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现代分析仪器的应用及发展

2012-10-19 11:47
小伊琳
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现代分析仪器的应用及发展

  与任何其它科学技术发展一样,分析仪器的发展及其不同阶段的特点是与社会发展和生产实践密切相关的。一种新的分析仪器的诞生、完善和广泛应用,经常需要具备下几个条件:

  第一、满足人们在生产实践或认识自然过程中急迫的需要。

  第二、核心原理的发现以及相关技术的发展。

  第三、大量生产过程中的组织管理、应用研究及推广培训。

1 分析仪器的发展史

  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。

  分析仪器的发展史并不很长,大约只有70多年。

  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,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。

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