分析化学前沿领域_西南大学.ppt

分析化学前沿领域分析化学前沿领域一、分析化学的发展现状一、分析化学的发展现状二、分析化学的发展趋势二、分析化学的发展趋势三、当今分析科学的前沿领域三、当今分析科学的前沿领域一、分析化学的发展现状一、分析化学的发展现状 分析化学的发展分析化学的发展分析分析技术技术经典经典分析化学分析化学近代近代分析化学分析化学现代现代分析化学分析化学分析化学经历了三次重大变革。分析化学经历了三次重大变革。19世纪末世纪末20世纪世纪30年代年代溶液化学分析溶液化学分析20世纪世纪30年代年代70年代年代仪器分析仪器分析/物理方法物理方法 20世纪世纪70年代末年代末现代现代近代分析化学：物质的定性和定量近代分析化学：物质的定性和定量一、分析化学的发展现状一、分析化学的发展现状现代分析化学：现代分析化学：创立和应用各种创立和应用各种方法、仪方法、仪器和策略器和策略以获得以获得在时间和空在时间和空间内有关物质的组成、结构、间内有关物质的组成、结构、形态等全面信息。形态等全面信息。现代分析化学融合许多学科的新成果，形成了许现代分析化学融合许多学科的新成果，形成了许多当代非常活跃的研究应用领域：多当代非常活跃的研究应用领域：无机分析、有机分析、生化分析、细胞分析无机分析、有机分析、生化分析、细胞分析临床分析、环境分析、药物分析、食品分析临床分析、环境分析、药物分析、食品分析材料分析、过程分析、质量控制材料分析、过程分析、质量控制波谱分析、化学信息学、生物信息学波谱分析、化学信息学、生物信息学纳米分析化学、芯片分析化学纳米分析化学、芯片分析化学分析仪器研制分析仪器研制 分析化学的研究应用范围分析化学的研究应用范围一、分析化学的发展现状一、分析化学的发展现状二、分析化学的发展趋势二、分析化学的发展趋势 分析仪器分析仪器的研制与开发的研制与开发已经成为分析化学研究已经成为分析化学研究的重要内容的重要内容二、分析化学的发展趋势二、分析化学的发展趋势绿色绿色分析化学技术正成为热点分析化学技术正成为热点 不用或少用有害化学试不用或少用有害化学试剂，将环境污染减少到最低剂，将环境污染减少到最低限度。限度。直接检测技术直接检测技术无需样无需样品预处理，如电化学方法、品预处理，如电化学方法、光谱方法（光谱方法（光达光达/Lidar）等。）等。二、分析化学的发展趋势二、分析化学的发展趋势绿色绿色分析化学技术正成为热点分析化学技术正成为热点 不用或少用有害化学试不用或少用有害化学试剂，将环境污染减少到最低剂，将环境污染减少到最低限度。限度。直接检测技术直接检测技术无需样无需样品预处理，如电化学方法、品预处理，如电化学方法、光谱方法（光谱方法（光达光达/Lidar）等。）等。二、分析化学的发展趋势二、分析化学的发展趋势 分析化学的主要应用领域正在向分析化学的主要应用领域正在向生命科学、生命科学、材料科学材料科学和和环境科学环境科学等领域转移等领域转移三、当今分析科学的前沿领域三、当今分析科学的前沿领域 21世纪化学的世纪化学的4大难题大难题:合成化学难题合成化学难题化学反应理论化学反应理论 材料化学难题材料化学难题结构和性能的定量关系结构和性能的定量关系 生命化学难题生命化学难题生命现象的化学机制生命现象的化学机制 纳米尺度难题纳米尺度难题三、当今分析科学的前沿领域三、当今分析科学的前沿领域化学既是传统自然科学中承上启下的中心科学，化学既是传统自然科学中承上启下的中心科学，也是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、也是与信息、生命、材料、环境、能源、地球、空间和核科学等空间和核科学等8 8大朝阳科学都有紧密联系、交叉、大朝阳科学都有紧密联系、交叉、渗透的中心科学。渗透的中心科学。21世纪的四大科学领域：生命科学、信息科学、世纪的四大科学领域：生命科学、信息科学、材料科学和环境科学，特别是生命科学与环境科材料科学和环境科学，特别是生命科学与环境科学的发展，向分析化学提出了更高、更严峻的挑学的发展，向分析化学提出了更高、更严峻的挑战。战。1、生命科学中的分析化学生命科学中的分析化学分析科学与解决生命科学的核心科学问题相结合分析科学与解决生命科学的核心科学问题相结合,建立各种分析化学平台、信息的加工与整合系统。建立各种分析化学平台、信息的加工与整合系统。生命体系自身的各种复杂过程过程迫切需要超高灵生命体系自身的各种复杂过程过程迫切需要超高灵敏度、选择性、在线动态跟踪、单细胞实时分析、敏度、选择性、在线动态跟踪、单细胞实时分析、单分子检测技术等有效的分析方法单分子检测技术等有效的分析方法,提供高通量的提供高通量的生物信息和数据。生物信息和数据。2008年诺贝尔化学奖(Roger Y.Tsien,Osamu Shimomura,Martin Chalfie)1、生命科学中的分析化学生命科学中的分析化学 对分析化学提出的要求：对分析化学提出的要求：1）灵敏、选择、无损探测；）灵敏、选择、无损探测；2）活体）活体-实时实时-动态跟踪动态跟踪,单细胞、单分子分析；单细胞、单分子分析；3）新的生物活性分子的发现、分离、提纯和表征）新的生物活性分子的发现、分离、提纯和表征技术；技术；4）微量和超微量生物活性物质的原位、实时、在）微量和超微量生物活性物质的原位、实时、在体和在线分析。体和在线分析。1、生命科学中的分析化学、生命科学中的分析化学1 1）后基因组学）后基因组学:基因诊断基因诊断基因治疗基因治疗基因药物开发等基因药物开发等1、生命科学中的分析化学生命科学中的分析化学 需要解决的分析化学问题需要解决的分析化学问题1、生命、生命科学中的分析化学科学中的分析化学人类基因组计划（人类基因组计划（1990，2003）基因测序基因测序The$1,000 Genome in 24 hours!需要解决的分析化学问题需要解决的分析化学问题2）蛋白组学：）蛋白组学：小分子与蛋白质、核酸等大分小分子与蛋白质、核酸等大分子作用引起其构象的变化并影子作用引起其构象的变化并影响其功能，糖一蛋白化合物结响其功能，糖一蛋白化合物结构多样性如何决定其功能的多构多样性如何决定其功能的多样性，真核细胞周期调控中的样性，真核细胞周期调控中的蛋白质磷酸化作用等。蛋白质磷酸化作用等。1、生命科学中的分析化学生命科学中的分析化学 需要解决的分析化学问题需要解决的分析化学问题3）单分子、单细胞分析以及）单分子、单细胞分析以及实时活体分析实时活体分析4)生命体系复杂过程中的分生命体系复杂过程中的分析化学研究析化学研究5）重大疾病的预警与快速检）重大疾病的预警与快速检测测(SARS、甲型H1N1流感)1、生命科学中的分析化学生命科学中的分析化学 需要解决的分析化学问题需要解决的分析化学问题6）化学生物学及其相关问题：）化学生物学及其相关问题：药物作用靶点的识别；组药物作用靶点的识别；组合化学药物合成的筛选；合化学药物合成的筛选；高通量的药物分析化学高通量的药物分析化学7)中草药有效成分分析中草药有效成分分析指指纹图谱纹图谱8)滥用药物的监控及分析滥用药物的监控及分析1、生命生命科学中的分析化学科学中的分析化学THE SMALL-MOLECULE APPROACH TO BIOLOGY生命科学的发展生命科学的发展,提出的问题和挑战提出的问题和挑战,为分析化为分析化学的发展提供了前所未有的机遇学的发展提供了前所未有的机遇 基因检测基因检测研究带动了世纪整个生命科学的迅速发研究带动了世纪整个生命科学的迅速发展展,可以预计可以预计,在在2121世纪相当长的时期内世纪相当长的时期内,基因基因研究仍将继续推动生命科学研究向纵深发展研究仍将继续推动生命科学研究向纵深发展,基基因检测不仅对生物学研究至关重要因检测不仅对生物学研究至关重要,而且对临床而且对临床医学、环境监控、法学鉴定等领域具有极其重要医学、环境监控、法学鉴定等领域具有极其重要的意义。的意义。1、生命科学中的分析化学生命科学中的分析化学2、环境科学中的分析化学环境科学中的分析化学可持续发展是世界各国都极为关注的问题，针对环可持续发展是世界各国都极为关注的问题，针对环境保护，绿色化学应运而生。境保护，绿色化学应运而生。分析化学介入环境化学与绿色化学的核心问题，特分析化学介入环境化学与绿色化学的核心问题，特别要关注以下各项：别要关注以下各项：环境分析化学环境分析化学环境过程化学与分析化学环境过程化学与分析化学环境生化分析环境生化分析绿色化学中分析测试问题绿色化学中分析测试问题环境分析测试仪器等环境分析测试仪器等2、环境科学中的分析化学环境科学中的分析化学3、材料与信息科学中的分析化学材料与信息科学中的分析化学材料科学：材料科学：纳米材料的结构分析纳米材料的结构分析纳米材料的可控组装及表征纳米材料的可控组装及表征纳米材料的谱学分析、界面表征纳米材料的谱学分析、界面表征纳米材料及其成像技术在分析检测中的应用纳米材料及其成像技术在分析检测中的应用纳米材料在生命科学研究中的应用纳米材料在生命科学研究中的应用3、材料与信息科学中的分析化学材料与信息科学中的分析化学STM:1981，Binnig&Rohrer(Nobel Prize,1986)多传感器信息融合技术多传感器信息融合技术 由信息科学与分析科学交叉而产生由信息科学与分析科学交叉而产生,它源自军它源自军事科学中的电子对抗事科学中的电子对抗,可以从复杂的体系中识别和可以从复杂的体系中识别和检测特定的微弱信号检测特定的微弱信号,目前在许多领域已得到应用。目前在许多领域已得到应用。如果能在生命科学中生物信息流（细胞内信号的传如果能在生命科学中生物信息流（细胞内信号的传导）的整合、检测研究中成功应用导）的整合、检测研究中成功应用,必将能获得高必将能获得高通量的生物信息。通量的生物信息。3、材料与信息科学中的分析化学材料与信息科学中的分析化学4、过程化学中的分析化学过程化学中的分析化学化学学科应是由化学和化学工程两大部分构成。化学学科应是由化学和化学工程两大部分构成。化学工程中分析化学问题的研究是今后必须得到化学工程中分析化学问题的研究是今后必须得到加强的领域，尤其是石油化工工程的质控及在线加强的领域，尤其是石油化工工程的质控及在线分析以及酶生产工程中的分析问题。分析以及酶生产工程中的分析问题。5、发展分析化学的发展分析化学的 新原理、新技术和新方法新原理、新技术和新方法发展基于新原理的分析方法和相应的仪器，分子发展基于新原理的分析方法和相应的仪器，分子自组装及其分子器件，仿生催化与纳米分子电子自组装及其分子器件，仿生催化与纳米分子电子器件，极端条件下的分析测试，分析仪器的小型器件，极端条件下的分析测试，分析仪器的小型化、微型化和智能化，联机技术智能化，各种传化、微型化和智能化，联机技术智能化，各种传感器和超微电极的研究，新分离和富集方法的研感器和超微电极的研究，新分离和富集方法的研究，究，“数据融合数据融合”在分析化学中的应用，微流控在分析化学中的应用，微流控芯片、生物芯片，防生化武器的高效、小型测试芯片、生物芯片，防生化武器的高效、小型测试仪器，化工生产和过程化学中的在线分析等等仪器，化工生产和过程化学中的在线分析等等.微流控芯片微流控芯片5、发展分析化学的发展分析化学的 新原理、新技术和新方法新原理、新技术和新方法5、发展分析化学的发展分析化学的 新原理、新技术和新方法新原理、新技术和新方法量子点量子点5、发展分析化学的发展分析化学的 新原理、新技术和新方法新原理、新技术和新方法纳米孔纳米孔 Nanopore