《实用药物研发仪器分析》马红梅主编；刘宏伟副主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《实用药物研发仪器分析》

【作　者】马红梅主编；刘宏伟副主编

【页 数】 201

【出版社】 上海：华东理工大学出版社 , 2014.09

【ISBN号】978-7-5628-4000-8

【价 格】29.80

【分 类】制药工业-药物分析-仪器分析-高等学校-教材

【参考文献】 马红梅主编；刘宏伟副主编. 实用药物研发仪器分析. 上海：华东理工大学出版社, 2014.09.

图书封面：

图书目录：

《实用药物研发仪器分析》内容提要：

本教材以此为出发点，挖掘常规药物分析以及联用技术的潜能，突出介绍其在药物研发、生产控制等过程中的应用，并主要侧重仪器技术应用。随着化工及制药行业技术以及规范的发展和要求，相应的药物制造和化工产品制造方面GMP(GoodManufacturingPractice)的相继实施，化工及制……

《实用药物研发仪器分析》内容试读

第1章紫外-可见吸收光谱

紫外-可见吸收光谱(Ultraviolet-Visible absorption spectra)属于分子光谱，它是分子在吸收紫外-可见光区10~800nm的电磁波后外层价电子发生能级跃迁而产生的吸收光谱，简称紫外光谱。通常所说的紫外光谱是指200~800m近紫外光和可见光区的分子吸收光谱。紫外光谱是在经典比色法基础上不断发展起来的，早在1760年和1852年，朗伯(Lambert)和比耳(Beer)就分别研究了光的吸收与溶液液层的厚度及溶液浓度的定量关系，所以紫外光谱可以用作定量分析。紫外光谱具有仪器普及、操作简单且灵敏度高等优点，被广泛用于药物研究与开发中的定性和定量分析中。

1.1紫外光谱基础知识

1.1.1概述

紫外光谱是由成键原子分子轨道中的电子跃迁产生的，吸收的光谱区域依赖于分子的电子结构。谱图中最大吸收峰的波长入mx和相应的摩尔吸光系数εmx反映了构成分子部分结构的特征。根据分子结构与其紫外光谱的对应关系，可以提供化合物骨架结构信息或进行异构体鉴别等。

紫外-可见光区可细分为远紫外光区(10~200nm)、近紫外光区(200400nm)和可见光区(400~800nm)。由于空气中的氧气、二氧化碳和水蒸气在远紫外光区范围内均有吸收，所以在远紫外光区的测量必须在真空条件下进行，故也称真空紫外。因实验技术所限，目前对远紫外光区的吸收光谱研究得较少。近紫外光区又称石英紫外，其对结构研究很重要。近紫外光区和可见光区通常是紫外光谱研究的主要区域。

分子的内部运动可分为分子内价电子运动、分子内原子的振动、分子绕其中心转动这三种形式。根据量子力学原理，分子的每一种运动形式都有一定的能级且是量子化的，因此分子具有电子能级、振动能级和转动能级。分子所处的能级状态可用量子数表示：电子量子数表示各电子能级，振动量子数v表示振动能级，转动量子数j表示转动能级。分子在一定

状态下所具有的总内部能量为其电子能量(E)、振动能量(E,)和转动能量(E)之和。即

E=E。十Ev十E

(1-1)

当分子从一个状态E,变化到另一个状态E2时，必然伴有能级的变化，两个状态能级之间

的能量差为

△E=E2-E】

(1-2)

在吸收光谱中，只有照射光的能量(E=v)等于两个能级间的能量差△E时，分子才能从低能态跃迁至高能态，因此能被分子吸收的光的频率为

y=△E/h

(1-3)

2

实用药物研发仪器分折

转换为波长得

A=c/y=hc/△E

(1-4)

式中h—普朗克常数；

c一光速；

△E一电子从低能态（基态）跃迁到高能态（激发态）时吸收的能量。

不同分子发生能级跃迁时的△E不同，所吸收光的频率()或波长（入）也不同，因此可以

根据y或入与分子结构的关系，从光谱图中谱峰的位置来区分不同的化合物。能量的吸收依懒于基态和激发态之间的能量差异，从式(1-4)可看出能量差越小，吸收波长越长。

以双原子分子为例讨论紫外-可见吸收光谱的产生（见图1一1）。假如A和B是两个电

子能级，当分子吸收足够的能量时（例如用氘灯或钨灯照射）就会发生电子能级跃迁，从A电

子能级跃迁到B电子能级。在电子能级发生跃迁的同时，转动能级也发生了改变，也就是说

紫外光谱中电子能级发生跃迁的同时，也必定伴随着振动-转动能级的变化，所以分子光谱远比原子光谱（线光谱）复杂，形成带状光谱。紫外光谱谱图上的吸收峰都是宽峰，这是电子跃迁与振动-转动次能级变化相叠加的结果。

V=0

电

迁

纯振动跃迁

纯转动跃迁

"=0

V'一低能级振动能级；j'一低能级转动能级：

V”一高能级振动能级；”一高能级转动能级

图1~1双原子分子的能级示意图

l.l.2朗伯-比尔(Lambert-Beer)定律

早在1760年，朗伯就指出，如果溶液的浓度一定，则光的吸收与液层的厚度成正比，这个关系被称为朗伯定律。1852年，比尔研究了各种无机盐水溶液对红光的吸收后指出，当单色光通过液层厚度一定的有色溶液时，溶液的吸光度与溶液的浓度成正比，这个关系称为比尔定律。当同时考虑溶液浓度和液层厚度对光吸收的影响时，可将朗伯定律和比尔定律综合起来，得到朗伯-比尔定律。因此朗伯-比尔定律可表述为：当一束单色光通过介质时，光被介质吸收的比例与吸收光的分子数目成正比，与入射光强度无关。朗伯-比尔定律(Lambert-Beer

第1章紫外-可见吸收光谱

03

law)是比色和光谱定量分析的基础。其数学表达式为

A=-1gT=-1g(I/Io)=kcl

(1-5)

式中A一吸光度；

I。、I一人射光强度和透射光强度：

T一透光率；

k吸光系数；

试样溶液浓度；

(一试样池光程长度。

式中k的数值与c和l的单位有关。当c以mol·L1为单位，以cm为单位时，此时k变成摩尔吸光系数(e),单位为L·mo1·cm1,化合物的最大吸收波长入mx及该波长下的摩尔吸光系数€mx常用来表示化合物的紫外吸收特征，是紫外吸收的重要参数。通常紫外光谱图是以波长为横坐标，以吸光度值或透光率为纵坐标的一个光谱图，图1一2给出了一个典型的紫外光谱图。

0.7

0.6

0.5

0.4

0.2

0.1

300350400450500550600650

/nm

图1-2典型的紫外吸收光谱图

根据朗伯-比尔定律，吸光度在一定波长下与物质的浓度成正比。所以如果在同一溶液中存在两种以上有吸收辐射作用的分子时，该溶液在此波长的吸光度等于在这个波长下有吸光的各种分子的吸光度的总和，这就是吸光度的加和性。吸光度的加和性在化合物的定量分析及推测未知化合物的结构方面很重要。

1.1.3有机化合物紫外光谱的产生

有机化合物的紫外光谱取决于其分子结构，它主要是由分子中价电子的能级跃迁和电荷跃迁产生的。根据分子轨道理论，当两个原子结合成分子时，两个原子的原子轨道线性组合成两个分子轨道，其中具有较低能量的为成键轨道，具有较高能量的为反键轨道。电子通常在成键轨道上，在分子吸收能量后可以激发到反键轨道上。有机化合物中的共价键有σ键和π键，它们的成键轨道分别用。和π表示，其对应的反键轨道分别用σ·和π*表示，处在相应轨道的电子分别称为σ电子和π电子；氧、氮、硫和卤素等杂原子还存在未成键的孤对电子，称为n电子，它们处在非成键轨道上。如在羰基中。、π和n这三种类型的电子都存在，这些电子所处的能级轨道和可能发生的跃迁如图1-3所示。

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实用药物研发仪器分析

σ”反键轨道

π”反键轨道

--·n非键轨道

…π成键轨道

··G成键轨道

○

200

300

2/m

图1~3各类电子跃迁所需能量及其对应的波长示意图

电子跃迁主要有四种：。→。、π→π”、n→。"和→π·。前两种为电子从成键轨道跃迁至对应的反键轨道；后两种是杂原子的未成键电子从非成键轨道跃迁至反键轨道。从图1一3可知，不同轨道之间的跃迁所需能量不同，因此形成的吸收光谱谱带位置也不同。

。→σ·跃迁是单键中的σ电子在成键轨道与反键轨道间的跃迁。两个轨道间能级差最大，跃迁所需能量较高，相应的激发波长较短，在150~160nm内，落在远紫外光区域，超出了般紫外分光光度计的检测范围。

π→π·跃迁是不饱和键中的π电子吸收能量跃迁至π”反键轨道。跃迁所需能量较0→。·跃迁的小，吸收峰波长较大。孤立双键的π→π'跃迁产生的吸收带位于160~180nm,仍在远紫外区。但在共轭双键体系里，由于处于共轭状态下的几个π轨道会重新组合，使得成键电子从最高占有轨道到最低空轨道之间的跃迁能量大大降低，从而吸收带通常向长波长方向移动。共轭体系越大，π→π跃迁产生的吸收带波长越长。例如乙烯的紫外吸收带位于162nm,丁二烯的紫外吸收带位于217nm,而1,3,5-己三烯的紫外吸收带则位于258nm。→。·跃迁是氧、氮、硫和卤素等杂原子的未成键n电子向σ轨道的跃迁。当分子中含有杂原子基团如氨基、羟基、巯基、卤素等时，就能发生这种跃迁。跃迁所需能量较σ→σ·跃迁的小，相应吸收带的波长在200m附近，依杂原子性质和数目的不同而不同。卤代烃的吸收带波长和强度随F、Cl、B、I递增，也随取代数目的增加而增大。

→π'跃迁是杂原子的未成键n电子向不饱和键的π'轨道上的一种跃迁，这种跃迁是四种跃迁里面所需能量最小的，它所对应的吸收带位于270~300m的紫外区。

1.1.4无机化合物紫外光谱的产生

无机化合物紫外光谱的产生与有机化合物紫外光谱的产生在本质上是相同的，都是外层电子跃迁的结果，但无机化合物的吸收带主要是由电荷转移跃迁和配位体场跃迁而产生的。

(1)电荷转移吸收带

某些无机化合物同时具有电子给体和电子受体，当辐射照射到这类化合物时，电子从电子给体跃迁到电子受体，从而产生光的吸收。这种由于电子转移产生的吸收光谱，称为电荷转移吸收光谱，一般可用式(1-6)表示：

D(电子给体)十A(电子受体)DA

(1-6)

第1章紫外-可见吸收光谱

05

许多无机配合物及水合无机离子都能发生这种转移。某些有机化合物（取代芳烃）也会发生电荷转移跃迁，产生电荷转移光谱。

电荷转移吸收带的特点是摩尔吸光系数一般都较大(104左右)，用于定量分析可提高检测灵敏度，在无机分析中，常通过配位反应使金属离子形成可产生电荷转移的配合物，然后测定金属离子的浓度，这种配位反应称为显色反应。

(2)配位体场吸收带

过渡元素都有未填满的d电子层，镧系和钢系元素含「电子层，这些电子轨道的能量通常是相等的（简并的）。在配位场作用下，这些轨道会产生分裂，低能态的d电子或f电子可吸收辐射分别跃迁到高能态的d轨道和f轨道，这两类跃迁称作d电子跃迁和「电子跃迁。由于这两类跃迁必须在配体的配位场作用下才能发生，因此常称为配位体场跃迁，相应的吸收带称为配位体场吸收带。d电子跃迁和f电子跃迁是禁戒跃迁，产生的概率很小，因此配位体场跃迁的吸收谱带摩尔吸光系数小，这类光谱主要用来研究配合物的结构。

电子跃迁所需能量较小，产生的吸收峰大都在可见区，摩尔吸光系数一般都很小，为弱吸收(emx=0.1~100),且该吸收带较宽，易受环境因素影响。f电子跃迁吸收带在紫外可见区，由于「轨道被已填满的外层轨道屏蔽，不易受溶剂、配位体等的影响，吸收带较窄。

1.1.5紫外光谱中的常用术语

(1)生色团

生色团是指能够产生紫外可见吸收的不饱和基团，一般为带有π电子的基团，如C一C、

C=C、C一O、N一N、N一O、NO2等。生色团的结构不同，电子跃迁的类型也不同，通常为

n→π·、π→π·跃迁，吸收波长大于210nm。如果一个化合物分子中含有若干个生色团并形成共轭体系，则原来各自的吸收带将消失，形成新的吸收带，波长和吸收强度都会出现明显变化。

(2)助色团

助色团是指本身不会产生紫外吸收，当与生色团相连时，能够使生色团吸收波长变长或吸收强度增强的含有杂原子的饱和基团，助色团一般为带有孤电子对的原子或原子团，如

一NH2、一OH、一OR、一SH、—SR、一Cl、一Br、一I等。在这些助色团中，带孤电子对的原子或原子团与生色团相连，可以发生p-π共轭，使得电子的活动范围扩大，易激发。

(3)红移和蓝移

吸收波长向长波方向移动的现象称为红移。吸收波长向短波方向移动的现象称为蓝移。取代基的变化或者溶剂的改变都有可能引起吸收波长的红移或蓝移。

(4)增色效应和减色效应

当有机化合物的结构发生变化或者溶剂改变时，除吸收波长会产生变化外，吸光度也常常增强或者减弱。这种吸光度增强和减弱的效应分别称为增色效应和减色效应。

(5)溶剂效应

溶剂对紫外光谱的影响较为复杂，溶剂极性对吸收带的位置有明显影响，亦会引起吸收带形状的变化。在π→π"跃迁中由于激发态的极性比基态大，而极性溶剂对电荷分散体系具有较强的稳定能力，所以在极性溶剂中，激发态和基态的能量虽然都有所降低，但激发态能量降低程度较大，导致π→π·跃迁吸收的能量较小，如图1-4所示，因此吸收带向长波方向移动。极性溶剂对→π·跃迁的影响与对π→π·跃迁的影响正好相反，它使得→π·跃迁吸收

6

实用药物研发仪器分折

带向短波方向移动。因为化合物中的孤电子对可与溶剂中的羟基、氨基等强极性键形成氢键，使非成键轨道的能量有较大幅度的降低。如果发生n→π'跃迁，孤电子对遭到破坏，轨道上剩下的一个电子将失去生成氢键的能力。虽然极性溶剂可以使π“轨道的能量稍微降低但是所降低的能量远小于一个氢键的键能，因此在极性溶剂中，→π·跃迁近乎要克服一个氢键的能量，如图1-5所示，因此吸收带向短波方向移动。

△E

△E

AE2

△E

非极性溶剂中

非极性溶剂中

氢键键能

-n

极性溶剂中

极性溶剂中

图1~4溶剂对π→π'跃迁的影响

图1-5溶剂对n→π'跃迁的影响

考虑到溶剂对化合物紫外光谱有较大影响，因此溶剂的选择对于化合物紫外光谱的测定非常重要。通常情况下，溶剂应不影响样品的紫外光谱，即在测定范围内溶剂应是紫外透明的（溶剂本身无吸收）。

1.2

典型有机化合物的紫外光谱

1.2.1饱和化合物

饱和碳氢化合物中仅有σ键，只能产生。→σ·跃迁，其最大吸收波长在远紫外区，在紫外可见光区是无吸收的，因此饱和烃常作为测量其他化合物紫外-可见吸收光谱时的溶剂。

饱和烃的杂原子衍生物除了。电子外，还有非键电子，可产生n→σ“跃迁。但大部分饱和烃的衍生物在紫外可见光区仍无吸收，因此，这类化合物也是测定紫外光谱时的良好溶剂。一些饱和烃及其杂原子衍生物的紫外光谱数据如表1-1所示。

表1-1常见饱和烃及其衍生物的紫外光谱数据

化合物

跃迁类型

E max

Amax/nm

溶剂

CH

G→g

10000

125

气态

C2Ho

001

10000

135

气态

CHOH

n-6

150

183

己烷

n→o

356

174

C2H:OH

n-o"

320

182

己烷

n→o

670

174

C2 Hs OC2 Hs

nc"

1995

188

气态

n-o"

3981

171

CHCI

n→g'

200

173

己烷

···试读结束···