分析儀器在生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)中的應用

人們?yōu)榱烁�好地認識自然、改造自然，需要一定的工具來(lái)延伸手及眼的功能。分析儀器為人們提供了不斷深入認識自然的可能性，也為人們在改造自然的過(guò)程中起著(zhù)保證作用。幾乎各行各業(yè)都需要應用分析數據控制產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程和表征產(chǎn)品的質(zhì)量，以確保各種產(chǎn)品的安全生產(chǎn)和合理使用。在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，對人身安全和健康保證也都離不開(kāi)分析數據，近年來(lái)生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)的發(fā)展和深入研究，進(jìn)一步對分析儀器提出了新的挑戰和苛刻的要求。具體地說(shuō)，分析樣品量越來(lái)越少，己由微量級減少到超微量級，要測定的組分濃度己由50年代10－6級(ppm級) 降低到10－12級(ppt級) 甚至更低，現已有監測極限低到10－18級(attogrom，渺級) 以下技術(shù)。

一、 分析儀器在生命科學(xué)中的應用

生命科學(xué)是以生物的生命過(guò)程為研究對象，也是生物、化學(xué)、物理、數學(xué)等學(xué)科之間相互滲透形成的交叉學(xué)科。以基礎科學(xué)來(lái)講，未來(lái)發(fā)展最迅速，影響最大的可能是生命科學(xué)。事實(shí)上世界科學(xué)技術(shù)發(fā)達國家都已將生命科學(xué)列為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域。21世紀是生命科學(xué)世紀，生命科學(xué)的領(lǐng)域主要包括生態(tài)平衡、生物化學(xué)、醫療診斷、健康保健、醫藥制造、毒品檢驗、食品營(yíng)養等。分析儀器發(fā)揮了重要作用。

提到今天的生命科學(xué)，就不能不提到本領(lǐng)域內頭號工程即人類(lèi)基因研究計劃。自1990年正式起動(dòng)以來(lái)，經(jīng)過(guò)全球科學(xué)家的共同努力，目前已完成全部人類(lèi)基因組序列測定工作，這得益探索大分子－核酸、蛋白質(zhì)、結構與功能的各種儀器手段。如利用基因堿基互補配對制造出來(lái)的聚合酶鏈擴增儀（PCR）。毛細管凝膠電泳儀由于其快速、準確、定量的測定蛋白質(zhì)、核酸、以及DNA的特點(diǎn)，較傳統板凝膠電泳的速度快25倍，大大促進(jìn)了這一宏偉計劃的實(shí)現。近年來(lái)，一系列質(zhì)譜軟電離技術(shù)得到新的發(fā)展，使質(zhì)譜技術(shù)發(fā)生了突破性的革新，而且使質(zhì)譜技術(shù)在生命科學(xué)中的應用得到了前所未有的擴展。毛細管電泳／質(zhì)譜聯(lián)用（CE／MS）儀，已被成功應用于多肽和蛋白質(zhì)的鑒定中，傅立葉轉換離子回旋共振質(zhì)譜儀(FTI-CR-MS) 己使得在阿托摩文10－18m0.1L-1水平上進(jìn)行蛋白質(zhì)鑒定成為可能，基質(zhì)輔助激光解吸電離飛行時(shí)間質(zhì)譜(MALDI-TOF-MS) ，可檢測單核苷酸多肽及寡核苷酸的序列分析，液相色譜、電噴霧質(zhì)譜儀(LC-ESI-MS) 分析糖蛋白，解決了糖生物分子的研究由于基糖鏈的復雜性及糖蛋白結構分析帶來(lái)的困難。傅里葉紅外光譜儀（FT－IR）可進(jìn)行蛋白質(zhì)二級結構的定量分析與蛋白構象變化研究，可跟蹤DNA右手螺旋和左手螺旋之間的結構轉變，進(jìn)行核酸的分析。核磁共振儀（NMR），如高場(chǎng)和多維NMR使生命科學(xué)研究達到一個(gè)新水平，不僅可研究殘基不多的糖類(lèi)和核酸，研究肽和蛋白的相互作用和鍵合，多維NMR可研究殘基多于150個(gè)的蛋白的結構，也可研究蛋白的氨基酸序列。用來(lái)檢測各種體液、血尿、羊水、腦脊髓等，對研究藥物代謝和毒物效果極為有用。原子吸收光譜儀（AAS）和電感耦合等離子質(zhì)譜（ICP－MS）在人體內微量元素的測定中很有意義。許多元素，特別是微量元素，是生物生命，發(fā)育所必需的養分，但一些元素，特別是重金屬元素，如吸收過(guò)量則成為毒素。掃描X－射線(xiàn)顯微技術(shù)（SXM）分辯率可達10-100nm，可在不染色、不脫水的狀態(tài)觀(guān)測生物活體樣品。其它的分析儀器如：氣相色譜、液相色譜儀、熒光光度計、拉曼光譜儀等在研究生物大分子的結構及其變化，蛋白質(zhì)二級結構，DNA和致癌物分子間的作用有許多成功的示例。

近年來(lái)專(zhuān)用的生命科學(xué)分析儀器，如動(dòng)態(tài)心電圖儀、超聲診斷儀器、磁共振成像儀、血氣分析儀、生化分析儀、血細胞分析儀、免疫分析儀都已在臨床診斷中實(shí)際運用。

二、 分析儀器在環(huán)境科學(xué)中的應用

人類(lèi)在利用環(huán)境，開(kāi)發(fā)環(huán)境和改造環(huán)境，發(fā)展經(jīng)濟的同時(shí)，打破了環(huán)境原有的平衡。由于人類(lèi)對自然資源過(guò)渡的開(kāi)采，對土地破壞性的使用；由于產(chǎn)業(yè)結構、工業(yè)發(fā)展布局的不合理及生產(chǎn)過(guò)程中任意向自然界排放有毒有害物質(zhì)；由于人口的過(guò)度膨脹，生活廢棄物驟增，這一切都使得環(huán)境發(fā)生惡化。為了對環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)準確的監測，現代環(huán)境監測分析儀器發(fā)揮了巨大作用。

分析儀器按環(huán)境分析的對象可分為水體污染分析、大氣污染分析、土壤污染分析、生物污染分析。包括的分析儀器有：光學(xué)分析、電化學(xué)分析、放射性分析、熱學(xué)分析、色譜分析，它用于有機分析和無(wú)機分析，既可定性也可定量，既可做污染環(huán)境分析，也可通過(guò)流動(dòng)采樣進(jìn)行實(shí)驗室分析以及污染源頭進(jìn)行遙測監控。

環(huán)境分析實(shí)驗室常用的分析儀器有：光學(xué)儀器、如紫外可見(jiàn)分光光度計、熒光光度計、原子吸收光度計、等離子體光譜儀、X射線(xiàn)熒光光譜儀和紅外光譜儀；電化學(xué)類(lèi)儀器：如PH計、電導儀、庫侖計、電位滴定儀、離子活度計和各種極譜儀；色譜類(lèi)儀器，如離子色譜儀、氣相色譜／質(zhì)譜聯(lián)機和液相色譜／質(zhì)譜聯(lián)機等。主要于分析環(huán)境中色質(zhì)、SO42-、電導率、濃度、總有機碳、無(wú)機物、金屬、有機物、農藥等分析。

由于微電子、微型傳感器、計算機、新材料以及各種高技術(shù)的應用，環(huán)境分析儀器正在向小型化、微型化和多參數化方向發(fā)展。目前已推出便攜式的氣相色譜儀，近紅外光譜儀，X射線(xiàn)分析儀和多參數水質(zhì)分析儀（用于測定水質(zhì)酸堿度、溶氧、濁度、溫度以及其它參數）。便攜式分光光度計用于現場(chǎng)監測、測試氰化物、氨氮、酚類(lèi)、胺類(lèi)、砷、汞及鋇等項目。小型有毒有害氣體監測儀，用于現場(chǎng)有毒有害的CO、Cl2、H2S、SO2及可燃氣體。

三、 如何發(fā)揮分析儀器的作用

在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，沒(méi)有多領(lǐng)域、跨學(xué)科知識和理論的支持與協(xié)作，沒(méi)有高精尖的儀器設備的輔助，是難以得到有突破性、有領(lǐng)先水平的科研成績(jì)。大型分析儀器設備還起著(zhù)一定的引導作用，帶動(dòng)科研發(fā)展的步伐。在我國目前的基礎研究或應用基礎研究領(lǐng)域，科研人員所選擇的研究方向往往取決于現有或將要配置的儀器設備。也就是說(shuō)，配備哪個(gè)方面的設備，則造就出相應的科研環(huán)境，從而衍生出相應的科學(xué)研究方向。

我省在生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)方向分析儀器主要集中在高等院校和科研院所站。還處在一個(gè)低水平，高精尖分析儀器少，一般分析儀器設備重復投入，能熟練掌握和運用分析儀器的專(zhuān)業(yè)人才稀缺。與國內外分析儀器行業(yè)及學(xué)術(shù)團體的合作交流不夠。為此應采取多種措施，進(jìn)行體制改革、優(yōu)化組合、資源共享調動(dòng)一切有利因素，希望在較短的時(shí)間內趕上或超過(guò)國內先進(jìn)水平。

1、 加強管理、充分利用。在國家還不是很富裕的今天，高精尖儀器設備引進(jìn)后如何得到有效的使用以及使用的結果如何是一個(gè)十分重要的問(wèn)題�？茖W(xué)工作者、設備管理人員對儀器的掌握熟悉程度，是否能達到預期目的，是否能使本單位科研水平上一個(gè)臺階，與該單位有多少科學(xué)工作者使用它以及對設備的管理措施。共用性等密切相關(guān)。應對大型分析儀器設備采取共用原理進(jìn)行管理。打破部門(mén)所有的限制，以充分發(fā)揮分析儀器的使用率。

2、各高等院校、科研機構的數量以及整體的科研水平 也存在發(fā)展不平衡情況，相互間有較大差距。在飛行儀器設備的配備上，應本著(zhù)基礎設備與高精設備并存原則。在滿(mǎn)足高層次研究需要的同時(shí)，需兼顧到科研水平的整體提高，適當傾斜對薄弱環(huán)節的投資，以達到提高整體研究水平的目的�！�

3、合理配置，在有限的經(jīng)濟財力的支持下，高等院校及科研單位的分析儀器設備應爭取小型分散，大型集中的配備原則，即普及型、基礎的分析儀器設備可多數單位擁有。