2025版中國藥典0400光學分析法內容介紹

更新時間：2025-12-13 | 點擊率：14

0400　光學分析法

光學分析法是基于電磁輻射作用于物質所產生的輻射信號或所引起的輻射信號變化的分析方法。這些電磁輻射包括從γ射線到無線電波的所有電磁波譜范圍，電磁輻射與物質相互作用的方式有發射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等。根據電磁輻射與物質作用的性質不同，光學分析法可分為光譜法和非光譜法。

1　非光譜法

若電磁輻射和物質相互作用時，不涉及能級間的躍遷，只改變傳播方向、速度或某些物理性質，以此為依據建立的光學分析方法稱為非光譜法，包括基于折射的折光率測定法（通則0622）、基于散射的多種分析方法如澄清度檢查法（通則0902第二法）、粒度和粒度分布測定法（通則0982第三法）等、基于衍射的X射線衍射法（通則0451）和基于偏振的旋光度測定法（通則0621）等。

2　光譜法

當電磁輻射和物質相互作用時，物質內部發生量子化的能級躍遷，對能級躍遷產生的發射、吸收或散射光的波長或強度進行測量和分析的方法稱為光譜法。據此，光譜法可分為發射光譜法、吸收光譜法、散射光譜法。光譜法還有多種分類方法，如按與電磁輻射作用的物質粒子單元的不同，光譜法又可分為原子光譜法和分子光譜法等。

2.1　發射光譜法

物質通過電致激發、熱致激發或光致激發等激發過程獲得能量，變為激發態原子或分子M*，當從激發態過渡到低能態或基態時產生發射光譜。

M*→M+hν

通過測量物質的發射光譜的波長和強度進行定性和定量分析的方法稱為發射光譜法，通常發射光譜范圍為180～1400nm。

發射光譜法包括原子發射光譜法，原子、分子和X射線熒光發射光譜法，分子磷光光譜法和化學發光法等，其中應用較多的是原子發射光譜法和分子熒光發射光譜法。

原子發射光譜法歸屬于原子光譜法。原子光譜法是利用原子在一定狀態下發射或吸收特定波長電磁輻射所產生的光譜進行元素定性、定量的分析方法。原子光譜是由原子外層或內層電子能級的變化產生的，是元素的固有特征，表現形式為線光譜。原子由原子核及核外電子組成，原子核外的電子處于不同能量軌道運動時，其能量變化呈量子化，原子的運動狀態可用其光譜項來表征：

nMLJ或n2S+1LJ

n為主量子數；L為總角量子數；S為總自旋量子數；J為內量子數；M或2S+1為光譜項的多重性；每一個原子能級（態）對應一個光譜項。只有符合光譜選律（選擇規則）的譜線才是允許的；那些不符合光譜選律的譜線，稱為禁戒躍遷線。

原子光譜分析主要利用L-S間耦合作用引起多重分裂造成的精細結構譜線。由于核自旋磁矩和同位素效應引起光譜支項分裂造成的極微小的譜線波長差別稱為原子光譜超精細結構，是進行原子光譜同位素分析的主要依據。

在原子光譜的發射和吸收的過程中，能量最di的原子或離子稱為基態原子或基態離子；能量高于基態能級以上的原子或離子稱為激發態原子或離子，同時也存在著亞穩態。

從激發態回到基態或從基態躍遷到激發態所產生的譜線稱為共振線，前者是共振發射線，后者是共振吸收線。同一元素相應的共振發射線或共振吸收線波長一致。每個元素有多條共振線，其中激發能量最di的共振線是第一共振線，其余類推。在共振線中，第一共振線的強度通常最da。在原子光譜分析中通常選擇共振線作為分析線。但共振線都有自吸特性，因此要注意光源的自吸現象對分析測定帶來的影響。

靈敏線一般均是指強度較大的一些譜線，通常具有較低的激發能和較大的躍遷幾率，多是一些共振線，激發能最di的共振線通常是理論上的zui靈敏線。通常用元素靈敏線進行元素的檢測。元素靈敏線及其波長分布，同樣與原子或離子的能級結構間存在規律性聯系，取決于參加輻射躍遷的高低能級的能量差，越易激發的元素，其靈敏線的波長越長，越難激發的元素，其靈敏線的波長越短。

當樣品中某元素含量逐漸減小時，最后仍能觀察到的譜線稱為最后線。以此可以估計某元素存在的大致含量。

用于分析的靈敏線稱為分析線。在進行光譜分析時一般只需找出一根或幾根靈敏線即可。

原子在不同能級間躍遷時，發射或吸收輻射的頻率與始末能級之間的能量差成正比。對應于一定能級間的躍遷，原子發射或吸收一定波長的輻射。原子光譜法研究原子譜線的波長及其強度。譜線的波長是定性分析的基礎；譜線的強度是定量分析的基礎。

譜線強度的定量測定與光譜譜線的輪廓有很大關系。所謂譜線的輪廓，即指譜線的強度按頻率的分布值。原子光譜為銳線光譜，但并不只是一條幾何線，而是具有一定寬度和外觀輪廓的譜線。無論是發射譜線或吸收譜線均非單一頻率，而是具有一定的頻率范圍，即譜線具有一定的寬度。譜線的輪廓是單色光強度隨頻率（或波長）的變化曲線，它由譜線的自然寬度、熱變寬、碰撞變寬、共振變寬、電致變寬、磁致變寬、自吸變寬等決定。

由于采用不同的激發源，原子發射光譜法已發展成為多種分析技術：如火焰光度法（又稱火焰發射光譜法）（通則0407）、電感耦合等離子體原子發射光譜法（通則0411）和激光誘導擊穿光譜法等。

分子熒光發射（激發）光譜法是應用活性物質經光照射產生發射光分布光譜圖的特性進行分析的方法。分子熒光激發光譜是激發光分布光譜圖，它以被激發物質發射光的強度為縱坐標，以入射（激發）光波長為橫坐標。如同在吸收光譜中一樣，有機化合物熒光所覆蓋的電磁波光譜重要的區域包括紫外區、可見區和近紅外區等，在250～800nm范圍。當分子吸收光輻射后，能量以熱能的方式消散或以與吸收波長相同或更長的光輻射釋放。光的吸收和發射都是由于電子在分子不同能級間、不同軌道間發生躍遷造成的。在光的吸收和發射間存在一個時間延遲，對于大多數有機熒光化合物溶液，這一時間間隔也就是分子位于激發態的時間，大約為10-9～10-8秒。熒光的壽命很短，可與磷光相區別，后者壽命要長許多，一般為10-3秒到幾分鐘。

2.2　吸收光譜法

當物質所吸收的電磁輻射能與該物質的原子核、原子或分子的兩個能級間躍遷所需的能量滿足ΔE=hν的關系時，將產生吸收光譜。

M+hν→M*

根據吸收光譜所在的光譜區和能量傳遞方法不同，吸收光譜法可分為：原子吸收分光光度法（通則0406）、紫外-可見分光光度法（通則0401）、近紅外光譜法（通則0403）、紅外光譜法（通則0402）、遠紅外光譜法和核磁共振波譜法（通則0441）。

單色光輻射穿過被測物質溶液時，在一定的濃度范圍內被該物質吸收的量與該物質的濃度和液層的厚度（光路長度）成正比，其關系可以用朗伯-比爾定律表述如下：

式中　A為吸光度；

T為透光率；

E為吸收系數，常用百分吸收系數 7752334b6221462b8859a650fb813a6f_0856273ebc48c20ba6df82bd31388858.jpg

表示，其物理意義為當溶液濃度為1%（g/ml），液層厚度為1cm時的吸光度數值；

c為100ml溶液中所含物質的重量（按干燥品或無水物計算），g；

l為液層厚度，cm。

上述公式中吸收系數也可以摩爾吸收系數ε表示，其物理意義為溶液濃度c為1mol/L和液層厚度為1cm時的吸光度數值。最da吸收波長處的摩爾吸收系數表示為εmax。

摩爾質量為M的摩爾吸收系數ε和百分吸收系數 7752334b6221462b8859a650fb813a6f_0856273ebc48c20ba6df82bd31388858.jpg

有如下換算關系：

物質對光的選擇性吸收波長，以及相應的吸收系數是該物質的物理常數。在一定條件下，物質的吸收系數是恒定的，且與入射光的強度、吸收池厚度及樣品濃度無關。當已知某純物質在一定條件下的吸收系數后，可用同樣條件將該供試品配成溶液，測定其吸光度，即可由上式計算出供試品中該物質的含量。在可見光區，除某些物質對光有吸收外，很多物質本身并沒有吸收，但可在一定條件下加入顯色試劑或經過處理使其顯色后再測定，故又稱之為比色法。

化學因素或儀器變化可引起對朗伯-比爾定律的偏離。溶質間或溶質與溶劑的締合、溶質解離等引起溶質分子濃度改變，將產生明顯的朗伯-比爾定律的偏離。非單色入射光、狹縫寬度效應和雜散光等儀器因素也會造成朗伯-比爾定律的偏離。

原子吸收光譜法吸收過程除可用朗伯-比爾定律描述外，還遵循原子發射光譜中所描述的原子光譜的基本原理。

除原子吸收光譜法和核磁共振波譜法外，其他的吸收光譜法屬于分子光譜法。分子光譜法是由分子中電子能級、振動和轉動能級的變化產生的，表現形式為帶光譜，是光譜法的重要組成部分，分子光譜法主要有紫外-可見分光光度法、近紅外光譜法、紅外光譜法、拉曼光譜法（通則0421）、熒光分光光度法（通則0405）和分子磷光光譜法等。拉曼光譜雖屬于分子光譜，但不是吸收光譜，而是一種散射光譜。

2.3　散射光學與散射光譜法

光散射法是測量由于溶液亞微觀的光學密度不均一產生的散射光，這種方法在測量分子量由1000到數億的多分散體系的平均分子量和粒度分布方面有重要作用。

頻率為ν的單色光照射物質，會發生散射現象。如果這種散射是光子與物質分子發生能量交換引起，即不僅光子的運動方向發生變化，它的能量也發生變化，則稱為“非彈性光散射"，拉曼（Raman）散射是一種非彈性光散射。拉曼散射光的頻率（νm）與入射光的頻率之差，稱為拉曼位移。拉曼位移的大小與分子的振動和轉動的能級有關，利用拉曼位移研究物質結構的方法稱為拉曼（Raman）光譜法。拉曼光譜法是一種非彈性光散射法，是指被測樣品在強烈的單色光（通常是激光）照射下發生光散射時，分析被測樣品發出的散射光頻率位移的方法。

拉曼散射活性是一種分子特性（單位cm4/g），它決定隨機取向樣品中所觀察的拉曼譜帶強度。拉曼散射活性由產生的分子極化所決定，極化使分子運動而產生拉曼位移譜帶。通常，拉曼譜帶的強度與樣品的濃度呈正比關系。

2.4　其他

質譜法（通則0431）是在離子源中將物質離子化，再按質荷比（m/z）將離子分離，通過測量離子的質荷比和譜峰響應強度而進行成分的結構和定量分析的一種常用的譜學方法。嚴格地講，質譜法不屬于光譜法范疇，但基于其譜圖表達的特征性與光譜法的類似，故通常將其與光譜法歸為一類。電感耦合等離子體質譜法（通則0412）是以電感耦合等離子體作為激發源，激發元素使其原子化或電離，采用質譜分析器檢測電離離子，屬于一種無機質譜法，也可以將其視為電感耦合等離子體原子發射光譜與質譜聯用技術。

通常還將原子質譜法歸為原子光譜法，但其檢測的是元素離子的質量。

上述常用光譜方法所用的電磁輻射波長范圍主要從紫外光區至紅外光區。為了敘述方便，光譜范圍大致分成紫外區（190～400nm），可見光區（400～760nm），近紅外區（760～2500nm），中紅外區（2.5～25μm或4000～400cm-1）和遠紅外區（400～10cm-1）。基于采用分光技術，紫外-可見光譜法、（近、中、遠）紅外光譜法、熒光光譜法和原子吸收光譜法又習慣分別稱為紫外-可見分光光度法、（近、中、遠）紅外分光光度法、熒光分光光度法和原子吸收分光光度法，它們所使用的相應儀器則稱為分光光度計。

為保證測量的精密度和準確度，所用儀器應按照國家計量檢定規程或藥典各光譜法通則和分析儀器確證指導原則（指導原則9094）中的相應規定，實施儀器確證并滿足相應要求。

3　各光譜法相對適用性

對于多數藥物，紫外-可見光譜法定量測量的準確性和靈敏度要比近紅外和紅外光譜法好，通常其專屬性不強，但是很適合用于定量分析，對于大多數物質還是有用的輔助鑒別方法。近年來，近紅外光譜法的應用日益廣泛，特別是在大量樣品的快速鑒別和水分測定方面。近紅外光譜法尤其適合測定羥基和氨基，例如乙醇中的水分，氨基存在時的羥基，碳氫化合物中的乙醇，以及叔胺存在時的伯胺和仲胺等。

在不含光學異構體的情況下，任何一個化合物都有一個特定的紅外光譜，光學異構體具有相同的中紅外光譜。但是，某些化合物在固態時會表現出多晶型，多晶型會導致紅外光譜的差異。通常，結構中微小的差別會使紅外光譜有很明顯的差別。在紅外光譜中呈現大量的吸收峰，有時不需進行預先分離，也可以定量測定成分已知的混合物中的某個特定成分。

雖然拉曼光譜和紅外光譜的強度受不同的分子性質所決定，但兩種光譜提供相似的分子振動轉動信息。拉曼光譜和紅外光譜對于不同的官能團表現不同的相對靈敏度，例如，拉曼光譜對碳硫鍵和碳碳鍵特別靈敏，且用拉曼光譜更容易鑒別某些芳香化合物。水有很強的紅外吸收但其拉曼散射卻特別弱。因此，拉曼光譜幾乎不受水的影響，適合于含水物的檢測。拉曼光譜有兩個主要不足：一是常規拉曼光譜最di檢測濃度通常為10-1～10-2mol/L，二是物質中如存在熒光雜質將干擾拉曼散射信號的檢測。

光反射測量法與透射測量法提供的紅外光譜信息相似。由于光反射測量法僅探測樣品的表面成分，克服了與光學厚度和物質散射性相關的困難。因此，反射測量更適用于強吸收物質的檢測。一種常用的紅外光反射檢測技術被稱為衰減全反射（ATR），也被稱為多重內反射（MIR）。

當品種項下給出紅外光譜或拉曼光譜數據時，字母s、m、w分別代表強峰、中等強度峰和弱峰；sh為肩峰，bd為寬峰，v表示非常的意思。

熒光分光光度法比紫外-可見分光光度法的靈敏度高。在熒光光譜中，空白溶液的信號很低，因此由背景發射產生的干擾要小得多。通常，濃度低于10-5mol/L的化合物幾乎不能用紫外吸收光譜測定，而熒光光譜的測定濃度可以低至10-7～10-8mol/L。

4　對照品的使用

在鑒別、檢查和定量測定中，使用對照品進行比較時，應保證供試品和對照品在相同的條件下進行測量。這些條件包括波長（或波數）的設定，狹縫寬度的調整，樣品（池）的位置和校正以及光譜響應水平。例如，紫外-可見分光光度法使用的吸收池在不同波長下的透光率可能會有差異，必要時，應對吸收池進行多波長點的校正。

“同法制備"及“相同溶液"等描述，實際上是指標準樣品（通常是對照品）和供試樣品應同法制備，同法檢測。在制備對照品溶液時，制備的溶液濃度（例如10%以內）只是期望濃度的近似值，而光譜響應的計算則以精確的稱量為基礎。

“同時測定"及“同時測量"等描述，是指特定空白溶液的光譜響應、對照品溶液的光譜響應和供試品溶液的光譜響應立即依序測定。

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