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光譜、質(zhì)譜、色譜和波譜是分析化學(xué)中常用的四種重要技術(shù),它們?cè)谠怼?yīng)用和數(shù)據(jù)輸出上各有特點(diǎn)。以下是它們的詳細(xì)介紹及區(qū)別:
原理:
通過物質(zhì)與電磁輻射(光)的相互作用,研究物質(zhì)對(duì)光的吸收、發(fā)射或散射特性。不同物質(zhì)會(huì)因能級(jí)躍遷(如電子、振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng))產(chǎn)生特征光譜。
主要類型:
紫外-可見光譜(UV-Vis):分析電子躍遷,用于定量和共軛體系研究。
紅外光譜(IR):研究分子振動(dòng)/轉(zhuǎn)動(dòng),用于官能團(tuán)鑒定。
核磁共振波譜(NMR):利用原子核在磁場中的能級(jí)分裂,提供分子結(jié)構(gòu)信息(如氫、碳的位置)。
拉曼光譜:基于非彈性散射,與IR互補(bǔ)。
輸出:光譜圖(強(qiáng)度 vs. 波長/頻率)。
應(yīng)用:結(jié)構(gòu)鑒定、定量分析、反應(yīng)監(jiān)測等。
原理:
將樣品分子電離為離子,按質(zhì)荷比(*m/z*)分離并檢測,提供分子量和結(jié)構(gòu)信息。
關(guān)鍵步驟:電離(如EI、ESI)、質(zhì)量分析(如四極桿、TOF)、檢測。
輸出:質(zhì)譜圖(離子強(qiáng)度 vs. *m/z*)。
應(yīng)用:
確定分子量、分子式。
解析結(jié)構(gòu)(通過碎片離子)。
蛋白質(zhì)組學(xué)、代謝組學(xué)。
原理:
利用樣品中各組分在固定相和流動(dòng)相間的分配差異實(shí)現(xiàn)分離。
主要類型:
氣相色譜(GC):適用于揮發(fā)性化合物。
液相色譜(HPLC/UPLC):適用于非揮發(fā)性或熱不穩(wěn)定物質(zhì)。
薄層色譜(TLC):快速分離和初步鑒定。
輸出:色譜圖(信號(hào)強(qiáng)度 vs. 保留時(shí)間)。
應(yīng)用:
復(fù)雜混合物分離(如藥物、環(huán)境樣品)。
常與質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS、LC-MS)提高分析能力。
注意:
“波譜"通常作為核磁共振波譜(NMR)的簡稱,或泛指多種光譜技術(shù)的綜合應(yīng)用(如“波譜學(xué)")。
NMR特點(diǎn):
提供原子級(jí)結(jié)構(gòu)信息(如氫/碳的化學(xué)環(huán)境、連接方式)。
非破壞性,適用于液體和固體樣品。
技術(shù) | 作用原理 | 核心信息 | 典型應(yīng)用 |
---|---|---|---|
光譜 | 光與物質(zhì)相互作用 | 能級(jí)躍遷、官能團(tuán)、結(jié)構(gòu) | 定性/定量分析、官能團(tuán)鑒定 |
質(zhì)譜 | 離子質(zhì)荷比分離 | 分子量、碎片結(jié)構(gòu) | 分子鑒定、蛋白質(zhì)分析 |
色譜 | 物理分離 | 組分保留時(shí)間 | 混合物分離、純度檢測 |
波譜 | 核磁共振/綜合譜學(xué) | 原子化學(xué)環(huán)境、分子構(gòu)型 | 詳細(xì)結(jié)構(gòu)解析(如有機(jī)分子) |
GC-MS / LC-MS:色譜分離+質(zhì)譜鑒定,用于復(fù)雜樣品。
HPLC-NMR:分離與結(jié)構(gòu)分析結(jié)合。
選擇依據(jù):
需分離混合物?→ 色譜。
需分子量或碎片信息?→ 質(zhì)譜。
需官能團(tuán)或結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)?→ 光譜/NMR。
這些技術(shù)互補(bǔ),常聯(lián)合使用以全面分析樣品。
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