汪小波
人類基因組計(jì)劃由生物學(xué)家提出，實(shí)際工作卻是由分析化學(xué)家完成，可以說該計(jì)劃是人類基因化學(xué)測(cè)序計(jì)劃、蛋日質(zhì)組學(xué)研究的關(guān)鍵是測(cè)蛋白質(zhì)的相對(duì)分子質(zhì)量，若用傳統(tǒng)的質(zhì)譜法來測(cè)，蛋白質(zhì)分子將斷裂成許多小片段而難以測(cè)定其 mr 。日本人田中耕一（本科生）發(fā)現(xiàn) Co 的納米粒子可以吸收熱而防止蛋白質(zhì)分子分解，內(nèi)三醇可以帶著蛋白質(zhì)分子揮發(fā)出來而進(jìn)入質(zhì)譜儀，這一創(chuàng)造性的實(shí)驗(yàn)技術(shù)很好解決了蛋白質(zhì)的 k 測(cè)定難題。田中耕一獲得2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。在食品安全領(lǐng)域，蘇丹紅（ I ）的檢測(cè)可采用高效液相色譜法來進(jìn)行分離，然后用紫外可見光譜來檢測(cè)，呈現(xiàn)明顯的吸收峰。在環(huán)保領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)研究領(lǐng)域等諸方面，更是離不開分析化學(xué)的提供的化學(xué)信息。
一、從分析化學(xué)到分析科學(xué)是化學(xué)家的創(chuàng)新歷程
量子化學(xué)家徐光憲院士認(rèn)為，化學(xué)的核心任務(wù)是合成化學(xué)和分析化學(xué)。分析化學(xué)因儀器分析的日新月異而獲得空前發(fā)展，儀器分析手段又不斷推動(dòng)組合化學(xué)和超分子化學(xué)等學(xué)科研究。反映到高中化學(xué)教材中來，選修3和選修5介紹了光譜分析中的原子吸收光譜（ AAS )、原子發(fā)射光譜（ AES )、紅外光譜（ IR )、核磁共振譜（ NMR )，介紹了混合物分離技術(shù)的色譜法，測(cè) Mr 的質(zhì)譜法（ MS ）等等。 AES 、 AAS 、 MRI 、 UV 、 IR 、 MS 等儀器分析方法背后的理論依據(jù)是量子力學(xué)原理。能級(jí)是能量量子化直觀描述。 AES 、 AAS 是電子在原子能級(jí)中躍遷的結(jié)果； NMR 是核自旋與外加磁場(chǎng)方向不同產(chǎn)生能級(jí)，原子核發(fā)生躍遷的結(jié)果；紫外可見光譜( UV - Vis ）是分子中電子躍遷的結(jié)果； IR 是分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)量子化的結(jié)果。
光譜分析法在科學(xué)研究中發(fā)揮著重要作用，有吸收光譜法、發(fā)射光譜法和散射光譜法三種。樣品中的未知元素可通過原子發(fā)射光譜（ AES ）和原子吸收光譜（ AAS ）來判斷。有人用 AES 測(cè)定牙釉質(zhì)與牙本質(zhì)中某些微量元素與齲病的關(guān)系，為齲病的治療和科研提供參考依據(jù)。 AAS 對(duì)口腔修復(fù)的烤瓷合金的金屬離子進(jìn)行分析，研究合金的耐腐蝕性和生物相容性。 IR 譜可準(zhǔn)確區(qū)分健康和病變的牙周組織。紫外可見光譜( UV - Vis ）可判斷分子結(jié)構(gòu)中有無共軛結(jié)構(gòu)。有人研究了荷葉提取物對(duì)口腔的主要致病菌的抑制作用，從 w 上看提取物是黃酮類化合物，' HNMR 證實(shí)其分子式CH012（金絲桃苷）。 X ﹣射線衍射圖譜可提供晶體結(jié)構(gòu)信息。通過光譜分析可獲取來自宏觀和微觀世界的信息。質(zhì)譜（ MS ）和色譜法不屬于光譜分析的范圍。 IS 譜可測(cè) Mr 和部分結(jié)構(gòu)信息，色譜法則是各種分離技術(shù)中效率最高、應(yīng)用最廣、發(fā)展最迅速的方法，也可進(jìn)行定量分析。缺乏儀器分析知識(shí)難以進(jìn)行科研。儀器分析的強(qiáng)勁優(yōu)勢(shì)正逐漸取得傳統(tǒng)的化學(xué)分析。聯(lián)用技術(shù)、智能化的儀器分析方法的高效、快速、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，為化學(xué)家們所稱道。雖然各種分析方法的圖譜的解析非常繁瑣，但將實(shí)測(cè)的圖譜在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行比對(duì)，可迅速準(zhǔn)確得出分析結(jié)果。
儀器分析方法應(yīng)用領(lǐng)域極其廣泛，加之電子技術(shù)和信息技術(shù)的滲透，分析化學(xué)已成為化學(xué)科學(xué)中發(fā)展最為迅猛的領(lǐng)域，逐漸形成分析科學(xué)，成為眾多學(xué)科共同參與形成的綜合性學(xué)科，有人認(rèn)為21世紀(jì)科技發(fā)展前景，在很大程度上取決于和依賴于分析科學(xué)。清華大學(xué)的量子點(diǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了儀器分析技術(shù)的傻瓜化，使大眾也能感受儀器分析技術(shù)的魅力。分析化學(xué)的發(fā)展也自然反映到高中化學(xué)教材中，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)知識(shí)的更新，拓展了學(xué)生的科學(xué)視野。
選修3和選修5分別從不同角度介紹了 IR 譜。分子有不同層次的量子化運(yùn)動(dòng)，平動(dòng)能級(jí)差很小，難以研究其光譜：轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)稍大，吸收發(fā)生在遠(yuǎn)紅外光區(qū)：振動(dòng)能級(jí)差更大，吸收發(fā)生在紅外光區(qū)，由此建立起紅外光譜法。分子振動(dòng)包括伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)。 IR 譜圖是由很多峰疊加在一起的復(fù)雜圖譜，沒有 NMR 譜單純?？砂压矁r(jià)鍵想象為成鍵兩原子組成的彈簧振子，紅外光頻率與該彈簧振子頻率相同時(shí)，就引起分子共振吸收，振動(dòng)頻率 V 正比于√ K ( K 為力常數(shù)）, K 值表示鍵的強(qiáng)度。單鍵、雙鍵、叁鍵的 K 值之比為1:2:3，在 IR 譜圖中逐漸移向高波數(shù)。伸縮振動(dòng)引起鍵長變化，彎曲振動(dòng)引起鍵角變化，因此 IR 譜圖可測(cè)定鍵長、鍵角的大小，從而確定分子的立體構(gòu)型（選修3)。 IR 譜圖可判斷化學(xué)鍵類型或官能團(tuán)種類。現(xiàn)代科學(xué)儀器通過對(duì)微觀世界中的蛛絲馬跡信息的感知而實(shí)現(xiàn)對(duì)分子立體構(gòu)型的測(cè)量，非常類似于天文學(xué)家通過恒星的晃動(dòng)信息來推測(cè)繞其運(yùn)行的行星存在。
二、紅外光譜（ IR 譜）
IR 譜可分為官能團(tuán)區(qū)（4000-1500cm1）和指紋區(qū)（1500-650cm1)。官能團(tuán)區(qū)是由伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的，可提供化學(xué)鍵或官能團(tuán)信息。如飽和碳原子、雙鍵碳原子和叁鍵碳原子與 H 原子形成的碳?xì)滏I的吸收峰分別為3000-2850 cm '、3100-3000cm'和3300 cm '，間接表明 c 原子的雜化狀態(tài)對(duì)化學(xué)鍵強(qiáng)度的影響；指紋區(qū)是由單鍵的伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)產(chǎn)生的吸收而形成的極其復(fù)雜光譜，當(dāng)分子結(jié)構(gòu)稍有不同，指紋區(qū)就會(huì)出現(xiàn)細(xì)微差異可實(shí)現(xiàn)對(duì)物的鑒別。如因季節(jié)不同導(dǎo)致中藥材成分的分子結(jié)構(gòu)出現(xiàn)微小差異，不同品牌的酒的品質(zhì)差異，都可在 IR 譜圖的指紋區(qū)顯示出來。
三、核磁共振譜（ NMR 譜）
1946年發(fā)現(xiàn)核磁共振以來，共有6次諾貝爾獎(jiǎng)成果與核磁共振直接相關(guān)。 NMR 譜在各領(lǐng)域中展現(xiàn)了極其廣泛的應(yīng)用。 IR 譜、 NMR 譜均屬于吸收光譜。自旋量子數(shù) I =0的原子核無自旋運(yùn)動(dòng)，不產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象。只有當(dāng) I ≠0的原子核，才有自旋運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生核磁共振現(xiàn)象。核磁是原子核自旋時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)。當(dāng)把這種小磁子放入磁場(chǎng)中，會(huì)有（2I+1）種取向。' H 的 I =1/2，故有兩種取向，產(chǎn)生能級(jí)差，當(dāng)把電磁波頻率 V 調(diào)試到適當(dāng)大小時(shí)，發(fā)生能級(jí)躍遷而產(chǎn)生核磁共振信號(hào)。 I =1/2的原子核，核電荷均勻分布在核表面，核磁共振譜線較窄，很適宜 NMR 檢測(cè)。
1、 NMR 譜在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用以' HNMR 譜為例，我們主要獲取三種信息：信號(hào)的位置、信號(hào)的強(qiáng)度和信號(hào)的裂分，這些均與有機(jī)物分子結(jié)構(gòu)存在密切聯(lián)系。因此 NMR 譜主要用于鑒定有機(jī)物結(jié)構(gòu)，也可作定量分析。在外磁場(chǎng)作用下，分子中的電子云形成環(huán)電流而產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，故原子核真實(shí)感受到的磁場(chǎng)是外加磁場(chǎng)和感應(yīng)磁場(chǎng)的疊加。電子云密度不同，相應(yīng)感應(yīng)磁場(chǎng)不同，其差異能在 NMR 譜顯示出來，區(qū)別著不同位置上的氫原子和碳原子，進(jìn)而解析其結(jié)構(gòu)。峰位置相同的氫原子數(shù)越多，峰面積越大（也可用峰高衡量），峰面積之比等于不同位置上的氫原子數(shù)之比。信號(hào)裂分滿足（ N +1）規(guī)律。如CH2CH2中的' HNMR 譜圖中有2個(gè)峰，峰面積之比3:2，分別有3重峰、4重峰?；衔锓肿邮?CHO , HNMR 譜上有3組峰，提示有3種位置不同的氫原子，峰面積之比為3:3:2，提示有2個(gè)甲基和一個(gè)亞甲基，分子的不飽和度為1，故其結(jié)構(gòu)為 CH ,COCH2CH。中科院將食用油和地溝油分別進(jìn)行核磁共振測(cè)定，與圖譜庫比對(duì)相關(guān)核磁共振譜就可鑒定食用油和地溝油。
2、 NMR 譜在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用1973年在 NMR 譜的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了核磁共振成像技術(shù)（ MRI ),1980年核磁共振應(yīng)用于臨床醫(yī)學(xué)。 B 的磁化率高，產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)，它存在于各種生物組織中，這些都是 MRI 的物質(zhì)基礎(chǔ)。 MRI 信號(hào)來源于人體組織中的自由水和脂肪中的氫質(zhì)子。一個(gè)70kg的人含有50kg的水，生物組織中'占原子數(shù)的2/3。通常情況下人體內(nèi)的氫質(zhì)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向是隨機(jī)無序排列的，宏觀上并不是一塊大磁鐵，但置于磁場(chǎng)中將按外磁場(chǎng)平行的方向作有序排列，呈現(xiàn)與外磁場(chǎng)方向一致或相反的兩種狀態(tài)。為了達(dá)到成像的目的，在外加的均勻磁場(chǎng)之上再疊加一個(gè)與空間位置有關(guān)的梯度磁場(chǎng)。由于共振頻率與空間位置有關(guān)，樣品和反映樣品空間結(jié)構(gòu)信息經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，獲得三維立體或二維斷面成像。因病變改變了正常組織的含水量， MRI 通過水含量分布狀況來把病變部位找出來。 MRI 是無放射損害的綠色成像手段，對(duì)于腦部腫瘤和早期腫瘤診斷有重要的臨床價(jià)值，具有極高的靈敏性，發(fā)現(xiàn)病變能力優(yōu)于 CT 。在做 MRI 體檢時(shí)不能帶磁性物品，因此研究口腔臨床常用的金屬材料對(duì)磁共振成像影響程度就很有必要，金、銀、鈦、銀汞合金和鎳鈦記憶合金因其導(dǎo)磁率低對(duì)磁共振成像無影響，鎳鉻合金的干擾最為嚴(yán)重。
3、在心理學(xué)研究中發(fā)揮重大作用功能性核磁共振成像技術(shù)（ fMRI ）主要探測(cè)的是大腦皮層在心理活動(dòng)過程中靜脈毛細(xì)血管中02濃度的變化。 fMRI 可真實(shí)拍攝人腦中發(fā)生的心過程，使讀心術(shù)成為現(xiàn)實(shí)，在精神疾病的診斷、心理咨詢和心理學(xué)研究方面實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。四川大學(xué)華西醫(yī)院磁共振中心用 fMRI 研究了強(qiáng)迫癥患者腦白質(zhì)損傷，在國際上首次使用 fMRI 研究地震災(zāi)區(qū)幸存者的大腦出現(xiàn)的異常功能變化。有人在美國總統(tǒng)選舉中，曾隨機(jī)抽取選民樣本來做腦部的 fMRI ，精確預(yù)言了選舉結(jié)果。
四、色譜法
該法是1906年俄國植物學(xué)家茨維特創(chuàng)立的混合物分離技術(shù)（選修5)。它是根據(jù)混合物中各組分在互不相溶的兩相中，由于吸附能力的差異，混合物在兩相流動(dòng)時(shí)各組分流動(dòng)速度差異（有重力、真空、高壓瓶、電場(chǎng)等驅(qū)動(dòng)方式），對(duì)各組分進(jìn)行分離，并進(jìn)行定性和定量分析。上世紀(jì)30年代用色譜法對(duì)類胡蘿卜素進(jìn)行分離，色譜法從此得到廣泛應(yīng)用，形成分支學(xué)科色譜學(xué)；1935年合成酚醛樹脂，人們采用離子交換樹脂進(jìn)行色譜分離；1938年將糊狀A(yù)1,02涂在玻璃上，產(chǎn)生了薄層色譜（紫外光照射）;1941年液﹣液分配色譜法使人類基因組計(jì)劃大大提前（原計(jì)劃2050年完成）;1952年創(chuàng)建了氣﹣液色譜法。為了甩掉貧油國的帽子，我國從1954年開始了氣相色譜法的研究，使我國的色譜法研究水平處于世界前列。但色譜儀的制造方面很落后，顯示其創(chuàng)新能力不足。
五、儀器分析在藥物合成中的應(yīng)用
擁有藥物的知識(shí)產(chǎn)權(quán)是目前各國追求的目標(biāo)。用化學(xué)方法提取中藥中的有效成分，并對(duì)其分子結(jié)構(gòu)的測(cè)定，進(jìn)一步改造分子結(jié)構(gòu)以提高其療效，成為中國特色的新藥研究方向。2015年屠呦呦榮獲諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)，正好證明這一點(diǎn)。由于上世紀(jì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的落后，屠呦呦在研究青蒿素的過程中身體受到極大損害。今天的儀器分析技術(shù)在藥物研制中占有巨大優(yōu)勢(shì)。首先是對(duì)中藥成分進(jìn)行分離提取，色譜法是中藥成分分離中最常用、最高效的分離和鑒定方法：然后是用質(zhì)譜法（ MS ）測(cè)定其 Mr ，主要方法有 FD - MS 、 FAB - MS 、 HR - MS 、 EI - MS 和 MALDI - MS 等；最后是測(cè)定分子結(jié)構(gòu)， UV 用于判斷是否存在共軛體系， IR 主要用對(duì)羥基、羰基、苯環(huán)、雙鍵等官能團(tuán)的確認(rèn)， NMR 判斷 H 原子的化學(xué)環(huán)境、各種 H 原子數(shù)和復(fù)雜的分子結(jié)構(gòu)信息。
一旦中藥有效成分的分子結(jié)構(gòu)被確定，化學(xué)家將對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，使其有更好的療效和更低的毒性，最后進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)階段，對(duì)新藥各種指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。如蒿甲醚就是對(duì)青蒿素分子結(jié)構(gòu)修飾后的新藥，挽救了數(shù)百萬人的生命。
汪小波，四川省夾江中學(xué)退休教師，四川省特級(jí)教師。曾任多屆夾江縣政協(xié)常委、夾江中學(xué)教科室主任。曾獲樂山市優(yōu)秀人才、樂山市優(yōu)秀教師、夾江縣首屆名教師等稱號(hào)。發(fā)表論文論著80多篇（部），有多個(gè)教育科研課題獲省市成果。
趙文碧，四川省青神縣河壩子人，三蘇文學(xué)社社長、主編，擅長寫散文與地方傳說，代表作品有《火燒玉蟾寺》、《丞相敬師》等，作品常見于《三蘇文學(xué)》微信公眾號(hào)、江山文學(xué)網(wǎng)、都市頭條、金榜頭條、美篇、百度等。
個(gè)人簡歷
唐小虎，筆名：夢(mèng)里，酷愛文學(xué)。喜愛散文、歌詞創(chuàng)作。《三蘇文學(xué)》常務(wù)社長，微信號(hào)／wxid_s3otpbxws4pn21，青神縣作家協(xié)會(huì)會(huì)員。與音樂走廊合作之歌曲《錦繡青神》、《相知相守風(fēng)雨同舟》、《南方的雪》等廣為傳唱。被百度音樂、MVBOX、酷狗等音樂平臺(tái)收錄其中。多篇散文作品在省、市級(jí)多家自媒體平臺(tái)發(fā)表；主要作品：《青神之夜》、《峨眉情緣》、《老家的味道》、《天下太平 人皆向往》、《漢陽時(shí)光：一捧江水 半輪詩月》、《桂花香溢 歲月沉香》、《“東方明珠”之印象.白果》、《開放包容之浪漫麗江》、《騰沖之約》、《夢(mèng)幻瀘沽湖，摩梭走婚俗》、《洱海的風(fēng)令人醉》、《邛海結(jié)緣》等。
三蘇文學(xué)將在每年年底評(píng)選當(dāng)年三蘇文學(xué)的優(yōu)秀作者，按投稿量、瀏覽量、評(píng)論數(shù)、獲精次數(shù)、上紅榜各占25％，前三名將獲得精美榮譽(yù)證書及至尊獎(jiǎng)杯，并同時(shí)在《三蘇文學(xué)》微信公眾號(hào)、都市頭條、金榜頭條、今日頭條、百度等平臺(tái)廣泛頒布彰顯榮耀，到時(shí)可以做現(xiàn)場(chǎng)頒獎(jiǎng)活動(dòng)。歡迎文學(xué)老師們踴躍參加、積極支持、互相轉(zhuǎn)告。
