化合物結(jié)構(gòu)鑒定之四大色譜發(fā)展總結(jié)VIP

2016級化合物結(jié)構(gòu)鑒定結(jié)課論文 姓名：徐 俊 學號：104754160909 專業(yè)：環(huán)境工程 學院：化學化工學院 2016年12月20日 四譜技術(shù)的應(yīng)用進展與討論摘 要：近幾年，隨著科學技術(shù)的迅猛發(fā)展，紅外光譜、紫外光譜、核磁共振譜及質(zhì)譜分析技術(shù)也在各國迅速地發(fā)展起來，其應(yīng)用面涉及生命科學、有機化學、生物化學、醫(yī)藥衛(wèi)生、環(huán)境保護、食品化學、農(nóng)業(yè)科學、石油化工等各個領(lǐng)域，特別是在生命科學探索、藥物開發(fā)、毒物分析等研究中起著先導(dǎo)作用。本文簡單介紹紅外光譜、紫外光譜、核磁共振譜及質(zhì)譜的相關(guān)原理，并就這四種光譜分析技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用做了總結(jié)和討論。關(guān)鍵字：紅外光譜；紫外光譜；核磁共振譜；質(zhì)譜；聯(lián)用引 言紅外光譜1是一種分子吸收光譜，它反映分子振動能級的跳躍情況，提供化合物具有何種官能團的信息。當樣品中分子受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時，某一波長紅外光的頻率若與分子中某種振動形式的固有頻率相同，光子的能量可以傳送給分子，如果分子對光子吸收而產(chǎn)生振動能級的躍遷，則相應(yīng)頻率的透射光強度減弱。以波數(shù)或波長為橫坐標，吸收強度或透過率為縱坐標記錄吸收曲線，就得到紅外吸收光譜。紫外光譜2原理是具有光學活性的化合物，在紫外可見光區(qū)(200800nm)范圍內(nèi)，吸收一定波長的光子后，其價電子在分子的電子能級之間躍遷，由此而產(chǎn)生的分子吸收光譜被稱為紫外可見吸收光譜，簡稱紫外光譜。核磁共振3原理是原子核在磁場中受到磁化，自旋角動量發(fā)生轉(zhuǎn)動，當外加能量與原子核震動頻率相同時，原子核吸收能量發(fā)生能級躍遷，同時釋放出微弱的能量，發(fā)射電信號，把這許多信號檢出，并使之能進行空間分辨，就得到運動中原子核分布圖像質(zhì)譜。質(zhì)譜4是一種按質(zhì)量大小規(guī)律（質(zhì)核比）進行排列的圖譜。原理是是將有機分子在真空中用電子轟擊，給出不同質(zhì)荷比的分子碎片，經(jīng)質(zhì)量分離器分離后，檢測記錄獲得質(zhì)荷比與豐度之間關(guān)系的質(zhì)譜圖，依據(jù)質(zhì)譜圖可獲取化合物分子質(zhì)量及結(jié)構(gòu)信息。1 紅外光譜應(yīng)用1.1 在臨床醫(yī)學和藥學方面的應(yīng)用除特殊情況外，鑒于每個化合物都有自己獨特的紅外光譜，故紅外光譜能為藥品質(zhì)量的監(jiān)測提供了快速準確的方法5。如對藥材天麻、阿膠以及西藥紅霉素等藥物的研究6。紅外光譜在臨床疾病檢測方面也有廣泛的應(yīng)用，吳漢福等7用FTIR法對天然牛黃中膽紅素鈣的含量進行了定量測定。隨著漫反射測試技術(shù)的出現(xiàn)，無損藥物分析在近紅外光譜分析中占有非常重要的位置。1.2 在農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用紅外光譜已成功地用于農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)分析，進而擴展到污染物的測定，如煙草、咖啡的分類、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地來源鑒別，還用于檢測可耕土壤的物理和化學變化8。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，近紅外光譜可通過漫反射方法，檢驗種子或作物的質(zhì)量。還能用于作物及飼料中的油脂、氨基酸、糖分、灰粉等含量的測定以及谷物中污染物的測定，近紅外光譜還被用于煙草的分類、棉花纖維、飼料中蛋白及纖維素的測定，以及監(jiān)測可耕土壤中的物理和化學變化9。1.3 在食品方面的應(yīng)用食品中農(nóng)藥殘留分析離不開農(nóng)藥標準品，而標準品研制中一般須經(jīng)紅外光譜進行結(jié)構(gòu)表征10。周向陽、林純忠等11首次采用傅立葉變換近紅外光譜法對十字花科、旋藥科、菊科、傘形花科、莧科等20余種葉菜類中有機磷農(nóng)藥殘留的鑒別進行了系統(tǒng)研究。近紅外光譜還可用于分析肉、魚、蛋、奶及奶制品等食品中脂肪酸、蛋白、氨基酸等的含量，以評定其品質(zhì)12,13。近紅外光譜還用于水果及蔬菜的分析14。在啤酒生產(chǎn)中，近紅外光譜被用于在線監(jiān)測發(fā)酵過程中的酒精及糖分含量15。1.4 在環(huán)境保護科學方面應(yīng)用在水體污染中，有機污染物是主要物質(zhì)，化學需氧量（COD）是最常用、最重要的表征有機污染程度的指標之一。比如運用近紅外光譜法測量廢水COD的方法16。還有采用紅外光譜與原子吸收光譜檢測土壤重金屬在植物中的積累。傅里葉變換紅外光譜系統(tǒng)特點是結(jié)構(gòu)簡單，環(huán)境適應(yīng)性良好，測量速度快，采樣范圍廣，可用于探測大氣中一些重要微量組分，可對較大區(qū)域的環(huán)境氣體的監(jiān)測和研究17。2 紫外光譜2.1 紫外光譜分析監(jiān)測水質(zhì)目前水質(zhì)檢測采用的分子光譜分析技術(shù)是水環(huán)境監(jiān)測中應(yīng)用最廣泛的技術(shù)之一，而基于直接紫外光譜分析的水質(zhì)監(jiān)測18是利用有機物及部分無機物吸收紫外光的特性，建立紫外吸光度和水質(zhì)參數(shù)濃度的相關(guān)模型來獲得重要的水質(zhì)參數(shù)，具有無需試劑、實時在線、體積小、成本低、多參數(shù)檢測等優(yōu)點，在對飲用水、地表水、工業(yè)廢水等水體的在線監(jiān)測中具有顯著優(yōu)勢，滿足現(xiàn)代水質(zhì)監(jiān)測對監(jiān)測儀器提出的微型便攜、現(xiàn)場實時、多參數(shù)、低成本等需求，成為水質(zhì)監(jiān)測儀器的重要發(fā)展方向19,20。2.2 紫外光譜法檢測藥物近紅外光譜技術(shù)已在藥物制劑分析中得到了成功的應(yīng)用，它可以測定藥品的許多參數(shù)如評定溶解物、包衣厚度、失活時間等，為制藥企業(yè)在線和實時分析提供了更嚴格的質(zhì)量控制分析方法，從而降低次品率、降低生產(chǎn)成本21,22。2.3 紫外光譜分析檢測食品食品安全關(guān)乎人們健康和國計民生，由質(zhì)量問題引起的食品安全事故越來越多，所以食品安全急需對農(nóng)副食品品質(zhì)進行快速無損檢測23。紫外光譜技術(shù)在檢測食品中一些威脅人們健康的因素方面有著重要作用。近年來，利用紫外光譜法對食品領(lǐng)域的研究與應(yīng)用越來越多，因其具有靈敏可靠、實用性強、簡便快捷的優(yōu)點被推廣應(yīng)用。同時紫外光譜法在檢測食品含量和質(zhì)量方面也有一定的應(yīng)用24,25。3 核磁共振技術(shù)的應(yīng)用3.1 核磁共振技術(shù)在化學領(lǐng)域的應(yīng)用核磁共振技術(shù)是測定分子結(jié)構(gòu)的有效工具，現(xiàn)在已經(jīng)測定了萬余種有機化合物的核磁共振圖。對分子結(jié)構(gòu)的測定，包括對有機化合物絕對構(gòu)型的測定和對復(fù)雜化合物結(jié)構(gòu)的解析。核磁共振技術(shù)應(yīng)用在有機合成中，不僅可對反應(yīng)物或產(chǎn)物進行結(jié)構(gòu)解析和構(gòu)型確定，而且在研究合成反應(yīng)中的電荷分布及其定位效應(yīng)、探討反應(yīng)機理等方面也有著廣泛應(yīng)用26。3.2 核磁共振技術(shù)在醫(yī)學中的應(yīng)用核磁共振作為一種對人體無創(chuàng)、無電離輻射的診斷工具，不僅適合做結(jié)構(gòu)成像，還可以做功能性成像，因而使之和X射線、CT、超聲成像等一道成為當今幾大最常用的醫(yī)學成像技術(shù)27。核磁共振技術(shù)在醫(yī)學藥物研發(fā)過程中也有著重要的應(yīng)用，它可以提供藥物設(shè)計的結(jié)構(gòu)信息，還可以通過NMR技術(shù)進行配體的篩選，從而在確定藥物的有效性等方面有著廣泛的應(yīng)用28。3.3 核磁共振技術(shù)在生物技術(shù)中的應(yīng)用核磁共振分析技術(shù)可以無侵入的獲取活體生物系統(tǒng)的信息29，使NMR技術(shù)在活體應(yīng)用方面的研究進展迅速。NMR技術(shù)可以用于分析生物細胞系統(tǒng)的代謝途徑，用于生物反應(yīng)器系統(tǒng)的優(yōu)化,設(shè)計生物反應(yīng)器還可用于結(jié)構(gòu)基因組學。4 質(zhì)譜分析技術(shù)的應(yīng)用4.1 生物質(zhì)譜技術(shù)在生命科學研究中的應(yīng)用目前，生物質(zhì)譜的發(fā)展趨勢是將不同類型的質(zhì)量分析器串聯(lián)起來，以提高質(zhì)譜的工作性能和適用范圍。采用生物質(zhì)譜技術(shù)30對蛋白質(zhì)的復(fù)雜性進行分析，較之傳統(tǒng)方法更加準確，更加靈敏，所需樣品量大大減少，一天就能完成上千個樣本的分析，從而縮短了科研時間，使對蛋白質(zhì)進行大規(guī)模分析、鑒定成為可能。4.2 高分辨率氣相色譜一高分辨率質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在二噁英分析中的應(yīng)用二噁英類化合物是環(huán)境荷爾蒙類污染物中重要的一大類化合物，二噁類有毒物質(zhì)能干擾機體的正常內(nèi)分泌功能，引起代謝紊亂，導(dǎo)致多種疾病等巨大危害性，給人類健康造成了嚴重危害。目前二噁英研究的測定裝置趨向?qū)Ｓ没?，所有實施二噁英控制的國家都指定了高分辨率氣相色譜一高分辨率雙聚焦質(zhì)譜儀作為二噁英類分析定量檢測的必備關(guān)鍵設(shè)備，同時研究制定了HRGC-HRMS定量檢測二噁英物質(zhì)的一系列具體和必要的條件31。4.3 質(zhì)譜在食品中農(nóng)藥殘留及獸藥殘留分析中的應(yīng)用由于食品中的有害物質(zhì)絕大多數(shù)為有機物，因此氣相色譜和液相色譜是食品安全檢測的主要手段。用色譜分離待分析組分和干擾雜質(zhì)，用質(zhì)譜鑒定分子結(jié)構(gòu)，可用全掃描、選擇離子檢測、多級質(zhì)譜檢測等方法。4.4 質(zhì)譜在組合化學中的應(yīng)用組合化學是一門交叉性科學，從其產(chǎn)生發(fā)展到今天，始終以有機化學為基礎(chǔ)，與各種學科完美結(jié)合。到目前為止，已有三種質(zhì)譜技術(shù)應(yīng)用于組合化合物庫的樣品分析。質(zhì)譜在組合化學中的應(yīng)用主要分成兩大類：檢測固相產(chǎn)物和固相反應(yīng)；從化合物庫中確定活性化合物的結(jié)構(gòu)。利用質(zhì)譜法，可將分析速度提高10倍，與合成速度相匹配，因而成為首選的分析方法32?？傊?，它已成為各個領(lǐng)域研究中強有力的工具。5. 總 結(jié)隨著科學技術(shù)的迅速發(fā)展，紅外光譜、紫外光譜、核磁共振譜及質(zhì)譜分析技術(shù)不斷完善。一方面，隨著分析儀器的微型化發(fā)展和分析技術(shù)的自動化、網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，基于四譜光譜儀和機器將適用于越來越多的檢測。新領(lǐng)域、新方法不斷出現(xiàn)，各學科的新成就被應(yīng)用到分析中。另一方面，由于現(xiàn)代科學技術(shù)的發(fā)展，對信息量及分析速度的要求都在提高，采用一種分析技術(shù)已無法滿足分析任務(wù)的要求，于是將幾種分析技術(shù)結(jié)合組成聯(lián)用技術(shù)，相互取長補短，從而提高方法的靈敏度、準確度以及對復(fù)雜物質(zhì)的分辨能力。使操作和數(shù)據(jù)處理快速、準確和簡便化、自動化，使分析方法大為改觀?？傊淖V聯(lián)用分析技術(shù)已成為當前分析方法發(fā)展的方向，并已成為科學技術(shù)的先進領(lǐng)域和現(xiàn)代實驗化學的重要支柱。參考文獻1曾泳淮，林樹昌儀器分析M北京：高等教育出版社，20042于為雄基于紫外吸收原理的在線COD數(shù)字變送器的研制D哈爾濱工業(yè)大學碩士學位論文，2013：15203高明珠核磁共振技術(shù)及其應(yīng)用進展J信息記錄材料，2011，12(3)：48514陳煥文，胡斌，張燮復(fù)雜樣品質(zhì)譜分析技術(shù)原理與應(yīng)用J分析化學(FENXIHUAXUE)特約來稿，2010，38(8)：106910885楊梅成現(xiàn)代色譜及聯(lián)用技術(shù)在抗生素藥品雜質(zhì)分析中的應(yīng)用研究D華東師范大學博士學位論文，2014：20316王旭明近年來紅外光譜在臨床醫(yī)藥學中的應(yīng)用新進展J現(xiàn)代儀器，2007(1)：597吳漢福紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用J六盤水師范高等?？茖W校學報，2006，18(3)：51548王多加，周向陽，金銘明等近紅外光譜檢測技術(shù)在農(nóng)業(yè)和食品分析上的應(yīng)用J光譜學與光譜分析，2004，24(4)：4474509郭靜婕，陳智理，李健等色譜技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用J農(nóng)產(chǎn)品加工（學刊），2013(4)：666810姚煒，夏彩云紅外光譜技術(shù)在食品安全檢測中的應(yīng)用J中國衛(wèi)生檢驗雜志，2009，19(6)：515211周向陽，林純忠，胡祥娜等近紅外光譜法(NIR)快速診斷蔬菜中有機磷農(nóng)藥殘留J食品科學，2004，25(5)：15115312徐琳，王乃巖，李玉春等近紅外光譜法(NIR)快速診斷蔬菜中有機磷農(nóng)藥殘留J食品科學，2003，20(6)：88889013文韜，鄭立章，龔中良等基于近紅外光譜技術(shù)的茶油脂肪酸含量的快速檢測J湖南農(nóng)業(yè)大學學報(自然科學版)，2016，42(6)：67668114李彥文，周鳳琴，王麗萍等酸棗仁與其偽品滇棗仁的FTIR指紋圖譜鑒別J中醫(yī)藥學刊，2005，23(4)：71371515黃艷，王錫昌近紅外光譜分析在食品檢測中的最新進展J食品研究與開發(fā)，2007，28(7)：13714016李英華，孫麗娜，胡曉鈞等紅外光譜技術(shù)在環(huán)境科學中的應(yīng)用與展望J光譜學與光譜分析，2008，28(10)：2326232817丁敏，袁鵬COD在線監(jiān)測儀在監(jiān)控石化污水出水中的應(yīng)用J河南化工，2012，29(11)：444618陳玥城帀供水水質(zhì)異常檢測方法研究D浙江大學碩士學位論文，2013：455119Catherine Gonzalez, Philippe Quevauviller, Richard Greenwood. Rapid Chemical and Biological Techniques for Water Monitoring. Chichester: John Wiley&Sons Ltd, 2009, (7): 303308.20Thomas O. UV-Visible Spectrophotometry of Water and Wastewater. Oxford: Elsevier, 2007, (7): 179182.21孫闊阿司匹林合成過程的拉曼光譜監(jiān)控D廣西科技大學，2013，364522張小玲，粟暉，姚志湘等紫外光譜法監(jiān)測阿司匹林合成體系中的阿司匹林和水楊酸J光譜實驗室，2011，28(4)：1911191523張小玲，呂重瑩，加平平等紫外光譜技術(shù)在食品分析中的應(yīng)用J渭南師范學院學報，2014，29(7)：939624李先端，錢瓊，秋何勇釀造醋和配置醋質(zhì)量分析與鑒別J中國食物與營養(yǎng)，2011，17(2)：273025葉旭君，馬志靜，張立宏等基于紫外-可見-近紅外光譜技術(shù)的蔬菜細胞ATP 含量無損檢測研究J光譜學與光譜分析，2012，34(4)：97898126陳玉寶核磁共振技術(shù)在我國石油工程項目中的應(yīng)用概述J工程技術(shù)-能源與動力工程，2012，(s1)：169