光譜、色譜、質譜、波譜檢測

在檢測領域，有四大名譜，也是檢測領域的“四大天王”分別為色譜、光譜、質譜、波譜，在檢測特色和適用范圍上各有不同，但總有一款適合你!

質譜分析分子、原子、或原子團的質量的，可以推測物質的組成，一般用于定性分析較多，也可定量。

色譜是一種兼顧分離與定量分析的手段，可分辨樣品中的不同物質。

光譜定性分析，確定樣品中主要基團，確定物質類別。從紅外到X射線，都是光譜，其應用范圍差別很大，是對分子或原子的光譜性質進行分析解析的。

波譜通常指四大波譜，核磁共振(NMR),物質粒子的質量譜-質譜(MS),振動光譜-紅外/拉曼(IR/Raman),電子躍遷-紫外(UV)。

01

光譜分析法

光譜分析

由于每種原子都有自己的特征譜線，因此可以根據光譜來鑒別物質和確定它的化學組成和相對含量。

光譜分析時，可利用發射光譜，也可以利用吸收光譜。這種方法的優點是非常靈敏而且迅速。某種元素在物質中的含量達10皮克，就可以從光譜中發現它的特征譜線，因而能夠把它檢查出來。

光譜的分類

按波長區域不同，光譜可分為紅外光譜、可見光譜和紫外光譜。

按產生的本質不同，可分為原子光譜和分子光譜。

按產生的方式不同，可分為發射光譜、吸收光譜和散射光譜。

按光譜表現形態不同，可分為線光譜、帶光譜和連續光譜。

分光光譜技術可用于：

通過測定某種物質吸收或發射光譜來確定該物質的組成;

通過測量適當波長的信號強度確定某種單獨存在或其他物質混合存在的一種物質的含量;

通過測量某一種底物消失或產物出現的量同時間的關系，示蹤反應過程。

鑒定分子式、結構式的方法

紫外光譜：反應分子中共軛體系狀況;

紅外光譜：光能團鑒定、分子中環、雙鍵數目。

光譜法的優缺點

(1)分析速度較快　原子發射光譜用于煉鋼爐前的分析，可在l～2分鐘內，同時給出二十多種元素的分析結果。

(2)操作簡便　有些樣品不經任何化學處理，即可直接進行光譜分析，采用計算機技術，有時只需按一下鍵盤即可自動進行分析、數據處理和打印出分析結果。在毒劑報警、大氣污染檢測等方面，采用分子光譜法遙測，不需采集樣品，在數秒鐘內，便可發出警報或檢測出污染程度。

(3)不需純樣品　只需利用已知譜圖，即可進行光譜定性分析。這是光譜分析一個十分突出的優點。

(4)可同時測定多種元素或化合物　省去復雜的分離操作。

(5)選擇性好　可測定化學性質相近的元素和化合物。如測定鈮、鉭、鋯、鉿和混合稀土氧化物，它們的譜線可分開而不受干擾，成為分析這些化合物的得力工具。

(6)靈敏度高　可利用光譜法進行痕量分析。目前，相對靈敏度可達到千萬分之一至十億分之一，絕對靈敏度可達10-8g~10-9g。

(7)樣品損壞少　可用于古物以及刑事偵察等領域。

隨著新技術的采用(如應用等離子體光源)，定量分析的線性范圍變寬，使高低含量不同的元素可同時測定。還可以進行微區分析。

局限性：光譜定量分析建立在相對比較的基礎上，必須有一套標準樣品作為基準，而且要求標準樣品的組成和結構狀態應與被分析的樣品基本一致，這常常比較困難。

02

質譜分析法

是將不同質量的離子按質荷比的大小順序收集和記錄下來，得到質譜圖。用質譜圖進行定性、定量分析及結構分析。質譜分析法是物理分析法，早期主要用于相對原子質量的測定和某些復雜化合物的鑒定和結構分析。

使試樣中各組分電離生成不同荷質比的離子，經加速電場的作用，形成離子束，進入質量分析器，利用電場和磁場使發生相反的速度色散——離子束中速度較慢的離子通過電場后偏轉大，速度快的偏轉小;在磁場中離子發生角速度矢量相反的偏轉，即速度慢的離子依然偏轉大，速度快的偏轉小;當兩個場的偏轉作用彼此補償時，它們的軌道便相交于一點。與此同時，在磁場中還能發生質量的分離，這樣就使具有同一質荷比而速度不同的離子聚焦在同一點上，不同質荷比的離子聚焦在不同的點上，將它們分別聚焦而得到質譜圖，從而確定其質量。

質譜儀種類非常多，工作原理和應用范圍也有很大的不同。從應用角度，質譜儀可以分為下面幾類：

有機質譜儀：由于應用特點不同又分為：

① 氣相色譜-質譜聯用儀(GC-MS)

在這類儀器中，由于質譜儀工作原理不同，又有氣相色譜-四極質譜儀，氣相色譜 質譜書籍-飛行時間質譜儀，氣相色譜-離子阱質譜儀等。

② 液相色譜-質譜聯用儀(LC-MS)

同樣，有液相色譜-四器極質譜儀，液相色譜-離子阱質譜儀，液相色譜-飛行時間質譜儀，以及各種各樣的液相色譜-質譜-質譜聯用儀。

③　其他有機質譜儀，主要有：

基質輔助激光解吸飛行時間質譜儀(MALDI-TOFMS)，傅里葉變換質譜儀(FT-MS)

無機質譜儀，包括：

① 火花源雙聚焦質譜儀。

② 感應耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)。

③ 二次離子質譜儀(SIMS) 　　但以上的分類并不十分嚴謹。因為有些儀器帶有不同附件，具有不同功能。

例如，一臺氣相色譜-雙聚焦質譜儀，如果改用快原子轟擊電離源，就不再是氣相色譜-質譜聯用儀，而稱為快原子轟擊質譜儀(FAB MS)。另外，有的質譜儀既可以和氣相色譜相連，又可以和液相色譜相連，因此也不好歸于某一類。在以上各類質譜儀中，數量多，用途廣的是有機質譜儀。

應用范圍

質譜儀種類很多，應用范圍廣，可進行同位素分析、化學分析、無機成分分析、有機結構分析。

鑒定分子式、結構式的方法

離子峰、碎片峰、物質大小測定。

質譜分析具有以下優缺點

(1)質譜法是唯一可以確定分子質量的方法;

(2)可以對氣體、液體、固體等進行分析，分析的范圍比較廣;

(3)可以測定化合物的分子量，推測分子式、結構式、用途廣;

(4)分析速度快，靈敏度高，樣品用量小，只需要1mg左右，有時只要幾個微克就可以了。

局限性：因為質譜有多種型號，局限性各部相同，可以分別說明

03

色譜分析法

利用混合物中不同組分在兩相之間進行不同分配的原理，使混合物分離，并進行定性和定量分析的方法。

當流動相中所攜帶的混合物流過固定相時，會和固定相發生作用。由于混合物中各組分在性質和結構的差異，與固定相之間作用力的大小也有差異。因此在同一推動力作用下，不同組分在固定相中的滯留時間有長有短，從而按先后不同的次序從固定相中流出。

按兩相狀態，色譜法可以分為氣相色譜法、液相色譜法、超臨界流體色譜法。

按溶質在兩相分離過程，可分為吸附色譜、分配色譜、離子色譜、體積排阻色譜、親和色譜和生物色譜法。

應用范圍

氣相色譜：沸點低于400℃的各種有機或無機試樣的分析

液相色譜：高沸點、熱不穩定、生物試樣的分離分析

色譜法的優缺點

(1)分離效率高

復雜混合物，有機同系物、異構體。手性異構體。

(2)靈敏度高

可以檢測出μg/g(ppm)級甚至ng/g(ppt)級的物質量。

(3)分析速度快

一般在幾分鐘或幾十分鐘內可以完成一個式樣的分析。

局限性：

被分離組分的定性較為困難。

04

波譜分析法

將記錄的入射光或散射強度變化與光的波長、波數(頻)或散射角度的關系圖，用于物質結構、組成及化學變化的分析。

各種波譜法原理不同，其特點和應用也各不相同。每種波譜法也都有其適用范圍和局限性。在使用時應根據測定的目的、樣品性質、組成及樣品的量選擇合適的方法，在很多情況下要綜合使用多種波譜法才能達到目的。

波譜法的分類

紫外-可見光譜(UltravioletandVisible Spectra UV)、紅外光譜(Infrared Spectra IR)、質譜(Mass Spectrum MS)和核磁共振波譜(Nuclear Magnetic Resonance NMR)

此外，拉曼光譜、熒光光譜、旋光光譜和圓二色光譜、順磁共振譜都屬于波譜法范疇。

四種波譜分析的特定功能如下

四大波譜的比較：

UV、IR、NMR、MS已成為測定有機化合物分子結構的主要工具。比較：

(1)測定方法的靈敏度：

MS > UV > IR > 1H-NMR > 13C -NMR

(2)儀器的昂貴程度：

NMR、MS 遠比UV、IR昂貴，FTIR要比普通IR昂貴。

(3)獲取信息的多寡程度：

不僅要考慮獲取信息的數量，還要考慮對獲取信息的

解析能力。綜合比較：

NMR > MS > IR > UV

(4)實驗所需的理論背景知識：

NMR》MS >IR ～UV

主要介紹核磁共振波譜

分子具有核磁矩的原子核1H、13C 、15N、19F、31P等在外磁場中，通過射頻電磁波的照射，吸收一定頻率的電磁波能量，由低能級躍遷到高能級，并產生核磁共振信號。

磁共振最常用的核是氫原子核質子,因為它的信號最強,在人體組織內也廣泛存在。

核磁共振波譜的優點

(1)核磁共振法能夠保持樣品的完整性，是一種非破壞性的檢測手段;

(2)操作方法簡單快速，測量精確，重復性高;

(3)樣品無需添加溶劑，定量測定無需標樣;

(4)測量結果受材料樣本大小與外觀色澤的影響較小，且不受操作員的技術和判斷所影響。

另外,利用該技術可在短時間內同時獲得樣品中多種組分的弛豫時間曲線圖譜，從而能準確地對樣品進行分析鑒定。

鑒定分子式、結構式的方法

要和其它三種波譜聯合使用，驗證其正確性，提供分子二、三級結構信息。

四大名譜都有各自的優缺點，為了能夠大限度的發揮每種分析儀器的大優勢，可將兩種或三種儀器進行聯用來分析樣品，聯用技術能夠克服儀器單獨使用時的缺陷。是未來分析儀器發展的趨勢所在。