現代波譜分析方法

❶ 波譜分析的應用

1. 葯物分析中的應用波譜分析的發展趨勢 葯物波譜分析是當今發展最為迅速的前沿科學之一。波譜分析在葯物分析中的重要應用可見一斑。中葯的化學成分復雜，有效成分難以確定。僅單方制劑亦為一多種成分的混合物，因此要求更嚴格和更先進的分離、分析手段進行鑒別和含量測定。而波譜分析便是中葯研究中最為廣泛應用的一項技術。質譜法可以提供各種化合物的分子量、結構碎片等信息，是鑒定有機物的有力工具。
2. 臨床醫學中的應用
核磁共振是目前唯一能無創性觀察組織代謝及生化變化的技術，可以安全有效地研究人體許多部位的生化和能量代謝變化。核磁共振廣泛應用於心血管病、動脈硬化、多發性硬化、腫瘤、首發偏執型精神分裂症等多種病症的診斷，生化和能量代謝變化的診斷。其中1H—MRS臨床應用技術最成熟，應用也最方便、最廣泛。 1. 有機物污染的分析
紫外光譜經常用來做物質的純度檢查、定量分析和結構鑒定。在有機物的定量、定性分析中也有其獨到之處。在環境中有機污染物的分析中應用廣泛，如土壤中敵敵畏、敵百蟲等農葯殘留含量的分析。
2. 食品安全中的應用
高效液相色譜一質譜/質譜法(HPLC-MS/MS)具有靈敏度高、定性准確等優點，近年已越來越多地應用於食品中殘留痕量物質的分析檢測。如動物源性食品中噻醯菌胺殘留量的檢測，蔬菜中敵敵畏、敵百蟲、脲和硫脲類衍生物等農葯殘留的檢測。乳液中聚氨酯、聚丙烯酸酯、三聚氰胺等可用紫外光譜進行分析檢測。
3. 生物應用方面的分析
可採用傅里葉變換紅外(FTIR)光譜技術結合常規生理學方法分析某些植物吸收和代謝甲醛的能力及它們響應甲醛脅迫的生理特性。 1. 化工工業中的應用
波譜分析在精細化學品中的應用相當廣。波譜在混合物中的分離提純，樣品中各個組分的定性和定量分析都是很好的工具。如對染料、顏料、塗料、食品添加劑、化學助劑的結構分析。
波譜分析是紡織工業中檢測紗線質量的關鍵技術。通過波譜分析可以了解紗條不勻率的性質，及時找出紡紗工藝的不足或機械缺陷，確定產生疵點的工序及部位，以便迅速改進工藝，調整機械狀態，這對改善條干均勻度，保證成紗質量，減少突發性紗疵，使紡紗各工序處於受控狀態起到一定的指導作用。
2. 地質、材料檢測中的應用
陶瓷、鋼鐵、建築等材料的無損檢測都要用到現代波譜分析的方法。波譜分析在地質方面，海洋波動、地下水檢測以及地震等都有廣泛的應用。

❷ 波譜定性分析

波譜定性分析是電子探針定性分析的重要方法，通過探測試樣組成元素的特徵X射線進行定性分析，確定試樣的組成，配合光學顯微鏡鑒定，可解決常用礦物的定名。通過線和面的分析，更可以了解組成元素在試樣表面分析線和分析面上的變化情況，為礦物等試樣的環帶構造、微包體、固溶體岀溶、蝕變、元素類質同象和吸附等方面的研究提供有用的信息。

89.1.2.1 定性分析方法

首先通過光學顯微鏡，或電子圖像，將試樣置於分析位置上。在電子束的轟擊下，試樣產生組成元素的特徵X射線，然後由譜儀的分光晶體分光，計數管接收並轉變成電脈沖信號，得到試樣組成元素的特徵X射線全譜。根據莫塞萊(Moselyey)和布拉格(Bragg)定律，通過獲得布拉格角，求出每個波長值，查出對應元素。在釋譜過程中應注意譜線的判別、峰的重疊以及X射線譜的形態變化所引起的峰位改變。定性分析在計算機控制下自動進行。

(1)譜線的判別

要特別注意譜線圖中出現的高次衍射線，可通過調節脈高分析器的窗寬消除高次線。

(2)譜線重疊

當試樣組成復雜時，會出現特徵X射線峰之間的重疊現象。

A.重元素的高次K或L線與輕元素的一次K系線重疊。例如:SKα線與CoKα(n=3)線，CKα線與CrLα(n=2)線重疊。

B.重元素的一次L或M線與輕元素的K或L線重疊。例如，SKα線與MoLα線，AsKα線與PbLα線重疊。

C.原子序數接近的元素的Kα和Kβ線的重疊。例如:VKα線與Ti的Kβ線重疊。

如出現A的情況，一般通過調節脈高分析器的窗寬就很容易將兩者分開。當出現B和C的情況時，用脈高分析器就無能為力了。這時，必須通過選用晶面間距小的分光晶體，調窄記數管狹縫等辦法來解決。

(3)譜線形態變化引起峰位改變

根據莫塞萊定律，原子序數Z決定特徵X射線的波長。當元素組成化合物時，其譜線峰位與各自為單質時的譜線峰位有所不同。如圖89.3如示，SiO₂的峰與單質Si相比就會向短波長一側移動。

圖89.3 元素組成化合物與單質時的X射線譜的形態變化引起峰位改變

89.1.2.2 元素線、面分布定性分析

將電子束偏轉，在試樣表面上掃描; 或固定電子束，移動試樣進行掃描，都可以得到一種或幾種元素在同一掃描線上的濃度變化曲線。正式記錄前，最好先作一次線掃描預分析，調節零點和增益，使高含量譜線不致於越出，而低含量譜線又能有明顯的反映 ［圖89.4 (b) ］。

用電子束線掃描時，應調節電子束掃描速度、元素含量變化曲線的位置和增益等，以便得到理想的線掃描圖象 ［見圖89.4 (a) ］。

面分布分析是通過特徵 X 射線像的觀察，或通過吸收電子或背散射電子像的觀察來對試樣的元素含量或平均原子序數作出大致的判斷。

元素特徵 X 射線面掃描圖像能反映試樣表面分析區的元素分布情況 (見圖89.5) 。圖像上的白點密表示某種元素的含量高，稀則表示元素含量低。由於背景影響的存在，即使不含某種元素，掃描圖像上也會有少量白點出現。正因為如此，含量在 1% 以下的元素，很難在面分布圖像上與背景區分開。這時，可用更精密的半定量面掃描法進行分析。

圖89.4 元素線分析方式

圖89.5 電氣石中所含的微量 F 與 Mg 的元素麵分布圖

面分析通常用於檢查被分析區域內需作定量分析的元素的面分布是否均勻，有無包體，最後選定具有代表性的區域進行分析，以確保定量分析的代表性和准確性。

❸ 有機物波譜分析重點識記

現代波譜分析方法
個人簡介
林賢福，（浙江大學教授、博士生導師） 現任浙江大學化學系副主任，浙江大學分析化學與應用化學研究所所長，教育部高等學校實驗室建設委員會委員，浙江省化學會理事，享受國務院特殊津貼科技專家，浙江省有突出貢獻中青年專家。 主要研究領域包括非水相酶促合成與生物轉化、分子自組裝與生物感測器、功能高分子材料研究與設計等。其中，非水相酶促合成與生物轉化主要圍繞非水介質酶催化混亂性及其反應機理、手性葯物的酶促拆分及選擇性衍生化、靶向功能葯物的酶促合成、酶催化的組合串聯方法、介質工程調控酶催化性質與催化新功能以及探討酶促反應的區域和立體選擇性的規律等具體課題展開。分子自組裝與生物感測器方向主要研究發展新的分子組裝方法學、生物感測器在復雜體系分析研究、葯物靶向微膠囊控釋系統構築、酶組裝固定化等方面；功能高分子材料研究與設計方向主要研究信息記錄精細化學品開發以及功能高分子微結構分析等。 作為項目負責人先後完成國家自然科學基金項目2項，國家科技部創新基金項目2項，浙江省科技廳重點項目、國際合作項目、重大招標項目多項。已在國際重要學術刊物Chemica JCOmmunication，Journal Of organjc Chemistry，Biosensor BioeIect ronics，Green Chemistry，Advanced Synthesis＆Catalysis上發表論文一百多篇，其中SCI收錄八十多篇。近年來，先後獲國家發明獎四等獎1項、GM中國科技成就獎二等獎1項、浙江省科技進步獎2項、國家發明專利8項、省部級鑒定成果6項。
內容簡介
這本教材內容是多年教學過程中逐步形成的，從紅外光譜、核磁共振氫譜、核磁共振碳譜和質譜等四類譜圖特徵與有機分子結構關系人手，系統闡述有機分子結構與譜圖信息的內在聯系；通過大量譜圖與各類有機分子結構特徵的對照分析，熟悉譜圖所表達的有機分子基團、碎片或結構的信息，並較為系統地訓練識譜和解譜的方法，從而達到在實際應用中能夠正確解譜並准確推定有機分子結構的目的。
本書適合化學、化工、材料、環境等專業本科高年級學生和研究生選作教材，並對高校教師、科研人員具有一定的參考和借鑒價值。

例1．用化學方法鑒別丁烷、1-丁炔、2-丁炔。
分析：上面三種化合物中，丁烷為飽和烴，1-丁炔和2-丁炔為不飽和烴，用溴的四氯化碳溶液或高錳酸鉀溶液可區別飽和烴和不飽和烴，1-丁炔具有炔氫而2-丁炔沒有，可用硝酸銀或氯化亞銅的氨溶液鑒別。因此，上面一組化合物的鑒別方法為：
例2．用化學方法鑒別氯苄、1-氯丙烷和2-氯丙烷。
分析：上面三種化合物都是鹵代烴，是同一類化合物，都能與硝酸銀的醇溶液反應生成鹵化銀沉澱，但由於三種化合物的結構不同，分別為苄基、二級、一級鹵代烴，它們在反應中的活性不同，因此，可根據其反應速度進行鑒別。上面一組化合物的鑒別方法為：
例3．用化學方法鑒別下列化合物
苯甲醛、丙醛、2-戊酮、3-戊酮、正丙醇、異丙醇、苯酚
分析：上面一組化合物中有醛、酮、醇、酚四類，醛和酮都是羰基化合物，因此，首先用鑒別羰基化合物的試劑將醛酮與醇酚區別，然後用托倫試劑區別醛與酮，用斐林試劑區別芳香醛與脂肪醛，用碘仿反應鑒別甲基酮；用三氯化鐵的顏色反應區別酚與醇，用碘仿反應鑒別可氧化成甲基酮的醇。鑒別方法可按下列步驟進行：
（1） 將化合物各取少量分別放在7支試管中，各加入幾滴2，4-二硝基苯肼試劑，有黃色沉澱生成的為羰基化合物，即苯甲醛、丙醛、2-戊酮、3-戊酮，無沉澱生成的是醇與酚。
（2） 將4種羰基化合物各取少量分別放在4支試管中，各加入托倫試劑（氫氧化銀的氨溶液），在水浴上加熱，有銀鏡生成的為醛，即苯甲醛和丙醛，無銀鏡生成的是2-戊酮和3-戊酮。
（3） 將2種醛各取少量分別放在2支試管中，各加入斐林試劑（酒石酸鉀鈉、硫酸酮、氫氧化鈉的混合液），有紅色沉澱生成的為丙醛，無沉澱生成的是苯甲醛。
（4） 將2種酮各取少量分別放在2支試管中，各加入碘的氫氧化鈉溶液，有黃色沉澱生成的為2-戊酮，無黃色沉澱生成的是3-戊酮。
（5） 將3種醇和酚各取少量分別放在3支試管中，各加入幾滴三氯化鐵溶液，出現蘭紫色的為苯酚，無蘭紫色的是醇。
（6） 將2種醇各取少量分別放在支試管中，各加入幾滴碘的氫氧化鈉溶液，有黃色沉澱生成的為異丙醇，無黃色沉澱生成的是丙醇。

能使溴水或酸性高錳酸鉀溶液褪色的有機物
思考：先不要看下面的歸納，在你學過的有機物中那些或哪類有機物可使溴水或酸性高錳酸鉀溶液褪色？
1．使溴水褪色的有機物有：
（1）不飽和烴（烯、炔、二烯、苯乙烯等）；
（2）不飽和烴的衍生物（烯醇、烯醛等）；
（3）石油產品（裂化氣、裂解氣、裂化石油等）；
（4）苯酚（生成白色沉澱）。
（5）天然橡膠；
2．因萃取使溴水褪色的物質有：
（1）密度小於1的溶劑（液態飽和烴、直餾汽油、苯及其同系物、液態環烷烴、液態飽和酯）。
（2）密度大於1的溶劑（四氯化碳、氯仿、溴苯、二硫化碳等）；
3．使酸性高錳酸鉀溶液褪色的有機物有：
（1）不飽和烴；（2）苯的同系物；（3）不飽和烴的衍生物；（4）含醛基的有機物：醛、甲酸、甲酸酯、甲酸鹽；（5）石油產品（裂解氣、裂化氣、裂化石油）；（6）天然橡膠。

能使溴水和酸性高錳酸鉀溶液褪色的有機物

1．使溴水褪色的有機物有：
（1）不飽和烴（烯、炔、二烯、苯乙烯等）；
（2）不飽和烴的衍生物（烯醇、烯醛等）；
（3）石油產品（裂化氣、裂解氣、裂化石油等）；
（4）天然橡膠；
（5）苯酚（生成白色沉澱）。

2．因萃取使溴水褪色的物質有：
（1）密度大於1的溶劑（四氯化碳、氯仿、溴苯、二硫化碳等）；
（2）密度小於1的溶劑（液態的飽和烴、直餾汽油、苯及其同系物、液態環烷烴、液態飽和酯）。

3．使酸性高錳酸鉀溶液褪色的有機物有：
（1）不飽和烴；
（2）苯的同系物；
（3）不飽和烴的衍生物；
（4）部分醇類有機物；
（5）含醛基的有機物：醛、甲酸、甲酸酯、甲酸鹽；
（6）石油產品（裂解氣、裂化氣、裂化石油）；
（7）天然橡膠。

❹ 波譜分析的簡介

波譜分析主要是以光學理論為基礎，以物質與光相互作用為條件，建立物質分子結構與電磁輻射之間的相互關系，從而進行物質分子幾何異構、立體異構、構象異構和分子結構分析和鑒定的方法。
波譜分析已成為現代進行物質分子結構分析和鑒定的主要方法之一。隨著科技的發展，技術的革新和計算機應用，波譜分析也得到迅速發展。波譜分析法具有優點突出，廣泛應用等特點，是諸多科研和生產領域不可或缺的工具。隨著科技發展和分析要求的不斷提高，使得科研工作者對波譜分析法也在不斷創新。
波譜分析的理論不僅對葯物結構分析和鑒定起著重要的作用，同時也是葯物化學、葯物分析、葯物代謝動力學、天然葯物化學等學科的必不可少的分析手段。
波譜分析法由於其快速、靈敏、准確、重現在有機葯物結構分析和鑒定研究中起著重要的作用，已成為新葯研究和葯物結構分析和鑒定常用的分析工具和重要的分析方法。

❺ 波譜分析的分類

波譜法主要包括紅外光譜、紫外光譜、核磁共振和質譜，簡稱為四譜。除此之外還包含有拉曼光譜、熒光光譜、旋光光譜和圓二色光譜、順磁共振譜。波譜法的種類也越來越多。

❻ 哪些波譜方法可以應用於有機化合物結構分析

發射光譜法：依據物質被激發發光而形成的光譜來分析其化學成分。使用不同的激發源而有不同名稱的光譜法。如用高頻電感耦合等離子體(ICP)作激發源，稱高頻電感耦合等離子體發射光譜法；如用激光作光源，稱激光探針顯微分析。

❼ 核磁共振波譜法的概述

磁性原子核，比如H和C在恆定磁場中，只和特定頻率的射頻場作用。共振頻率，原子核吸收的能量以及信號強度與磁場強度成正比。比方說，在場強為21特斯拉的磁場中，質子的共振頻率為900MHz。盡管其他磁性核在此場強下擁有不同的共振頻率，但人們通常把21特斯拉和900MHz頻率進行直接對應。 化學位移
在一個分子中，各個質子的化學環境有所不同，或多或少的受到周邊原子或原子團的屏蔽效應的影響，因此它們的共振頻率也不同，從而導致在核磁共振波譜上，各個質子的吸收峰出現在不同的位置上。但這種差異並不大，難以精確測量其絕對值，因此人們將化學位移設成一個無量綱的相對值，即：某一物質吸收峰的頻
率與標准質子吸收峰頻率之間的差異稱為該物質的化學位移，常用符號 δ 表示，單位為ppm。而在實際應用中，四甲基硅烷常被作為參照物
透過不同質子的化學位移，人們可以得出這些質子所處的化學環境，從而得出該分子的結構信息，這種過程稱之為「解譜」。比如對於乙醇分子，具有三種不同化學環境的質子，即：甲基、亞甲基和羥基。在其H譜圖上，可以看到3個特有的峰信號各自處於特定的化學位移，其中位於1ppm的峰信號對應甲基，位於4 ppm的信號對應亞甲基，位於2~3 ppm之間的信號對應羥基，其具體化學位移值和採用的NMR溶劑有關。另外，從峰信號的強度可以得出相對應的質子數量，比如乙醇分子中的甲基擁有3個質子，亞甲基擁有2個質子，在譜圖上，對應的甲基和亞甲基峰強度比為3：2。
現代的分析軟體可以協助人們通過分析峰信號，從而得出究竟有幾個質子形成了此信號。這種方法稱作「積分」，即通過計算面積（不單單是高度，還有峰寬度）來得出相關質子數目。但必須指出的是，這種計算方法僅適用於最簡單的一維譜，對於更復雜的譜圖，比如C譜，其積分還與原子核的弛豫速率和偶極耦合常數相關，而這些常常被人誤解。因此，用積分法來解析復雜核磁譜圖是相當困難的。 峰的裂分 強度比 單重 1 雙重 1:1 三重 1:2:1 四重 1:3:3:1 五重 1:4:6:4:1 六重 1:5:10:10:5:1 七重 1:6:15:20:15:6:1 在一維譜圖上，除峰信號數量，峰信號強度之外，還有一個有助於解析分子結構的信息，即磁性原子核之間的J-耦合。這種耦合來源於臨近磁性原子核的不同自旋狀態數的相互作用，這種相互作用會改變原子核自旋在外磁場中進動的能級分布狀況，造成能級的裂分，進而造成NMR譜圖中的信號峰形狀發生劈裂，信號峰的劈裂狀態可以得出分子內各原子和官能團之間的連接方式，以及臨近的磁性核數目。
兩個相鄰的氫核之間的耦合遵循一定的規則，n個氫核將把相鄰磁性核信號峰劈裂成n+1個多重峰，並且這n+1個多重峰之間的強度關系依照楊輝三角形規則。例如，乙醇分子中的甲基峰與相鄰的亞甲基耦合，呈三重峰狀，三重峰之間的強度比為1：2：1。不過如果一個氫核同時與兩個不同性質的氫核進行耦合，則不會得到三重峰，而是得到雙雙重峰（dd）。要注意的是，如果兩個磁性核之間相隔3個化學鍵以上，耦合就變得十分微弱，以至於不會出現峰的劈裂，但在芳烴和脂環類化合物中三鍵距離以上的長程耦合通常可以得到較復雜的劈裂峰。
19F與31P通常由於其擁有更大的自旋量子數而顯得不同，其餘類似，比如氫核與氘核（2D）之間的耦合將把信號峰劈裂為1：1：1。 在芳烴化合物和非彈性分子（比如烯烴）中，常會遇到由於各質子的磁不等價性而帶來譜圖復雜性增加，這需要計算化模型來輔助分析。

❽ 波譜分析的進展

從19世紀中期至現在，波譜分析經歷了一個漫長的發展過程。進入20世紀的計算機時代後，波譜分析得到了飛躍的發展，不斷地完善和創新，在方法、原理、儀器設備以及應用上都在突飛猛進。 四譜是現代波譜分析中最主要也是最重要的四種基本分析方法。四譜的發展直接決定了現代波譜的發展。在經歷了漫長的發展之後四譜的發展以及應用已漸成熟，也使波譜分析在化學分析中有了舉足輕重的地位。
1.1. 紫外-可見光譜
20世紀30年代，光電效應應用於光強度的控制產生第一台分光光度計並由於單色器材料的改進，是這種古老的分析方法由可見光區擴展到紫外光區和紅外光區。紫外光譜具有靈敏度和准確度高，應用廣泛，對大部分有機物和很多金屬及非金屬及其化合物都能進行定性、定量分析，且儀器的價格便宜，操作簡單、快速，易於普及推廣，所以至今它仍是有機化合物結構鑒定的重要工具。近年來，由於採用了先進的分光、檢測及計算機技術，使儀器的性能得到極大的提高，加上各種方法的不斷創新與改善，使紫外光譜法成為含發色團化合物的結構鑒定、定性和定量分析不可或缺的方法之一。
1.2.紅外光譜
1947年，第一台實用的雙光束自動記錄的紅外分光光度計問世。這是一台以棱鏡作為色散元件的第一代紅外分光光度計。到了20世紀60年代，用光柵代替棱鏡作為分光器的第二代紅外光譜儀投入實用，由於它解析度高，測定波長的范圍寬，對周圍環境要求低，加上新技術的開發和應用，使紅外光譜的應用范圍擴大到絡合物、高分子化合物和無機化合物的分析上，並且可以儲存標准圖譜，用計算機自動檢索。20世紀70年代後期，第三代即干涉型傅里葉變換紅外光譜儀投入使用。此種光度計靈敏度、解析度高，掃描速度快，是目前主要機型。近來，已採用可調激光器作為光源來代替單色器，研製成功了激光紅外分光光度計，也就是第四代紅外分光光度計，它具有更高的解析度和更廣的應用范圍。但目前尚未普及。
1.3.核磁共振
自1945年F.Bloch和E.M.Purcell為首的兩個研究小組同時獨立發現核磁共振現象以來，1H核磁共振在化學中的應用已有50年了。特別是近20年來，隨著超導磁體和脈沖傅里葉變換法的普及，核磁共振的新方法、新技術不斷涌現，如二維核磁共振技術、差譜技術、極化轉移技術及固體核磁共振技術的發展，是核磁共振的分析方法和技術不斷完善，應用范圍日趨擴大，樣品用量減少，靈敏度大大提高。
1.4.質譜
早在1912年左右，J.J.Thomson就製成 了第一台質譜裝置，並用其發現了20Ne和22Ne。早期，這種方法主要用於測定相對原子質量和發現新元素。在20世紀30年代，由於離子光學理論的建立促進了質譜儀的發展。20世紀40年代以後質譜法除用於實驗室工作外，還用於原子能工業和石油工業。60年代開始，質譜就廣泛地應用於有機物分子結構的測定。近幾十年來，質譜儀也發展迅速，相繼出現 了多種類型和多種用途飛質譜儀。 波譜分析除了四譜之外還有拉曼光譜、熒光光譜、旋光光譜和圓二色光譜、順磁共振譜、X射線衍射法等。
由於不同的光譜都有其所長。目前拉曼光譜和紅外光譜的聯用已應用廣泛，旋光光譜、圓二色光譜在測定手性化合物的構型和構想、確定某些官能團在手性分子中的位置方面有獨到之處，因此也常和紫外光譜聯用以達到更高要求的分析目的。