分析化学研究进展

1、分析化学与分析仪器研究进展屈凌波 博士河南省化学生物与有机化学重点实验室（郑州大学）河南工业大学化学化工学院什么是化学？什么是化学？ 化学是一门试图了解物质的性质和物质发生反应的科学。 它涉及存在于自然界的物质地球上的矿物，空气中的气体，海洋里的水和盐，在动物身上找到的化学物质以及由人类创造的新物质 它涉及自然界的变化因闪电而着火的树木，与生命有关的化学变化还有那些由化学家发明和创造的新变化。 化学的历史很长。事实上，人类的化学活动可追溯到有历史记载以前的时期。 化学是研究物质的性质、组成、结构、变化和应用的科学。 世界是由物质组成的，化学则是人类用以认识和改造物质世界的主要方法和手段之一，它

2、的成就是社会文明的重要标志。 化学是包括生命科学、材料科学、能源科学、环境科学、化学工程与工艺等在内的其他科学分支的重要科学基础和基础组成部分，当代科学技术领域的重大成就无不直接或者间接依赖于化学的发展。 化学是满足人类社会需要的中心科学。化学学科的中心地位21世纪将是生物学大发展的世纪，但现代生物学是建筑在分子水平上 的生物学，而化学是研究分子的科学，所以化学研究和生物学研究是互相促进的。 如果淡化化学的重要性， 减少化学的科学研究投入，在大学中吸引不到优秀的中 学生来投考化学专业，那么对生物学的发展是十分不利的。诺贝尔化学奖获得者克罗托教授提问 ：“人们都说21世纪是生命科学和信息科学的世

3、纪，您能否告诉我化学有什么用， 我们为什么要学习化学呢？” 克罗托回答说：“正是因为21世纪是生命科学和信 息科学的世纪，所以化学才更为重要。”这里，克罗托的回答是多么简洁和巧妙什什 么是化学么是化学？ 从狭义角度看：从狭义角度看：化学是研究物的组成、化学是研究物的组成、 结构、性质及其变化的科学。结构、性质及其变化的科学。 从广义角度看：从广义角度看：化学是一门中心科学。化学是一门中心科学。 现代化学已经渗透到自然科学和国民经济现代化学已经渗透到自然科学和国民经济的各个领域的各个领域, ,成为成为中心科学。中心科学。 化学家做些什么？化学家做些什么？ 化学包含着两种不同类型的工作一些化学家在

4、研究自然界并试图了解它一些化学家则在创造自然界不存在的新物质和完成化学变化的新途径诺贝尔奖获得者r.b.woodward在讲述化学合成时曾说过：化学家在老的自然界旁边又建立起了一个新的自然界化学的发展趋势随时着科学技术突飞猛进的发展，化学这门科学也在发生深刻的变化从经验、斗经验的描述化学向理论化学过渡；从侧重性研究到侧重于定量研究 从研究宏观问题到更多地注意微观现象；从注重静态研究到研究动态过程 从研究简单的体系到更深入地研究复杂的体系；在研究物质变化的同时注意研究能量的变化 从单一的化学研究到更多地向其他学科渗透 化学已成为一个国家和国民经济的重要支柱。在当今世界国力的竞争中，化学能否保持领

5、先地位，已成为一个国家能否取胜的重要因素之一。生命科学带给化学的问题 大分子与大分子或者大分子与小分子之间的反应 相对比较慢的过程和比较复杂的体系 作用的形式也不仅仅只是化学键的断裂、组合或重排，而是包含了很多的弱相互作用（氢键、偶极作用、范德华力等等） 大分子与大分子的相互作用以及大分子与小分子的相互作用又联系到复杂的结构层次上的变化 大分子可能通过有序的高级结构重组，其中的能量传递、信号分子的传递又会产生新的变化 化学家对小分子之间的相互作用已经有了一系列的监测、跟踪、定性、定量以及理论计算等方法，而对大分子与大分子、大分子与小分子相互作用的复杂体系的慢过程却缺乏相应的方法和工具 化学家面

6、临的将是一个过去不熟悉的领域，有待在理论上、实践上及相应的技术上进行更深人的研究21世纪的化工企业的信条是五个“为了”和五个“关心”（five“care”and five “for”） （1）为了社会而关心环保（environmental care for the society）； （2）为了职工而关心安全、健康和福利（safetycare for the employee）； （3）为了顾客而关心质量、声誉和商标（qualitycare for the cuomers）； （4）为了发展而关心创新（innovation-care for the development）； （5）为了股东而

7、关心效益（profit-care for the stockholders） 什么是分析化学 分析化学是研究获取物质化学组成和结构信息的方法学及相关理论与技术的 科学。 分析化学是化学的一个分支。 分析化学基础：化学基本理论和实验技术为基础，并吸收 物理、生物、统计、电子计算机、自动化等方面的知识以充实其本身的内容，从 而解决科学、技术所提出的各种分析问题。 analytical chemistry is a science discipline that develops and applies methods,instruments and strategies to obtain inf

8、ormation on the composition and nature of matter in space and time. eecs dac 分析化学主要研究的问题 物质中含有哪些元素和（或）基团（定 性分析）； 每种成分的数量或物质纯度如何（定量分析）； 物质中 原子彼此如何联结而成分子和在空间如何排列（结构和立体分析）； 研究对象从单质到复杂的混合物和大分子化合物，从无机物到有机物，从低分子量到高分子 量（如107 个原子质量单位） 样品可以是气态、液态和固态 称样质量可以是 1 00克以上或毫克以下 分析化学发展历程分析化学的三个促进 40-50年代的材料科学发展-材料分析化

9、学 60-70年代的环境科学发展-环境分析化学 80-9080-90年代生命科学的发展年代生命科学的发展-生命过程有关的分生命过程有关的分析化学析化学与生命过程有关的分析方法排名： 色谱（液相色谱hplc，气相色谱gc，电泳色谱 ce）、质谱（包括色质联用lc-ms，gc-ms，ms-ms 等）、电化学分析、红外光谱分析新世纪分析化学所面临的任务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高的的分析速度，更高的

10、自动化速度 更完善的多元素同时检测能力更完善的多元素同时检测能力 更完善可信的形态分析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，实时分析原位，活体，实时分析 远程遥测，极端或特殊环境中的分析远程遥测，极端或特殊环境中的分析 高分辨成象高分辨成象分析化学主要分析化学主要 发展方向发展方向生物分析生物分析环境分析环境分析过程分析过程分析表面分析表面分析大分子表征大分子表征化学图象化学图象无损分析无损分析单细胞分析单细胞分析单分子单聚集单分子单聚集体分析体分析教育，定性，传感器，固定化教育，定性，传感器，固定化接口接口分离技术分离

11、技术仪器仪器和计和计算机算机联用技术联用技术化学计量学化学计量学在线分析在线分析原位分析原位分析实时分析实时分析活体分析活体分析自动化，微型化自动化，微型化新原理，新技术，新原理，新技术，新仪器新仪器分析化学的前沿分析化学的目的和任务 提供分析对象的分析数据，从分析数据中获取有用信息分析化学的特征 通过利用物理、化学、生物、电子等领域的新成果建立表征测量的新方法、新技术分析化学的基本要素 理论新、方法新、仪器新、样品新分析化学已发展成为分析科学分析化学已发展成为分析科学 吸收了大量物理方法、生物学方法、电子学和信息科学的方法，发展成为分析科学，应用范围也大大拓宽 分析方法的十化：微型化芯片化、

12、仿生化、在线化、实时化(real time)、原位化(in situ)，在体化(in vivo)、智能化信息化，高灵敏化，高选择性化，单原子化和单分子化 单分子光谱、单分子检测，搬运和调控的技术受到重视 分离和分析方法的连用，合成和分离方法的连用，合成、分离和分析方法的三连用 美国化学家的专业分布analysisorganicpolymerenviromentphysicalbiologicalmedicalinorganic分析化学的发展新的变革 由于生命科学、环境科学、新材料等科学发展的要求，和生物技术、信息科 学、计算机技术的引入，使分析化学进入了一个新的境界 如分析研究对象越来 越多地

13、选择了dna 、蛋白质、手性药物和环境毒物等生命活性相关物质 分析研 究体系由简单体系转向复杂体系 分析研究层次已进入单细胞、单分子水平和立 体构象 分析研究区间已由主体延伸至表面、微区及形态 分析研究方法除发展 各类仪器分析手段外，开始较多地研究酶和免疫学等生物化学方法生命科学向分析化学家提出的课题 多肽、核酸、蛋白、多糖、寡糖等生物大分子分析（包括含量、组成、结构、状态等） 生物药物分析（基因药物质量控制、药物体内分布、药物代谢过程、药物代谢形态、药物药效等 超微量、超痕量生物活性物质分析（单细胞内神经传递物质、单细胞内物质等，达到10-15g 在线临床分析和生物过程控制分析分析化学发展的

14、趋势进一步提高分析化学方法的灵敏度研究解决复杂体 系的分离、富集及提高方法的选择性扩展获得时空多维信息方法的研究开展形态 分析、表面分析及微环境分析生物大分子及生物活性物质的表征与测定非破坏性 检测、遥测及过程分析用于分析检测新原理的提出及新型分析仪器的研究本学科 我国近期分析化学学科发展方向 高选择性的简便、准确、灵敏的分子识别方法 痕量活性物质的在体、原位、实 时分析；单分子与单原子检测分析 多元、多维的联合分离分析及数据处理技术 ；复杂体系（包括环境体系、生物体系、复方中医药等）内重要化学物质的采样、 分离与检测 表面、微区、形态和结构的分析研究以及化学成像芯片分析化学和 分析仪器微型化

15、等 特别 鼓励研究领域原位、活体、瞬时、多维和动态分析复杂体系（包括环境体系、 生物体系、复方中医药等）内重要化学物质的采样、分离与分析的新原理、新技 术的基础研究。分析化学的热点鼓励面向生命科学、环境科学、新材料科学问题中有关的分析化学问题鼓励将 数学和统计学、物理学、生物学、计算机科学、仪表电子学、信息科学、系统科 学等学科的新概念、新成就引入分析化学方面的研究鼓励和支持分析检测的新 原理、新方法和新技术的探索研究 现代分析和经典分析的对比经经典典分分析析化化学学现现代代分分析析化化学学有有什什么么？有有多多少少？常常量量、半半微微量量全全面面信信息息微微量量痕痕量量总总体体样样品品样样品

16、品组组成成微微区区表表面面、分分布布、逐逐层层形形态态宏宏观观组组成成、静静态态破破坏坏离离线线微微观观结结构构、追追踪踪动动态态无无损损在在线线氯化钠偏振硼电子云红磷微米砷化铗隧道扫描图分析化学前沿领域之一-？新的灵感来自充满活力的创造者，新的灵感来自充满活力的创造者，新的方法来自实验需求新的方法来自实验需求新时期分析化学的几个热门领域新时期分析化学的几个热门领域 纳米技术纳米技术 半导体激光器半导体激光器 近红外光谱法近红外光谱法 化学发光和电生化学发光分析法化学发光和电生化学发光分析法 仿生技术仿生技术 生物芯片技术生物芯片技术 光谱视网膜技术光谱视网膜技术分析化学前沿领域之一-光谱分析

17、x 原子光谱-（原子发射光谱、x射线荧光光谱、原子吸收光谱、原子荧光光谱） icp技术使用 灵敏度高 pg级 x 分子光谱-uv-可见分光广光度 增稳、增敏、增溶、多元配合物、多组分x 红外光谱分析 ft-ir 、laser source chemometric methods、near infrac、 x 化学发光分析和生物发光分析-生命科学、免疫学上应用x 激光光谱与传统方法结合构成了高灵敏度的检测仪器仪器分析的前沿之一-色谱技术 色谱技术在仪器分析方面仍是发展的主要关键技术之一 色谱技术包括：气相色谱(gc)、高效液相色谱(hplc)、薄层色谱(tlc)、超临界流体色谱(sfc)以及诸如

18、气相色谱质谱联用(gc-ms)、液相色谱质谱联用(lc-ms)等一类联用技术意在表明 色谱技术和其它仪器分析技术一样是与时俱进的，并且和现代生命科学、环境科学和医药科学互相促进 新理论的出现对于所有色谱分析科学技术领域有极大的促进作用毛细管电泳毛细管电泳(capillary electrophoresis,ce)优点优点：操作简便，每次电泳分离后无须从板上操作简便，每次电泳分离后无须从板上刮去用过的凝胶刮去用过的凝胶简便进样及充液无须灵巧手工操作简便进样及充液无须灵巧手工操作采用密集阵列毛细管，可进行大规模采用密集阵列毛细管，可进行大规模dna测序测序毛细管电泳中各组分的差速运动图示分离度的计

19、算cze的迁移时间计算理论塔板数的计算阵列毛细管电泳四色平面聚焦荧光扫描系统阵列毛细管电泳四色平面聚焦荧光扫描系统分析化学前沿领域之一-电化学分析 微电机伏安技术-电机微小、扫描速度快、可达到超微量检测 化学传感器- 生物传感器、仿生生物传感 光谱电化学-在光谱和波谱方法与电化学分析方法结合 生物电分析化学-v酶传感器v组织传感器v微生物传感器v免疫传感器v场效应晶体管生物传感器生物传感器分类生物传感器分类生物传感器v原理原理 具有生物效能的分子识别（如酶，抗原和抗体，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）同时产生可供结合蛋白质，植物凝血素，激素受体）同时

20、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析出相应物质具有识别效能的分子具有识别效能的分子生物功能物质的固化生物功能物质的固化信号转换信号转换电流型电流型电位型电位型酶传感器的示意图确定目标探针设计芯片优化数据分析数据库查询公共数据库专用数据库基因芯片数据库杂交检测图象生物分子信息管理数据挖掘数据可视化图象处理基因芯片数据流动过程图是基因芯片的数据流程图 ,该图反映了基因芯片数据的流向 ,更重要的是反映了生物信息学在基因芯片中的作用仪器分析的发展趋势 综合科学技术的发现和相关学科的原理，创新新型的分析仪器 根据科学研究和生产

21、实践的需要，建立新型的分析方法 制定新的质量控制标准 仪器分析的发展总趋势-智能化、微型化、痕量超痕量、原位无损、快速在线仪器创新的重要性仪器创新的重要性 仪器是认识世界的工具 这是相对机器是改造世界的工具而言的，而改造世界是以认识世界为基础的 认识世界有两个方面，一是探索自然规律，积累科学知识；二是对生产现场的了解，用以指导生产 认识世界和改造世界同等重要，而且认识世界往往是改造世界的先导，所以仪器与机器也同等重要，在一定条件下，仪器也是生产的物质先导 历史上许多重要仪器的科研成果常常会带来生产力水平的飞跃仪器创新作用和地位 先进的科学仪器设备既是知识创新和技先进的科学仪器设备既是知识创新和

22、技术创新的前提，也是创新研究的主体内术创新的前提，也是创新研究的主体内容之一和创新成就的重要体现形式容之一和创新成就的重要体现形式 科学仪器的创新是知识创新与技术创新科学仪器的创新是知识创新与技术创新的组成部分的组成部分 发展科学仪器设备应当视为国家战略发展科学仪器设备应当视为国家战略仪器创新在科研中的作用 科学仪器是从事科学研究的物质手段，科研之成败决定于探测实验方法和仪器 有些科研工作可以用现成的商品仪器来完成，这时对仪器的配置，可以认为是技术条件的后勤工作 用仪器装备的创新开发来解决科研和生产中关键问题，探索研究实验方法和仪器设备的研制，科学技术是第一生产力，首先要靠科学仪器仪表去认识世

23、界仪器分析是信息的源头技术仪器分析是信息的源头技术 仪器分析是一种信息收集的过程，起着不可或缺的信息源的作用 仪器是信息时代的信息获取处理传输的链条中的源头技术 没有仪器，就不能获取生产、科研、环境、社会等领域中全方位的信息，进入信息时代将是不可能的 信息技术由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成 测量技术则是关键和基础科学仪器发展已成为国家的战略科学仪器发展已成为国家的战略 发达国家中的科学仪器的发展，已从自发状态转入到有意识、有目标的政府行为上来 美、日、欧等发达国家早已制定各自的发展战略并锁定目标，专门投入，以加速原创性仪器的发明，转移(化)和产业化进程 发达国家凭借其先进的科学研究

24、水平，长期高技术储备，广泛占领世界市场的基础，强大的经济与军事实力现代科学对仪器分析发展的要求对现代分析仪器的需求 研制面向任务的，基于新原理、新技术以及由新理念（仪器 = d/a (a/d) + cpu + software）指导的具有一流水平的新型分析仪器 当今科学仪器技术最引人注目的发展是在生物、医学、材料、航天、环保、国防等直接关系到人类生存和发展的诸多领域中仪器分析的趋势 科学研究的尺度深入到介观(纳米)和微观 能确定分析对象中的元素、基团和含量 能回答原子的价态、分子结构和聚集态、固体结晶形态、短寿命反应中间产物的状态和生命化学物理进程中的激发态仪器分析的趋势 能提供空间分析的数据

25、，且可作表面、内层和微区分析，甚至三维立体扫描分析和时间分辨数据 发展高分辨率、高选择性、高灵敏度的活体动态研究技术、原位技术、非接触(无损)测定技术等成为趋势 发展超快时间分辨和超高空间分辨技术成为仪器发展新的追求目标仪器分析的趋势 研究的对象和过程，从静态转入动态 国际上正在大力发展集采样、样品处理(制作)、自动检测分析和结果输出于一身的流程分析系统；发展现场和实时的研究手段仪器分析的趋势 仪器的研制和生产趋向智能化、微型化、集成化、芯片化、系统工程化 利用现代微制造技术(光、机、电)、纳米技术、计算机理论、仿生学原理、新材料等高新技术发展新型科学仪器己成为主流 微型全化学分析系统、微型实

26、验室、生物芯片、芯片实验室等仪器分析的趋势 测试仪器网络化测试仪器网络化 仪器的自动化，智能化水平的提高，多台仪器联网已推广应用，虚拟仪器、三维多媒体等新技术开始实用化 internet网，仪器用户之间可异地交换信息和浏览，厂商能直接与异地用户交流，能及时完成如仪器故障诊断、指导用户维修或交换新仪器改进的数据、软件升级等工作 仪器操作过程更加简化，功能更换和扩张更加方便 网络化测试系统(仪器)是今后测试技术发展的必然 仪器分析的新成就 mass sensors公司推出的微型质谱仪，重不到2公斤，可测质量数在1-200的任何气体。其核心部件(包括离子源、质量分析器和检测器)价格不到500美元 微

27、型化达到及至，就是所谓的“lab-on-a-chip”或“-tas”(微型全分析系统) -tas已成为学术界和工业界研究和开发的重点 电化学发光法可用于各种体液(血清、血浆、全血、尿等)的分析而不需作任何样品前处理 可作活体细胞中分子氧监测的纳米光学传感器 用于制做多层芯片实验室的膜门(分子门)技术 检出限可达10个病原体的定量生物芯片实验室(带微流控系统) 可作三维化学反应动力学研究的ft-ir化学成像技术 各式各样的磁珠富集分离技术 用于微流控系统和体内给药的单孔膜 新型的膜进样质谱法仪器分析的新成就仪器分析的新成就 蛋白质组学芯片 可大量生产并可获高深宽比微通道的新型芯片实验室聚合物材料

28、 新型扫描电化学显微镜 生物学芯片(biology-on-a-chip) lab-on-a-bead 新型单细胞分析方法 多模化学成像光谱仪 二维异光谱相关分析 开路(open-path)红外光谱法 炬内蒸发icp进样系统 新型通用spr化学和生物传感器 波加热gc炉技术仪器分析的新成就 离心逆流色谱法 液晶的分析应用 微腔电极 过程分析用中辨率nmr谱仪 傅立叶变换离子回旋共振质语法 红外腔衰荡光谱法 扫描微波显镜 双光子荧光成像 连续监测用膜萃取术 超光谱成像技术 集成红外成像显微镜 电注入分析仪器分析的新成就 微型ftir系统 超快速gc 有机蒸气的实时微分析系统 全基因组分析系统 用于

29、疾病早期诊断的超灵敏溶液相单分子和单纳米粒子检测 一次性小管固相萃取 傅立叶变换微波谱仪 非水溶剂芯片验室 电化学调制波导干涉计 双脉冲激光诱导击穿光谱法 仪器分析的新成就 用喷墨技术制生物芯片 基因传感器芯片 ppq水平分析技术 手持式frir仪 现场分析用道分光光度计 水中农药检测新技术 bod连续监测仪仪器研制的地位 在诺贝尔物理和化学奖中大约有四分之一是属于测试方法和仪器创新的 电子显微镜 质谱技术 ct断层扫描仪 x射线物质结构分析仪 光学相村显微镜 扫描隧道显微镜农产品与食品安全检测中的分析技术 在世界人口急剧膨胀的今天，合理的使用农药可以提高粮食产量，但过量使用会造成严重的环境污

30、染，并导致许多遗传疾病 由于农药在食品中残留超标而造成的中毒事件时有发生 在食品安全这个全球关注的热点问题中，如何快速、准确地检测农副产品中残留的农药问题就成为了重中之重的问题 食品中农药残留分析存在的困难 样品基质背景复杂 前处理过程繁琐 需要耗费较多的时间 被测成分浓度较低 分析仪器的定性能力受到限制、仪器检测灵敏度不够等一系列问题如何解决这些问题，满足目前越来越严格的法规的要求，是许多分析工作者研究的方向 食品农药残留分析 样品的净化-选择简洁、有效的样品处理方法，可以得到事半功倍的效果 常用的样品制备方法包括： 1. 溶剂萃取法： 2. 柱层析法： 3. spe固相萃取法： 4. sf

31、c超临界流体色谱法： 5. spme无溶剂固相萃取法： 食品农药残留分析-提高仪器的检出能力 提高仪器检测有机农药能力的方法包括 免疫法 hplc法 gc选择性检测方法 多级质谱分析法等。 农药残留检测仪器进展1. 使用选择性气相色谱检测器 对含氯农药使用电子捕获检测器（ecd） 对含硫、磷、氮的农药使用脉冲式火焰光度检测器（pfpd） 对含氮、含磷的农药使用氮磷检测器（tsd） 对含硫、含磷农药使用脉冲式火焰光度检测器（fpd）或火焰光度检测器。 2. 使用衍生化方法的方式 改善被测物的挥发性能及色谱行为 提高检出限 但会将大量的衍生化试剂带入色谱系统，加速色谱柱效的降低过程。 3. 使用质

32、谱仪对被测物进行定性分析 通过四极杆质谱仪的选择离子检测（sim） 离子阱技术的选择离子储存技术（sis） 对卤代化合物采用nci技术、对低含量、背景干扰 严重难以定性分析的化合物分子采用串联质谱（ms/ms）的方式分析，可以获得很好的检测效果。 农药残留检测仪器进展分析新技术串联质谱（msms）分析技术 特别适用于分析背景干扰严重、定性困难、样品组份含量很低的情况 其主要特点是在提高分析能力的基础上提供足够的结构信息，用于结构的定性 液相色谱-串联质谱技术的发展，为分析鉴定难挥发、热不稳定化合物的结构提供了非常有用的数据。 近年来逐渐被世界各国的权威检测机构用于仲裁分析。 生物芯片技术 生物

33、芯片是现代微加工技术和生物技术的结晶 是具有一定生物功能的微晶片结构 在生命科学仪器中最常见的两种生物芯片，以及它们的制作过程、检测方法、用途和发展前景核磁共振分析技术 在过去的50年中，核磁共振技术已经成为应用广泛的一种分析测量工具 由于具有无侵入、无破坏和测量信息丰富等诸多优点，核磁共振技术对于生命科学的研究工作者极具吸引力。 核磁共振技术已经渗透到生命科学领域的多个学科分支，显示出了良好的应用前景荧光流式细胞分析技术 流式细胞术是一种对流动液体中排成单列的细胞逐个进行检测的技术，通过检测得到相应细胞的光散射和荧光信号，进而测定细胞的大小、形状、dna、rna、表面受体、酶活性、膜通透性和

34、钙流量 在癌症和爱滋病研究、新药开发、干细胞和基因治疗、遗传学、家畜性别选择、农作物新品种开发等方面都有广泛应用。荧光流式细胞分析技术 将该技术与近年发展起来的荧光染料编码微球技术相结合，则成为一种可以与生物芯片技术相媲美的多组分同时分析技术 采用微流控芯片技术和发光半导体量子点编码微球技术，进一步改善了方法的适用性，某些主要性能甚至超过了生物芯片技术，有望从研究实验室逐步进入临床实验室，最终进入病房和寻常百姓家，成为防病、诊断和监护病人的重要手段。变温超高真空扫描探针显微镜变温超高真空扫描探针显微镜 扫描隧道显微镜(stm)是一种可以在实空间观察到原子级分辨率图像的实验仪器，且发展出许多衍生

35、仪器，如原子力显微镜(afm)、扫描近场光学显微镜(snom)等，统称为扫描探针显微镜(spm) 大多数stm是在室温条件下工作的，不能实时观察样品随温度变化的情况 新开发的变温超高真空扫描探针显微镜(vt uhv spm)，它包括stm和afm两部分，可以在25k1100k之间对样品成像三级四极杆串联质谱仪现在随着分析要求的不断提高，一级质谱已经逐渐不能满足使用要求，人们更多地把目光投向了多级串联质谱 2001年初，瓦里安公司成功地购进了著名的质谱生产厂-美国bear公司，开发出四极杆式1200l三级四极杆串联质谱仪，从而把台式串联质谱技术向前推进了一大步，使仪器价格降低了近一半，从而使瓦里

36、安公司成为台式色质联用仪的重要生产厂家ms/ms的用途 （1） 复杂基体中微量待测物的测定，采用ms/ms可轻松方便得得到肯定的结果 （2） 待测物的进一步确认，如一级质谱图无法区分的化合物的分析 （3） 同分异构体的区分ms/ms的特点2 配备了所有电离源 电子电离ei/正化学电离pci/负化学电离nci 如此多的电离源保证了所有样品的各种从简单的常规分析到极其复杂的研究级的分析3 可简单方便地实现lc/ms/ms到gc/ms/ms的只需要配备一台lc和接口，就可以立即从高性能的gc/ms/ms转换为另一套高性能的lc/ms/ms4 采用六极杆作前过滤，有效地提高了过滤效率，保护了真空系统

37、5 cp3800独一无二的3通道同时分析功能质谱在肽和蛋白分析中的应用质谱在肽和蛋白分析中的应用 质谱已成为肽和蛋白分析的重要工具 主要归功于一些软电离技术的应用 电喷雾(esi) 基体辅助激光解吸电离(maldi) 生物大分子多为极性、难挥发化合物，不易气化，用传统质谱无法测定。但随着新的离子化技术的广泛应用，现已能高效地电离一些完整或片断的大分子生物聚合物，从而进行质谱测定。基体辅助激光解吸电离基体辅助激光解吸电离(maldi)(maldi) 以有紫外吸收的小分子晶体为基体，将待测物与基体相结合，可检测带电生物分子的离子 在所采用的激光波长下，基体对激光有较强吸收，而待测物对激光只有弱吸收

38、 当激光打在基体晶体时，聚集的能量加热晶体，快速加热导致基体晶体升华而将非挥发性待测物释放到气相中。基体在待测物离子化过程中还起着质子化或去质子化试剂的作用 基体引进激光解吸技术前，只有低分子量化合物能被完整引入气相；对于高分子量化合物，则无法解决其气化问题。基体的加入使除待测物基体外的分子间相互作用减少，降低了解吸能，解决了大分子的气化问题。新型质谱在肽和蛋白分析中的应用新型质谱在肽和蛋白分析中的应用-测序测序 质谱已成为对小量肽和蛋白进行测序的有效工具。 蛋白梯形测序(protein laddersequencing) 原理 使用少量链终止剂，进行快速分步降解，在人为控制下产生一系列肽段，

39、其中每个肽段于下一个之间只相差一个残基； 用maldi-tof(飞行时间)-ms读出肽段信息。用此方法可在磷酸肽中定位磷酸丝氨酸残基。 用hcl将肽部分水解后用maldi-tof ms分析，可迅速获得与序列有关的肽图 合成的肽在110用3 mol. .l-1 hcl处理5 min后，氨基酸从c-端和/或n-端释放出，其量足够用于验证肽的指认过程 -20时将多肽置全氟酰基酸酐中3060 min，使分子从c-端顺序发生化学降解。测量c-端被截断的产物混合物的fabms后，只需计算分子离子间的质量差，就可测出c-端序列 用lc/esi-ms时，用新的edman试剂，可将检出限降至nmol范围 用此法

40、可对hplc洗脱出的40s人体核糖体亚单元中所有蛋白进行鉴定新型质谱在肽和蛋白分析中的应用新型质谱在肽和蛋白分析中的应用-测序测序细胞和病毒分析 对单细胞进行直接化学分析越来越受重视 用毛细管电泳/电喷雾离子化傅立叶变换离子回旋共振质谱法(ce/esi-fticr)分析直接从一个小的完整活细胞群(510个)中得到的蛋白是可行的。 选人体红细胞作模型体系，从10个人体红细胞(4.5 mol hb)中得到的血红蛋白(hb)的r-和r-链的高分辨率质谱(平均分辨率45 000),此谱图是在线获得的 用ce/ms分析鉴定混合物中的生物分子，用付立叶变换质谱仪(ft-ms)研究了829 ku蛋白，进样量

41、为10-18 mol，分辨率约60 000，分子量误差小于1 u 用从人体血液中粗略分离的样品，测出碳酸酐酶分子量为28 780.6 u(计算值28 780.4 u)，只占单个血红细胞总蛋白质质量的1%质谱分析展望 用maldi-tof ms通过与已有的参照谱图比较或与已知细菌的培养液进行共同分析而对整个细菌进行鉴定 用ir/maldi-tof ms分析冻干蛋白、风干的蛋白溶液或分子量小于30 ku的蛋白晶体时，没有添加其他基体而获得成功 质谱已成为肽和蛋白分析的重要工具，由于esi和maldi等软电离技术的应用，可快速、准确地测定生物大分子。由于它自身的优势，相信它在肽和蛋白的研究中会发挥更

42、大作用。分析技术进展分析技术进展-热分析进展热分析进展 热分析领域新仪器和方法的发展趋势是新技术的进步，应用领域的延伸 样品重量的减少，扩散和渗透到生产线，使用计算机和机器入 在dsc，dta领域的一个进展是调制式示差扫描量热仪、热分析仪，它在传统dsc线性加热或冷却基础上叠加了一个正弦的温度加热速率，再利用傅里叶转换不断地对调幅热流进行计算，从而得到比传统dsc更多的信息，如总热流、调幅热流、可逆热流、不可逆热流及热容 具有高灵敏度和高分辨率，弥补丁传统dsc不能同时具备高灵敏度和高分辨率的不足热分析进展热分析进展 热分析仪与其它仪器的特长和功能相结合，实现联用分析，扩大分析内容，是现代热分

43、析仪发展的一个趋势 热重分析仪与近红外分析仪，色谱仪，质谱仪的联用等。另外值得一提的是同时联用技术 在程序控温下，对同一试样同时采取两种或多种分析技术进行分析，近期发展的有紫外-可见光示差扫描热卡量热仪(dpc)、微调制热分析仪及微热机械仪等。微调制热分析仪、微热机械是原子力显微镜与微量调制热分析及热机械分析技术相结合的结果热分析进展热分析进展 将传统的afm的探针用极微小的热电阻取代，同时用于加热及温度测量，以afm分析显示材料的形貌、相应位置的热传导及热扩散区域分布和物理性质的变化 显微镜分析与热分析、热机械分析相结合为其在诸如材料科学、制药学、催化剂、薄膜、电子成分、法医科学及生物体系等

44、领域的应用及研究提供了有力的手段热分析进展热分析进展 动力学量热法是基于温度调制方法和绝热方法发展起来的，可以得到动力学热容数据 动力学量热仪已被用于过冷液体的慢弛豫研究。自由模式动力学研究方法用于dsc研究中，提供了一种可靠的数学表达式来描述化学反应 滴定量热仪被主要应用于四个主题的研究：(1)水溶液中的配对焓和溶质-溶质相互作用参数；(2)离子表面活性剂形成胶束的解体；(3)蛋白-配体相互作用；(4)高分子吸附剂上被吸附物的吸附 滴定量热还被用于某些反应热的测定热分析方法的应用热分析方法的应用-在 材料，化工和炸药推进剂研究中应用 dsc被用于研究无机玻璃的结构松弛过程 金属氧化物和玻璃的

45、热力学和化学结构以及多孔材料相转变 材料防火性测试及气体性质研究，dsc非常适合热硬化性粉末涂料性质的测定，二者被认为是完美的搭配 热分析方法还被用于黑色物质(碳、焦碳和活性炭)的分析 研究有机添加剂对水泥水合特性的改变 热分析方法是研究高能材料特别是推进剂稳定性的最重要最有前途的工具之一，被用于推进剂反应性、反应机理、储存时间以及炸药安全性等研究热分析方法的应用热分析方法的应用-有机化学 不同构型己二醇的乙酰化反应的量热研究 有机随机网状物中的向列型相到各向同性相的转变 利用热分析方法可以测定反应的生成焓、活化能以及晶格能、张力能等热力学数据 由dsc曲线测定有机反应活化能 热分析仪被用于合

46、成条件的控制。 热分析方法还被用于新合成产物的表征 以及多组份有机物质的纯度测定热分析方法的应用热分析方法的应用-高分子聚合物 在高分子领域，dsc、dta已成为表征合成高分子的常规手段 用于高分子性质研究，如聚酯的热力学、高分子填充物和有机酸的相互作用、富有稀土化合物的高分子的性质、氧化诱导时间、细菌共聚多酯的性质、工业乳剂的聚合及聚合物上一些无机和有机离子的离子交换热化学 利用光差示扫描量热计还可以检测高分子的聚合效率热分析方法的应用热分析方法的应用-物理化学 量热技术，尤其是浸入和流体吸附量热法，气体吸附微量量热法在表面化学领域有着广泛的应用 用于评价不同碳材料的化学性质(表面性质、亲水

47、/疏水性、酸/碱性)和物理性质(表面积、孔径分布等) 研究金属纤维，真空蒸发膜和单晶的吸附性质 基于peo，lii和高表面无机氧化物的复合固态电解液的热性质 用于超声实验 薄膜反应热力学和动力学热分析方法的应用热分析方法的应用-物理化学 表面活性剂在固液界面的吸附和热力学 无机阴离子的交换萃取和吸附反应热 荷电金属氧化物/电解液界面的离子吸附的热效应 混合物界面测定 有机液体的热可逆性凝胶化的结构研究 dsc是研究固体热性质的最惯用的直接测定方法 广泛用于计算无定性材料结晶过程的动力学参数 玻璃态结晶氰基金刚烷的亚稳态 无定型材料的低温性质 液晶的高压性质以及热容的测定 由扫描和控压扫描量热仪

48、可测定有机液体和聚合物在宽的压力和温度范围内的热物理性质 热分析方法还是研究相平衡及相图的有力工具 热分析方法的应用热分析方法的应用-生物化学 热分析法在生物化学领域得到了广泛的应用 热分析法被用于研究模型dna三联体和四联体的稳定性和结构及其与小配体的相互作用 脂双分子层的斜中间相的相转变 测定胰岛素敏感性 抗体分子剖析 药物-dna相互作 肽和磷脂双分子膜的相互作用 淀粉酶和相关酶的dsc 蛋白质稳定性的热力学 肌球蛋白和微丝蛋白的dsc研究 及酵母生长抑制研究热分析方法的应用热分析方法的应用-制药、食品营养及环保 制药领域使用dsc、tga及tm(热显微镜)进行药物多形性和热分析 药物定量控制和多形系统描述 制药技术中的液晶系统分析 热带植物生产的淀粉的物理性质和分子特点 食物中蛋质、糖、脂等大分子的dsc研究 在环保领域进行了铬对土壤中有机物质生物降解影响的量热分析 利用热分析结合萃取和重液分离部分确定了空气悬浮微粒中碳元素和可溶、难溶有机物的总量 fig 1. st