第一篇：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！

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

第二篇：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。

第三篇：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。

參考文獻

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第四篇：《化學專業前沿講座》心得體會

“綠色化學”——化學的未來

——《化學專業前沿講座》心得體會

為期八周的《化學專業前沿講座》課程已經接近尾聲，在課程學習過程中，各位任課老師都自己研究方向的最前沿成就，可謂是“八仙過海，各顯神通”呀！這門課程給我影響最深的就是盡管各位老師的研究內容都不盡相同，但是其研究發展方向都在朝著同一個方向目標進行——綠色化學。

綠色化學又稱環境無害化學，在其基礎上創新的技術稱綠色技術、環境友好技術或潔凈技術，是用化學的技術和方法去減少或消除有害物質的生產和使用，處于當前國際化學研究的前沿領域。

綠色化學的核心是：利用化學原理從源頭上減少和消除工業生產對環境的污染。按照綠色化學的原則，在理想的化工生產方式是：反應物的原子全部轉化為期望的最終產物。

根據綠色化學的概念，它應該具有以下主要特點： 1．充分利用資源和能源，采用無毒、無害的原料；

2．在無毒、無害的條件下進行反應，以減少向環境排放廢物； 3．提高原子的利用率，力圖做到所有作為原料的原子都吸納都產品中去，真正實現“零排放”；

4．生產出有利于環境保護、社區安全和人體健康的環境友好的產品。

綠色化學的口號最早產生于化學工業非常發達的美國。1990年，美國通過了一個“防止污染行動”的法令。1991年后在，“綠色化學”由美國化學會（ACS）提出并成為美國環保署（EPA）的中心口號。經過十多年的研究和探索，綠色化學的研究者們總結出了綠色化學的12條原則，這些原則可作為實驗化學家開發和評估一條合成路線、一個生產過程、一個化合物是不是綠色的指導方針和標準。綠色化學給化學家提出了一項新的挑戰，國際上對此很重視。1996年，美國設立了“綠色化學挑戰獎”，以表彰那些在綠色化學領域中做出杰出成就的企業和科學家。綠色化學將使化學工業改變面貌，為子孫后代造福。

現代社會都在追求綠色生活，綠色化學對于綠色生活的形成有很重要的意義。我們作為建設國家的下一代，以及學習化學專業，真的非常有必要認真鉆研和學習這一方面的內容，發展技術，為創建綠色社會做出自己的努力。所以，現在的我們一定要好好學習專業知識，使自己在更廣闊的領域有更高的建樹。

第五篇：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。

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