1、微型化和智能化在線分析儀器時代即將到來
隨著計算機技術(shù)、微制造技術(shù)、納米技術(shù)和新功能材料等高新技術(shù)的發(fā)展,分析儀器不但會具有越來越強大的“智能”,而且正沿著大型落地式→臺式→移動式→便攜式→手持式→芯片實驗室的方向發(fā)展,越來越小型化、微型化、智能化,以至出現(xiàn)可穿戴式或甚至不需外界供電的植入式或埋入式智能儀器。就是因為計算機技術(shù)正經(jīng)歷著翻天覆地的變化。隨著分子計算機、DNA計算機、光子計算機、量子計算機等的不斷推出,計算機也將越來越微型化。而分析儀器和計算機的界限也將變得模糊,許多分析儀器實際上就是具有某種分析檢測功能的計算機。
2、數(shù)字化和仿生化
上世紀(jì)80年代后期,隨著計算機技術(shù)的迅速發(fā)展,帶動了分析儀器的數(shù)字化和化學(xué)計量學(xué)的發(fā)展,通過化學(xué)計量學(xué)方法在解決光譜信息提取和背景干擾方面取得的良好效果,加之近紅外光譜在測樣技術(shù)上所*的特點,使人們重新認(rèn)識了近紅外光譜的價值,近紅外光譜在各領(lǐng)域中的應(yīng)用研究陸續(xù)展開。此外,分析儀器的核心是信號傳感。例如:化學(xué)傳感器逐漸發(fā)展小型化、仿生化、諸如生物芯片,化學(xué)和物理芯片、嗅覺(電子鼻)、味覺(電子舌)、鮮度和食品檢測傳感器等。生物傳感器正在各學(xué)科領(lǐng)域,如醫(yī)學(xué)、臨床、生物、化學(xué)、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、工業(yè)甚至機器人制造等方面得到廣泛應(yīng)用。生物傳感器大體有5種:酶傳感器、組織傳感器、微生物傳感器、免疫傳感器、場效應(yīng)(FET)生物傳感器等。其原理都是基于電化學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)等構(gòu)成。其探頭均由兩個主要部分組成,一是對被測定物質(zhì)(底物)具有高選擇性的分子識別能力的膜所構(gòu)成的“感受器”;二是能把膜上進行的生物化學(xué)反應(yīng)中消耗或生成的化學(xué)物質(zhì)或產(chǎn)生的光和熱轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕?ldquo;換能器”。所得的信號經(jīng)電子技術(shù)處理,即可在儀器上顯示和記錄下來。
3、化和自動化
隨著環(huán)境科學(xué)的發(fā)展,為控制和治理環(huán)境污染,防止環(huán)境惡化,維護生態(tài)平衡,環(huán)境監(jiān)測已成為掌握環(huán)境質(zhì)量狀況的重要手段,發(fā)展對化學(xué)毒物、噪聲、電磁波、仿生性、熱源污染進行監(jiān)測的型分析儀器,已受到愈來愈多的關(guān)注,她可用于對污染現(xiàn)場進行實時監(jiān)測,對人類居住環(huán)境進行定點、定時監(jiān)測,對污染源頭進行遙控監(jiān)測。常規(guī)分析儀器體積龐大,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,能源消耗大,維持儀器正常運轉(zhuǎn)費用高?,F(xiàn)在隨著新材料、新器件、微電子技術(shù)的發(fā)展,已使儀器制造小型化、性能價格比優(yōu)異、自動化程度高的分析儀器。
4、應(yīng)用日益拓展
在20世紀(jì)前些年,經(jīng)典的分析技術(shù)和分析儀器主要是為現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)大生產(chǎn)服務(wù)的,主要為了適應(yīng)分析、監(jiān)控工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、保證產(chǎn)品質(zhì)量、保障大生產(chǎn)流程安全的要求而發(fā)展、提高的;當(dāng)今世紀(jì)之交分析技術(shù)和分析儀器的“用武之地”已經(jīng)大大拓展,zui引人注目的是在生物、環(huán)保、醫(yī)學(xué)等有關(guān)人的生存、發(fā)展領(lǐng)域的應(yīng)用日新月異現(xiàn)代高科技在軍事方面的發(fā)展也促進了分析技術(shù)和分析儀器的應(yīng)用拓展(例如生物武器、化學(xué)武器戰(zhàn)爭中高速、靈敏、準(zhǔn)確的現(xiàn)場毒物檢測、生命保障任務(wù)也大大擴大了分析儀器的應(yīng)用領(lǐng)域)。由此可見,在新世紀(jì)到來后,分析技術(shù)和分析儀器的應(yīng)用由“物”→“人”的拓展趨勢將更加顯著。我們必須看準(zhǔn)這個發(fā)展潮流,在分析儀器事業(yè)的發(fā)展思路中擺正位置、選好方向。
5、新技術(shù)革命的關(guān)鍵技術(shù)是信息技術(shù)。信息技術(shù)由測量技術(shù)、計算機技術(shù)、通訊技術(shù)三部分組成。測量技術(shù)是關(guān)鍵和基礎(chǔ)。分析儀器作為zui重要的測量技術(shù)自然是信息技術(shù)的重要組成部分。沒有新的分析方法、分析技術(shù)和相應(yīng)的全新分析儀器,不能更高、更全面、更靈敏、更可靠、更方便地獲取研究、生產(chǎn)、社會、環(huán)境等領(lǐng)域中的分析檢測信息,新世紀(jì)的信息時代就無從談起。這是我們在世紀(jì)之交期間面臨新形勢的一個特征,也是分析儀器新技術(shù)、新元器件、新產(chǎn)品會不斷涌現(xiàn)、高科技含量越來越大的緣由。因此,為適應(yīng)現(xiàn)代高科技研究和產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展,作為信息時代信息獲取-處理-傳輸鏈的源頭技術(shù),分析儀器技術(shù)的發(fā)展是必然的。
6、近年來超分子化學(xué)識別理論的深入普及,儀器分析方法的選擇性已由經(jīng)典意義拓展至手性水平。無疑,分析方法靈敏度的提高更實際更重要??梢哉f是21世紀(jì)現(xiàn)代儀器分析科學(xué)的主攻方向。當(dāng)然,靈敏度提高包括有化學(xué)和物理兩種途徑。如建立新的檢測原理,也必然涉及儀器和相關(guān)技術(shù)改進。靈敏度提高的zui終目標(biāo)是實現(xiàn)單原子(分子)檢測。近幾年,也有這方面報道,然而多以激光誘導(dǎo)熒光或共振電離(RIS)為檢測原理。筆者認(rèn)為,單分子(原子)檢測是21世紀(jì)的主攻方向,是提高儀器分析方法靈敏度研究的動力之一,提高信噪比也是提高靈敏度的關(guān)鍵。