化学测量学“十四五”发展规划概述

　　化学测量学是研究物质的组成和结构，确定物质在不同状态和演变过程中化学成分、含量、时空分布和相互作用的量测科学，旨在发展化学测量相关的原理、策略、方法与技术，研制各类分析仪器、装置及相关软件，以获取物质组成、分布、结构与性质的信息与时空变化规律。 　　化学测量学是化学的测量科学、方法和技术，是化学科学早、重要的发展分支之一。利用物质间和物质与各种力场间相互作用的原理、规律以及科学技术的成就，广泛吸纳和应用所涉及的自然科学技术和人工智能数据提取方法，地获取所需信息和有关科学数据，实现对物质化学成分、组成和结构与其功能的认知。通过与物理、生物、数学、材料、信息等相关学科的交叉与融合，化学测量学已经形成自己的理论体系，并诞生了新的生长点和前瞻性研究方向:从传统的容量分析发展到现代的仪器分析;从光谱、电化学、色谱、质谱、核磁共振、热分析拓展到成像分析、纳米分析、微纳流控分析;从无机、有机分析扩展到生命过程化学信息的获取;从常量、微量、痕量分析到单颗粒、单细胞、单分子、活体分析;从简单物质的鉴定、单一信号的获取到复杂与生命体系的高通量检测与海量数据挖掘。其他学科领域的发展，不断向化学测量学提出新的、更高的需求和挑战，这对测量方法和检测仪器的不断进步起到了积极的推动作用。复杂生命过程、先进材料创制、新型能源、食品安全、环境问题和特种空间等物质信息和数据的获取，使化学测量学步入新的发展时期。

 　　基金委化学测量学资助的研究涵盖从宏观到微观复杂体系的检测与分析，旨在建立新策略、新原理、新方法和新技术，致力于拓宽现有技术在重大需求和重要科学领域的应用。研究方向包括:样品处理和分离、谱学方法理论及应用、化学与生物传感、分子成像及仪器研发创制等。研究范围涵盖色谱、光谱、电化学、质谱、核磁、顺磁、量热分析、能谱分析，以及新兴领域如组学分析、单分子单细胞分析、活体分析、微-纳尺度分析等。

　    能源是人类赖以生存和发展的重要基础，在国防和国民经济建设中具有重要的战略地位。化石能源大量消耗及其带来的环境问题，使得探索和开发高效能源转化技术以及寻找新型可再生能源成为当前能源科学的重要研究方向。能源分析是对能源储存与转换过程中存在的物种、能量转化等的定性与定量分析测量，包括对能源材料、分子、离子、电子、质子等的实时动态监测、成像分析及其转变过程的原位研究，从而帮助理解能源转化机制，促进能源高效转化，推动能源科学的发展。首先，能源过程涉及物质与能量的转化，而转化效率的评价离不开化学测量学对转化前后物质与能量的精确测量。其次，能源过程涉及多种物理、化学过程的耦合，其转化机制尚不清晰，极大地限制了高效能源材料与器件的开发。化学测量学可对能源体系中瞬息万变的组成、分布、能量状态进行实时测量，捕获活性位点、反应中间物甚至是电子结构信息，获取其演化规律，为系统深入认识能源过程的化学本质提供重要的支撑。

 　　能源转化过程往往发生在很短的时间范围内，导致待测量的物质具有寿命极短、浓度极低等特点，且尺度变化大(从亚纳米到米级)、相数多(气、液、固等)、组成复杂多变、受光/电等多种外场影响显著。

 　　同时，新型能源材料与器件不断涌现。因此，能源体系的测量，给化学测量学带来巨大挑战，亟需发展适用于能源体系的高灵敏、高时空分辨测量方法，研制面向能源体系的新型分析仪器与装置，实时原位监测不同尺度、不同相界面、不同材料表面能源过程的动态变化，从而揭示能源过程的分子作用机制，为高效能源材料与器件的设计和开发提供测量方法与技术。