仪器分析的发展.pdfVIP

仪器分析的发展

一个世纪以来，分析仪器的发展是伴随着新的技术及科学知识同步发展的，

分析仪器的诞生正随着人们的要求的提高和科学技术的发展，由简单的仪器进

化为复杂的仪器，由常量的分析发展到快速、高灵敏、痕量和超痕量的分析，

由手动分析发展到自动分析，以及由简单一的分析方法发展到多种方法的联用

方法或多维方法。在工业生产和在科学研究工作中由取样分析发展到在线分析

和不用取样的原位分析，甚至还要求非破坏性检测及遥测。由单纯的元素分析

发展到元素的状态分析，过去的总体分析，现在则要求进行空间多维的分析，

近几十年来各学样之间的交叉和渗透是最显著的。

从上世纪20年代开始，最早的仪器是较简单的设备，如天平、滴管等。分

析工作者用目视和手动的方法一点一点地取得数据，然后作记录，分析人员介

入了每一个分析步骤。

第二阶段是1930~1960年间，人们使用特定的传感器把要测定的物理或化

学性质转化为电信号，然后用电子线路使电信号再转化为数据。如当时的紫外

及红外光谱、极谱仪等，碳硫分析仪分析工作者用各种电钮及各种开关来使上

述电信号再转化为数据，如当时的紫外光谱、极谱仪等，分析工作者用各种电

钮及各种开关来使上述电信号转化到各种表头或记录器。

到1960年以后微型计算机的应用，也就形成了第三代分析仪。这些计算机

与已有的分析仪器相联，用来处理数据。有时可以用计算机的程序送入简单的

指令，并由计算机驱使分析仪器自动处于最佳操作条件，并监控输出的数据。

但脱离了计算机，当时的分析仪器还是可以独立工作的。一般要求工作者必须

对计算机十分熟悉才能使用这类系统。

微处理机芯片的制造成功，进一步促进了第四代分析仪器的产生。新的技

术如傅里叶变换的红外光谱仪及核磁振仪的相继出现，都是用计算机直接操作

并处理结果的。有时可以仅用一台计算机同时控制几台分析系统，键盘及显示

屏代替了控制钮及数据显示器等。某一特定分析方法的各种程序及参数都中预

选储存在仪器内，再由分析者随时调出，此时分析工作者则大量依赖于仪器制

造商的现成软件，操作显得很简单，但分析工作者也就离仪器各部件更加遥远。

第五代分析仪器始于90年代，此时计算机的价格/性能比进一步改进，因

而有可能采用功能十分完善的个人计算机来控制第四代分析仪器，因此分析工

作中必不可少的制样、进样过程都可以自动进行。已有一些仪器制造商可以提

供工作站，其中包括各种制样技术，如稀释、过滤、抽提等模式，样品在不同

设备中的移动可以用诸如流动注射或机器人进行操作。目前对于环境样品的分

析已有这类标准模式全自动的仪器出售。高效的图像处理可以让工作及监控分

析过程自动进行，并为之提供报告及结果的储存。

上述新一代分析仪器大部分是从计算机应用的程度来考虑的，因此并不能

排斥前几代仪器中硬件的继续发展。分析工作者看上去是离分析仪器的分析部

分越来越远，但各种分析的核心原理的突破及发展仍是不可忽视的。

分析仪器将为人类认识自然及改造自然提供更完善的手段，在大量应用中，

对操作者的技术要求会越来越少，但所得的结果必须是越来越精密可靠。未来

的仪器将在硬件和软件两方面并行发展，使之更为智能化、高效、多用，其中

的碳硫分析仪检测原理将变得更具有选择性、更加深入和达到高灵敏度。

一、光学分析的应用

光学分析方法是建立在电磁辐射与物质相互作用的基础上的，光学分析仪

器是探测此种相互作用的工具。根据电磁辐射与物质相互作用性质的不同，光

学分析方法可以分为光谱法与非光谱法两类:

1、以测量电磁辐射与物质相互作用引起原子、分子内部量子化能级之间的

跃迁产生的发射、吸收、散射波长或强度变化为基础的一类光学分析方法，归

为光谱法。

2、以测量电磁辐射与物质相互作用引起其传播方向，速度，偏振性与其它

物理物质改变的一类光学分析方法，归属于非光谱法。在分析化学中，光谱法

比非光谱法的用途更为广泛。

光学分析仪器的具体结构与复杂程度判别很大，但都包括以下四个基本组

成部分:信号发生器，检测系统，信号处理系统，信号读出系统，在现代化的仪

器中，还配有计算机控制系统。

信号发生器是将被测物质的某一物理或化学性质转变为分析信号，如原子、

分子吸收辐射产生的原子，分子吸收光谱，物质受电，热激发产生的原子发射

光谱等，都是分析信号。产生原子、分子吸收光谱的辐射光源，产生原子发射

光谱的电弧，火花光源等即为信号发生器。

检测器是对产生的分析信号进行检测，并将其转变