有机波谱分析的应用

有机波谱分析新应用

摘要：有机化学领域内，无论研究何种有机化合物，在分析或合成时都会遇到结构测定的问题。近三四十年来，各种波谱测量技术的出现及其迅速发展，使紫外光谱、红外光谱、核磁共振波谱和质谱法得到了普遍应用。现在这四种谱已成为鉴定有机化合物以及测定其结构的常用手段。

前言

利用各种不同波长的电磁波，如长的无线电波或短的X射线来测定有机物质结构的学科,也就是将这些物理方法取得的有关物质内部的某些信息与化学结构联系起来，从而得到有关分子内部的许多细致的情况，如化学键的长短、原子在分子中的取向等；也可用来观察反应进行的情况，推断或验证反应机理和在混合物体系中测定某一个或几个组分的含量等。波谱解析必须与化学行为结合起来考虑，并且最终以化学反应来证实，二者的关系是相辅相成的。20世纪60年代以来，波谱学发展很快。有机合成和天然有机化合物的研究，都离不开波谱学这个有力工具。目前已经普遍应用的有红外光谱、紫外光谱、质谱法和核磁共振谱等。四谱的发展，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，这四种谱在化学工业、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、生物化学等的发展也起着积极的推动作用。最近几年，随着波谱技术的发展，经过各机构和个人的努力专研，波谱技术又有了新的突破。

1.在环境保护方面的应用

近几年，随着科学技术水平的发展和人民生活水平的提高，环境污染也在增加，特别是在发展中国家。环境污染问题越来越成为世界各个国家的共同课题之一。每一个环境污染的实例，可以说都是大自然对人类敲响的一声警钟。为了保护生态环境，为了维护人类自身和子孙后代的健康，必须积极防治环境污染，而有机波谱在此方面有很大的应用和发展。水体污染、大气污染、放射性污染等，危害日益严重，化学家们在这些方面经过不懈努力，终于有所突破，水体中的大多数有机污染物在紫外区域有较强的吸收，因此可利用紫外吸光度检测水体中的有机污染物浓度。通过平滑、导数、标准正态变量变换等光谱预处理后，采用主元回归、偏最小二乘、支持向量机等方法建立回归模型，并由该

模型依据待测样本的紫外光谱数据计算出有机污染物浓度[1]。湖泊沉积物中的有机磷可采用钼酸铵比色方法与液相31P-核磁共振技术(31P-NMR),研究不同浓度NaOH及NaOH与EDTA不同配比(NaOH-EDTA)对沉积物有机磷的提取及31P-NMR组成分析的影响[2]。废气的排放比较严重，因此，王会峰等基于朗伯－比尔定律提出了一种递推迭代反演解算算法，利用该算法在紫外光谱法下可以在线监测烟气有害成分可以得到各气体的精确浓度，能够一次同时解算出多种有害气体浓度且精度达±２％，算法简单满足实时性需求，抗干扰能力强，适合工程实际应用[3]。由于农药的使用，废弃电池没有合理回收等原因，土壤也收到明显污染，采用正己烷-丙酮-磷酸混合溶剂为提取剂，在萃取温度100℃、压力10.3 MPa条件下，用快速溶剂萃取仪提取土壤样品，石墨碳黑氨基固相萃取柱净化,PTV大体积进样，气相色谱-质谱联法同时检测六六六、滴滴涕(DDTs)和10种拟除虫菊酯类农药（联苯菊酯、甲氰菊酯、氯氟氰菊酯、氯菊酯、氯氰菊酯、氟氯氰菊酯、氟氨氰菊酯、氰戊菊酯、氟氰戊菊酯、溴氰菊酯）共18种农药残留[4]。根据各方法的检测结果，人们可以更有针对性的解决环境污染方面的难题，从而有效保护环境。

2.在医药方面的应用

医学方面也遭遇到许多瓶颈，糖尿病，癌症，艾滋病等，人们迫切希望解决这些难题。而有机波谱在这些方面均有广泛应用，其重要性日趋明显。

阿司匹林在生活中较为常见，但对其作用机理还有待进一步研究，利用拉曼和紫外光谱法研究阿司匹林及其与ＤＮＡ的相互作用[5]，为深入了解此类药物的作用机理提供了十分重要的信息和有益的参考。红外光谱法合偏最小二乘法、一阶导数、二阶导数、神经网络等法进行各种药物的无损分析，并与传统方法UV 法、HPLC法等进行比较，相关系数好，准确度高。该法除应用于定性分析外，基于其自身诸多优点，也能作为定量分析的重要手段，具有广泛的应用推广前景[6]。多肽是癌症诊断信息的重要来源。多肽抗体免疫富集一质谱法检测肝癌患者血清多肽标志物[7]，于临床样本中低浓度标志物的检测研究，对于癌症的早期诊断具有重要意义。应用核磁共振氢谱和偏最小二乘法-判别分析研究鼻咽癌患者血清中代谢物的代谢组变化[8]。可为鼻咽癌的诊断提供分子水平上的代谢依据。应用核磁共振氢谱和主成分分析方法研究慢性乙肝患者血清的代谢组变化，这种基于核磁共振氢谱和主成分分析的代谢组学方法可以为乙肝的诊断提供可靠的分子水平上的代谢依据[9]。核磁共振波谱在药物发现中也有很大的应用，蛋白质-配

体相互作用的分子机理研究、小分子的高通量筛选、药物构效关系研究以及毒理学和新药安全评价等方面[10]。利用氢质子磁共振波谱( 1H M RS) 技术, 研究认知障碍的帕金森病( PD) 患者脑部代谢变化。进一步探索帕金森痴呆( PDD) 患者发生痴呆的病因。有助于PDD 的病因诊断及风险预测[11]。

对药物，病毒的作用机理的研究，让人们对此有更加清醒的认识，知道作用机理，就为解决难题提供了可能，人们对待癌症、艾滋等可怕的病毒时，也将更加冷静。

3.食品工业的应用

俗话说，民以食为天，食品安全是我们生活中的重中之重，近几年，发现的食品问题越来越多，三聚氰胺、地沟油、毒胶囊......引发人们对食品安全的恐慌，蒋丽琴等通过多种方法，气相色谱一质谱连用、红外光谱、核磁共振和紫外光谱、荧光光谱等作为辅助手段，对大蒜中有效成分进行了检测，使大蒜中有效成分的检测方法更为完善[12]。余丽娟等建立了一种食品中反式脂肪酸含量的测定方法，以酸水解法提取食品中脂肪酸，用傅立叶变换红外光谱仪对反式脂肪酸含量进行了快速测定，回收率达到89．26％一106．51％，相对标准偏差2．29％，结果重复性好，准确可靠[13]。黄芳等建立了液相色谱一质谱测定婴幼儿配方食品中L一肉碱的亲水相互作用方法，可应用于婴幼儿配方食品及其它保健品中L一肉碱的检测[14]。餐饮业废弃油脂是我国目前食品安全非常关注的问题之一。沈雄等介绍了餐饮业废弃油脂的分类及概念，分析了餐饮业废弃油脂的特征成分，概述了目前餐饮业废弃油脂的鉴别和检测方法，并提出了将红外光谱、近红外光谱、核磁共振、电子鼻、光纤波导传感等检测方法作为今后餐饮业废弃油脂的快速检测技术研究与开发方向[15]。周相娟等建立了酱油中两种氯丙醇类化合物检测的气相色谱一质谱分析方法，对酱油中氯丙醇类化合物进行了测定，适合于样品中多种痕量氯丙醇类化舍物的同时测定[16]。

食品安全是我们共同关心的问题，有机波谱的发展对食品检测方面应用较广，相信随着技术的提高，那些假、毒、害将无所遁形。

4.其他方面的应用

利用有机波谱的方法可以快速鉴别生活中常见物质的真假与产地，如利用紫外光谱不同溶剂在微波条件下对4 种不同产地丹参进行快速提取,用紫外分光光度计对相同溶剂的提取物进行对比研究, 发现其紫外光谱存在差异, 可用于不

同产地丹参的鉴别[17]。利用衰减全反射傅里叶红外光谱法对掺假蜂蜜进行快速鉴别，对掺入的蔗糖、葡萄糖的蜂蜜的特征吸收峰进行了多峰位的比较，判定是否为掺假蜂蜜[18]，该方法样品用量少、操作简便、无需前处理、分析速度快，可作为市场筛查掺假蜂蜜的快速检测方法。采用核磁共振波谱法分析了几种加氢异构化的基础油烃类结构组成，结果表明，异构化程度高的基础油氧化安定性较好，对抗氧剂的感受性也较好[19]。采用质谱法和核磁共振波谱法测定了亚组分的烃类组成和平均分子结构。对润滑油馏分溶剂处理产物中烃类的组成规律加深了研究[20]。运用傅里叶变换红外光谱仪(FT—IR)和核磁共振波谱仪(NMR)对其结构进行表征，并对其表面性能进行测试和计算，对非离子型氟碳表面活性剂的合成与表面性能进行了研究[21]。谢利运用空/气相色谱-质谱(HS/GC-MS)联用法对生活中常见的袋装方便面印刷包装材料中7种挥发性有机物（异丙醇、乙酸乙酯、苯、乙酸丁酯、乙苯、间/对二甲苯、邻二甲苯）进行了检测分析[22]。

有机波谱对各方面应用很广，为生活提供了许多便利。

结语

准确测定有机化合物的分子结构，对从分子水平去认识物质世界，推动近代有机化学的发展是十分重要的。利用有机波谱，可以对有机物的结构进行分析，对物质结构更加清楚，从而对反应的机理更加明确，在有机合成方面有很大贡献。通过实例，可以看出，有机波谱在各方面均有广泛应用，并且由此衍生出许多新技术，如与其它技术联用，更好地为解决科研和生产中问题提供可能，其发展和应用空间还将更大。

参考文献

1.吴元清等.水体有机污染物浓度检测中的紫外光谱分析方法[J].光谱学与光谱分析，2011，31（1）：233-237

2.何桂霞.湖泊沉积物中的有机磷分析[J].光谱学与光谱分析，2011，30（3）：151-154

3.王会峰等.递推迭代的紫外光谱烟气有害成分在线监测[J].光谱学与光谱分析，2012,32（1）：171-174

4.李俊等.加速溶剂萃取-气相色谱/质谱法同时测定土壤中拟除虫菊酯类等18种农药残留[M].岩矿测试，2011,30（5）：590-595

5.康倩倩等.拉曼和紫外光谱法研究阿司匹林及其与ＤＮＡ的相互作用[J].光谱学与光谱分析,2012,23(3):699-702

6.裘兰兰等.红外光谱法在药物定量分析中的应用[M].中国实验方剂学杂志,2011,17(18)

7.原剑.多肽抗体免疫富集一质谱法检测肝癌患者血清多肽标志物[M].分析化学，2011,39（8）：1129-1133

8.符方方等.基于核磁共振波谱的鼻咽癌患者血清代谢组研究[J].广东药学院学报，2011, 27( 3)：313-316

9.杨永霞等.基于核磁共振波谱的乙肝患者血清代谢组研究.第二军医大学学报,2010,31(3):288-291

10.周秋菊等.核磁共振波谱在药物发现中的应用[J].波谱学杂志,2010,27(1)

11.孙峰等.帕金森病痴呆氢质子核磁共振波谱的研究[J]。临床荟萃，2010,25（5）：401-404

12.蒋丽琴等.大蒜中有效成分检测方法的研究进展[M].食品工程，2011（3）

13.余丽娟等.傅立叶变换红外光谱法测定食品中反式脂肪酸[M].山东化工,2011,40(3)

14.黄芳等.液相色谱一质谱法快速测定婴幼儿配方食品中L一肉碱的亲水相互作用[M].分析实验室，2011,30（10）

15沈雄.餐饮业废弃油脂鉴别检测方法研究进展[M].中国油脂,2011,36(11)

16.周相娟等.气相色谱一质谱法测定酱油中氯丙醇类化合物[M].中国调味品,2011,36(5)

17.刘省存等.不同产地丹参的紫外光谱鉴别研究[J].光谱实验室，2011,28（2）：573-575

18.赵延华等.傅里叶变换红外光谱法快速鉴别掺假蜂蜜[M].理化检验,2012,48(2)

19.薛卫国.加氢异构基础油的氧化安定性研究.2010大连润滑油技术经济论坛论文专辑.2010

20.管翠诗.润滑油馏分溶剂处理产物中烃类组成规律.2010大连润滑油技术经济论坛论文专辑,2010

21.张昱等.非离子型氟碳表面活性剂的合成与表面性能[J].现代化工，2011,31（4）：49-52

22.谢利.空/气相色谱-质谱法分析方便面印刷包装材料中挥发性有机物[M].分析化学，2011,39（9）