应体混合物与光学纯的手性试剂反应，生成两个非对映异构体，然后用常规的色谱方法分离