波譜分析

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係，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鑑定的方法。

基本介紹

• 中文名：波譜分析
• 基礎：光學理論
• 條件：物質與光相互作用
• 特點：優點突出，廣泛套用

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係，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鑑定的方法。

波譜分析已成為現代進行物質分子結構分析和鑑定的主要方法之一。隨著科技的發展，技術的革新和計算機套用，波譜分析也得到迅速發展。波譜分析法具有優點突出，廣泛套用等特點，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藥物結構分析和鑑定起著重要的作用，同時也是藥物化學、藥物分析、藥物代謝動力學、天然藥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、準確、重現在有機藥物結構分析和鑑定研究中起著重要的作用，已成為新藥研究和藥物結構分析和鑑定常用的分析工具和重要的分析方法。

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、螢光光譜、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。

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、儀器設備以及套用上都在突飛猛進。

四譜

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套用已漸成熟，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，光電效應套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準確度高，套用廣泛，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鑑定的重要工具。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鑑定、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。這是一台以稜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，用光柵代替稜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，測定波長的範圍寬，對周圍環境要求低，加上新技術的開發和套用，使紅外光譜的套用範圍擴大到絡合物、高分子化合物和無機化合物的分析上，並且可以儲存標準圖譜，用計算機自動檢索。20世紀70年代後期，第三代即干涉型傅立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，已採用可調雷射器作為光源來代替單色器，研製成功了雷射紅外分光光度計，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套用範圍。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套用已有50年了。特別是近20年來，隨著超導磁體和脈衝傅立葉變換法的普及，核磁共振的新方法、新技術不斷湧現，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，套用範圍日趨擴大，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，質譜就廣泛地套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。

其他方法

波譜分析除了四譜之外還有拉曼光譜、螢光光譜、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套用廣泛，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。

套用

醫藥方面

1. 藥物分析中的套用波譜分析的發展趨勢 藥物波譜分析是當今發展最為迅速的前沿科學之一。波譜分析在藥物分析中的重要套用可見一斑。中藥的化學成分複雜，有效成分難以確定。僅單方製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、分析手段進行鑑別和含量測定。而波譜分析便是中藥研究中最為廣泛套用的一項技術。質譜法可以提供各種化合物的分子量、結構碎片等信息，是鑑定有機物的有力工具。

2. 臨床醫學中的套用

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。核磁共振廣泛套用於心血管病、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臨床套用技術最成熟，套用也最方便、最廣泛。

環境方面

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、定量分析和結構鑑定。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套用廣泛，如土壤中敵敵畏、敵百蟲等農藥殘留含量的分析。

2. 食品安全中的套用

高效液相色譜一質譜/質譜法(HPLC-MS/MS)具有靈敏度高、定性準確等優點，近年已越來越多地套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藥殘留的檢測。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. 生物套用方面的分析

可採用傅立葉變換紅外(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回響甲醛脅迫的生理特性。

工業方面

1. 化工工業中的套用

波譜分析在精細化學品中的套用相當廣。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，這對改善條幹均勻度，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、材料檢測中的套用

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套用。