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第十一章 光学分析法导论 1

第一节 光学分析法及其分类 1

一、光谱法 1

(一)发射光谱法 1

(二)吸收光谱法 1

(三)散射光谱法 2

二、非光谱法 2

第二节 电磁辐射的性质 3

一、波动性和微粒性 3

二、电磁波谱 4

第三节 光谱法仪器 4

一、辐射源 5

二、分光系统 5

三、试样容器 5

四、检测器 6

五、读出装置 6

第十二章 紫外-可见分光光度法 8

第一节 基本原理 8

一、紫外-可见吸收光谱 8

(一)紫外-可见吸收光谱的产生 8

(二)紫外-可见吸收光谱主要类型 9

(三)紫外光谱中一些常用术语 10

(四)吸收带 11

二、Lambert-Beer定律 13

三、吸光系数 14

(一)摩尔吸光系数 14

(二)百分吸光系数 15

第二节 光度法的误差 15

一、偏离Beer定律的因素 15

(一)化学因素 15

(二)光学因素 15

二、测量误差及测量条件的选择 17

(一)透光率测量误差 17

(二)测量条件的选择 17

第三节 显色反应及显色条件的选择 18

一、显色反应 18

二、显色条件的选择 18

(一)显色剂用量 18

(二)溶液酸度 19

(三)显色时间 19

(四)温度 19

(五)溶剂 19

三、干扰的消除 20

(一)控制酸度 20

(二)选择适当的掩蔽剂 20

(三)生成惰性配合物 20

(四)选择适当的测量波长 20

(五)选择适宜空白溶液 20

(六)分离 21

第四节 紫外-可见分光光度计 21

一、主要部件 21

(一)光源 21

(二)单色器 22

(三)吸收池 23

(四)检测器 23

(五)信号显示系统 24

二、分光光度计的类型 24

(一)单光束分光光度计 24

(二)双光束分光光度计 25

(三)双波长分光光度计 26

第五节 定性与定量分析方法 26

一、定性方法 26

(一)比较吸收光谱 27

(二)比较吸收光谱的特征数据 27

(三)比较吸光度比值 28

二、单组分样品的定量方法 28

(一)标准曲线法 28

(二)标准对照法 29

(三)吸光系数法 29

三、多组分样品的定量方法简介 30

(一)解线性方程组法 30

(二)双波长分光光度法 31

(三)导数光谱法 32

第六节 紫外-可见吸收光谱与分子结构的关系 34

一、有机化合物的紫外吸收光谱 34

(一)饱和化合物 34

(二)不饱和化合物 34

二、影响紫外吸收光谱的主要因素 38

(一)位阻影响 38

(二)跨环效应 39

(三)溶剂效应 39

(四)体系pH值的影响 40

三、结构分析 41

(一)从吸收光谱中初步推断官能团 41

(二)判断顺反异构体 41

(三)判断互变异构体 42

(四)判断同分异构体 42

第十三章 红外分光光度法 45

第一节 概述 45

第二节 基本原理 45

一、振动-转动光谱 45

(一)谐振子与位能曲线 46

(二)振动能与振动频率 47

二、振动形式 48

(一)伸缩振动(ν) 48

(二)弯曲振动(δ) 48

三、振动自由度 49

四、基频峰与泛频峰 50

(一)基频峰 50

(二)泛频峰 50

五、特征峰与相关峰 51

(一)特征峰 51

(二)相关峰 51

六、吸收峰峰位 53

七、吸收峰峰数 53

(一)振动耦合与费米共振 53

(二)红外非活性振动 54

(三)简并 54

八、吸收峰强度 54

第三节 影响谱带位置的因素 55

一、内部因素 55

(一)诱导效应 56

(二)共轭效应 56

(三)偶极场效应 56

(四)氢键效应 57

(五)键角效应 57

(六)空间位阻 58

二、外部因素 58

第四节 红外分光光度计 58

一、光栅型红外分光光度计的主要部件 59

(一)辐射源(光源) 59

(二)色散元件 59

(三)检测器 59

(四)吸收池 60

二、光栅型红外分光光度计的工作原理 60

三、傅里叶变换红外光谱仪简介 61

(一)傅里叶变换红外光谱仪的构成 61

(二)光学系统及工作原理 62

(三)傅里叶变换红外光谱仪的优点 63

四、样品的制备 63

(一)固体样品 63

(二)液体样品 64

(三)气体样品 64

第五节 红外光谱与分子结构的关系 64

一、特征区与指纹区 65

(一)特征区 65

(二)指纹区 65

二、红外光谱的九个重要区段 65

三、典型光谱 65

(一)烷烃类 66

(二)烯烃类 67

(三)炔烃类 67

(四)芳烃类 68

(五)醇、酚及羧酸类 70

(六)醚类 71

(七)酯和内酯类 72

(八)醛、酮类 73

(九)胺及酰胺类 74

(十)硝基化合物 75

第六节 应用 76

一、定性分析 76

(一)官能团定性 76

(二)与已知物对照 76

(三)核对标准光谱图 76

二、纯度检查 76

三、定量分析 77

四、图谱解析 78

(一)样品的来源及性质 78

(二)图谱解析程序 79

(三)图谱解析实例 80

第十四章 荧光分析法 85

第一节 概述 85

第二节 基本原理 85

一、分子荧光的产生 85

(一)分子的激发态 85

(二)荧光的产生过程 86

(三)无辐射跃迁 87

二、激发光谱与荧光光谱 88

第三节 荧光与分子结构的关系 89

一、荧光效率和荧光寿命 89

二、荧光强度与分子结构的关系 89

(一)跃迁类型 89

(二)共轭效应 89

(三)刚性结构和共平面效应 90

(四)取代基效应 90

三、影响荧光强度的外界因素 91

(一)溶剂的影响 91

(二)温度的影响 91

(三)pH值的影响 91

(四)氢键的影响 92

(五)散射光的影响 92

(六)荧光熄灭剂的影响 93

(七)表面活性剂的影响 94

第四节 荧光分光光度计 94

一、主要部件 94

(一)激发光源 94

(二)单色器 95

(三)样品池 95

(四)检测器 95

(五)读出装置 95

二、荧光计的类型 95

三、荧光计的校正 96

(一)波长的校正 96

(二)灵敏度的校正 96

(三)激发光谱和荧光光谱的校正 96

第五节 定性与定量 96

一、定性分析 96

二、定量分析 97

(一)荧光强度与浓度的关系 97

(二)定量分析方法 98

第六节 应用 98

一、无机化合物和有机化合物的荧光分析 98

二、荧光分析法在中药研究中的应用 99

第十五章 原子吸收光谱法 102

第一节 概述 102

第二节 基本原理 102

一、原子的吸收和发射 102

二、原子的量子能级和能级图 103

(一)光谱项 103

(二)能级图 104

三、基态原子数 104

四、谱线宽度及其影响因素 105

(一)自然宽度 105

(二)多普勒(Doppler)宽度变宽 105

(三)压力变宽 106

(四)其他变宽 106

五、原子吸收光谱的测量 106

(一)积分吸收 106

(二)峰值吸收及其测量 107

第三节 原子吸收分光光度计 108

一、仪器的主要部件 108

(一)光源 108

(二)原子化器 109

(三)单色器 111

(四)检测系统 111

二、原子吸收分光光度计的类型 111

(一)单道单光束型 112

(二)单道双光束型 112

(三)双道或多道型 112

第四节 干扰及其抑制 112

一、光谱干扰 112

(一)光谱线干扰 112

(二)背景校正方法 113

二、物理干扰 114

三、化学干扰 114

(一)选择合适的原子化条件 114

(二)加入释放剂 114

(三)加入保护剂 114

(四)加入饱和剂 114

(五)加入基体改进剂 115

四、电离干扰 115

第五节定量分析方法 115

一、样品的制备 115

(一)标准溶液的制备 115

(二)被测试样的处理 115

二、测定条件的选择 116

(一)分析线 116

(二)狭缝宽度 116

(三)空心阴极灯的工作电流 116

(四)原子化条件 116

(五)其他 117

三、定量方法 117

(一)标准曲线法 117

(二)标准加入法 117

(三)内标法 118

四、灵敏度和检出限 118

(一)灵敏度 118

(二)检出限 118

第六节 应用与实例 119

一、应用 119

(一)各类试样的测定 119

(二)中药材及生物试样的测定 119

二、实例 120

第十六章 核磁共振波谱法 122

第一节 概述 122

第二节 基本原理 122

一、原子核的自旋与磁矩 122

二、自旋核在磁场中的行为 123

三、核磁共振的产生 125

四、核的弛豫 125

第三节 化学位移 127

一、化学位移的产生 127

二、化学位移的表示方法 128

第四节 化学位移与分子结构的关系 129

一、影响化学位移的因素 129

(一)电性效应 129

(二)磁各向异性 130

(三)范德华效应 132

(四)氢键的影响 133

(五)溶剂效应 133

二、不同类别质子的化学位移 133

(一)烷烃质子的化学位移 135

(二)烯烃质子的化学位移 136

(三)炔烃质子的化学位移 137

(四)苯环芳氢的化学位移 137

(五)活泼氢的化学位移 138

第五节 核磁共振波谱仪 139

一、主要部件 139

(一)磁铁 139

(二)射频振荡器 139

(三)射频接受器(检出器) 139

(四)读数系统 140

(五)样品管 140

二、脉冲傅里叶变换核磁共振仪 140

三、样品的制备 140

第六节 自旋耦合与自旋裂分 141

一、自旋耦合与自旋裂分机理 141

(一)自旋耦合机理 141

(二)自旋裂分规则 142

二、核的等价性质 143

(一)化学等价 143

(二)磁等价 144

(三)不等价质子的结构特征 144

三、耦合常数及其影响因素 146

(一)耦合常数 146

(二)耦合类型及其影响耦合常数的因素 146

四、自旋系统分类与命名 148

五、一级波谱与二级波谱 149

(一)一级波谱 149

(二)二级波谱 151

第七节 谱图的简化方法 154

一、使用高频(或高场)谱仪 154

二、重氢交换法 154

三、位移试剂 155

四、双照射去耦 156

第八节 核磁共振氢谱的解析 158

一、核磁共振氢谱解析的一般程序 158

二、解析示例 159

第九节 核磁共振碳谱简介 162

一、13C核磁共振波谱的特点 162

二、13C的化学位移及影响因素 162

(一)13C的化学位移 162

(二)影响化学位移的因素 164

三、碳谱中的耦合现象和去耦技术 165

(一)碳谱中的耦合现象 165

(二)碳谱中的去耦技术 165

四、碳谱的解析 166

第十七章 质谱法 172

第一节 概述 172

一、质谱法的特点 172

二、有机质谱法的用途 172

第二节 质谱仪 172

一、质谱仪的结构与工作原理 172

(一)进样系统 173

(二)离子源 173

(三)质量分析器 175

(四)检测器 177

(五)真空系统 177

二、质谱仪的主要性能指标 178

(一)质量范围 178

(二)分辨率 178

(三)灵敏度 178

三、质谱表示方法 178

(一)峰形图 178

(二)棒形图 179

(三)质谱表 179

第三节 离子的主要类型 180

一、分子离子 180

二、同位素离子 181

三、亚稳离子 181

四、碎片离子 182

五、多电荷离子 182

六、重排离子 182

第四节 分子的裂解 182

一、常见有机化合物的裂解特点 183

(一)裂解的表示方法 183

(二)键的断裂方式 183

(三)离子中的电子数和离子质量数之间的关系 184

二、裂解类型 184

(一)简单裂解 184

(二)重排裂解 185

三、常见有机化合物的裂解方式和规律 186

(一)烷烃 186

(二)烯烃 187

(三)芳烃 188

(四)饱和脂肪醇和醚 189

(五)醛和酮 190

(六)酸和酯 191

(七)胺和酰胺 192

(八)卤化物 193

第五节 质谱解析 193

一、分子离子峰的确定 193

二、分子式的确定 194

(一)同位素丰度法 194

(二)高分辨质谱法 195

三、质谱解析步骤及实例 195

(一)质谱解析步骤 195

(二)实例 196

第十八章 波谱综合解析 200

第一节 概述 200

第二节 综合解析方法 200

一、各种谱图可提供的信息要点 200

(一)质谱图(MS) 200

(二)紫外光谱图(UV) 201

(三)红外光谱图(IR) 201

(四)1H核磁共振谱图(1H-NMR) 201

(五)13C核磁共振与二维核磁共振谱图(13C-NMR，2D-NMR) 201

二、综合解析的一般程序 201

(一)测试样品的纯度 201

(二)分子量的测定 201

(三)确定分子式 202

(四)计算不饱和度 202

(五)结构式的确定 202

(六)验证 202

第三节 综合解析实例 203

第十九章 色谱法导论 218

第一节 概述 218

一、色谱法的起源和发展 218

二、色谱法的分类 219

(一)按两相状态分类 219

(二)按分离机理分类 219

(三)按操作形式分类 219

第二节 色谱流出曲线及有关概念 220

一、色谱流出曲线 220

二、基线 220

三、峰高 221

四、色谱峰区域宽度 221

(一)标准偏差σ 221

(二)半峰宽W1/2 221

(三)基线宽度W 221

五、拖尾因子 221

六、保留值 221

(一)保留时间 221

(二)保留体积 222

(三)相对保留值ri，s 222

七、分配系数和容量因子 223

(一)分配系数(K) 223

(二)容量因子(k) 223

八、容量因子与保留因子(R′)的关系 224

第三节 色谱法基本理论 224

一、塔板理论 224

二、速率理论 226

(一)涡流扩散项A 226

(二)分子扩散项B/u 227

(三)传质阻力项Cu 227

三、分离度 228

四、色谱分离方程式 229

(一)分离度与柱效的关系 230

(二)分离度与选择因子的关系 230

(三)分离度与容量因子的关系 230

第二十章 经典液相色谱法 233

第一节 吸附色谱法 233

一、基本原理 233

(一)吸附与吸附平衡 233

(二)吸附等温线 233

二、吸附剂 234

(一)常用的吸附剂 235

(二)吸附剂的活性 236

三、色谱条件的选择 236

四、操作方法 237

(一)柱色谱 237

(二)薄层色谱 238

五、定性与定量分析 242

(一)定性分析 242

(二)定量分析 243

六、高效薄层色谱 248

第二节 分配色谱法 249

一、基本原理 249

二、载体 250

三、固定相及其选择 250

四、流动相及其选择 250

五、操作方法 251

(一)柱色谱 251

(二)纸色谱 251

六、应用 253

第三节 离子交换色谱法 253

一、离子交换树脂及其特性 253

(一)离子交换树脂 253

(二)离子交换树脂的特性 254

二、离子交换平衡和分离机理 255

(一)离子交换平衡 255

(二)分离机理 257

三、操作方法及应用 257

(一)树脂的处理和再生 257

(二)装柱 257

(三)洗脱 258

(四)应用 258

第四节 尺寸排阻色谱法 258

一、基本原理 259

(一)分子筛效应 259

(二)分配系数 260

二、凝胶的分类 260

(一)葡聚糖凝胶 260

(二)聚丙烯酰胺凝胶 261

(三)琼脂糖凝胶 262

(四)聚苯乙烯凝胶 262

(五)葡聚糖凝胶LH-20 262

(六)无机凝胶 262

三、操作方法及应用 262

(一)凝胶的选择 262

(二)装柱 263

(三)洗脱 264

(四)应用 264

第五节 聚酰胺色谱法 264

一、基本原理 265

(一)氢键吸附 265

(二)双重层析 266

二、聚酰胺色谱操作 267

(一)聚酰胺薄层色谱 267

(二)聚酰胺柱色谱 267

三、应用 268

第二十一章 气相色谱法 270

第一节 概述 270

第二节 气相色谱仪 270

一、气相色谱仪的基本流程 270

二、气相色谱仪的基本结构 271

(一)气路系统 271

(二)进样系统 271

(三)分离系统 271

(四)检测系统 271

(五)温度控制系统 272

(六)数据处理系统 272

第三节 色谱柱 272

一、固定相 272

(一)吸附剂 272

(二)聚合物固定相 272

(三)固定液 273

二、载体 275

第四节 检测器 276

一、热导检测器 277

(一)结构与原理 277

(二)特点 278

(三)载气的选择 278

二、氢焰离子化检测器 278

(一)结构与原理 278

(二)特点 279

三、其他检测器 279

(一)电子捕获检测器 279

(二)氮磷检测器 280

(三)火焰光度检测器 281

四、检测器的性能指标 281

(一)灵敏度(senstitivity，S) 281

(二)检测限(detectability，D) 281

(三)线性范围(liner range) 282

第五节 色谱条件的选择 282

一、色谱柱的选择 282

二、柱温的选择及程序升温 282

(一)柱温的选择 282

(二)程序升温 283

三、载气及流速的选择 283

四、进样量 284

五、气化温度和检测室温度 284

第六节 定性分析方法 284

一、已知物对照法 284

二、保留值定性法 285

三、联用仪器定性法 285

第七节 定量分析方法 285

一、峰面积的测量 285

二、定量校正因子 286

(一)定量校正因子 286

(二)相对定量校正因子 286

三、定量分析方法 287

(一)归一化法 287

(二)内标法 287

(三)外标法 288

(四)内加法 289

(五)应用实例 290

第八节 毛细管气相色谱法简介 290

一、毛细管色谱柱 291

(一)开管型毛细管柱 291

(二)填充型毛细管柱 291

二、毛细管气相色谱的基本理论 291

(一)毛细管色谱的速率方程 291

(二)毛细管色谱柱效 292

(三)毛细管色谱操作条件的选择 292

三、进样系统 293

四、检测系统 293

第九节 气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术简介 293

一、气相色谱-质谱(GS-MS)联用的特点 293

二、气相色谱-质谱联用仪的基本结构 294

(一)色谱单元 294

(二)中间装置 294

(三)质谱单元 294

三、气相色谱-质谱联用仪工作原理 294

四、数据的采集 294

(一)总离子流色谱图 294

(二)质量色谱图 295

(三)选择离子监测图 295

(四)质谱图 295

五、应用 296

(一)定性分析 296

(二)定量分析 296

第二十二章 高效液相色谱法 298

第一节 概述 298

第二节 高效液相色谱仪 298

一、输液系统 299

(一)流动相贮器 299

(二)脱气装置 299

(三)输液泵 300

(四)梯度洗脱装置 301

二、进样系统 302

(一)六通进样阀 302

(二)自动进样装置 302

三、色谱分离系统 302

(一)保护柱 302

(二)色谱柱 303

(三)柱恒温箱 303

(四)色谱柱柱效的评价 303

四、检测系统 303

(一)紫外检测器 303

(二)蒸发光散射检测器 305

(三)荧光检测器 306

(四)其他检测器 306

五、数据记录与处理系统 306

六、仪器性能 306

第三节 高效液相色谱法的基本理论 306

第四节 各类高效液相色谱法 308

一、分配色谱 308

(一)正相分配色谱法 308

(二)反相分配色谱法 308

二、吸附色谱 309

三、离子交换色谱 309

四、离子色谱 309

五、离子对色谱 310

六、尺寸排阻色谱 311

七、胶束色谱 311

第五节 固定相 312

一、硅胶 312

二、化学键合相 312

(一)非极性键合相 313

(二)中等极性键合相 313

(三)极性键合相 313

三、凝胶 314

(一)半硬质凝胶 314

(二)硬质凝胶 314

(三)凝胶的主要性能参数 314

四、离子交换剂 314

第六节 流动相 314

一、流动相选择的一般要求 315

二、常用流动相溶剂的性质 316

(一)沸点(b.p) 316

(二)黏度(η) 316

(三)互溶性 316

(四)流动相溶剂的极性 316

三、溶剂的选择性与分类 317

四、不同色谱模式选用的流动相 318

(一)吸附色谱用流动相 318

(二)分配色谱用流动相 319

(三)离子交换色谱用流动相 319

(四)尺寸排阻色谱用流动相 319

第七节 HPLC分析条件的选择 319

一、分离条件的选择 319

(一)分离方法的选择 319

(二)梯度洗脱 320

二、检测器的选择 321

三、色谱条件的评价 321

(一)色谱柱的理论塔板数(n) 321

(二)分离度 321

(三)重复性 321

(四)拖尾因子 321

第八节 定性与定量分析 322

一、定性分析 322

(一)保留值定性 322

(二)化学鉴定法 322

(三)色谱-光谱联用技术鉴定法 322

二、定量分析 322

(一)外标法 322

(二)内标法 323

三、应用实例 323

第九节 液相色谱-质谱联用技术简介 324

一、接口技术 324

二、提供的信息 324

三、条件的选择 324

四、应用 325

(一)定性分析 325

(二)定量分析 325

第十节 超临界流体色谱法简介 326

一、概述 326

二、原理 326

(一)超临界流体 326

(二)基本理论 327

三、仪器 328

(一)泵系统 328

(二)进样系统和色谱柱 328

(三)阻尼器(限流器) 329

(四)检测器 329

四、流动相和改性剂 329

五、应用 330

第二十三章 高效毛细管电泳 332

第一节 概述 332

第二节 基本原理 332

一、电泳和电泳淌度 332

二、电渗流 333

(一)双电层和zeta电势 333

(二)电渗流的产生和控制 333

(三)电渗流的特点 334

三、迁移速度 334

四、分离效率 335

(一)柱效 335

(二)分离度 336

五、区带展宽 336

第三节 毛细管电泳仪 336

一、主要部件 336

(一)高压电源 337

(二)毛细管柱 337

(三)缓冲液池 338

(四)检测器 338

二、进样方式 338

(一)电迁移进样 338

(二)流体动力学进样 339

第四节 毛细管电泳的分离模式 339

一、毛细管区带电泳 339

二、胶束电动力学毛细管色谱 339

三、毛细管凝胶电泳 341

四、毛细管等电聚焦电泳 341

五、毛细管等速电泳 342

第五节 分析操作条件的选择 342

一、缓冲溶液的选择 342

二、工作电压的选择 343

三、添加剂的选择 343

(一)无机盐与两性离子添加剂 343

(二)有机溶剂添加剂 344

(三)表面活性剂 344

(四)线性高分子聚合物 344

(五)配位试剂 344

(六)手性选择试剂 345

第六节 应用实例 345

附录一 主要基团的红外特征吸收峰 348

附录二 甲基的化学位移 355

附录三 亚甲基和次甲基的化学位移(±0.3ppm) 356

附录四 有机化合物的13C化学位移 357

附录五 常见的碎片离子 360

附录六 经常失去的碎片 363

参考文献 365