波譜分析的新方法論文

『壹』 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。

『貳』 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。

『叄』 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。

『肆』 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。

『伍』 波譜數據處理與分析

7.1.1 低信噪比處理方法

由於測量儀器的敏感性及測量環境等多種因素的影響，獲取的樣本波譜曲線中難免會存在噪音，對於一些特定波段，比如水汽吸收帶，在野外光譜測量中，則是信噪比大大降低，有時岩石反射的有用光譜信號完全被雜訊所掩蓋。針對這種情況，在進行岩礦波譜分析之前，首先需要對這些信噪比較低的波段進行去除，以減少波譜分析過程中雜訊信號的影響。目前波譜庫軟體系統提供了用戶互動式地去除低信噪比方法，由用戶指定信噪比低的波段，系統在後期的處理中自動過濾掉這些低信噪比波段的數據。

7.1.2 光譜重采樣

對於不同感測器獲取的數據，為了進行波譜運算與分析，需要對波譜的波段范圍及波長間隔進行統一化處理，這項處理工作由波譜庫的波譜重采樣模塊完成。光譜重采樣通過光譜反射率與波長之間的回歸與內插實現。

7.1.3 光譜平滑濾波

對於光譜數據的噪音，如果不進行剔除操作，可能會造成假特徵的出現。因此，在進行波譜特徵提取及比對分析之前，需要對波譜數據進行平滑濾波。在本系統中，軟體提供了滑動平均與S-G濾波的平滑方法。