1、第二节 光学分析,一、原子吸收光谱 二、紫外 可见分光光度法 三、红外分光光度法 四、荧光分光光度法 五、有机质谱法,五、荧光分子光度法,（一）基本原理 （二）荧光分光光度计 （三）特点、方法与应用,荧光（fluorescence）现象的第一次记录：1575年，西班牙内科医生和植物学家N. Monardes， 观察到Lignum Nephriticum木头切片的水溶液呈现天 蓝色。 第一次被提议用于分析：1864年，Stokes 第一次用于分析：1867年，Goppelsrder根据Al-桑色素配合物的荧光， 建立了Al3+的荧光测定方法。,当物质分子吸收了一定波长的紫外光能之后，基态电子跃迁
2、到第一激发态，处于激发态的电子首先以无辐射的方式下降到第一激发态的低能级，而后再回到基态时，所发射出的光称为荧光。 荧光是一种以光能为激发源的发射光，且波长比激发态波长更长，所以，利用物质的荧光现象而建立的分析方法称为荧光分光光度法。,（一）基本原理,荧光定量分析原理,荧光是由物质在吸收光能之后产生的发射光，其荧光强度与物质吸收光能的程度和产生荧光的物质有关。 荧光效率 反映荧光强度的重要参数荧光强度 If 应与荧光物质的吸光强度( I0 I )和荧光效率成正比，即 If = ( I0 I ) 根据朗伯 比尔定律，和有关的运算，在一定的条件下，得： If = 2.3 I0cl = Kc,（二）
3、荧光分析光度计,光源,激发单色器,样品池,发射单色器,检测器,信号处理,显示,I0IfI,荧光分光光度计部件 1光源：钨灯、汞灯、氙灯、激光激发光源应具有稳定性好、强度大、适用波长范围宽等特点。其中稳定性：影响测定的重现性和精密度；强度：影响测定的灵敏度。 2单色器：滤光片、光栅激发单色器和发射单色器 3检测器PMT PhotomultiplierCCD Charge Coupled Device CID Charge Injected Device 4信号处理,Jobin Yvon Fluorolog-3 荧光光谱仪,1. 稳态： S/N min 4000:1(光子计数和全反射光路) 2.
4、10us-10s 以上(磷光寿命) 10ps-10us(荧光寿命) 3. 波长范围： 200-900nm (UV-VIS-NIR) 4. 扫描速度： 150nm/s,灵敏度高：比紫外-可见分光光度法高24个数量级； 检测下限：0.10.1 g/cm-3相对灵敏度：0.05-0.005ppb（0.05M H2SO4) 选择性高 重现性好 取样量少 仪器不复杂,（三）荧光分析方法的特点、方法及应用 1特点,2方法及应用,检测：金属离子、有机物、生物分子 生物分子相互作用研究 疾病诊断,定性分析：依据不同结构的物质所发射的荧光波长不同； 定量分析：同种物质的稀溶液，其产生的荧光强度与浓度呈线性关系。
5、,分析方法,直接荧光法（能产生较强荧光的药物） 间接荧光法（不能产生荧光或荧光很弱的药物）,六、有机质谱法,1. 质谱基本知识 质谱仪 质谱分析原理 质谱图 2. 离子峰的主要类型 3. 有机质谱中的裂解反应 4. 有机化合物的一般裂解规律和常见质谱图,质谱法 将化合物分子在高真空条件下，用高能电子轰击或强电场使其电离，电离产物按质荷比(m/z)大小进行分离记录所得图谱即所谓的质谱图。,基峰,高真空条件 10-4-10-6 Pa,质荷比 质量/电荷 分离 聚焦,（1）质谱计质谱计须有进样系统、电离系统、质量分析器和检测记录系统。为了获得良好分析，必须避免离子和气体分子的碰撞，凡有样品 分子及离
6、子存在和通过的地方，都处于真空状态。,进样 系统,电离 系统,质量 分析器,检测记 录系统,1.气体扩散 2.直接进样 3.气相色谱,1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离和场解吸 4.快原子轰击 5.电喷雾电离,1.单聚焦 2.双聚焦,高真空系统,电子轰击 利用高速电子束撞击气态分子，将分解出的阳离子高速导入质量分离器中，按质荷比（m/z）的大小顺序收集，并以质谱图记录下来，根据质谱峰位置进行定性和结构分析，或根据强度进行定量分析。 化学电离 高能电子束和小分子反应气体，甲烷等，反应生成初级离子，CH4+.，再和样品分子反应，使之电离。 强致电离 电场作用下，汽化样品分子的电离,场解吸 不
7、需要汽化，将样品吸附在处理过的金属尖端，通以微电流，金属成为场离子发射体，使样品解吸，离子化。 快原子轰击 高能原子束轰击，采用基质负载样品，用于不稳定的极性分子。 电喷雾电离 样品溶液在强静电场作用下形成带高度电荷的雾状小液滴，溶剂不断挥发，液滴裂分，最终形成带电离子，可用于分子量大于20000的生物分子和络合物分析。,离子源结构,（2）质谱分析原理质谱仪是利用电磁学原理，使带电的样品离子按质荷比进行分离的装置。离子电离后经加速进入磁场中，其动能与势能相等，即,(1/2) m 2 = z U,质量为m, 电荷为z的正电荷离子，经外加电场U的加速，离子的运动速度为。,在磁场存在下，带电离子按曲
8、线轨迹飞行；,向心力= 离心力 ； Hz = m 2 / R,质谱方程式：m/z = (H2 R2) / 2U,离子在磁场中的轨道半径R取决于： m/z 、 H 、 U,向心力=离心力； Hz = m 2 / R,固定U值，将H由小到大连续改变, 在狭缝收集的离子的m/z 比也由小到大地改变。,单聚焦质谱计,双聚焦质谱计,各种峰表示不同质/荷比的离子；纵坐标以相对丰度表示，峰越高表示形成的离子越多； （即谱图中以最强峰高为100%，分别计算其他峰强度）,（3）质谱图,基峰：质谱图中离子强度最大的峰,六、有机质谱法,1. 质谱基本知识 2. 离子峰的主要类型 分子离子峰 同位素离子峰 碎片离子峰
9、 重排离子峰 两价离子峰 3.有机质谱中裂解反应 4. 有机化合物的一般裂解规律和常见质谱图,（1）分子离子峰,质谱信号十分丰富。分子在离子源中可以产生各种电离，即同一种分子可以产生多种离子峰，其中比较主要的有 分子离子峰、重排离子峰、碎片离子峰、亚稳离子峰等。,试样分子在高能电子撞击下失去一个价电子，即,M e- M 2e- 生成的离子称为分子离子或母离子。其中“+”代表正离子，“.”代表不成对电子。,分子离子的质量与化合物的分子量相等。,分子离子 母离子 奇电子离子,碎片离子,质谱图上哪个是分子离子峰，哪个是基峰？,思考！,有机化合物分子离子峰的相对强度：,在质谱中，分子离子峰的强度和化合
10、物的结构有关。环状化合物比较稳定，不易碎裂，因而分子离子较强。支链较易碎裂，分子离子峰就弱，有些稳定性差的化合物经常看不到分子离子峰。,芳香化合物共轭链烯烯烃脂环化合物直链烷烃酮胺酯醚酸支链烷烃醇,M=93,律分子中若含有偶数个氮原子，则相对分子质量将是偶数；反之，将是奇数。这就是所谓的“氮律”。,例如：CH4 M=16 12C+1H4=16 M 13C+1H4=17 M+1 12C+2H+1H3=17 M+1 13C+2H+1H3=18 M+2,同位素峰,分子离子峰,（2）同位素离子峰（M+1峰）,由于同位素的存在，可以看到比分子离子峰大一个质量单位的峰；有时还可以观察到M+2，M+3.；,
11、（3）碎片离子峰,一般有机化合物的电离能为713电子伏特，质谱中常用的电离电压为70电子伏特，过剩的能量使分子离子化学键断裂，产生各种“碎片”离子。,H3C,H3C,C=O+ ,CH3,CH3 CO+,CO,CH3+,M+ = 58,m/z = 43,m/z = 15,碎片可以来剖析分子的结构,常见丢失碎片 常见稳定离子,（4） 重排离子峰,当分子中裂解为碎片离子时，在键断链的同 时，分子内部的原子或基团重排，形成随片离 子，这种离子产生的质谱峰称为重排离子峰。,（5） 两价离子峰,分子受轰击后，失去两个电子，形成M2+离子， M2+ 离子产生的质谱峰称为两价离子峰。一些杂环、芳环和 高度不饱
12、和的化合物也易形成两价离子峰，而决大多数 药物和毒物均有杂环和芳环结构。除上述离子峰外，还可能有亚稳离子峰以及碎片与 中性碎片反应形成的离子峰等。对于一张未知化合物的 质谱图进行解析时，必须慎重、全面考虑。,六、有机质谱法,1. 质谱基本知识 2. 离子峰的主要类型 3.有机质谱中裂解反应 自由基引发的裂解反应 自由基引发的重排反应 4 有机化合物的一般裂解规律和常见质谱图,生物质谱,裂解,C-Y或C=Y（Y=O，N，S）基团的化合物与这些基团相连的化学键断裂。,自由基或电荷定位在分子中某个特定的位置上，然后以一个电子或电子对的转移来引发裂解反应。,C的价电子基本上都用于成键；O，N，S有非键
13、电子,（1）自由基的位置引发的裂解反应,裂解,CH3(CH2)9CH2NH2,M=157,30,裂解丢失最大烃基的可能性最大 丢失最大烃基原则,麦氏重排（Mclafferty rearrangement),位的H 转移到杂原子上，同时 键发生断裂，生成一个中性分子和一个自由基阳离子,（2）自由基位置引发的重排反应,键断裂的同时有氢原子发生转移，产生重排离子；,六、有机质谱法,1. 质谱基本知识 2. 离子峰的主要类型 3.有机质谱中裂解反应 4 有机化合物的一般裂解规律和常见质谱图 烃类化合物的裂解 杂原子化合物的裂解 常见质谱图,（1） 烃类化合物的裂解,优先失去大的基团，优先生成稳定的正碳
14、离子。,C6H5CH2+ CH2=CHCH2+ R3C+ R2CH+ RCH2+ CH3+,稳定性, 直链烷烃,正癸烷,M=14,M-29,异构化生成稳定的正碳离子,有m/z ：29，43，57，71，CnH2n+1 系列峰, 支链烷烃, 环烷烃,环烷烃分子离子峰较强, 烯烃,41,基峰是烯丙基正离子， M=41,CH2=CHCH2+, 芳香烃,直链烷烃和支链烷烃质谱图有什么异同之处？,支链烷烃有M-15,环烷烃分子离子峰较强,芳香烃 苄基正离子一般是基峰（91）有苯环断裂的特征峰77，65，37,烯烃的基峰一般是烯丙基正离子，M=41,小 结,（2） 含杂原子化合物的裂解,醇，酚，醚类的裂解
15、,M - 18,苄醇：M-1峰比较强；m/z=79峰比较特征.,苯酚的质谱与苄醇会有什么不同呢？,基峰,苯酚 94的峰强，77的峰很弱。,（3） 常见质谱图, 醚的质谱图, 醛、酮、酸的质谱图,CH3CH2CH2COOH,麦氏重排,麦氏重排, 其他化合物的质谱图,例一、推导下列化合物的碎片峰来源：,-C4H9烷基链是什么结构的？,-C4H9烷基链是什么结构的？,解析： 1100，分子离子峰 285，失去CH3（15）的产物 357, 丰度最大, 稳定结构,失去C=O(28)后的产物,基峰是57；43不是强峰，出现41强峰，可能是支链烷烃。,57,43,某化合物C4H8O的质谱图如下，试推断其结构，并写出主要碎片离子的断裂过程。,
