現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)原理和應(yīng)用

分子熒光光譜定性分析依據(jù)熒光光譜是激發(fā)態(tài)分子從第一激發(fā)態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)躍遷回到基態(tài)中各個(gè)不定量分析依據(jù)（激發(fā)波長一定的條件下）熒光強(qiáng)度和溶液中吸收光的強(qiáng)度（Ia）及熒光物質(zhì)的熒光效率Ia在極稀溶液lc0.0））和溶液中熒光物質(zhì)的濃度）F=kc應(yīng)用有機(jī)物質(zhì)的定性和定量測(cè)定； 生物分子的檢測(cè)；生物大分子催化、折疊等動(dòng)力學(xué)過程DNA分析； DNA含量分析； DNA堿基序列分析； 在體基因檢測(cè)；毛細(xì)管電泳后的高效檢測(cè)器—激光誘導(dǎo)熒光檢測(cè)熒光：第一激發(fā)單重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)→基態(tài)；磷光：第一激發(fā)三重態(tài)的最低振動(dòng)能級(jí)→基態(tài)；分子磷光光譜發(fā)光機(jī)理—單重態(tài)激發(fā)至激發(fā)態(tài)——單重態(tài)。應(yīng)用生物分析；藥物分析；生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程研究（磷光免疫分析etc.）化學(xué)發(fā)光技術(shù)（ChemliuminescenceCL)基本原理 反應(yīng)物或反應(yīng)產(chǎn)物吸收了化學(xué)反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生的化學(xué)能使其分子或原子由基激發(fā)至激發(fā)態(tài)，而再躍遷回到基態(tài)時(shí)發(fā)出一定波長的光稱化學(xué)發(fā)光。A ＋A ＋C*B=== C* ＋C ＋DhA ＋C*B＋F=== C* ＋=== F*D＋CF* F ＋ h4.電化學(xué)發(fā)光技術(shù)(ECL)原理 ECL是利用電極原位產(chǎn)生試劑，這些試劑在溶劑移而生成激發(fā)態(tài)的分子，不穩(wěn)定的激發(fā)態(tài)分子回到基態(tài)過向電解施加正負(fù)脈沖應(yīng)用無機(jī)物的分析；有機(jī)物的分析；生物活性物質(zhì)的分析；生物活性氧的分析免役發(fā)光分析；核酸雜交分析；微全分析系統(tǒng)中的應(yīng)用中反應(yīng)，完成較高能量的電子轉(zhuǎn)程中以光輻射形式釋放能量。正電位時(shí)，分子被氧化：A負(fù)電位時(shí)，分子被還原：A+ +e-A+e-A-A+ +A-2A*A*A+hECL的應(yīng)用 電致化學(xué)發(fā)光在化學(xué)修飾電極、生物傳感器及核酸探針中的應(yīng)用。電致化學(xué)發(fā)光在免疫分析中的應(yīng)用。 近紅外電致化學(xué)發(fā)光5.光聲光譜光聲光譜基本原理 光聲光譜指物質(zhì)吸收光源或電子輻射后激發(fā)至激發(fā)態(tài)，然后過無輻射躍遷（放熱）回到初始狀—光能轉(zhuǎn)變成熱能的過—進(jìn)而測(cè)量。光聲技術(shù)是測(cè)量樣品內(nèi)部熱能，因而它即是量熱技術(shù)，也是光譜技術(shù)。應(yīng)用 無機(jī)絕緣體（絕緣體、半導(dǎo)體、金屬材料等不透光或易反射的物體）固體有機(jī)物（有機(jī)染料和有機(jī)半導(dǎo)體等吸收系數(shù)很大，光學(xué)上不透明的材料液晶（液晶的固態(tài)，近晶態(tài)和向列態(tài)等對(duì)光有強(qiáng)烈散射的物體）（TLC分離后各物質(zhì)的鑒定等。生物醫(yī)學(xué) 生物大分子的真空紫外光聲光譜和微量測(cè)定，通過同步加速器輻射產(chǎn)生的真空紫外光束、氣體傳聲器檢測(cè)DNA溶菌酶、酵母細(xì)胞、胸腺嘧啶等多種生物分子、及農(nóng)業(yè)品的質(zhì)量鑒定。細(xì)胞學(xué)研究 鑒別細(xì)菌的狀態(tài)即通過光聲光譜鑒別和區(qū)分不同的細(xì)菌狀態(tài)測(cè)定處于各發(fā)展階段的細(xì)菌。植物光合作用的研究； 白血病的病況和早期診斷探討6旋光與圓二色性光譜圓二色性dichroosim,CD）和旋光色散rotatorydispersion,簡稱X射線衍射法有很好的互補(bǔ)性。X射線衍射法能夠在晶體狀態(tài)下了解分子結(jié)構(gòu)，提供最詳細(xì)的資料，但不能提供有機(jī)生物大分子在溶液狀態(tài)下的構(gòu)象信息。旋光光譜（射率、散射率相同，入射光的振動(dòng)方向不變，這種介質(zhì)為非旋光活性介質(zhì)。合成后平面偏振光的振動(dòng)方向發(fā)生改變，這種介質(zhì)為旋光活性介質(zhì)。光學(xué)活性物質(zhì)：不能與它的鏡像相互重疊，一定不具有中心對(duì)稱、平面對(duì)稱和旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸的物質(zhì)。由于在不同波長下，光的折射率不同，旋光度也不相同，因此，當(dāng)以波長為橫坐標(biāo)，旋光度為縱坐標(biāo)，可得旋光光譜譜線。不同的分子結(jié)構(gòu)不同，旋光譜線的譜形也不相同。圓二色光譜旋光活性物質(zhì)同，而使其共振峰幅度不同，這樣不僅導(dǎo)致偏正光的速度不同，而且振幅也不同應(yīng)用 手性化合物的結(jié)構(gòu)分析 CD和ORD可在適當(dāng)?shù)那闆r下用來鑒定發(fā)色團(tuán)在手性分子中的位置對(duì)映性； 鄰近關(guān)系； 構(gòu)象。 溶劑效應(yīng)溶溶質(zhì)之間的相互作用會(huì)影響分子的光學(xué)活性手性介質(zhì)誘導(dǎo)的光學(xué)活性若一個(gè)處于非手性分子被外部介質(zhì)所誘導(dǎo)而產(chǎn)生光學(xué)活性手性化合物的結(jié)構(gòu)分析用于研究蛋白質(zhì)的構(gòu)象蛋白質(zhì)α螺旋以β折疊用于研究DNA結(jié)構(gòu)激光拉曼光譜瑞利散射 光子與物質(zhì)分子碰撞時(shí)為彈性碰撞，碰撞過程沒有能量交換，光的頻率不發(fā)生改變，光傳播方向發(fā)生改變。對(duì)與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析以得到分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)方面信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的方法就是拉曼光譜。拉曼散射 光子與物質(zhì)分子產(chǎn)身非彈性碰撞發(fā)生能量交換光子不但改變了方向且能量也發(fā)生變化：能量減少stokes線，能量增加anti-stokes對(duì)與入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析以得到分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)方面信息，并應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究的方法就是拉曼光譜。振動(dòng)拉曼光譜應(yīng)用有機(jī)結(jié)構(gòu)分析；高分子聚合物的研究（立規(guī)性、結(jié)晶度、取向度；聚合物共混物的結(jié)構(gòu)和分子間作用力的研究；聚合物結(jié)晶過程監(jiān)測(cè)和結(jié)晶度的測(cè)定核磁共振基本原理 有些帶正電的原子核和電子一樣有自旋，原子核自旋的狀況可用自旋量子數(shù) I表示I值為零的原子核可以看做是一種非自旋的球體為基本原理 有些帶正電的原子核和電子一樣有自旋，原子核自旋的狀況可用自旋量子數(shù) I表示I值為零的原子核可以看做是一種非自旋的球體為1/2的原子核可以看做是一種電荷分布均勻的自旋球體I大于1/2的原子核可以看做是一種電荷分布不均勻的自旋橢球體自旋的核因而產(chǎn)生磁場，由此具有磁偶極矩（磁矩。磁矩不為零的原子核，在外磁場作用下自旋能級(jí)發(fā)生能級(jí)分裂，共振吸收某一定頻率的射頻輻射。確定，還可以研究合成反應(yīng)中的電荷分布及其定位效應(yīng)，探測(cè)反應(yīng)機(jī)理。定量分析和分子量的測(cè)定；高分子化學(xué)中的應(yīng)用：聚合物類型的鑒定，有關(guān)聚合物鏈的異構(gòu)化信息，聚合物微觀信息；在生命科學(xué)中的應(yīng)用：醫(yī)學(xué)，生物科學(xué)，材料科學(xué)。電子順磁共振波譜(EPR)基本原理此即電子順磁共振。且只有未成對(duì)的電子才有電子順磁共振。應(yīng)用EPR主要應(yīng)用于鑒定含有未成對(duì)電子的物質(zhì)，自由基是EPR的主要研究對(duì)象。研究過渡金屬配合物，因?yàn)檫^渡金屬具有未充滿的d殼層，其配合物常有未配對(duì)電子。研究配合物中過渡元素的價(jià)態(tài)、電子組態(tài)、配合物結(jié)構(gòu)等。研究生物的光合作用、生物氧化、催化、核酸功能、生物衰老、癌變等。電子能譜(ES)X電子，研究這些自由電子的能量分布就是電子能譜分析?；驹?電子能譜的基本物理過程是光致電離當(dāng)能量為h作用與樣品時(shí)樣品中原或分子M的某一軌道上的電子吸收能量被電離成有一定動(dòng)能的光電子e-:M+h＝M+*＋e- 由能量守恒原理得EM+＝EM+*即某能級(jí)的電子結(jié)合能Eb為:Eb=EM+*-EM＝h-EeXPS（X射線光電子能譜）采用能量為1000－1500eV的射線源，能激發(fā)內(nèi)層電子。各種元素內(nèi)層電子的結(jié)合能是有特征性的，因此可以用來鑒別化學(xué)元素。XPS可用來對(duì)固體表面的元素進(jìn)行定性分析。紫外光電子能譜(UPS)16-41eV的真空紫外光子照射被測(cè)樣：由于光源能量較低，線寬較窄（約為0.01eV),可分辨出分子的振動(dòng)能級(jí),因此被廣泛地用來研究氣體樣品的價(jià)電子和精細(xì)結(jié)構(gòu)以及固體樣品表面的原子、電子結(jié)構(gòu)。俄歇電子能譜的基本機(jī)理是：入射電子束或X射線使原子內(nèi)層能級(jí)電子電離，外層電子產(chǎn)生無輻射俄歇躍遷，發(fā)射俄歇電子，用電子能譜儀在真空中對(duì)它們進(jìn)行探測(cè)。電子能譜合等信息。UPS主要用于：1）清潔表面或有化學(xué)吸附物的表面的電子結(jié)構(gòu)；2）參與表面化學(xué)鍵的金屬電子和分子軌道的組合等信息；3）有關(guān)電子激發(fā)和電荷轉(zhuǎn)移的信息。XPSXH因?yàn)樗鼈儧]有內(nèi)層能級(jí)）之外的全部元素以及元素的定量分析。AESHHe，對(duì)樣品有一定的破壞作用，但其具有表面靈敏度高（檢測(cè)極限小于10-181）表面元素的二維分布圖和顯微像；3）表面元素的三維分布分析;4）表面元素的化學(xué)環(huán)境和鍵合等方面的研究。十一、熱分析(TA)熱重分（TG） 在程序控制溫度下測(cè)量物質(zhì)重量與溫度變化的關(guān)系的一種熱分析方法差熱分析DTA在程序控制溫度下，測(cè)量在樣品池中試樣與參比物（一種在測(cè)量溫度范圍內(nèi)不發(fā)生任何熱效應(yīng)的物質(zhì)）之間的溫度差（吸熱或放熱）與溫度關(guān)系的一種熱分析方法。DTA比TG有更廣泛的應(yīng)用，因?yàn)镈TA不僅限于質(zhì)量變化的反應(yīng)，還可用于結(jié)晶、相變、固態(tài)均相反應(yīng)以及降解等。差示掃描量熱分析(DSC)DSC是在程控溫度下，測(cè)量為補(bǔ)償試樣和參比物的溫度差而輸出的功率差的一種熱分析方法。第十章 質(zhì)譜(MS)質(zhì)譜分析原理（或原子—質(zhì)譜。應(yīng)用化合物的分子量和化學(xué)式在低分辨率的質(zhì)譜圖中的同位素—即利用分子離子與它的（M+1),(M+2)等同位素離子的相對(duì)豐度比來推導(dǎo)其元素組成。在高分辨質(zhì)譜精密測(cè)定分子離子的精確質(zhì)量虧損推出分子離子的元素。官能團(tuán)和化合物的類型通過質(zhì)譜中各種碎片離子的質(zhì)荷比和豐度來提供有關(guān)化合物所含官能團(tuán)和化合物的類型?；鶊F(tuán)之間的連接和空間結(jié)構(gòu)些離子的存在能提供分子中某些基團(tuán)的連續(xù)次序或空間排列。質(zhì)譜與臨床醫(yī)學(xué)了廣泛的應(yīng)用，如對(duì)藥物代謝產(chǎn)物的動(dòng)態(tài)分析，癌細(xì)胞蛋白質(zhì)的鑒定，同位素標(biāo)記物的檢14C14C-15N15N-排泄試驗(yàn)已成為臨床檢測(cè)胃幽門螺桿菌的有效手段。ESIMALDI3’或質(zhì)譜分析，獲得寡核苷酸部分降解的分子離子峰信號(hào)，通過對(duì)相鄰兩個(gè)碎片分子質(zhì)量進(jìn)行比較，可以計(jì)算出被切割的核苷酸單體分子質(zhì)量，將其與四個(gè)脫氧苷酸的標(biāo)準(zhǔn)分子量進(jìn)行對(duì)照，就可以讀出寡核苷酸的序列。由于MALDI基數(shù)較少的短鏈核酸的分析。熱重分析（TG）在程序控制溫度下，測(cè)量物質(zhì)重量與溫度變化的關(guān)系的一種熱分析方法。差熱分析在程序控制溫度下，測(cè)量在樣品池中試樣與參比物（效應(yīng)的物質(zhì)）之間的溫度差（吸熱或放熱）與溫度關(guān)系的一種熱分析方法。廣泛應(yīng)用于測(cè)定物質(zhì)在熱反應(yīng)時(shí)的特征溫度及吸收或放出的熱量。差示掃描量熱分析(DSC)（DifferentialScanningCalorimeter）是在程控溫度下，測(cè)量為補(bǔ)償試樣和參比物的溫度差而輸出的功率差的一種熱分析方法。DTA因?yàn)闃悠纷兓昂蟮谋葻帷釋?dǎo)率、加熱率等于參比物的不一致性，導(dǎo)致測(cè)量的不準(zhǔn)確。由于DSC交換、試樣升溫與爐溫同步。1、透射電子顯微(TEM)透射電鏡：是以波長極短的電子束作為照明源，用電子透鏡聚焦成像的一種具有高分辨本領(lǐng)、高放大倍數(shù)的電子光學(xué)儀器。四部分：電子光學(xué)系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)2、掃描電子顯微(SEM)SEM的特點(diǎn)1965年第一臺(tái)商用SEM問世;SEM能彌補(bǔ)透射電鏡樣品制備要;景深大; 放大倍數(shù)連續(xù)調(diào)節(jié)范圍大; 樣品制備非常方便可直接觀察大塊試樣材料斷口和顯微組織三維形態(tài)表面形貌分析； 配置各種附件，做表面成份分析。SEM的成像原理掃描電鏡的成像原理，和透射電鏡大不相同，它不用什么透鏡來進(jìn)行放大成像，而是象閉路電視系統(tǒng)那樣，用電子束在樣品表面逐點(diǎn)逐行掃描成像。2-3品表面按順序逐行進(jìn)行掃描，激發(fā)樣品產(chǎn)生各種物理信號(hào)，如二次電子、背散射電子、吸收電子、X射線、俄歇電子等。這些物理信號(hào)的強(qiáng)度隨樣品表面特征而變。它們分別被相應(yīng)的收集器接受，經(jīng)放大器按順序、成比例地放大后，送到顯像管。供給電子光學(xué)系統(tǒng)使電子束偏向的掃描線圈的電源也是供給陰極射線顯像管的掃描線圈的電源，此電源發(fā)出的鋸齒波信號(hào)同時(shí)控制兩束電子束作同步掃描。因此，樣品上電子束的位置與顯像管熒光屏上電子束的位置是一一對(duì)應(yīng)。這樣，在熒光屏上就可顯示樣品表面起伏的二維圖像。掃描探針顯微術(shù)（ScanningProbeMicroscopy，SPM）SPM是一個(gè)包括掃描隧道顯微術(shù)（ST、原子力顯微術(shù)AF）SPM級(jí)甚至是原子級(jí)空間分辨率在真空、大氣或液體中來觀測(cè)物質(zhì)表面原子或分子的幾何分布和態(tài)密度分布，確定物體局域光、電、磁、熱和機(jī)械特性，而且具有廣泛的應(yīng)用性，如刻劃納米級(jí)微細(xì)線條、甚至實(shí)現(xiàn)原子和分子的操縱。這一集觀察、分析及操作原子分子等功能于一體的技術(shù)已成為納米科學(xué)研究中的主要工具。STM是一種基于量子隧道效應(yīng)的新型高分辨率顯微術(shù)，它的工作原理是將極細(xì)的針尖和被研究物質(zhì)表面作為兩個(gè)電極，當(dāng)施一電壓于兩電極，并使兩極間距離足夠接近，達(dá)到數(shù)埃（?