[理学]光谱法课件

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1、光谱法在中药鉴定 中的应用主讲：王红娟绪论 光谱法基础知识n一、光n光是电磁波或叫电磁辐射，具有微粒性和 波动性的双重特性。即波粒二象性n波动性：波的传播以及反射、衍射、干涉 、折射和散射等现象表现了电磁波的波动 性，可以用频率、波长、速度等参数来描 述。粒子性：光的粒子性表现为光的能量 不是均匀连续分布在它传播的空间，而是 集中在光子的微粒上。光子的能量E=hv。n二、光谱n光谱即按光波波长顺序排列的光带。按 波长从长到短的顺序排列，光谱（即电 磁波谱）包括无线电波、微波、红外光 、可见光、紫外光、X射线、辐射和宇 宙辐射。n三、紫外光区、可见光区和红外光区n紫外光区：波长10nm400nm

2、。n可见光区：波长400nm800nm。n红外光区：波长0.8m （800nm） 500m。 n四、吸收光谱n 紫外光、可见光及红外光照射某些物 质后，引起物质内部分子、电子或原子 核间的运动状态的变化，被吸收掉一部 分能量，然后透射出来，可得到一组不 连续的光谱，此光谱称为吸收光谱。n五、光谱法n定义n光谱法是基于物质与辐射能作用时，测 量由物质内部发生量子化的能级之间的 跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的 波长和强度进行分析的方法。n分类n原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变 化产生的，它的表现形式为线光谱。 原子发 射光谱法（AES）原子吸收光谱法（AAS）原子 荧光分析法（AFS）

3、X射线荧光法（XFS）n分子光谱法是由分子中电子能级、振动能级和 转动能级的变化产生的，分子光谱常以谱带为 其特征。紫外-可见分光光度法（UV）红外分 光光度法（IR）分子荧光光谱法（MFS） 分 子磷光光谱法（MPS） n六、光谱法仪器的组成n五个基本单元：辐射源、色散元件、样 品容器、检测器和读出装置。n第一节 紫外可见分光光度法及其在 中药鉴定中的应用n第二节 红外吸收光谱法及其在中药鉴 定中的应用n第三节 荧光光谱法及其在中药鉴定中 的应用n第四节 原子吸收光谱法第一节 紫外可见分光光度法及其 在中药鉴定中的应用 一、紫外光与可见光的波长范围n（10nm）远紫外区（200nm）近紫外区

4、（400nm ）可见光区（800nm）n二、紫外可见吸收光谱（UV）用紫外光及可见光照射某些物质后，引起物 质内部电子或原子核间的运动状态的变化，被 吸收掉一部分能量，然后透射出来，可得到一 组不连续的光谱，此光谱称为紫外可见吸收 光谱。紫外吸收光谱，是指200nm400nm波 长范围内的近紫外区的吸收光谱。可见吸收光 谱是指波长范围在400nm800nm的可见光区 的吸收光谱。紫外-可见分光光度法（UV）， 它是研究分子在200800nm波长范围内的吸收 光谱。 n三、紫外可见吸收光谱产生的原理n 紫外可见吸收光谱主要产生于分子 价电子在电子能级间的跃迁，属于电 子光谱。凡是含有单个或两个以

5、上共 轭双键结构的化合物分子，都能在紫 外可见光区产生特征吸收。n四、紫外可见吸收光谱的表示方法 n图1 紫外可见吸收光谱示意图n1 . 吸收峰 2.吸收谷 3.肩峰 4.末端吸收n横坐标为波长（） max为最大吸收波长 min为最小吸收波长 纵坐标为吸收度（A） n五、紫外可见分光光度计简介n紫外可见分光光度计是在紫外-可见光 区可任意选择不同波长的光测定吸光度 的仪器。商品仪器的类型很多，性能差 别悬殊，但其基本原理相似。一般由五 个主要部件构成，即光源、单色器、吸 收池、检测器和信号显示系统。n紫外可见分光光度计的构造n光源：紫外光区多用氘灯，发射波长范围在 150nm450nm；可见光

6、区使用钨灯，最适宜使 用波长范围在360nm1000nm。n单色器：是将来自光源的连续光谱按波长顺序 色散，并从中分离出一定宽度的谱带。n吸收池：紫外光区必须使用石英吸收池；可见 光区可使用玻璃吸收池。n检测器：最普遍采用的检测器是光电管或光电 倍增管，利用光电效应使光线照射在检测器上 产生光电流，进行检测。n信号显示系统：记录数据 分类单光束分光光度计n 优点：具有较高的信噪比，光学、机械 及电子线路结构都比较简单，价格比较便 宜，适合于在给定波长处测量吸光度或透 光率，但不能作全波段的光谱扫描。 双光束分光光度计n 将单色器色散后的单色光分成二束，一 束通过参比池，一束通过样品池，一次测

7、量即可得到样品溶液的吸光度。 双波长分光光度计n六、紫外可见分光光度法在中药鉴定 中的应用n目前，紫外可见分光光度法已成为中 药鉴定的分析方法之一。既可以单独应 用，又可以作为色谱仪器的检测手段。 既可作定性分析，又可作定量分析。常 用于下列几个方面： n1、中药化学成分的定性分析n紫外可见分光光度法已成为中药化 学成分结构研究的手段之一。根据化 合物的紫外可见吸收光谱中吸收峰 的位置及其相对强度，可以推测其结 构中含有哪些发色团和助色团以及共 轭结构情况。n2、中药化学成分的定量分析n对于已经提纯的并且在紫外和可见光区 有吸收的中药化学成分，可依据朗伯 比尔（Lambert-Beer）定律A

8、=CL对其 进行定量分析。对于混合物，有时也可 以不经分离而采用双波长分光光度法、 导数光谱法和正交函数分光光度法等技 术对其中的某些成分进行定量分析。 n3、色谱仪器的检测器n紫外检测器是高效液相应用最普遍的检 测器，也是高效液相色谱仪配置最多的 检测器。目前的仪器常用的有可变波长 型检测器及二极管阵列检测器n高效液相色谱仪二极管阵列检测器简介 ：先吸收，后分光检测。在得到色谱图 的同时可获得各色谱峰的吸收光谱图。 既提高了检测速度又获得了更多的信息 。 n3、中药鉴别n重点介绍袁久荣教授创立的“中药鉴别紫 外谱线组法”。n大体上说：根据物质“相似相溶” 紫外 吸收光谱具有叠加性的原理。用四

9、种极 性大小不同的溶剂，分浸中药样品种极 性大小不同的化学成分，得四种浸液， 再用紫外分光光度计扫描出浸液的四条 紫外谱线，形成一个谱线组，以谱线组 的全部吸收峰数、峰位值鉴别中药样品 的依据。 n紫外谱线组法鉴别中药的原理和依据： 中药的物质基础是化学成分，其防病治 病的功效是其中所有化学成分的总体效 应所致。中药鉴别紫外谱线组法以中医 药理论为基础，从中医用药的整体观出 发，着眼于中药化学成分的总体宏观效 应。 n根据物质“相似相溶”及混合物各组 分的紫外吸收光谱具有叠加性的原理 ，同种中药的各种成分的质与量基本 相同，则其相应的各种溶剂提取液中 所含的成分应基本相同，由各种成分 的紫外吸

10、收光谱叠加而成的各提取液 的紫外吸收光谱也应呈现出相同性， 各提取液的紫外吸收光谱构成的紫外 谱线组上的全部吸收峰数目及峰位值 也应相同。 n同理，不同种中药的各种成分的质与量 不尽相同，则其相应的各种溶剂提取液 中所含的成分应有差异，由各种成分的 紫外吸收光谱叠加而成的各提取液的紫 外吸收光谱也应呈现出差异性，各提取 液的紫外吸收光谱构成的紫外谱线组上 的全部吸收峰数目及峰位值也应有所差 异。这就是紫外谱线组法鉴别中药的原 理和依据。n中药鉴别紫外谱线组法的主要内容：准确 称取各样品（中药或伪品）粗粉4份，每 份2.0g，置50ml具塞瓶中，分别准确加入 蒸馏水、无水乙醇、氯仿和石油醚（60

11、 90）各20.0ml，密塞，室温浸泡16h ，滤过，将滤液或其稀释液置1cm石英比 色池中，以相应溶剂作空白对照，在紫外 分光光度计上扫描测绘出4条紫外吸收谱 线， 构成一个紫外谱线组，记录其中的 全部吸收峰数目及每个峰位值，以峰数目 、峰位值及峰形为特征鉴别中药的真伪优 劣。 n中药鉴别紫外谱线组法及应用袁久 荣 人民卫生出版社n列有122 种中药材的紫外谱线组彩线图 谱及其全部最大吸收峰的峰位置数据。 100种中成药 n思考题n 1、简述紫外可见吸收光谱产生的原 理。n 2、紫外谱线组法鉴别中药的原理和依 据是什么？n 3、中药鉴别紫外谱线组法的主要内容 是什么？第二节 红外吸收光谱法及

12、其在 中药鉴定中的应用n一、红外光的波长范围n红外光区的波长范围为0.8500m。 （ 800nm）近红外区（2.5m）中红外区（ 50m）远红外区（500m）中红外区2.5 50m是研究应用最广泛的区段。文献中 常用英文字头缩写“IR”表示。n二、红外吸收光谱（IR）n红外吸收光谱是以连续波长的红外线作为 辐射源照射样品，记录样品吸收曲线的一 种分析方法。n三、红外吸收光谱产生的原理n有机化合物分子受到中红外线的照射后 ，产生振动能级跃迁，同时伴随转动能 级的跃迁，因此，红外吸收光谱是分子 的振动转动光谱，简称振转光谱。n四、红外吸收光谱的表示方法 图2 苯酚的红外吸收光谱横坐标用波数（）表

13、示。波数为波长的倒数，即每1cm的长度相当 于多少个波长，故波数的单位为cm-1 。纵坐标为透光率（T）。 因此，T曲线上的吸收峰是图谱上的谷。五、红外分光光度计简介红外分光光度计可分为色散型和干涉型两 大类。第一代为棱镜红外分光光度计，已 被淘汰。第二代为光栅红外分光光度计主 要部件为 光源，色散元件，检测器，吸收 池。第三代为傅里叶变换红外光谱仪。为 干涉型。主要部件为光源，干涉仪，试样 插入，检测器，微处理机，FTS变换，X-Y 记录仪。n六、红外吸收光谱法在中药鉴定中的应用n红外光谱能够提供关于化合物结构的比较 丰富的信息，既可作为独立的测定手段， 又可与色谱仪器联用，广泛应用于中药化

14、 学成分的结构研究和中药鉴别。n1、中药化学成分的定性分析确定化合物的类别（芳香类）确定化合物的官能团推测分子结构（简单化和物）每一个化合物都有其特定的红外吸收光 谱（极少数例外），因此，红外吸收光 谱也是鉴别有机化合物的有力工具。 n2、与色谱仪器联用n气相色谱仪与红外吸收光谱仪的联用。 气相色谱-傅里叶红外光谱（GC-FTIR） 。 n 3、中药鉴别n介绍山东大学药学院田进国教授用红外吸收光谱 法鉴别中药的研究工作以及清华大学分析中心孙 素琴教授的研究工作。n红外吸收光谱法鉴别中药的理论基础：混合物的 红外吸收光谱是其中各组分红外吸收光谱的叠加 ，因此，只要组成混合物的各组分一定，其红外

15、吸收光谱的面貌也应该一定。中药的提取物是混 合物，只要中药中所含的各种化学成分在质和量 的方面相对稳定，并且样品的提取方法按统一标 准进行，则其提取物的红外吸收光谱也应该是相 对稳定的。 n如果中药种类不同，则组成它们的化学物 质就一定存在不同，如果按统一的提取方 法处理样品，就一定能得到含有不同化学 组成的提取物，这些提取物的红外吸收光 谱就会表现出差别。通过比较中药提取物 的红外吸收光谱的异同，可以达到鉴别中 药的目的。这就是用红外吸收光谱法鉴别 中药的理论基础。n红外吸收光谱法鉴别中药的实验方法： 中药样品按统一方法选择几种不同极 性的溶剂进行提取中药提取物分别 测定各提取物的红外吸收光

16、谱用计算 机进行数据处理鉴定结论。 n清华大学分析中心孙素琴教授长期致力 于用红外光谱鉴别中药的研究。认为将 红外光谱技术应用于中药的全面质量控 制是一种思路上的创新，既突出了中药 的整体效应，又可将复杂的问题简单化 。 n差异较大的不同种中药仅需用一般的红 外谱图就可以简单地作出判定，可称其 为一级鉴定；差异性较小的不同种中药 材（包括不同产地的中药材）采用红外 光谱图和二阶导数谱相结合作为判定的 依据较为合适，称其为二级鉴定；红外 光谱图和二阶导数谱图差异性较小时， 则可进一步凭借二维相关红外光谱加以 判定，称其为三级鉴定。这三级鉴定可 以相互补充和相互佐证。 n思考题n1、 简述红外吸收光谱产生的原理。n2、红外吸收光谱法鉴别中药的理论基础 是什么？ 第三节 荧光光谱法及其在中药 鉴定中的应用n一、荧光光谱法的原理n某些物质受到光照射时，吸收了某种波 长的光之后，会发射出比原来吸收波长 更长的光，当激发光停止照射，这种光 线也随之消失。 由于