第一篇：材料化學研究前沿和發展展望

材料化學研究前沿和發展展望

摘要:材料是人類發展的鋪路石,從古至今材料伴隨著人類的發展而發展,到了21世紀更是成為了材料的世紀。工業、軍事、航空航天、生物、能源等都與材料密不可分。材料的研究前沿和發展成為眾多科技工作者關注的對象。

本文關鍵字：材料、發展、工業、生活

能源、材料與信息是現代科技的基礎，而材料是發展工程、信息、新能源等高科技的重要物質基礎，是當代前沿科學技術領域之一。由于現代科技的不斷進步，各個科學領域對材料的需求量越來越大，對其性能的要求也越來越高，甚至其形態規格，也由三維塊狀材料向二維薄膜材料、一維纖維材料和準零維納米材料發展。

就此，本文將對材料化學的研究前沿和發展展望作簡要討論。

1.材料研究前沿

隨著時代的不斷發展，人類所使用的材料也由簡到繁，由少到多。人類從石器時代走來，經歷了上千年的風風雨雨，人類使用的器具也由石器到青銅，再到鐵器??慢慢地，到現在使用的許多高品質的化學材料。不光在我們的生活中，在當今世界的許多高科技領域，材料的品質和發展得到了極大的重視和進步，其中處于當前研究前沿并收到科學界、工業界廣泛關注的，主要有納米材料、先進陶瓷材料、功能薄膜材料等等。

1.1 納米材料之概論

納米是一個極小的度量單位，一納米等于十的負九次方米，所以納米級的材料由于它是由極小的微粒組成，因而具有許多其他材料所不具備的性質，因此在大量科學領域中納米材料的開發和使用成為其領域發展和進步的重中之重。

而納米材料則由于其優良的特性成為科學界青睞的對象，其特性主要表現在表面效應、小尺寸效應和量子尺寸效應。

（1）微粒隨著粒徑變小，比表面積將會明顯增大，則表面原子所占的百分數會顯著增加，即微粒表面具有極高活性的原子所占百分數增加，進而導致納米材料可以直接和空氣發生劇烈反應，這就是在材料研究中不可忽視的表面效應。

（2）納米粉體的粒徑和光波波長、德布羅意波長以及超導態的相干長度形成透射深度等物

結構陶瓷主要在軍事、航天、機械領域有著重要的作用。當然，處于不同的領域，陶瓷材料的性質品類也會有所不同，有高強度、耐磨損，可以制作軸承、燃燒室的氮化硅陶瓷材料；有高強度、高韌性，可以制作代替金屬制作模具的氧化鋯材料，且加韌的氧化鋯材料可以制成不會生銹，也不會導電的新型剪刀，可以放心剪帶點的電線。另外以氧化鋁和氧化鎂混合在1800℃高溫下制得的全透明鎂鋁尖晶石陶瓷可以做“防彈玻璃”，這類陶瓷在國防和宇航領域中得到了廣泛的運用。

還有一種很重要的結構陶瓷材料——生物陶瓷。生物陶瓷和納米生物材料有著相似的作用，生物陶瓷目前主要用于人體硬組織的修復，它在人體中具有極佳的親和性，因為生物陶瓷和骨組織的化學組成比較接近，將其成功植入后隨著陶瓷的降解，新骨長成，所以這是今后醫學上硬組織修復上的上乘之選。

1.2.2 功能陶瓷

功能陶瓷和結構陶瓷的差別很大，功能陶瓷因為其在電、磁、光、熱、力學上優良的轉換能力而廣泛運用在信息技術和計算機技術之中。

首先介紹一個軍事工業中的天之驕子——壓電陶瓷。壓電陶瓷晶體上沒有對稱中心，當在某個方向施加壓力，則在特定方向引起極化，相應的一對表面就出現電位差；反之在一定方向上施加電場，則會發生特定形變和位移。由于這種令人驚訝的性能，壓電陶瓷成為眾多科技領域的研究和關注對象（但是其中常常有鉛等有毒金屬），原子彈的起爆器和壓電揚聲器等都是壓電陶瓷的產物。

還有另外一大類非常常用、非常重要的敏感陶瓷材料。熱敏、光敏、氣敏、濕敏等大量的陶瓷，而且不能只想到我們生活中的聲控開關等等，聲控開關中的光敏開關和聲敏開關與這類先進陶瓷材料還有很大的距離。

敏感陶瓷是由離子鍵的金屬氧化物多晶體構成的一種導電材料。它可以敏感地感覺到周圍環境的變化并及時做出相應的反應，由于這類陶瓷的特殊性，在各個領域都可以使用到，在節能和安全方面都有至關的作用。

先進陶瓷材料在很多方面性質都比金屬要優良穩定，例如陶瓷沒有銹蝕這個概念，這樣可以極大程度的節省材料。雖然現在先進陶瓷材料還在發展研究階段，但是在以后的發展中，陶瓷材料定會變得越來越廣泛，越來越實用。

1.3 新型薄膜材料之概論

從古至今材料都是人類發展中不可缺少的一元，由三維塊狀材料到二維薄膜材料，薄膜材

隨著現代人類的發展，能源問題已然成為全球共同面對的一個很嚴峻的考驗，煤、石油、天然氣等不可再生資源在地球上已探明的儲量越來越少，且由于煤、石油的不完全燃燒產生了大量有毒有害的氣體，它們對我們的環境有著極大的破壞作用。于是我們在不斷地開發新能源，風能、地熱、潮汐能、太陽能和核能。在將來核能與太陽能將會成為我們日常生活的主要能量來源，但是太陽能所面對的轉換效率低下，核能面對的高溫與核輻射都是我們需要考慮的，那樣新材料的開發和使用又是科技工作者們需要關注的問題。另外在軍工方面，各國也是抓緊時間研制軍需材料，隱形材料，高強度、高韌性纖維材料，耐高溫材料層出不窮。不光如此，空間技術、電子技術、激光技術、光電子技術、紅外技術、環境保護等都需要高品質的新型材料。現今的普通材料已經不能成為社會的主流，它們造成的“白色污染”非常嚴重，對可以快速降解塑料的研制不僅可以方便普通居民的生活，同時也可以避免“白色污染”對人們生活造成的不良影響。再者，電力科研人員在關于怎樣盡可能減少電在運輸過程中出現的能量損耗上花費了大量的功夫，因為目前用于運輸電力的輸電線材料在常溫下的電阻率不可能為零，但是后來出現了超導材料，它可以在某個溫度時出現電阻率為零的驚人性能，但是這種溫度往往是自然界里不可能出現的超低溫。我們就來設想，如果我們能夠研制出能在常溫下實現超導的材料，再將其廣泛運用到實際中不就可以實現電力運輸中的零損耗了？理論上是成立的，但是實際上我們現在還沒能開發出這中材料，所以這還需要我們廣大的科學工作者的不懈努力和不斷追求。

還有一種材料在未來將起到非常重要的作用——復合材料。樹脂基高強度、高模量纖維材料，金屬基復合材料，陶瓷基復合材料，碳碳基復合材料，這類復合材料的性能大都強于單體材料，它們將來將會參與到各類科學研究中去。

回顧材料這幾十年的飛速發展，給人類帶來了許多福音，相信在未來材料定會帶給我們更多的驚喜和福祉。

參考文獻：

【1】 【2】 【3】 朱裕貞，顧達，黑恩成.現代基礎化學.北京,化學工業出版社.2004 云南大學學報(自然科學版).2002.S1期

朱曬紅，周科朝，黃伯云，黃蘇萍，劉芳，薛志剛，龍志高.羥基磷灰石納米顆粒:一種新型基因轉染載體材料.生物科學雜志,2005,(05)【4】 【5】 全宏聲.防彈沖擊的透明裝甲陶瓷.材料工程.2001,(07)楊亦權;導師:鄭強,杜淼.壓電陶瓷/聚合物復合材料壓電阻尼性能研究.浙江大學材料學碩士論文.2002年

第二篇：近代化學前沿

有機合成中的生物催化

07級化學三班鄭黃濤

背景介紹

近年來生物科學發展迅速，酶科學方面研究頗多，許多人將微生物轉化或者酶轉化技術應用在有機化學合成中，在各方面取得了長足的進步。許多復雜有機化合物的合成工藝中的某些重要反應都已可以用生物轉化或是微生物轉化替代。尤其隨著對單一對映體功能的藥物需求量的增長，生物催化也已經用于不對稱合成中。

研究對象

生物催化指的是，利用某種酶將有機合成原料（底物）轉化為另一種物質（產物）。在通常的生物體內，酶僅作為一種生物催化劑，催化生物新陳代謝中必須的反應，但它的催化作用并不局限于生物自身的物質，同時也能轉化外源物質，即催化非天然反應。相對于傳統的有機合成方法，酶催化有以下一些優勢：

1、高效率

通常情況下，相比于傳統催化劑，酶促反應可以將速率提高108-1010倍，有時甚至高達1014倍，大大超出傳統催化劑催化能力[1]。

2、環境友好傳統的有機合成催化劑，有些需要強酸強堿高溫高壓這樣的苛刻條件，實現這些條件需要耗費大量的能源，有些催化劑含有Cd2+、Hg2+等重金屬離子，甚至CN-這樣的劇毒物質，對環境也是大大的不利。而酶本身來源于生物體系，自然是可以被自然界降解的。

3、溫和條件使用，大大避免了副反應

4、酶彼此相容[2]由于各種酶催化條件相似，專一性又強，由此可以采用一鍋煮地方法，連續催化多步反應，省去了轉移中間體的麻煩。

5、強選擇性酶促反應就很強的選擇性特別是立體選擇性，因此可用于不對稱合成。研究方法

針對各類生物催化反應，改變影響生物轉化速率的各個因素，比如微生物種類及培養方法、反應介質、底物結構以及一些物理因素如氧的供應、攪拌系統、攪拌程度和溫度等，以研究各種條件下的轉化速率。

國內外研究現狀

當今生物轉化領域已經進入了充滿活力蓬勃發展的階段，在當今有機合成中酶已經占據重要地位[3~5]。

此領域的重點研究方向就是其在手性藥物合成中的應用。由于生物體對藥物手性要求非常高，往往只有一種對映體有藥效，另一種無藥效甚至有毒性，于是藥物的手性合成就顯得尤為重要。酶本身源自生物體系，有很強的立體選擇性，在此方面自然極其有用。一個有代表性的例子是先鋒霉素的生產，當用化學—酶法時，制備步驟有以前的l0步減少到了6步[6]。水解酶由于對底物要求寬泛，對映選擇性高，不需要輔酶因子，最常用于有機物生物轉

化，對水解酶的研究最多，應用也最多。[7]

隨著化學家對非天然化合物生物轉化研究的加深，也促進了越來越多的不同形式與純度的的酶的商業開發與應用。[8]

研究前景展望

此領域有待開發一套簡單的模型以幫助預測一個給定反應的立體化學結果。另外還需要尋找更豐富的可用于生物轉化領域的酶，以擴大該領域的應用面。

總之，隨著人們對綠色化學的重視，以及對有機產品手性要求的提高，有機合成中生物轉化的應用將越來越寬泛，相信它在不久的將來將會體現出不可估量的價值！

參考文獻1、2、3、4、5、6、Menger FM(1993)Acc.Chem.Res.26:106 Only proteases are exceptions to this rule for obvious reasons.Turner MK(1995)Trends Biotechnol.13:253 Faber K,Franssen MCR(1993)Trends Biotechnol.11:461 Faber K(1997)Pure Appl.Chem.69:1613 Bruggink, A.In Enzymes in Action, Green Solutions for Chemical Problems,Eds.;Zwanem-burg.B., Mikolajcyky, M.;Kielbasinsky, p., Nato Science Series, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 2000 , pp.449~458.Faber，K．Biotransformations in Organic Chemistry，4th ed．，Springer-Verlag，Berlin，2O0O．

White JS,White DC(1997)Source Book of Enzymes.CRC Press,Boca Raton7、8、

第三篇：有機化學的發展前沿和研究熱點

有機化學的發展前沿和研究熱點

有機化學的研究對象是有機化合物, 它研究有機化合物的組成、結構、性質、合成、變化，以及伴隨這些變化所發生的一系列現象。

20世紀的有機化學，從實驗方法到基礎理論都有了巨大的進展，顯示出蓬勃發展的強勁勢頭和活力。世界上每年合成的近百萬個新化合物中約70%以上是有機化合物。其中有些因具有特殊功能而用于材料、能源、醫藥、生命科學、農業、營養、石油化工、交通、環境科學等與人類生活密切相關的行業中，直接或間接地為人類提供了大量的必需品。與此同時，人們也面對著天然的和合成的大量有機物對生態、環境、人體的影響問題。展望未來，有機化學將使人類優化使用有機物和有機反應過程，有機化學將會得到更迅速的發展。

有機化學的迅速發展產生了不少分支學科，包括有機合成、金屬有機、元素有機、天然有機、物理有機、有機催化、有機分析、有機立體化學等。下面就其中的一部分分支學科來說，了解有機化學的發展前沿和研究熱點。(1)有機合成化學

這是有機化學中最重要的基礎學科之一，它是創造新有機分子的主要手段和工具，發現新反應、新試劑、新方法和新理論是有機合成的創新所在。1828年德國化學家維勒用無機物氰酸銨的熱分解方法，成功地制備了有機物尿素，揭開了有機合成的帷幕。100多年來，有機合成化學的發展非常迅速。

有機合成發展的基礎是各類基本合成反應，不論合成多么復雜的化合物，其全合成可用逆合成分析法分解為若干基本反應，如加成反應、重排反應等。每個基本反應均有它特殊的反應功能。合成時可以設計和選擇不同的起始原料，用不同的基本合成反應，獲得同一個復雜有機分子目標物，起到異曲同工的作用，這在現代有機合成中稱為“合成藝術”。在化學文獻中經常可以看到某一有機化合物的全合成同時有多個工作組的報導，而其合成方法和路線是不同的。那么如何去評價這些不同的全合成路線呢?對一個全合成路線的評價包括：起始原料是否適宜，步驟路線是否簡短易行，總收率高低以及合成的選擇性高低等。這些對形成有工業前景的生產方法和工藝是至關重要的，也是現代有機合成的發展方向。

(2)金屬有機化學和有機催化

金屬有機化學在20世紀有機化學中是最活躍的研究領域之一，其中特別是與有機催化聯系在一起。均相催化使有機化學、高分子化學、生命科學及現代化學工業發展到一個新的水平。金屬有機化學使人們認識到無機化學和有機化學交叉產生的金屬有機化學會產生如此巨大的活力和作用；同時還發現許多金屬有機化合物在生物體系內有重要的生理功能，如維生素B12，引起了生物學界的關注。由于金屬有機化學的本身結構和功能的特殊性，以及廣泛的應用前景，它在21世紀將有更大的發展。

含有碳-金屬鍵的化合物種類甚多，至今還有不少元素周期表上的金屬元素尚無合成的金屬有機化合物。因此，金屬有機化合物的合成方法有待進一步研究和深入。如1849年就制得乙基鋅〔Zn(C2H5)2〕，發現它有極好的反應性能；以后才相繼制得含鋰、鈉、鉀、鎂、鋁、汞、錫等的金屬有機化合物。但直到20世紀50年代才發展到主族元素和過渡元素的金屬有機化合物。金屬有機化合物的結構和性能關系是一個很廣泛和重要的研究領域。如茂金屬催化劑，它是烯烴聚合反應的新型催化劑；現在又發現二茂鐵可做燃燒催化劑。應用金屬有機化合物作為光學材料、電子材料和醫藥也是正在開發的領域。在21世紀將會發現更多具有各種特殊功能、可用作功能材料的金屬有機化合物。

金屬有機化合物在有機合成的均相催化反應中起著十分重要的作用。往往在金屬有機化合物催化下產生一系列的有機合成反應。各種金屬有機化合物的催化活性是不同的，將其應用于有機合成中將會產生各種不同的反應。有機反應催化劑的研制趨勢是模擬那些能起催化反應的酶。這些模擬酶的選擇性催化劑將在化學合成中呈現日新月異的新局面，故有的諾貝爾化學獎獲得者稱其為化學酶。

(3)天然有機化學

天然有機化學是研究來自自然界動植物的內源性有機化合物的化學。大自然創造的各種有機化合物使生物能生存在陸地、高山、海洋、冰雪之中。發掘和認識自然界的這一豐富資源是世界發展和人類生存的需要，是有機化學主要研究任務之一，也是認識世界的基礎研究。從事天然產物化學研究的目的是希望發現有生理活性的有效成分，或是直接用于臨床藥物和用于農業作為增產劑和農藥，或是發現有效成分的主結構作為先導化合物，進一步研究其各種衍生物，從而發展成一類新藥、新農藥和植物生長調節劑等。對于自然界的天然產物，有機化學家和藥物化學家長期以來一直對它具有廣泛的興趣，并從中已經獲得了許多新藥和先導化合物。

(4)物理有機化學

物理有機化學研究有機分子結構與性能的關系，研究有機化學反應機理及用理論計算化學的方法來理解、預見和發現新的有機化學現象。對有機分子結構與性能的關系以及對有機化學反應機理的研究，是希望從實驗數據中找到其內在的規律，并提高到理論化學的高度來理解和認識。

① 分子結構測定，目前，有機化合物結構測定所用的波譜(紫外、紅外、核磁共振、質譜)和X-射線單晶結構分析等已經能測定大多數有機分子的結構，但對于結構很復雜的生物大分子或存在量極微的有機化合物結構的測定尚有待于分析儀器設備的不斷發展。如目前已有800兆核磁共振儀，更高級的已在研制中。某些新型的顯微鏡也正在發展之中，例如可以直接觀察單個分子及其結構的顯微術。這一領域的發展可能導致一系列生物大分子的發現，并測定它們的一級結構以及二、三級結構，了解分子在空間的排列以及分子-分子體系是如何組合的。這是物理有機化學研究的基礎工作，只有了解清楚分子結構，才有可能聯系其性能，研究結構與性質的關系。

②反應機理隨著對反應過渡態及反應活性中間體的研究來確證，往往一個有機化學反應將不單純是某一類反應機理，而是涉及多類有機反應歷程，如自由基反應會涉及電子轉移反應。現有的研究進展表明，對任何一個有機化學反應歷程，最終必須搞清楚反應過程中原子和分子的碰撞及重組情況，不同反應步驟的速率及反應中能態和相關能量。因此在研究有機反應機理中發現新的反應機理是一個方面，而搞清楚已知反應歷程的速率、能量也是控制有機化學反應的一個重要方面。

③分子間的弱相互作用分子間的弱相互作用決定參與反應的分子間的識別，因而決定反應的選擇性；它還決定分子間的聚集方式。研究分子間弱相互作用及其后果是十分重要的。

(5)生物有機化學

生物有機化學的主要研究對象是核酸、蛋白質和多糖三種主要生物大分子及參與生命過程的其他有機化合物分子。它們是維持生命機器正常運轉的最重要的基礎物質。

核酸是信息分子，負擔著遺傳信息的儲存、傳遞及表達功能。近10年來對核糖核酸的研究發現，除上述功能之外，它還顯示出獨特的催化活性，即有著酶一樣的作用。這大大加深了對核酸和蛋白質這兩類重要生命基礎物質的性質和相互關系的認識。核酸研究的深入發展，深刻揭示了DNA復制、轉錄、RNA前體加工、蛋白質生物合成過程中的相互關系，從而了解許多疾病的病因與核酸的相關性，為核酸在醫學上的應用開拓了廣闊的前景。全新蛋白質是蛋白質研究中的一個新領域。國際上正在嘗試按化學、生物、催化等性質的需要合成新的蛋白質分子，對酶蛋白和膜蛋白的研究和模擬將起到重要作用。

多糖也是生物體內的重要信息物質。目前多糖研究側重于分離、純化、化學組成及生物活性測定等方面。對多糖的溶液構象、空間結構與功能的關系都還未深入研究。要深入研究多糖結構和功能的關系，必須首先在將其分離、分析和合成方法上有所突破。

模擬酶的研究。模擬酶的主客體分子間的相互識別與相互作用已取得了可喜的進展。此外在酶的模擬方式上最近出現了所謂催化性抗體的新策略，這種設想有可能創造出新型的高效、高選擇性催化劑。

生物膜化學和細胞信號傳導的分子基礎是生物有機化學的另一個重要研究領域，對醫學、衛生、農業生產均會產生深遠的影響。

目前，隨著結構理論和化學反應理論以及計算機、激光、磁共振和重組DNA技術等新技術的發展，有機化學對分子水平的掌握日益得心應手，能夠按照某種特定需要，在分子水平上設計結構和進行制備，并由此形成了化學發展的一個新方向——分子工程學。

對于21世紀有機化學的展望：(1)走出純化學，進入大科學

當生物化學和藥物化學徹底脫離有機化學后，化學家則把興趣更多地轉向獲得結構奇特或曇花一現的分子，較少象生物學家那樣發揮想象力，探索其有時是捉摸不定的功能。隨著20世紀的過去，化學知識和化學生產的普及和發展，數學、物理的進展，一些在此基礎上綜合發展起來的大科學開始顯現出它們重要的地位，而這些大科學的發展，又反過來對化學提出了新的挑戰和發展方向。

尤其是與信息時代相關的功能材料以及當前可能更受人們重視的生命科學，都面臨著眾多的化學問題亟待解決，要求化學家更多更積極的參與。如果說生物學家致力于闡明生命的過程，那么化學家的使命就是研究如何調控這一過程。

然而，化學雖然在20世紀有了飛躍的發展，但面對生命這樣復雜的體系，現有的化學知識是不敷應用的，特別需要新化合物和新結構的提供以及復雜體系中分子識別本質的知識和實踐經驗的積累。(2)迎接挑戰，發展化學

21世紀初，化學發展的幾個重要方面可能為：化學反應動態學（如1999年諾貝爾獎授予的飛秒化學等）；分子識別、分子間的弱相互作用和分子聚集體化學；合成和組裝化學等。以合成為例：

從科學發展的角度來看，合成化學是化學學科的核心，是未來化學家改造世界、創造社會的最有力的手段。創造新的合成反應一直是化學界的熱點，多年來不少諾貝爾化學獎就是授予了合成化學家。最近20年SCI引用次數最多的50名化學家中約有1/3是從事合成化學的。200年來化學家不僅發現和合成了眾多天然存在的化合物，同時也人工創造了大量非天然的化合物，使得人類社會所有的化合物已達2230 萬個（CA1999年12月10日收錄的化合物數）。其增加速度從20世紀90年代前每年60多萬個到今天幾個月100萬個。

隨著21世紀的到來和社會高科技的迅猛發展，要求合成化學家能夠更多地提供新型結構和新型功能的化合物，并在此基礎上設計和組裝各種功能的分子聚集體，進而制備高技術傳感器、仿生智能材料以及分子電子器件、分子開關等新材料。

生命科學研究進入到分子水平，需要化學的參與，需要合成研究的參與。材料科學、環境、能源乃至信息科學都對化學提出了諸多挑戰。

大科學正在召喚著化學。走出純化學，進入大科學，迎接挑戰，發展化學，超越前人，閃耀輝煌。

第四篇：化學前沿課程感想

對《化學前沿》系列講座的感想

高采 化基1101班

20110902203 很榮幸我能夠選修這一學期的《化學前沿》這一門很有意義的課程，通過聽24位優秀的化學界的專家的講座，感受頗豐。通過老師們介紹各自的研究項目與研究成果，以及他們的未來的研究目標，我了解了化學研究的各個領域，對化學科研道路有了更深的認識。在大三下學期這一關鍵的時期，對于我們這些即將面對讀研選導師的學生來說，這些講座是一個很大的幫助。

對于這些專家的講座，我個人覺得都是非常優秀的，他們在各自的領域都取得了特別顯著的成就，其中，我對一位老師的講座印象特別深刻。下面我講一下自己通過本課程學習后的感受與體會。

其中一位作報告的是化工院的頂級專家--俞汝勤院士。講座上，俞汝勤院士稱，化學對人類所做的貢獻是巨大的，一項化學合成如同棋手的一步棋，為人類創造了許多奇跡。化學對人類健康的貢獻大體可以分為以下四個方面：

一、化學與人類的生存、繁衍和健康息息相關。利用化學知識提取藥物、研發醫藥，為解決人類健康問題做出了巨大的貢獻。

二、生命科學已進入分子（化學）層次，利用化學知識可以解決生命的疑難，揭示生命的奧秘。

三、化學能為信息、材料及能源等學科提供關鍵支撐。無論是高分子化合物材料、光化學電池、生物質能源，還是人們日常的衣、住、行，都是通過化學合成材料做成，與化學息息相關。

四、就化學與環境方面，俞汝勤院士提倡對此應給予公正合理的評價。他表示，雖然化學在環境保護方面曾走過一些彎路，但我們對未來的科學應充滿信心，展望化學“萬木逢春”的景象。最后，俞院士期望我們化學系的學生不要忽視化學知識的學習，讓化學在幫助實現自己的人生理想進程中，發揮更大的作用。

通過聽這位德高望重的院士的講座，對我影響最大的不僅是俞汝勤院士的豐富的學術知識，更多的是俞汝勤院士的個人魅力。在講座中，俞汝勤院士傳遞出一種昂揚的樂觀的積極的人生態度，雖已是滿頭銀發，但是字字句句鏗鏘有力，引人矚目。他的講座讓我感受到了一位優秀的科研者的積極的態度。作為化學界的泰斗，在與我們本科生的交流中，俞汝勤院士顯示出的不是趾高氣揚的氣勢，而是平易近人和藹可親，很認真的回答我們的問題。俞汝勤院士的品質非常值得我學習。

其他導師的講座各有千秋，就不一一做陳述了。從這些做《化學前沿》系列的講座的老師身上，我深深地感受到了真正的科研的魅力，科研者的魅力所在。雖然他們所屬不同的化學領域，但是，他們身上體現了相同的科研者的共同的品質：豐富的科研知識與技能；嚴謹的科研態度；創新的科研思維??

這些品質是我們這些即將步入科研隊伍的新生必須培養和具備的專業素養，通過這次講座，我發現了自己的知識和性格上的一些不足，但是我相信，在這些優秀導師們的帶領下，站在巨人的肩膀上的我們，一定能提升和完善自我，成為一個優秀的科研者。

第五篇：化學前沿講座作業

金屬罐消解－ 石墨爐原子吸收法直接測定

土壤中鎘和鎳

董杰

(河西學院化學化工學院化學化學121班，1251101105，1563509541@qq.com)

摘要: 利用金屬罐加熱酸消解－ 石墨爐原子吸收法直接快速測定土壤中的Cd 和Ni。該方法前處理操作過程簡便、省力，干擾小，空白低，所用設備簡單，成本低廉。試驗結果表明，該方法測定土壤中的重金屬，測定結果準確可靠，重復性好。經國家一級土壤標準物質樣品測定驗證，結果與標準值吻合。Cd、Ni 的回收率分別為97.5% ～ 102.5%、98.7% ～ 101.6%，相對標準偏差為3.25%、1.12%，方法檢出限為0.1、1.0 μg /L。關鍵詞: 金屬罐 消解 石墨爐 土壤 Cd Ni 土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一，也是生態環境的重要組成部分。隨著工業、城市污染的加劇和農用化學物質種類、數量的增加，土壤重金屬污染日益嚴重。重金屬在土壤中積累，達到一定程度便會對農作物的產量和品質產生不良影響，進一步通過食物鏈最終影響［1］人體健康。在中國，隨著污灌面積不斷擴大，土壤重金屬的污染問題日益嚴重，近年來，突發性的環境污染事件驟增，其中重金屬污染的案例占很大比例。重金屬污染問題已日益嚴

［2］重，對污染環境的治理迫在眉睫，因此，對土壤中的重金屬進行定性和定量分析，對于防治重金屬污染，維持生態平衡，保護人們的健康，都有著十分重大的意義。目前，常用的土

［3］［4］壤重金屬檢測分析方法有: 激光誘導擊穿光譜法，感應耦合電漿質譜法，火焰原子吸［5］［6］［7］收光譜法，石墨爐原子吸收光譜法和分光光度計比色法。上述方法或者樣品前處理較為麻煩;或者測量時間長精密度不高;或者使用的儀器較為復雜，測量成本高。而GB /T 17141—1997《土壤質量鉛、鎘的測定石墨爐原子吸收分光光度法》測定Cd 的方法，又存在著檢測限太高，干擾大，需加基體改進劑而導致的效果不好、穩定性差、波動性大等問題。本文采用金屬罐消解－ 石墨爐法快速直接測定土壤樣品中的Cd、Ni 含量，具有操作簡單，進樣量少，準確度高，定量準確、迅速等優點，所得結果準確、可靠。實驗部分

1．1 主要儀器與試劑

美國PE—600 原子吸收分光光度計，鎘、鎳空心陰極燈，與主機配套石墨爐，自動進樣器，塞曼扣背景。濃硝酸、氫氟酸，均為GB 以上級。高純氬氣: 純度為99.999%。標準儲備溶液: 鎘、鎳質量濃度均為1.00 mg /mL(標準物質研究中心)。標準工作溶液: 鎘、鎳質量濃度均為0.01 mg /mL，使用時按要求逐級稀釋。實驗用水為去離子水。1．2 儀器測量條件

測量條件見表1。

表1 石墨爐測量條件

［8 － 9］1．3 金屬罐消解溶解方法

稱取土壤樣品0.1 g(精確至0.000 1 g)于聚四氟乙烯消解罐中，加入1 mL HF + 2 mL HNO3溶液，將聚四氟乙烯管放置于金屬罐中密封，置烘箱中于180 ～ 190 ℃加熱24 ～ 30 h，冷卻，將聚四氟乙烯管取出，放置在電熱板上蒸至近干(140 ℃左右)，再加少許HNO3(＜ 1 mL)，蒸干(干透)，加入2 mLHNO3 + 3 mL 去離子水，如前密封，置烘箱內于140 ℃加熱4 ～ 5 h，冷卻至室溫，直接定容到100 mL 容量瓶中，待測。隨同做空白試樣。1．4 校準曲線的繪制

準確配制0、0.05、0.1、0.5、1.0、2.5 μg /L的鎘標準溶液及0、5、10、20、30、50 μg /L 的鎳標準溶液，按照表1 設定的儀器條件測定標準溶液，繪制標準曲線。同時測定空白試樣。1．5 樣品測定

將已處理好的土壤樣品在測定標準曲線相同條件下進行測定，同時做全程序試劑空白，然后計算其含量。結果與討論

2．1 樣品消解方法

采用金屬罐消解法消解土壤樣品時，為控制好空白，避免樣品損失，消解液加入量不宜太多，溫度不宜太高，時間不宜太長。金屬罐消解通過樣品與酸的混合體內部發熱，熱量損失很少，從而使樣品快速分解。消解時，硝酸加入量要適宜，太高會造成測定結果偏低，而且在高溫下硝酸對石墨爐具有腐蝕性，造成儀器的損害。如果消解后硝酸殘留量多，可在通

［10］風櫥中低溫加熱，蒸發至近干。用混合酸分解土樣，能徹底破壞土壤晶格，適于重金屬的測定，消解過程中要控制好溫度和時間。2．2 金屬罐消解條件的選擇

對HNO3 － HF 這一消解體系，按照不同用量、消解溫度及消解時間進行試驗。結果表明，酸比例為2 ∶

1、溫度為190 ℃、消解時間在24 ～ 30 h，能獲得滿意的結果。試驗結果如圖1 ～ 3 所示。

圖1 混酸不同比例與A 的關系

圖2 消解時間與A 的關系

θ /℃

圖3 消解溫度與A 的關系

2．3 方法檢出限

以空白溶液測定10 次的標準偏差的3 倍所對應的濃度作為檢出限，測得鎘的檢出限為0.1 μg /L，鎳的檢出限為1.0 μg / L。此檢出限可以滿足日常監測要求。2．4 干擾試驗

++2 +2 +2 +3 + 試驗表明，在所選試驗條件下，5000 倍的K、Na、Ca、Mg、Zn，250 倍的Fe、4 +6 +2 +2 +2 +Mn、Mo、Cu，800 倍以下的Pb、Co 對測定無干擾。2．5 方法的精密度及穩定性試驗

土壤測定用ESS—1 質控樣作分析質量控制樣，測定15 次，其重復性和穩定性見表2。由表2 看出，Cd、Ni 的測定值在標準值的范圍之內，RSD 分別為3.25%及1.12%。2．6 線性方程與線性范圍

將Cd、Ni 標準溶液均用1% 的HNO3溶液介質逐級稀釋配制系列標準工作溶液，系列準工作溶液質量濃度見表3，按1． 2 儀器條件測定標準溶液的譜線強度，對譜線強度X 和標準溶液的濃度Y 進行線性回歸，得線性方程與相關系數(表3)。

表2 ESS—1 質控樣重復性和穩定性實驗結果

2．7 加標回收率試驗

按照限定的工作條件和金屬罐消解程序，在樣品中分別加入不同量的Cd、Ni 標準溶液進行加標回收試驗，結果見表4，由表4 可知，待測元素Cd、Ni的回收率均接近100%，表明方法準確可靠。2．8 樣品測定

用本試驗方法對實際土壤樣中的Cd、Ni 含量進行測試，結果如表5 所示。由表5 可看出所采集土壤中Cd、Ni 的含量情況，Cd 含量范圍在0.052 ～0.266 mg /kg之間，Ni 含量范圍在15.7 ～ 58.2 mg /kg之間。均能達到土壤的環境質量標準要求。

表5 土壤樣品的分析結果

結語

(1)用金屬罐消化樣品快速、完全、易保存。

(2)用石墨爐原子吸收法直接測定土樣，用ESS—1 質控樣作對照測定及加入標準作回收試驗，試驗結果證明方法可靠。

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