分析化學(xué)中的化學(xué)分析與儀器分析

劉正紅

（1.長春黃金研究院有限公司，吉林長春 130012；2.國家金銀及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心（長春），吉林長春 130012）

分析化學(xué)是化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域中的重要組成部分，側(cè)重于運用各種理論、方法、手段、設(shè)備、措施對相對時空內(nèi)物質(zhì)組成、物質(zhì)性質(zhì)等信息進(jìn)行科學(xué)、有效獲取，以滿足物質(zhì)分析需求。目前，分析化學(xué)已經(jīng)在醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。化學(xué)分析與儀器分析作為分析化學(xué)核心技術(shù)，加強對其的認(rèn)識、理解與掌控，現(xiàn)實意義顯著。

1 對“化學(xué)分析”的基本認(rèn)識

化學(xué)分析（chemical analysis）又被稱之為“經(jīng)典分析”，是分析化學(xué)中的核心技術(shù)之一。化學(xué)分析以物質(zhì)化學(xué)元素以及各元素構(gòu)成存在差異性為依據(jù)，以物質(zhì)與物質(zhì)之間存在的化學(xué)發(fā)應(yīng)為基礎(chǔ)，以定量分析為手段，實現(xiàn)待測組分量的科學(xué)、有效測量。

通常情況下，根據(jù)化學(xué)分析操作的不同，可將化學(xué)分析分成“滴定分析”、“重量分析”等幾種類型。其中滴定分析立足物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)計量關(guān)系，以溶液體積測量為基礎(chǔ)，以酸堿平衡、配位平衡、氧化還原平衡、沉淀溶解平衡等為依據(jù)，通過配制標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液（滴定劑），用滴定裝置將滴定劑滴加至含有一定被測量物質(zhì)溶液的容器中，進(jìn)行滴定劑滴入量測量，以實現(xiàn)被測物量的測量。重量分析則立足物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，以質(zhì)量測量為基礎(chǔ)，通過合理選擇化學(xué)反應(yīng)將被測物中的待測組分與其他組分有效分離，以實現(xiàn)被測物量的測量?；瘜W(xué)分析較為復(fù)雜，對操作人員專業(yè)素質(zhì)與能力具有較高要求，在實踐中要保證操作行為的專業(yè)與準(zhǔn)確，避免操作失誤影響測量精準(zhǔn)度[1]。

2 對“儀器分析”的基本認(rèn)識

儀器分析（instrument analysis）是分析化學(xué)中的核心技術(shù)之一。儀器分析以物質(zhì)理化性質(zhì)為基礎(chǔ)，以先進(jìn)科學(xué)技術(shù)與儀器設(shè)備為支撐，進(jìn)行物質(zhì)定量與定性分析。

通常情況下，根據(jù)分析方法原理的不同，可將儀器分析分為如表1所示幾種類型。不同儀器分析方法具有不同應(yīng)用特征與優(yōu)勢。例如，離子色譜法能夠高效、快速、準(zhǔn)確檢測樣品離子，在食品檢驗、藥品研究中具有廣泛應(yīng)用性；氣相色譜法能夠根據(jù)物質(zhì)理化性質(zhì)，將有機化學(xué)中易于揮發(fā)但不分解的化合物進(jìn)行快速分離，在有機硫檢驗、菊酯類物質(zhì)分析中具有廣泛應(yīng)用性。

表1 儀器分析類型

從整體層面來看，儀器分析普遍具備分析速度快、取樣量少、操作簡便、靈敏度高、對被測物損害?。蓪崿F(xiàn)無損分析）等特征。目前，儀器分析已被廣泛應(yīng)用于半微量組分分析、微量組分分析、超微量組分分析中?；谟嬎銠C技術(shù)、儀器制造技術(shù)、電光技術(shù)等不斷發(fā)展，儀器分析將具有更為廣闊的發(fā)展前景，更好推動分析化學(xué)學(xué)科發(fā)展。

3 化學(xué)分析與儀器分析的異同性與關(guān)聯(lián)性分析

3.1 相同性分析

由上述分析可知，化學(xué)分析與儀器分析均是分析化學(xué)中的核心技術(shù)，二者在分析原理上、分析目標(biāo)上存在相同性。即通過對物質(zhì)及其組分進(jìn)行定量與定性分析，加強對物質(zhì)及其組分的了解與掌握，滿足實際生產(chǎn)、研究、生活中物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、質(zhì)量分析、形態(tài)分析、組分分析等要求。

3.2 差異性分析

化學(xué)分析與儀器分析除存在相同性外，也存在一定的差異性，主要表現(xiàn)在以下幾方面：

（1）概念存在差異。例如，化學(xué)分析是以物質(zhì)間存在的化學(xué)發(fā)應(yīng)為基礎(chǔ)進(jìn)行物質(zhì)組分、物質(zhì)質(zhì)量等分析；分析設(shè)備以化學(xué)實驗室常用設(shè)備（包括天平、燒杯、容量瓶、酒精燈等）為主；分析過程中物質(zhì)的定性分析與定量分析相分離。而儀器分析則是以物質(zhì)物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)進(jìn)行物質(zhì)組分、質(zhì)量、結(jié)構(gòu)、形態(tài)等分析；分析設(shè)備以分析化學(xué)專業(yè)設(shè)備、儀器（包括光學(xué)儀器、聲學(xué)儀器。電學(xué)儀器等）為主；分析過程中物質(zhì)的定性分析與定量分析可同時進(jìn)行。

（2）使用范圍存在差異。例如，化學(xué)分析精確度通常控制在1%～2%，儀器分析精準(zhǔn)度通?？刂圃?%～5%，二者比較，化學(xué)分析精準(zhǔn)度更高；化學(xué)分析的分析對象多為半微量、常量組分，適用于新材料開發(fā)、科學(xué)研究、化學(xué)研究等領(lǐng)域，而儀器分析的分析對象多為半微量組分、微量組分、超微量組分，適用于環(huán)境分析、食品安全檢測、無機物結(jié)構(gòu)研究、礦物質(zhì)組分研究等領(lǐng)域[2]。

（3）技術(shù)要求存在差異。例如，化學(xué)分析要求操作人員對各種物質(zhì)之間存在的化學(xué)反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)計量關(guān)系、溶液平衡原理等具有全面且準(zhǔn)確的了解，能夠熟練選用化學(xué)試劑，嚴(yán)格遵守操作規(guī)范、操作流程進(jìn)行實踐。儀器分析要求操作人員對物質(zhì)聲、光、電、磁、熱等特性具有一定了解，善于合理選擇與科學(xué)應(yīng)用專業(yè)儀器、專業(yè)設(shè)備對物質(zhì)進(jìn)行有針對性分析。與此同時，操作人員需對各種分析儀器（儀器作用、儀器原理、儀器操作要求、儀器使用范圍等）具有正確了解，熟練應(yīng)用儀器開展相關(guān)分析、測量工作。

3.3 關(guān)聯(lián)性分析

化學(xué)分析與儀器分析的異同性使二者在分析化學(xué)中各具優(yōu)勢，也各有不足。雖然儀器分析的應(yīng)用價值、應(yīng)用作用無法相互替代，但基于技術(shù)創(chuàng)新、設(shè)備優(yōu)化、策略完善，化學(xué)分析與儀器分析能夠有機結(jié)合，產(chǎn)生關(guān)聯(lián)性，達(dá)到相互改進(jìn)、相互促進(jìn)、相互完善目的。

（1）化學(xué)分析能夠為儀器分析提供支持，提升儀器分析準(zhǔn)確性。由上述分析可知化學(xué)分析的基礎(chǔ)是物質(zhì)的理化性質(zhì)。而物質(zhì)理化性質(zhì)的確定離不開物質(zhì)化學(xué)反應(yīng)支撐。對此，在儀器分析過程中，操作人員可利用化學(xué)分析方法對測量樣本進(jìn)行處理，使測量樣本更契合儀器分析方法應(yīng)用要求，從而提升儀器分析準(zhǔn)確性、時效性。

（2）儀器分析能夠為化學(xué)分析提供支持，降低化學(xué)分析操作難度，提升化學(xué)分析質(zhì)量與效率。通常情況下，在應(yīng)用化學(xué)分析方法進(jìn)行分析時，需對樣品進(jìn)行處理，而在樣品處理過程中引入儀器分析專業(yè)設(shè)備、專業(yè)儀器，則可提升樣品處理質(zhì)量與效率，從而降低化學(xué)分析復(fù)雜性。

（3）分析結(jié)果相互較正。例如，儀器分析雖然速度快、效率高，但精準(zhǔn)度相對較低。對此，在分析過程中可利用化學(xué)分析對儀器分析結(jié)果進(jìn)行復(fù)合校驗，以提升分析的準(zhǔn)確性。

4 分析化學(xué)中化學(xué)分析與儀器分析的發(fā)展趨勢

在信息化、大數(shù)據(jù)時代背景下，基于先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展與結(jié)合應(yīng)用，分析化學(xué)中的化學(xué)分析與儀器分析將趨向如下方向發(fā)展：

1）化學(xué)分析對儀器分析的依賴性增強。在樣品組成成分分析過程中善于利用專業(yè)化設(shè)備、專業(yè)化儀器獲取相關(guān)信息，為化學(xué)分析提供充足信息依據(jù)。

2）化學(xué)分析使用范圍不斷擴大。逐漸從化合物元素組成分析、元素結(jié)構(gòu)分析逐漸發(fā)展為形態(tài)分析、能態(tài)分析等。

3）儀器分析自動化水平不斷提升，趨向智能化、小型化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展?；谏锓律夹g(shù)、自動化控制技術(shù)、機械制造技術(shù)、納米技術(shù)、新型材料等的不斷創(chuàng)新，儀器制造水平大幅度提升，使儀器分析設(shè)備功能更豐富、更完善，提升儀器分析在生物研究領(lǐng)域、環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域、化學(xué)研究領(lǐng)域、醫(yī)藥分析領(lǐng)域、食品安全檢測領(lǐng)域等中的應(yīng)用價值[3]。

5 結(jié)束語

總而言之，化學(xué)分析與儀器分析各具特色，能夠根據(jù)各自優(yōu)勢滿足不同物質(zhì)分析與化學(xué)研究需求。但二者在實踐中也各具局限性。對此，根據(jù)二者存在的關(guān)聯(lián)性與差異性，將其有機結(jié)合，可達(dá)到相互改進(jìn)、相互促進(jìn)目的，讓分析更具準(zhǔn)確性、科學(xué)性、高效性、可行性，更好服務(wù)分析化學(xué)，促進(jìn)分析化學(xué)在實踐中的科學(xué)運用。