原電池的導課案

1、波譜分析【摘要】波譜分析是分析化學中發(fā)展最快、應用最廣泛的領域之一，它主要從紅 外光譜、紫外光譜、核磁共振譜、質(zhì)譜四大領域來分析，并廣泛應用于化學有機 分子的確證、結構生物學蛋白質(zhì)的三維結構研究、物質(zhì)科學的固體成像以及醫(yī)學 疾病診斷等?！続bstract】 Spectrum analysis is one of the fastest, the most widely usedin the field of chemistry in the development, it mainly from the IR, UV, NMR, Ms four areas to analyze, and is

2、 widely used in organic chemistry, solid imaging three-dimensional structures, structural biology study on protein, material science and medicine diagnosis.【關鍵詞】紫外一可見光譜法；紅外光譜法；核磁共振光譜法；質(zhì)譜分析法；應 用；進展；新技術【keywords 】 UV-vis spectroscopy; infrared spectroscopy; magnetic resonance spectroscopy; mass spectr

3、ometry; application; progress; new technology前言：早在1906年，俄國植物學家Tsweet以石油醚作為流動相，碳酸鈣為固定 相發(fā)現(xiàn)了色譜分離現(xiàn)象，通過科學家門的不懈努力及大量實驗，逐漸形成了紫外 光譜法、紅外光譜法、核磁共振光譜法、質(zhì)譜分析法等波譜分析方法，使波譜分 析迅速發(fā)展。現(xiàn)在，波譜分析的基礎理論與實驗的應用已成為生命科學、材料科 學、環(huán)境科學、石油化工等領域中重要的、不可缺少的部分。波譜分析方法簡介紅外光譜紅外吸收光譜主要是通過測定分子中化學鍵的振動頻率來確定官能團，提 供未知物具有哪些官能團、化合物的類別（芳香族、脂肪族、飽和、不飽和）

4、等.紅外光譜有時也可提供未知物的細微結構.如直鏈、支鏈、鏈長、結 構異構及官能團間的關系等信息，但它在綜合光譜解析中居次要地位.紫外光譜紫外吸收光譜主要用于確定化合物的類型及共軛情況.如是否是不飽和化 合物，是否具有芳香環(huán)結構，是否具有共軛體系等化合物的骨架信息.這里要 注意的是紫外吸收光譜雖然可以反映分子結構中發(fā)色團和助色團的特性信息， 但特征性差，且不能完全反映整個分子的特性.它只能作為結構鑒定的一種輔 助工具，主要用于定量分析.核磁共振譜核磁共振氫譜在綜合光譜解析中主要提供化合物中有關質(zhì)子的信息.（1 ） 質(zhì)子的類型：質(zhì)子所處的化學環(huán)境說明化合物具有哪些種類的含氫官能團.（2） 氫分布：

5、由峰的強度（面積）可說明各種類型氫的相對數(shù)目.（3）核間關系： 峰的數(shù)目標志分子中磁不等性質(zhì)子的種類，共振信號的數(shù)目表明分子中不同 類型質(zhì)子的數(shù)量，這里應注意是否存在信號的重疊；峰的裂分數(shù)可說明相鄰碳 原子上質(zhì)子數(shù)；偶合常數(shù)可確定化合物構型.氫核間的偶合關系與氫核所處的 化學環(huán)境可提供化合物的二級結構信息，如連結方式、位置、距離；結構異 構與立體異構(幾何異構、光學異構、構象)等.核磁共振碳譜(13CNMR) 與氫譜 類似，也可提供化合物中碳核的類型、碳的分布、碳核間的關系三方面結構 信息.主要提供化合物的碳“骨架”信息.碳譜的各條譜線一般都有它的惟 一性，能夠迅速、正確地否定所擬定的錯誤結構

6、式.碳譜對立體異構體比較 靈敏，能給出細微結構信息.8質(zhì)譜質(zhì)譜主要提供有關分子的分子量、元素組成、由裂解碎片推導結構單元等 結構信息.質(zhì)譜圖上的碎片峰可以提供一級結構信息.質(zhì)譜的另一個主要功能 是在綜合光譜解析后，驗證所推測的未知物結構的正確性.波譜分析方法的應用紅外光譜20世紀70年代后期，干涉型傅里葉變換紅外光譜儀投入了使用，這就是所 謂的第三代紅外分光光度計，它已成為目前的主要機型。這種光度計靈敏度高， 分辨率高，掃描速度很快，再加上計算機的應用，使得紅外光譜的應用越來越廣 泛，一些原本無法研究的反應動力學課題有了解決的工具。近來，已采用可調(diào)激 光器作為光源來代替單色器，研制成功了激光紅

7、外分光光度計，即第四代紅外分 光光度計，它具有更高的分辨率和更廣的應用范圍，但目前還未普及。紫外光譜紫外一可見光譜法是最早應用于有機結構鑒定的物理方法之一，也是化學分 析常用的一種快速、簡單的分析方法。它的應用如下：檢定物質(zhì)，純度檢驗， 推測化合物的分子結構，氫鍵強度的測定，絡合物組成及穩(wěn)定常數(shù)的測定， 反應動力學研究，在有機分析中的應用，有機分析是一門研究有機化合物的分 離、鑒別及組成結構測定的科學，它是在有機化學和分析化學的基礎上發(fā)展起來 的綜合性學科。核磁共振譜127核磁共振分析能夠提供三種結構信息：化學位移、偶合常數(shù)和各種核的信號 強度比。通過分析這些信息，可以了解特定原子個數(shù)、化學環(huán)

8、境、鄰接基團的種 類，甚至連分子骨架及分子的空間構型也可以研究確定，所以NMR在化學、生物 學、醫(yī)學和材料科學等領域的應用日趨廣泛。并涌現(xiàn)了較多的新技術、新進展， 如：3DNMR與結構生物學3DNMR是2DNMR技術的發(fā)展，它主要應用于測定生物大分子尤其是蛋白質(zhì)的 三維結構,通過肽連接把一個氨基酸殘基上的1H磁化矢量轉(zhuǎn)移到另一個氨基酸 殘基，通過3DNMR方法進行序列歸屬。NMR方法的精確性可以與晶體X -衍射成 像相媲美，而且NMR方法的優(yōu)越性在于測定的是溶液中的結構，從而可以研究對 發(fā)揮蛋白質(zhì)功能有重要作用的動力學過程。NMR成像與醫(yī)學診斷34隨著2D、3DNMR的發(fā)展，人們很快認識到NM

9、R成像對研究人體和動物解剖具 有巨大潛力。由于水含量和馳豫時間的差異，利用適當?shù)腘MR脈沖序列就可以區(qū) 別不同的生物組織，獲得有明顯不同的正常和病理組織的圖像，從而為研究人深 層次的思維活動開辟了一新天地。質(zhì)譜質(zhì)譜法主要是它與色譜儀及計算機聯(lián)用的方法，已廣泛應用在有機化學、生 化、藥物代謝、臨床5、毒物學、農(nóng)藥測定、環(huán)境保護、石油化學、地球化學、 食品化學、植物化學、宇宙化學和國防化學等領域6。近年的儀器都具有單離 子和多離子檢測的功能，提高了靈敏度及專一性，靈敏度可提高到10。用質(zhì)譜 計作多離子檢測，可用于定性分析，也可用于定量分析，用被檢化合物的穩(wěn)定性 同位素異構物作為內(nèi)標，以取得更準確的

10、結果。波譜分析方法的新技術紅外光譜紅外光譜主要以近紅外光譜分析為主，其在中藥純化過程的研究上起了重要 作用。目前，中藥產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性和均一性較低，極大地阻礙了中藥現(xiàn)代化 與國際化進程，其主要原因之一是缺乏中藥制藥過程分析方法，諸多過程參數(shù) 尚無法在線檢測，更談不上實施有效控制.近紅外光譜技術(Near infrared spectroscopy，NIRS)是一種重要的過程分析方法，具有快速、原位、非接 觸、非破壞性等優(yōu)點，可同時進行多組分測定，已在石油化工、西藥質(zhì)量監(jiān) 控、農(nóng)業(yè)、化學反應終點跟蹤、藥物輔料識別、肉類加工等方面得到廣泛應 用。16大孔吸附樹脂純化是近年被推廣用于中藥精制工藝的新

11、技術，以其純化中藥 黃連過程為具體研究對象，用黃連中各生物堿的HPLC分析測定值作參比，采 用偏最小二乘算法(PLS )建立N I R透射光譜的校正模型，快速地同時測定 了洗脫物中鹽酸小檗堿、鹽酸巴馬亭、鹽酸藥根堿和黃連總生物堿的濃度，從 而提出一種基于NIRS的適合中藥制藥過程分析的新方法.NIRS是介于可見光譜 區(qū)和中紅外光譜區(qū)之間的電磁波，其光譜信息來源于分子中C-H，N-H，O-H 基團的倍頻和合頻振動吸收，化學信息量相當豐富.在NIRS分析測試中，一 般首先需要依據(jù)已知樣品化學信息，用多元校正方法建立校正模型；然后使用 該校正模型計算處理未知樣品的NIRS數(shù)據(jù)，獲取其化學組成信息.紫

12、外光譜水體中的大多數(shù)有機污染物在紫外區(qū)域有較強的吸收，因此可利用紫外吸光 度檢測水體中的有機污染物濃度。通過平滑、導數(shù)、標準正態(tài)變量變換等光譜預 處理后，采用主元回歸、偏最小二乘、支持向量機等方法建立回歸模型，并由該 模型依據(jù)待測樣本的紫外光譜數(shù)據(jù)計算出有機污染物濃度9。湖泊沉積物中的 有機磷可采用鉬酸銨比色方法與液相31P-核磁共振技術(31P-NMR),研究不同濃 度NaOH及NaOH與EDTA不同配比(NaOH-EDTA)對沉積物有機磷的提取及31P-NMR 組成分析的影響10。由于農(nóng)藥的使用，廢棄電池沒有合理回收等原因，土壤也 收到明顯污染，采用正己烷-丙酮-磷酸混合溶劑為提取劑，在萃

13、取溫度100C、 壓力10.3 MPa條件下，用快速溶劑萃取儀提取土壤樣品，石墨碳黑氨基固相萃 取柱凈化,PTV大體積進樣，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)法11同時檢測六六六、滴滴涕 (DDTs)和10種擬除蟲菊酯類農(nóng)藥(聯(lián)苯菊酯、甲氤菊酯、氯氟氤菊酯、氯菊酯、 氯氤菊酯、氟氯氤菊酯、氟氨氤菊酯、氤戊菊酯、氟氤戊菊酯、漠氤菊酯)共 18種農(nóng)藥殘留。根據(jù)各方法的檢測結果，人們可以更有針對性的解決環(huán)境污染 方面的難題，從而有效保護環(huán)境。核磁共振譜核磁共振譜是一種很有力的研究手段.可應用于煤的液化產(chǎn)物和固體煤分 析.液體核磁共振主要有。1HNMR, 13C-NMR，多脈沖序列和液體二維譜等、固 體核磁共振主包括固

14、體13C NMR、交叉極化（CP）、高功率質(zhì)子去偶、魔角 旋轉(zhuǎn)（MAs ）、偶極去相（DD）、固體二維譜等、近年來才發(fā)展起來的核磁 共振成象技術也已用于煤的研究。應用核磁共振氫譜和偏最小二乘法-判別分析研究鼻咽癌患者血清中代謝物 的代謝組變化，可為鼻咽癌的診斷提供分子水平上的代謝依據(jù)。應用核磁共振氫 譜和主成分分析方法研究慢性乙肝患者血清的代謝組變化12,這種基于核磁共 振氫譜和主成分分析的代謝組學方法可以為乙肝的診斷提供可靠的分子水平上 的代謝依據(jù)1314。利用氫質(zhì)子磁共振波譜（1H M RS）技術，研究認知障礙 的帕金森?。≒D）患者腦部代謝變化。進一步探索帕金森癡呆（PDD）患者發(fā)生 癡

15、呆的病因。有助于PDD的病因診斷及風險預測15。質(zhì)譜1718氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術對小分子混合物樣品的分析極為方便.飛行時間 二次離子質(zhì)譜利用碎片離子的質(zhì)量、相對豐度和譜圖峰形的分布解析碎片離 子.碎片離子的質(zhì)量是質(zhì)譜圖解析的根本依據(jù)；碎片峰的相對豐度則提供了被 測物質(zhì)的結構信息；譜圖峰形的分布為有機組分的化學組成提供了概略的宏觀信 息.全二維氣相色譜與通常的氣相色譜相比具有分辨率高、峰容量大、靈敏 度好、分析速度快以及定性更有規(guī)律可循等特點，非常適合復雜體系的分離分 析.已被應用于石油產(chǎn)品、精油、殺蟲劑、中藥揮發(fā)油及煙氣等復雜體系領 域的研究。多肽抗體免疫富集一質(zhì)譜法檢測肝癌患者血清多肽標志物

16、，于臨床樣 本中低濃度標志物的檢測研究，對于癌癥的早期診斷具有重要意義。結語：在廣大科研者的努力下，紅外光譜、紫外光譜、質(zhì)譜法和核磁共振譜得到了 廣泛應用，在有機分析能力、分析速度、樣品需要量等重要方面都取得了很大的 進步。它在化學工業(yè)、石油化工、橡膠工業(yè)、食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)等方面都有著 廣泛的用途，同時對有機化學、生物化學等的發(fā)展也起著積極的推動作用?！緟⒖嘉墨I】Toosy AT， Ciecarelli 0， Parker GJ， et a1. Characterizing rune一tion structure relationships in the human visual syste

17、m with functional MRI and diffusion tensor imagingJ. Neuroimage， 2004， 21（4）： I4521463.Guye M， Parker GJ， Symms M， et a1. Combined functional M RI and tractography to dem onstrate the connectivity of the human primary motor cortexin vivoJ. Neuroimage， 2003， 19（4）: 1349 1360Munakata M， Onuma A， Takeo

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