化学史第十二章仪器分析的产生和发展.doc

第十二章 仪器分析的产生和发展 二十世纪以来，分析化学在工业生产和科学技术高速发展的推动下，继续向前迈进。在原有的各种经典方法继续不断充实、完善的同时，由于生产和科学研究的发展不断对分析化学提出新的要求，从而更进一步兴起和发展出了一系列分析化学的新分支。 但直到目前，分析试样中常量元素或常量组分的测定基本上仍是普遍采用经典的化学分析方法。而在本世纪四十年代以后，则基本上便以容量分析为主了，重量分析一般只是在没有合适的容量方法和要求高度准确性的情况下才应用一下。这两种经典的化学分析方法本世纪以来可以说没有本质上的变革。因此他们在本世纪的发展状况，我们在第八章中就简单地一并叙述了。 本世纪以来，特别是三十年代后，工业生产和各种科学技术、科学研究对分析化学提出的一个新课题是对试样中微量及痕量组份的测定，即对分析灵敏度的要求越来越高。起初时，是由于工业和科学技术更多地应用了具有各种特殊性能的稀有元素，而稀有元素在矿石中的含量往往在万分之一以下；经典的重量与容量分析方法便不再适应这种分析要求。而近代科学技术的发展对许多新材料，特别是超纯材料的质量更不断提出一系列更高的纯度要求，例如在原子能工业中，反应堆材料对中子截面大的有害杂质往往要求不能超过10-4—10-6%；喷气技术用的耐高温材料对纯金属的要求也很严格，对有害杂质的含量也必须限于10-4%以下。超纯物质中对纯度要求最严格的是半导体材料，为了保证半导体材料在电于技术、电工学、远距离控制、自动化及其他技术的特殊性能，提出杂质分析的灵敏度要达到在10-6—10-8% 。随着工业的发展，十几年来环境保护问题也被提出来了，对大气、天然水、农作物、水产品中有害痕量物质的分析便成为当前各国分析化学家的重大研究课题。二十世纪以来，一些新的分析技术，如吸收光度法、发射光谱法、萤光法、各种类型的极谱法、放射化分析法、质谱法等等几乎都是在这种要求的推动刺激下，或是新产生了出来的，或是在原有基础上获得了极大的发展。痕量杂质的分析也促进了分析化学中各种富集法的发展。 本世纪以来，科学技术的发展，特别是原子能工业、石油化工、生物化学及医药化学的发展，还不断提出许多复杂混合物质分析的新课题。这些复杂的混合物往往性质很相似，在测定时彼此有种种干扰，例如稀土元素、石油气、氨基酸、裂变产物等等，在分别测定前往往对他们需要进行分离，这就兴起和促进了一系列分离技术的发展，例如萃取、蒸馏、离子交换、色层、共沉淀等技术在本世纪以来都取得了极大成就，这些成就也是分析化学发展中不可分割的一部分。 本世纪以来、分析化学为了解决以上一系列新课题，广泛地吸取了化学及其他学科所取得的各种成就，也正因为如此，分析化学的发展也更依赖于工业和其他科学技术发展的水平。例如光学分析法利用到各种类型的光源（氢灯、氙弧灯、各种空心阴极灯）、光电管和棱镜、光栅等；各种类型的极谱仪大量利用了电子学原理和电子技术；放射化分析更需要依赖于反应堆和加速器。由于以上提到的这些新的分析方法都是采用了电学、电子学和光学的仪器，所以这些方法常常统称为“仪器分析”。 在本世纪以来，在仪器分析中，除了解决物质的成分分析外，为了研究物质的微观结构，还兴起了一系列新的分子结构和晶体结构的测试技术，这些方法我们将放在第十四章中去介绍。 仪器分析所牵涉到的学科领域远较十九世纪时的经典分析化学宽阔得多，在这本简要的化学发展史中，我们不可能面面俱到，只能论及那些发展较早、应用已经比较普遍的几个方面，作些简单介绍。为了历史叙述的连贯起见，这些方法的早期发展状况，我们也一并在本章来叙述。 第一节 光度分析法的产生和发展 一 发射光谱分析 发射光谱分析可以说是光学分析法中最古老的一种。它的理论基础是光谱学。当人们发现白色光可以分散成它的组成部分，而后又发现光谱并从事色散研究的时候，便引起了光谱学的兴起。 早在1666年，牛顿就注意到：如果把一块棱镜放到一个光源和一块屏幕之间，则其映象就变为彩色的了。根据该实验，他判断太阳的白光是由不同折射系数的光线组成的，这些不同光线的特殊颜色是与其折射系数有关的，即不同折射系数的光具有不同的颜色。然后他通过对各种棱镜性能以及狭缝宽度的研究，试图获得一个较好的色散。最后他取得了一个25厘米宽的光谱。从此光谱学作为物理学的一个分支便兴起来了。 前已述及，1762年德国矿物化学家马格拉夫在实验中发现钠盐和钾盐可以使火焰着上特征的彩色。 1800年，英国天文学家赫休尔（J．F．W. Herschel，1792——1871）测量了处于太阳光谱中不同部位之辐射的温度，发现处于光谱红端的辐射温度较高，他又继续对光谱红端以外的辐射进行研究，指出在此区域的辐射温度甚至更高，并从而判断在此