第2章光谱分析法

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1、第 2 章 光谱分析法光谱分析法是以分子和原子的光谱学为基础建立起的分析方法。 光谱学是研究物质对电 磁辐射的吸收或发射现象的科学。 光谱分析法是药物分析的重要方法， 具有准确度高、 精密 度好、选择性好和分析快速的特点。它包括分光光度法、荧光光度法、红外光谱法、核磁共 振法、原子吸收法、质谱等。光谱分析法在药物分析中的应用较多，发展迅速，受到了药物 分析工作者的关注。 随着各种新的反应体系层出不穷， 尤其是联用技术的发展， 使得分析的 范围更加广泛， 分析样品逐渐从简单的药剂扩大到复杂的生物样品， 为药物分析提供了更加 广阔的发展空间。2。 1 基础知识2。1。 1 光的本质光是一种电磁辐射

2、或称电磁波，它具有波动性和粒子性(或波粒二象性 ) 。电磁波和物质间相互作用及能量转换关系可以用下式表示：E=h(/ 入(2-1)式中，E为电磁波能量(焦耳，J), h为普朗克常数(6. 63X 10-36js), c为光速(3X 1010cm/s),入为电磁波波长(nm , 1cm = 107nm),每厘M(cm)长度内所含波长的数目，即波长的倒数(1 /为定义为波数(o)。(2-1)式表明电磁波的波长与其能量呈反比。人眼能产生颜色感觉的光区称为可见光区，其波长范围为400760 nm,它是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七色按一定比例混合而成的白光。 由于受人的视觉分辨能力的限制, 人们所看见

3、的各种颜色,如黄色、红色等,实际上是可见光区中含一定波长范围的各种色光,即各种色光也是一种复合光。 各种有色光之间并无严格的界限, 例如绿色与黄色之间有 各种不同色调的黄绿色。 实验证明, 七种颜色的光能混合为白光, 两种特定的单色光按一定2 -1所示。图强度比例亦可混合成为白光，我们称这两种光互为补色。各种光的互补如图2 -1中处于直线关系者互为补色。如黄光与蓝光；绿光与紫光互为补色光。图2-1各种光的互补2。1。2吸收和发射现象1。吸收现象当电磁辐射与物质作用时，将物质粒子（原子、离子和分子）吸收或发射光子的过程称为能级跃迁。当物质粒子的低能态（基态）与高能态（激发态）间的能量差与电磁辐射

4、的能量相 同时，则光子被粒子选择性地吸收，从而使粒子由基态跃迁到激发态，这个过程称为吸收过程或吸收现象。利用物质粒子对光的吸收现象而建立起的分析方法称为吸收光谱法，如紫外一可见吸收光谱法、红外吸收光谱法和原子吸收光谱法等。2。发射现象处在激发状态的物质粒子是不稳定的，在很短的时间内（大约10-8s），又从激发态回到基态，而将吸收的能量以光的形式释放出来， 这个过程称为发射过程或发射现象。 同样利用 发射现象建立起的分析方法称为发射光谱法，如荧光发射光谱法和原子发射光谱法等。2。1。3电磁波的分类将电磁辐射按波长的大小顺序排列成电磁波谱，可划分为不同的电磁波区。常见的有；紫外光区、可见光区和红外

5、光区，其波长依次增长，而能量依次变小。利用不同电磁波区的电磁辐射和不同的吸收和发射现象可以建立不同的光谱分析方法，如表2-1列出了电磁波特性与光谱分析法的关系。表2-1不同波长光与其光谱分析的关系电磁波波长作用对象利用的现象Y射线区v 0。005nm原子核Y射线吸收、活化、电子射线分析X射线区0。 00510nm内层电子X射线吸收、荧光、衍射分析紫外光区10400nm外层电子原子荧光、吸收、发射及紫外吸收分析可见光区400800nm分子轨道电子可见光度、荧光、拉曼、旋光分析红外光区8001000nm分子振动、转动红外吸收分析微波区1000nm300cm磁场中未成对电子的偶极矩顺磁共振分析无线电

6、波区 300cm磁场中原子核的偶极矩核磁共振分析2。1。4光谱定义和定性定量基础1。光谱定义以光的波长或波数为横坐标，以物质粒子对光的吸收或发射强度为纵坐标所绘制的谱图称为吸收光谱或发射光谱。反映分子能级跃迁的光谱称为分子光谱，由此建立的分析方法称为分子光谱法，如紫外一可见吸收光谱法、荧光发射光谱法和红外吸收光谱法等。反映原子能级跃迁的光谱称为原子光谱，由此建立的分析方法称为原子光谱法，如原子吸收光谱法等。2。定性定量基础由于不同物质的原子、离子和分子的能级分布是特征的，则吸收光子和发射光子的能量也是特征的。所以，利用不同光谱分析法的特征光谱可以进行定性分析，光谱强度可以进行定量分析。其定量方

7、式是通过测定被测物质在特定波长处或一定波长范围内的吸光度或 发光强度，对该物质进行定性和定量分析的方法。2。2紫外一可见分光光度法当物质分子吸收一定波长的光能， 分子外层电子或分子轨道电子由基态跃迁到激发态,产生的吸收光谱，一般在紫外一可见光区，称为紫外一可见光谱（UV-visible spectrum） 。紫外一可见光谱为一种分子吸收光谱，吸收波长在200760 nm范围内。紫外一可见吸收光谱常用于研究不饱和有机化合物，特别是具有共扼体系的有机化合物。许多药物是含有芳环或不饱和共扼结构的有机分子，大都有紫外吸收。利用物质的紫外一可见吸收光谱特性而建 立的分析方法称为紫外一可见分光光度法。从紫

8、外一可见光谱图的形状来看，是一种带状光谱，可提供的结构信息量十分有限。但紫外-可见分光光度法适用于微量和痕量组分分析， 测定灵敏度可达到10-4l0-7g/mL或更低范围。具有设备简单、适用性广、准确度高、精密 度高、选择性好、干扰少或干扰易于消除等特点。在有机化学、生物化学、食品检验、医疗 卫生、环境保护、肿瘤诊断、生命科学等各个领域和科研生产工作中都已得到了广泛的应用。 对于药物质量的检验与控制、有关药物含量的测定以及药代动力学的研究均起着重要的作用。由于许多药物结构中具有吸收紫外或可见光的基团，或这些基团能与某些试剂、离子等发生颜色反应，从而很容易被检测，因此分光光度法在药物分析中得到了普遍应用。2。2。 1紫外-可见光谱基础知识1。分子能级分子内部各种运动状态所形成的能级结构。分子有如下三种运动方式：1）形成化学键的电子云形状变化。2）化学键振动。3）分子沿某一轴转动。对应有三种能级：电子能级；振动能级；转动能级。分子产生电子能级跃迁时所需能量较高。所以，发生电子能级跃迁的同时，总是伴随着分子振动能级与转动能级的跃迁， 如图2-2所示不同能级对应不同的能级跃迁。 因而在紫 外一可见吸收光谱中，包含有各种振动能级与转动能级跃迁而产生的若干谱线，从而形成了吸收谱带，若干条吸收谱带就构成了整个分子的电子光谱。 民激发态 E適段态吕转型曜圾&基态