现代波谱分析研究进展摘要：介绍了波谱分析技术的基本原理及进展，主要阐述了红外光谱，紫外光谱，核磁共振和质谱应用于分析的基本原理，及近几十年来在有机物质鉴定，石油化工，生物化学等方面的应用研究，并对各分析技术的研究现状及新技术的研究进展作综述，并对未来予以展望。

关键词：波谱分析，紫外光谱，红外光谱，核磁共振，质谱，研究进展0 前言近三四十年来，随着科技的发展，技术的革新和计算机应用，波谱分析也得到迅速发展。

而各种波谱测量技术的出现及其迅速发展，也使得以紫外光谱、红外光谱、核磁共振波谱和质谱为代表的波谱分析技术得到了普遍应用。

现在波谱分析技术已成为测定其结构的常用手段[1]，这就使有机分析能力、分析速度、样品需要量等重要方面都取得了很大的进步。

目前，在化学工业、石油化工、橡胶工业、食品工业、医药工业等方面都有着广泛的用途，同时对有机化学、生物化学等的研究与发展也起着积极的推动作用。

1 波谱分析基本原理波谱分析主要是以光学理论为基础，以物质与光相互作用为条件，建立物质分子结构与电磁辐射之间的相互关系，从而进行物质分子几何异构、立体异构、构象异构和分子结构分析和鉴定的方法,其具有快速，灵敏，准确等特点，还具有样品用量少，不破坏样品等优点。

波谱法主要包括红外光谱、紫外光谱、核磁共振和质谱，简称为四谱。

除此之外还包含有拉曼光谱、荧光光谱等，波谱法的种类也将越来越多。

2 红外光谱分析（IR）2.1 红外光谱简介分析原理：波数13000cm- 1至 10cm- 1或波长0175 至1000μm之间称为红外区, 在此范围内的物质吸收红外辐射后, 因分子振动、转动、或晶格等运动产生偶极矩变化, 形成可观测的红外光谱。

红外吸收带的位置和强度变化成化合物的特性, 是光谱定性和定量分析的基础。

鉴于其专属性强各种基因吸收带信息多, 故可用于固体、液体和气体定性和定量分析[2]。

继傅立叶变换红外(FTIR) 光谱法后, 又相继出现了时间分辨光谱, 步进扫描光谱, 基体分离光谱,光声光谱, 光热光谱及多维光谱分析技术等。

联用技术的应用与发展如: 气相色谱( GC)、高效液相色谱(HPLC )、临界超流体色谱( SFC )、薄层色谱(TLC )、热重分析技术( TGA )、裂解色谱( PYGC ) 等与傅立叶变换色谱联用, 大大拓宽了红外光谱法的应用范围[3]。

目前已广泛用于石油化工、生化、医药、食品环保、油漆、涂料、超导材料、天文学、军事科学等各个领域。

2.2 红外光谱研究进展2.2.1 基本技术漫反射傅里叶变换红外光谱（FTIR）技术是红外光谱分析测量技术中的一种基本技术，是一种对固体粉末样品进行直接测量的光谱方法。

由于反射峰通常很弱, 同时, 它与吸收峰基本重合, 仅仅使吸收峰稍有减弱而不至于引起明显的位移, 对固体粉末样品的镜面反射光及漫反射光同时进行检测可得到其漫反射光谱[4.5]。

漫反射傅里叶变换红外光谱法不需要制样、不改变样品的形状、不要求样品有足够的透明度或表面光洁度，不会对样品造成破坏或污染，可直接将样品放在样品支架上进行测定。

这些特点很适合催化的原位跟踪研究，也很适合对珠宝、纸币、邮票的真伪进行鉴定。

衰减全反射( ATR ) 元件改进的应用依然是图谱采集技术极其活跃的研究领域。

在改进方面,为了克服物理和化学侵害对ATR 元件的影响, 采用了一种热塑性玻璃实现ATR 元件和固体镀层或薄膜之间的光学接触。

红外定性/定量分析法：定性分析方法最显著的是神经网络原理和基于知识的专家系统的应用；在定量分析方面, 根据于各种理论的新方法大有取代amber- Beer定律的经典二乘法之势, 如应用PLS回归法分析气体混合物,多组分分析软件定量分析气态烃类混合物, 而且大量化学计量学不甚明显的IR 光谱定量分析技术仍然在不同的领域获得着新的进展。

2.2.2 联用技术[3]GC-IR联用：色谱红外联用最早开发成功的是GC-IR,但检测器的灵敏度和响应时间也不够理想,直到傅里叶变换红外技术的出现和新检测器的问世,不论是响应时间或者检出灵敏度都有大幅度的提高。

这就使得与气相色谱以及与其他色谱方法联用的困难迎刃而解,并顺利扩展到与毛细关注的连接。

SFC- IR联用：超临界流体色谱与红外光谱联用是当今最重要的联用分析技术之一, 这一方法正日益被人们注意和开发应用。

对于分子量比较大、极性又较强、受热又易分解的分子, 气相色谱显然已不适用的试样, 超临界流体色谱提供了一个解决难题的可供选择的手段。

这一方法的另一个优点是当外加压力除去后, 超临界流体即成为气体, 极易自分析的体系中除去, 因此当与红外联用时, 不会产生流动相对质谱或红外光谱的干扰, 这种干扰在液相色谱与红外光谱的联用时是必须克服的一大障碍。

除外还有：TG-FTIR联用，TLC-FTIR联用等。

2.3 红外光谱的应用2.3.1 在临床医学和药学方面的应用[6]鉴于每个化合物都有自己独特的红外光谱, 除特殊情况外, 目前尚未发现两种不同的化合物具有相同的红外光谱, 红外光谱在临床疾病检测方面也有广泛的应用, 如利用红外光谱法对冠心病、动脉硬化、糖尿病、癌症的检测。

红外光谱法测定蛋白质基体中的葡萄糖含量。

2.3.2 在石油化学研究中的应用红外光谱技术在石油化学中的应用是一个十分广泛的领域, 如在重油的组成、性质与加工方面,应用IR表面自硅胶色谱得到的胶质和沥青质。

红外光谱法在润滑油及其应用方面的进展体现在: 用于鉴别未知油品和标定润滑油的经典物理性质(如粘度、总酸值、总碱值)等。

2.3.3 在环境分析中的应用用气相色谱- 傅立叶变换红外联用技术测定水中的污染物[7], 结合了毛细管气相色谱的高分辨能力和傅立叶变换红外光谱快速扫描的特点, 对GC-MS不能鉴别的异构体, 提供了完整的分子结构信息，有利于化合物官能团的判定。

3 紫外-可见光光谱分析（UV）3.1 紫外-可见光光谱简介分析原理：紫外-可见光光谱法（也称紫外-可见光分光光度法）是根据溶液中物质的分子或离子对紫外光的吸收程度来确定物质的组成、含量，推测物质结构的一种分析方法。

UV谱图的特征首先取决于分子中含有的双键数目、共扼情况和几何排列, 其次取决于分子中的双键与未成键电子的共扼情况和其周围存在的饱和取代基的种类和数目, 它主要提供了分子内共扼体系的结构信息[8]。

其应用非常广泛：用于定量分析，定性分析和结构分析；无机和有机物的分析，配合物的组成及解离常数的测定等。

3.2紫外可见光谱法的研究进展3.2.1 动力学光度法催化动力学光度法因其灵敏度高所需仪器设备简单而始终保持快速发展的势头。

其测定范围包括无机物、有机物,特别是生物和药物分析中得到较多应用。

利用催化反应的激活或抑制作用和酶法进行动力学光度法测定,扩大了方法的应用范围。

3.2.2 固相光度法将有色结合物吸附或萃取在固相离子交换树脂上,再在固相进行光度测定,往往是分离和富集同时完成,也可在高效液相色谱和流动注射分析中应用,利用导数技术可降低或消除噪声的影响,方法简单、快速、灵敏度高、选择性好、易于实现自动操作。

固相分光光度法作为一种新的痕量分析手段正在兴起,不断研究出新的固相载体,与其它技术联用更是增强了它的活力,拓宽了它的应用范围。

2.2.3 液相色谱和毛细管电泳光度检测光度法是液相色谱及毛细管电泳最常用的检测手段。

毛细管电泳法是一种高效液相分离法,是经典电泳技术和现代微机分离相结合的产物,与传统的分离方法相比,它的显著特点是简单、高效、快速和微量。

而紫外可见吸收是毛细管电泳中应用最广泛的一种检测手段。

但灵敏度不高是紫外-可见吸收检测法的主要缺点,这主要是光程太短造成的。

3.3 紫外可见光谱法应用3.3.1 应用于测定监测反应过程用差示分光光度法研究生物大分子与配基之间的相互反应。

差示分光光度法所得的差示光谱,既可用以分析生物大分子与配基之间是否发生反应,提供定性的证据,也可对这种反应进行定量分析。

3.3.2 固态紫外光谱法在炼油催化剂表征中的应用紫外荧光光谱分析因方法灵敏度、准确性和选择性日益提高, 应用广泛,逐步发展成为催化剂表征中一种重要而有效的光谱化学分析手段[9]。

应用紫外光谱法测定固体，通常被称为固态紫外光谱法，其主要应用是化合物的定性分析和结构分析。

此外，可以配合红外光谱法、核磁共振波谱及质谱等结构分析法进行定量鉴定和结构分析。

紫外荧光光谱分析不断朝着高效、痕量、微观和自动化方向发展，方法灵敏度、准确性和选择性日益提高，应用广泛，逐步发展成为催化剂表征中一种重要而有效的光谱化学分析手段。

4 核磁共振波谱法（NMR）4.1 核磁共振介绍分析原理：核磁共振主要用于测定物质的化学成分和分子结构[10]，当原子核在外磁场作用下, 其在能级之间共振跃迁的现象，原子核的自旋运动核磁共振分析的理论基础。

不同的原子核，自旋运动的情况不同，因此没有自旋的原子核(即自旋量子数I=0) 没有磁矩, 这类核观察不到NMR信号, 如12C, 16O, 32S 等,I=1/2的原子核是NMR 中研究得最多的核, 如: 1H, 13C, 19F, 15N, 29Si, 31P 等。

核磁共振最早于1946年被B loch和Purcell等人用实验所证实[11]。

核磁共振的发现具有十分重要的意义, 不仅为量子力学的基本原理提供了直接的验证, 而且为多个学科领域的研究提供了一种不可或缺的分析与测量手段。

4.2 核磁共振研究进展4.2.1二维核磁共振技术现在,二维核磁共振技术已被广泛应用于复杂生物大分子的研究, 尤其对于那些分子量不太大的物质( M小于10kd) , 高分辨核磁技术给出的结构, 可与X 射线衍射相媲美。

随着核磁共振仪兆数的提高, 分辨率的增加,以及标记技术的发展, 大分子量的蛋白结构也能用核磁共振技术确定。

新兴起的三维核磁共振( 3DNMR) 技术也开始应用于生物分子的研究,有人用13C, 15N,2H 标记的三维核磁共振研究了分子量小于40kd 的蛋白质。

美中不足的是, 三维核磁共振实验需时长, 且蛋白质标记过程复杂,一定程度上限制了三维核磁共振技术的广泛应用。

4.2.2 固体高分辨核磁共振普通核磁共振波谱仪所测样品多为液体, 物质在固态时的许多性质在液态时是无法观察到的,利用固体核磁共振技术研究高分子化合物可以表征材料的分子结构进而监视反应的进度[12]。

另外, 在矿物分析、表面吸附和表面化学反应方面具有独到的优势。

4.2.3 核磁共振联用技术联用技术很多, 核磁共振具有MS, IR 特有的优势, 能很方便的提供不同分子结构上的细微差别, 包括同分异构化合物和立体异构化合物。

但是, 核磁共振要求分析样品是纯物质, 对于混合物进行分析得到的结构往往很困难,已经与核磁共振联用的分离手段有: 高效液相色谱-核磁共振联用( HPLC-NMR) 、超临界流体色谱-核磁共振联用( SFC-NMR) 、超临界流体萃取-核磁共振联用SFE-NMR)、毛细管电泳-核磁共振联用( CENMR)[13]。