試談分析化學的發展趨勢
作者:化工綜合網發布時間:2021-11-12分類:無機化工瀏覽:65
分析化學學科的發展經歷了三次巨大變革:第一次是隨著分析化學基礎理論,特別是物理化學的基本概念(如溶液理論)的發展,使分析化學從一種技術演變成為一門科學,第二次變革是由于物理學和電子學的發展,改變了經典的以化學分析為主的局面,使儀器分析獲得蓬勃發展。目前,分析化學正處在第三次變革時期,生命科學、環境科學、新材料科學發展的要求,生物學、信息科學,計算機技術的引入,使分析化學進入了一個嶄新的境界。第三次變革的基本特點:從采用的手段看,是在綜合光、電、熱、聲和磁等現象的基礎上進一步采用數學、計算機科學及生物學等學科新成就對物質進行縱深分析的科學;從解決的任務看,現代分析化學已發展成為獲取形形色色物質盡可能全面的信息、進一步認識自然、改造自然的科學。現代分析化學的任務已不只限于測定物質的組成及含量,而是要對物質的形態(氧化-還原態、絡合態、結晶態)、結構(空間分布)、微區、薄層及化學和生物活性等作出瞬時追蹤、無損和在線監測等分析及過程控制。隨著計算機科學及儀器自動化的飛速發展,分析化學家也不能只滿足于分析數據的提供,而是要和其它學科的科學家相結合,逐步成為生產和科學研究中實際問題的解決者。近些年來,在全世界科學界和分析化學界開展了“化學正走出分析化學”、“分析物理”、“分析科學”等熱烈議論,反映了這次變革的深刻程度。
未來化學在人類生存、生存質量和安全方面將以新的思路、觀念和方式繼續發揮核心科學的作用。應該說,20世紀的化學科學在保證人類衣食住行需求、提高人類生活水平和健康狀態等方面起了重大作用,21世紀人類所面臨的糧食、人口、環境、資源和能源等問題更加嚴重,雖然這些難題的解決要依賴各個學科,但無論如何總是要依靠研究物質基礎的化學學科。
(1)化學仍然是解決食品問題的主要學科之一
化學將在設計、合成功能分子和結構材料以及從分子層次闡明和控制生物過程(如光合作用、動植物生長)的機理等方面,為研究開發高效安全肥料、飼料和肥料/飼料添加劑、農藥、農用材料(如生物可降解的農用薄膜)、生物肥料、生物農藥等打下基礎。利用化學和生物的方法增加動植物食品的防病有效成分,提供安全的有防病作用的食物和食物添加劑,改進食品儲存加工方法,以減少不安全因素等,都是化學研究的重要內容。
(2)化學在能源和資源的合理開發和高效安全利用中起關鍵作用
在能源和資源方面,未來化學要研究高效潔凈的轉化技術和控制低品位燃料的化學反應;新能源如太陽能以及高效潔凈的化學電源與燃料電池等都將成為21世紀的重要能源,這些研究大多都需要從化學基本問題作起,否則,很難取得突破。礦產資源是不可再生的,化學要研究重要礦產資源(如稀土)的分離和深加工技術以及利用。
(3)化學繼續推動材料科學的發展
各種結構材料和功能材料與糧食一樣永遠是人類賴以生存和發展的物質基礎。化學是新材料的“源泉”,任何功能材料都是以功能分子為基礎的,發現具有某種功能的新型結構回引起材料科學的重大突破(如富勒烯)。未來化學不僅要設計和合成分子,而且要把這些分子組裝、構筑成具有特定功能的材料。從超導體、半導體到催化劑、藥物控釋載體、納米材料等都需要從分子和分子以上層次研究材料的結構。20世紀化學模擬酶的活性中心的研究已取得進展,未來將會在可用于生產、生活和醫療的模擬酶的研究方面有所突破,而突破是基于構筑既有活性中心又有保證活性中心功能的高級結構的化合物。21世紀電子信息技術將向更快、更小、功能更強的方向發展,目前大家正在致力于量子計算機、生物計算機、分子器件、生物芯片等新技術,標志著“分子電子學”和“分子信息技術”的到來,這就要求化學家作出更大的努力,設計、合成所需要的各種物質和材料。
(4)化學是提高人類生存質量和生存安全的有效保障
在滿足生存需要之后,不斷提高生存質量和生存安全是人類進步的重要標志。化學可從三個方面對保證生存質量的提高做出貢獻:① 通過研究各種物質和能的生物效應(正面的和負面的)的化學基礎,特別是搞清兩面性的本質,找出最佳利用方案;② 研究開發對環境無害的化學品和生活用品,研究對環境無害的生產方式,這兩方面是綠色化學的主要內容;③ 研究大環境和小環境(如室內環境)中不利因素的產生、轉化和與人體的相互作用,提出優化環境建立潔凈生活空間的途徑。
健康是重要的生存質量的標志。維持健康狀態靠預防和治療兩方面,以預防為主。預防疾病是21世紀醫學的中心任務。化學可以從分子水平了解病理過程,提出預警生物標志物的檢測方法,建議預防途徑。
展望未來,二十一世紀的化學仍將是一門中心的、實用的和創造性的科學,它將幫助我們解決人類所面臨的一系列重大問題,與此同時,化學將得到進一步發展。我們有理由相信21世紀的化學將更加繁榮興旺,化學將迎來它的黃金時代
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