法醫(yī)毒物分析-常用儀器分析課件

1、9月14日2005年常用儀器分析(1)9月14日2005年第1頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年第一節(jié) 光譜分析法一、紫外-可見分光光度法（一） 光吸收定律 （二） 紫外-可見吸收光譜 （三） 紫外-可見分光光度計(jì) （四） 方法與應(yīng)用二、熒光分光光度法（一） 基本原理（二） 熒光分光光度計(jì)（三） 方法與應(yīng)用9月14日2005年第2頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年三、紅外分光光度法（一） 傅里葉變換紅外光譜儀（二） 特征吸收區(qū)域（三） 方法與應(yīng)用四、原子吸收分光光度法（一） 雙光束原子吸收光譜儀（二） 方法與應(yīng)用五、有機(jī)質(zhì)譜法（一） 質(zhì)譜儀（二） 質(zhì)譜圖和離子峰 （三） 應(yīng)用9月14日2005

2、年第3頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年第二節(jié) 色譜分析法一、分離原理（一） 分配平衡（二） 保留參數(shù)（三） 理論塔板概念（四） 范氏方程（五） 分離度二、薄層色譜法（一） 色譜展開與比移值（二） 固定相與展開劑（三） 方法與應(yīng)用9月14日2005年第4頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年三、氣相色譜法（一） 氣相色譜儀（二） 氣相色譜柱（三） 檢測(cè)器（四） 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（五） 方法與應(yīng)用四、高相液相色譜法（一） 高相液相色譜儀（二） 色譜固定相和流動(dòng)相（三） 方法與應(yīng)用9月14日2005年第5頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年五、電泳法（一） 基本原理（二） 區(qū)帶電泳（三） 毛細(xì)管區(qū)帶

3、電泳9月14日2005年第6頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年光與光譜紫外可見分光光度法的基本原理與定性定量基礎(chǔ)、分析方法、條件及適用范圍。熒光分光光度法的基本原理、特點(diǎn)和用途。紅外吸收光譜法及優(yōu)缺點(diǎn)質(zhì)譜、質(zhì)譜儀、質(zhì)譜圖及應(yīng)用色譜法概述 基本原理及方法分類9月14日2005年第7頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年薄層層析法 方法及特點(diǎn)。展開劑、層析板、定位法的類別。常用薄層系統(tǒng)及適用范圍。定性定量方法。薄層掃描法簡(jiǎn)介。氣相層析法 方法及特點(diǎn)。固定相類別，檢測(cè)器類型及性能。定性定量方法與適用范圍，毛細(xì)管柱法簡(jiǎn)介，氣一質(zhì)聯(lián)用簡(jiǎn)介。高效液相層析法 方法與特點(diǎn)。固定相、流動(dòng)相類別與層析系統(tǒng)的類型及應(yīng)用

4、。 電泳法的基本原理區(qū)帶電泳毛細(xì)管區(qū)帶電泳9月14日2005年第8頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年要 求 熟悉各分光光度法的基本原理、特點(diǎn)及在法醫(yī)毒物分析中的應(yīng)用。熟悉各種色譜法的固定相、流動(dòng)相、色譜系統(tǒng)類別、檢測(cè)手段及應(yīng)用，掌握色譜法的原理及應(yīng)用。9月14日2005年第9頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年分光光度法（Spectrophotometry) 屬于光學(xué)分析法，是以光與物質(zhì)間能量交換產(chǎn)生的光譜為基礎(chǔ)建立起來的一類分析方法。既可用于化學(xué)成分分析和結(jié)構(gòu)鑒定，也可用于含量測(cè)定，是藥毒物分析中常用的定性定量分析手段之一。9月14日2005年第10頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年光與光譜光

5、的本質(zhì) 屬于電磁輻射，傳播能量，具有波粒二象性。各種光本質(zhì)區(qū)別就是頻率不同。每一種光有其確定不變的頻率,因真空中光的傳播速度相同，故各種光在真空中有其固定的波長(zhǎng)。 = c / 常用真空中的波長(zhǎng)來標(biāo)記各種不同的光。9月14日2005年第11頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年光的能量輻射能 光（電磁輻射）的能量是由不連續(xù)的光子（photon)或稱光量子流傳播的（波動(dòng)性和粒子性）。光子的能量大小取決于光的頻率。 E 光子= h （h plank常數(shù)） 頻率越大或波長(zhǎng)越短的光，其能量就越大。9月14日2005年第12頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年光與物質(zhì)間的能量轉(zhuǎn)移是通過吸收或發(fā)射光子來完成的。9

6、月14日2005年第13頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年物質(zhì)的能量 構(gòu)成宏觀物質(zhì)的原子、離子和分子及其內(nèi)部的微粒，都處于運(yùn)動(dòng)中。運(yùn)動(dòng)著的這些粒子與光一樣具有不連續(xù)的量子化的能量。 分子的能量主要來自電子運(yùn)動(dòng)、分子或原子間的相對(duì)振動(dòng)和分子圍繞其質(zhì)量中心的轉(zhuǎn)動(dòng)。 9月14日2005年第14頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年9月14日2005年第15頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年能級(jí)躍遷原子（分子）能量高低用能級(jí)表示。最低的能級(jí)狀態(tài)稱“基態(tài)”，較高的狀態(tài)稱“激發(fā)態(tài)”。可吸收外界一能量或放出自身的一能量而改變其能級(jí)。從原有的能級(jí)改變?yōu)樾碌哪芗?jí)稱為“躍遷”。能級(jí)躍遷所吸收或放出的能量可以是輻射能（

7、光的形式），也可以是其它形式（如熱能）。9月14日2005年第16頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年9月14日2005年第17頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年光與物質(zhì)間的能量交換A、能級(jí)具不連續(xù)性，只吸收或釋放出與兩個(gè)能級(jí)差相同或?yàn)槠浔稊?shù)的能量。能量交換時(shí)，物質(zhì)只吸收或發(fā)射一定頻率（或波長(zhǎng)）的光，即吸收（發(fā)射）具有選擇性。 E = E高 E低 = E光子 = h= hc/B、 一種物質(zhì)具有多種能級(jí)態(tài)，可有大小不同的各種能級(jí)差，故能同時(shí)吸收或發(fā)射多種不同頻率或波長(zhǎng)的光。各能級(jí)間發(fā)生躍遷的幾率不同，在宏觀上則表現(xiàn)出所吸收或發(fā)射的各種光有強(qiáng)弱之別。 以上兩點(diǎn)是光譜形成的基礎(chǔ)9月14日2005年第1

8、8頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年光譜及其分類光譜 以光的波長(zhǎng)或波數(shù)為橫坐標(biāo)，物質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)光的吸收或發(fā)射強(qiáng)度為縱坐標(biāo)所描的圖象即為光譜。9月14日2005年第19頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年四種苯丙胺類毒品的紫外吸收光譜圖上左：MA；上右：DOM；下左：MDA；下右：MDMA 9月14日2005年第20頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年9月14日2005年第21頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年分光光度法光譜法 利用光譜各種特征進(jìn)行分析的方法。在一定條件下，光譜是物質(zhì)特性之一，常用于定性分析。 光度法 以物質(zhì)量與吸收或發(fā)射的光強(qiáng)度間的關(guān)系為基礎(chǔ)的方法。在一定條件下，物質(zhì)的量與吸收或發(fā)

9、射的光強(qiáng)度之間存在著固定的函數(shù)關(guān)系，被用于定量分析。 分光光度法 光譜法與光度法不能截然分開，故兩者又通稱為“分光光度法”. 9月14日2005年第22頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年紫外 - 可見分光光度法（UV - VIS spectrophotometry ，UV）利用分子化合物吸收紫外或可見光（200 800）時(shí)所產(chǎn)生的分子吸收光譜進(jìn)行定性和定量的方法。一般簡(jiǎn)稱紫外分光光度法，是藥毒物分析中應(yīng)用較廣的一種分光光度法。9月14日2005年第23頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年紫外吸收光譜 吸收光譜定性鑒別依據(jù) 以200 800 nm近紫外光和可見光的波長(zhǎng)作為橫坐標(biāo)，以化合物對(duì)紫外可見

10、光的吸收程度作為縱坐標(biāo)所描繪的曲線。所以，紫外吸收光譜也稱“紫外吸收曲線”。 波長(zhǎng)為200 800 nm 的光，其能量大小所相當(dāng)?shù)哪芗?jí)躍遷，主要為分子外層的電子躍遷，因此紫外吸收光譜又稱“電子光譜”。 9月14日2005年第24頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年紫外 - 可見分光光度法 吸收帶 發(fā)生電子躍遷時(shí)，常同時(shí)伴有振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，使得分子吸收的不是一個(gè)值，而是以電子躍遷所需能量為主的范圍值。 也即不是一個(gè)波長(zhǎng)的光，而是以某一波長(zhǎng)為主的一段波長(zhǎng)范圍內(nèi)的光，形成一個(gè)吸收帶，屬于“帶狀光譜”。 實(shí)際上是由許多波長(zhǎng)非常接近的線狀光譜聚集而成。在描繪曲線時(shí)，一般僅將每條線狀光譜的最大值連接，形成一條曲

11、線，即吸收曲線。9月14日2005年第25頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年9月14日2005年第26頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年吸收曲線特征一般一種化合物的吸收曲線上可有 “最大吸收波長(zhǎng)（max）” “最小吸收波長(zhǎng)（mix） ” “肩峰（sh）” “末端吸收（ed）”9月14日2005年第27頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年9月14日2005年第28頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年 吸收定律（Beer-Lambert定律） 定量依據(jù) Beer-Lambert定律是分光光度法的基本定律，它說明吸光物質(zhì)對(duì)單色光的吸收強(qiáng)度與吸光物質(zhì)溶液的濃度和厚度之間的關(guān)系。厚度一定的情況下，說明吸收強(qiáng)

12、度與溶液濃度間的關(guān)系，稱Beer定律。 9月14日2005年第29頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年9月14日2005年第30頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年透光率 (transmitance) T = P / P0 = 10-abc吸收度(absorbance) A = -lgT = -lg ( P / P0 ) = abc9月14日2005年第31頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年吸收系數(shù)(absorptivity) 吸收定律中的比例常數(shù)a稱“吸收系數(shù)”,又稱“吸光系數(shù)”或“消光系數(shù)” 其意義是吸光物質(zhì)在單位濃度及單位厚度時(shí)的吸收度 在一定的條件下(如單色光波長(zhǎng)、溶劑、厚度等)下，吸收系

13、數(shù)是物質(zhì)的特性常數(shù)。9月14日2005年第32頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年 不同化合物對(duì)同一波長(zhǎng)的單色光，可有不同的吸收系數(shù)；一種化合物對(duì)不同波長(zhǎng)的單色光可有不同的吸收系數(shù)，因此而形成曲線。吸收系數(shù)和吸收曲線的不同是定性鑒別的依據(jù)。 9月14日2005年第33頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年 在Beer定律中，吸收系數(shù)是吸收度與濃度直線關(guān)系中的斜率，是定量參數(shù)。其值越大，直線越陡，檢測(cè)靈敏度就越高。 A = abc 吸收系數(shù)有百分吸收系數(shù)(E1%1cm)和摩爾吸收系數(shù)()兩種，前者常用于含量測(cè)定，后者多用于分子結(jié)構(gòu)研究。9月14日2005年第34頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年吸收度

14、的加和性 Beer-Lambert一般指溶液中只有一種吸光物質(zhì) 如果有兩種以上吸光物質(zhì)時(shí)，只要物質(zhì)間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，互不影響性質(zhì)，吸收定律仍可適用。但此時(shí)測(cè)得的吸收度為所有物質(zhì)吸收度的總和，即 A = A1 + A2 + A3 + = a1c1 + a2c2 + a3c3 + 9月14日2005年第35頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年測(cè)得的吸收曲線是各種吸光物質(zhì)的吸收曲線疊加的。 吸收度的加和性是測(cè)定混合組分的依據(jù)。從另一角度講，也給未知物的定性分析以及復(fù)雜組成檢材的含量測(cè)定帶來很大的麻煩。9月14日2005年第36頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年影響測(cè)定的因素A .化學(xué)因素 * 濃度 只

15、適用于一定濃度范圍的情況，溶液濃度太低或太高時(shí)，解離、締合等可使一些物質(zhì)的濃度和吸光性質(zhì)發(fā)生變化，濃度與吸收度之間的關(guān)系偏離Beer定律。* 酸堿性 具有電解質(zhì)性質(zhì)的化合物，在不同pH溶液中所存在的化學(xué)狀態(tài)不同，吸光性質(zhì)也常不同。有些藥毒物具有弱電解質(zhì)的性質(zhì)，溶液pH的變化?？筛淖兤湮展庾V的形狀和吸收峰位。* 溶劑 有些化合物可與某些溶劑化合，因此而改變其吸光性質(zhì)。9月14日2005年第37頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年B. 單色光純度 吸收定律只有在照射光為單色光的條件下才成立，單色光越純，吸收定律越準(zhǔn)。* 譜帶寬(bandwidth) 譜帶過寬一方面使測(cè)得值不準(zhǔn)，另一方面使尖峰變坦。

16、* 雜散光(stray light) 多因光學(xué)元件污染或霉蝕產(chǎn)生的距測(cè)定波長(zhǎng)較遠(yuǎn)的光。雜散光多或很強(qiáng)時(shí)，也可使光譜變形。在短波區(qū)常使光譜出現(xiàn)假峰。溶劑吸收強(qiáng)時(shí)，雜散光的影響?yīng)q為明顯。影響測(cè)定的因素9月14日2005年第38頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年C. 反射與散射* 測(cè)定光路中，由于溶液及容器的截面反射和溶液中質(zhì)點(diǎn)對(duì)光的散射作用，可使光強(qiáng)減弱。溶液中質(zhì)點(diǎn)的分子越大或照射光的波長(zhǎng)越短，散射就越強(qiáng)。一般情況下，反射和散射可用空白抵償，有時(shí)也會(huì)因不能抵償而引入誤差。影響測(cè)定的因素9月14日2005年第39頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年儀 器 紫外可見分光光度計(jì)是用于測(cè)定紫外光譜和進(jìn)行光度

17、法測(cè)定的專門儀器。不同廠家部分組成不同型號(hào)的儀器，雖光路和結(jié)構(gòu)有所不同，但基本都由以下幾。9月14日2005年第40頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年9月14日2005年第41頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年 Design of DADExtended wavelength rangeAutomated wavelength verificationFast optimization of sensitivity and resolutionExcellent wavelength resolutionTungsten lampDeuterium lampHolmium oxide filt

18、erCellProgrammable slitGrating1024 element diode array190 nm950 nmLens感謝安捷倫公司提供此圖片9月14日2005年第42頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年應(yīng)用意義A應(yīng)用的廣泛性* 優(yōu)點(diǎn) 測(cè)定時(shí)不破壞樣品。 絕大部分藥毒物具有紫外吸收。 樣品溶液濃度與吸收度間有良好的計(jì)量關(guān)系。 有較高的靈敏度， * 應(yīng)用定性分析中廣泛用于預(yù)試、篩選和鑒別。 常用于定量。9月14日2005年第43頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年B、應(yīng)用的局限性 * 缺點(diǎn) 光譜特征信息量少 不具備分離能力 * 應(yīng)用寬譜帶光譜，光譜特征局限性，定性能力較弱。 雜

19、質(zhì)干擾大，成分復(fù)雜的檢材應(yīng)用受限。9月14日2005年第44頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年Diode-array detectoror Multiple wavelengthIsocratic pumpBinary pumpQuaternary pumpVariable wave-length detectorVacuum degasser Thermostatted column compartment Autosampler (optionally cooled)Fluorescence detectororRefractive IndexManual injector1100HPLC

20、 ModulesMass-specDetectorCapillary PumpPrep pump well plates Autosampler 感謝安捷倫公司提供此圖片9月14日2005年第45頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年熒光分光光度法 利用分子在紫外可見區(qū)產(chǎn)生的熒光光譜進(jìn)行定性定量分析。A、原理* 熒光是一種以光為激發(fā)源的發(fā)光現(xiàn)象。當(dāng)以一定波長(zhǎng)的光照射某些物質(zhì)時(shí)，分子可因吸收照射光能量而從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)。處于激發(fā)態(tài)的分子很不穩(wěn)定，在極短的時(shí)間內(nèi)又躍回基態(tài)，并同時(shí)以發(fā)射光的形式放出能量，所發(fā)射的光就稱“熒光”。一般來講，熒光的能量較原激發(fā)光的能量小。9月14日2005年第46頁(yè)，共5

21、8頁(yè)。9月14日2005年熒光光譜一種化合物所能接受的激發(fā)光和發(fā)射的熒光是具有選擇性的。能同時(shí)吸收多種波長(zhǎng)的激發(fā)光和發(fā)射多種波長(zhǎng)的光。9月14日2005年第47頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年熒光光譜 以某一波長(zhǎng)的光作為激發(fā)光，以分子產(chǎn)生的熒光波長(zhǎng)作為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度作為縱坐標(biāo)所描繪的曲線就稱“熒光光譜”。 熒光光譜屬于發(fā)射光譜。能被分子吸收的光都能用作熒光的激發(fā)光源，不同波長(zhǎng)的激發(fā)光可改變熒光的強(qiáng)度，但對(duì)熒光光譜的形狀和位置影響較小。9月14日2005年第48頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年激發(fā)光譜如果固定所檢測(cè)的熒光波長(zhǎng)，依次改變激發(fā)光的波長(zhǎng)，測(cè)定不同激發(fā)光所產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度，并以激發(fā)光

22、波長(zhǎng)為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)所描繪的曲線稱“激發(fā)光譜”。實(shí)際上激發(fā)光譜反映的就是紫外光譜?？捎糜谶x擇激發(fā)光波長(zhǎng)。9月14日2005年第49頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年熒光分光光度法B、特點(diǎn) * 靈敏度高，可達(dá)10-9。 * 屬寬譜帶光譜，信息量少，特征性較差。 * 無分離能力，干擾大。9月14日2005年第50頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年應(yīng)用 * 一般有紫外吸收的化合物不一定能產(chǎn)生熒光，但產(chǎn)生熒光的必須有紫外吸收。能產(chǎn)生熒光的藥毒物，可利用其熒光光譜和激發(fā)光譜進(jìn)行定性鑒別；也可利用熒光強(qiáng)度與溶液濃度的關(guān)系進(jìn)行含量測(cè)定。 * 因干擾大，在毒物分析中單獨(dú)應(yīng)用的情況較少，可與其他方法聯(lián)用。9月14日2005年第51頁(yè)，共58頁(yè)。9月14日2005年原子吸收分光光度法(Atomic Absorption Spectrophoto