微生物生态学的研究方法
——磷脂脂肪酸分析（PLFA）【内容摘要】定量描述微生物群落是微生物生态学的难题之一。应用传统的微
生物培养方法和显微技术, 需要在选择性培养基上培养微生物, 即首先从环境样
品中分离出纯菌株, 再对该菌株进行一系列的生理生化分析。文章综述了磷脂脂
肪酸谱图分析法在微生物生态研究中的应用，包括估算微生物生物量、确定群落
结构、指示特定微生物，指示生理和营养状况等，并指出此种方法存在的问题及
改进方法。
【关键词】磷酸脂肪酸微生物生态学应用及发展
一、引言：
环境中微生物的种类和数量是及其丰富的[1]，微生物能把有机质作为营养源转化为组成物质和能量，它们在环境治理过程中扮演着极其重要的作用。分离和鉴定处理系统中的优势菌，了解特定环境下微生物群落的种群分布、遗传多样性及其动态变化规律和认识微生物群落的稳定性及功能菌的作用，是环境微生物学研究的重要内容。传统的微生物鉴定和群分析方法建立在微生物纯种培养分离基础上，但自然环境中有 99%以上的微生物还不能通过人工培养，在微生物的分析和研究工作中具有很大的局限性。
二、正文：
1．磷脂脂肪酸(PLFAs)谱图分析技术概述
1.1 PLFA 概念、分类和命名
磷脂是含有磷酸基团的脂质，目前已发现了1000多种磷脂类物质。磷脂作为微生物细胞膜主要成分，是甘油分子的第3位羟基被磷酸或其他羟基所酯化形成的。其结构特点是：具有由磷酸相连的取代基团（含氨碱或醇类）构成的亲水头（hydrophilic head）和由脂肪酸链构成的疏水尾（hydrophobictail）。
PLFAs(磷脂脂肪酸，phosphohpids fattyacids)谱图分析方法的原理是基于磷脂——几乎是所有生物细胞膜的重要组成部分，细胞中磷脂的含量在自然条件下(正常的生理条件下)恒定[ 2 ]，其长链脂肪酸的形式——磷脂脂肪酸PLFAs 可作为微生物群落的标记物。此外，磷脂不能作为细胞的贮存物质，在细胞死亡后将很快降解(厌氧条件下约需2d，而好氧条件下约需12—16d)m，可代表微生
物群落中“存活”的那部分群体阁。
White和Findlay[ 3 ]于20世纪70年代末、80年代初发展了PLFAs谱图分析技术，最先提取PLFAs对河口沉积物中微生物群落进行定量分析，成功克服了传统微生物培养及计数方法的缺点。用PLFAs方法定量分析微生物群落的生物量和群落结构不需要进行微生物纯化培养，美国的MI—DI公司已经将这一技术商品化，庞大的数据库基本上涵盖了常见微生物的特征PLFA谱，而且在购得某一菌种的特征PLFA样本后，对仪器的要求也从原来的GC—MS降低为只要GC即可描述种群结构并对某些特征菌属进行知识鉴定。依靠脂肪酸谱图定量描述整个微生物群落，是一种快捷、可靠的检测方法。
脂肪酸通常被分成 6 类[ 4 ]：直链、直链顺单烯（cis-）、直链反单烯（tran-）、支链饱和、环状及多烯脂肪酸（这些脂肪酸优先与磷脂甘油骨架中间C 原子键合）。脂肪酸经甲酯化后形成脂肪酸甲酯（Fatty acid methyl esters，FAMEs），它们又可分为：羟基取代的 FAMEs （OH FAMEs）、酯连接羟基取代的FAMEs（EL-OH FAMEs）、非酯连接羟基取代 FAMEs（NEL-NYFAMEs）、饱和 FAMEs （SA FAMEs）、单不饱和 FAMEs（MUFAMEs）、酯连接多聚不饱和 FAMEs（PU FAMEs）和非酯连接不饱和 FAMEs（UNS FAMEs）。
不同种类的磷脂脂肪酸常以一系列 C 原子数目与希腊字母表示。例如：16∶1ω7c 表示含有 16 个C原子/一个双键/双键距甲基（ω）端7个C原子/顺式构型脂肪酸；也可将不饱和程度置于Δx之后，x 代表距羧基端（Δ）最近的双键位置。脂肪酸构型可用简单符号表示，如顺式 cis（双键两侧-H 在同侧）与反式 trans（双键两侧-H 键在异侧），分别用 c-与 t-表示，因此 16∶1ω7c 也可以表示为 16:1 cis 9；a-与 i-代表异型 Anteiso（甲基在 C 末端第 3 位C 原子上）和同型 Iso（甲基在C末端第二位碳原子上）；br-表示未知甲基支链的位置；ME-前的数字代表甲基取代基团距分子羧基端C原子数；cy-代表了环丙烷脂肪酸；2-与 3-代表羟基脂肪酸的-OH 分别在第 2、3 位C原子上；16:0 FAME 表示 16 个C原子的脂肪酸甲酯。
1.2 PLFA 谱图分析原理
PLFA 谱图分析方法的原理是基于磷脂作为几乎所有生物细胞膜的重要组成部分，细胞中磷脂的含量在自然生理条件下恒定，约占细胞干重的 5%。不同微生物具有不同的磷脂
脂肪酸种类和含量水平，其含量和结构具有种属特征或与其分类位置密切相关，能够标志某一类或某种特定微生物的存在，是一类最常见的生物标记物[ 5 ]。古细菌（Archaea）的极性脂质是以醚而不是酯键的形式出现，不能使用 PLFA 谱图进行分析。由于磷脂不能作为细胞的贮存物质，一旦生物细胞死亡，其中的磷脂化合物就会迅速分解，因而磷脂脂肪酸可以代表微生物群落中“存活”的那部分群体。
由于各种菌群的微生物生物量和群落组成不同，不同菌群具有独特的 PLFA 特征谱图（包括 PLFA 总量、组成），为此磷脂脂肪酸构成的变化能够说明环境样品中微生物群落结
构的变化，可以对微生物群落进行识别和定量描述。细菌的生物量（bact PLFAs）可以通过 i15∶0，a15∶0，15∶0，i16∶0，16∶1ω9，16∶1ω7t，i17∶0，a17∶0，17∶0，18∶1ω7，和 cy19∶0 的 PLFA 的总含量进行估算；真菌的生物量通过 18∶2ω6 的含量估算；可用16∶0（10Me），17∶0（10Me），18∶0（10Me），i15∶0，a15∶0，i16∶0，i17∶0和 a17∶0 的总含量来估算
革兰氏阳性菌的含量，可用16∶1ω5，16∶1ω7 t，16∶1ω9，cy17∶0，18∶1ω5，18∶1ω7 和 cy19∶0 的总含量来估算革兰氏阴性菌的含量[6]。
1.3 PLFA 的提取与鉴定
1.3.1 PLFA 的提取
1.3.1.1 纯培养微生物的提取
通过碱甲醇分解法提取纯培养微生物的FAMEs（TotalSoil Fatty Acid Methyl Esters，TS FAMEs）[7]。其步骤为：（1）取40mg 菌体细胞，加1mL 3.75mol/L NaOH 甲醇-水（体积比为1∶1），涡旋振荡后于 100℃水浴保温30min此过程中细胞溶解，脂肪酸从细胞磷脂上水解下来并转移到钠盐上）；（2）加入2mL的6mol/L 盐酸-甲醇（体积比为 1∶0.85），80℃水浴保温10min（甲酯化）；（3）加1.25mL正己烷-叔甲基丁基醇（体积比为 1∶1），将 FAMEs 由酸液中提取至有机相；（4）加 3mL0.36mol/L NaOH 溶液进行减洗涤，收集有机相进行 GC 测定，MIDI 系统分析。
1.3.1.2 混合菌群的提取
用于分析混合菌群的环境样品 PLFAs 的提取一般采用氯仿-甲醇液体有机溶剂萃取法，即先通过氯仿-甲醇单相萃取浸提环境样品微生物脂肪酸，再经硅胶柱纯化以及酯化作
用得到活体细胞膜结合态 FAMEs。该方法由 Bligh 和 Dyer[7]首次使用。具体步骤为：（1）将一定重量环境样品（土壤、活性污泥或生物膜等）于 50mL 氯仿-甲醇-磷酸盐缓冲液（体积比为1∶2∶0.8）浸提；（2）上清液中加入氯仿-甲醇-磷酸盐缓冲液（体积比为 1∶1∶0.9）25mL 振荡过夜分层，所得有机相用旋转真空干燥器干燥；（3）过活性硅胶柱，收集甲醇相，高纯 N2吹干；（4）加 2mL 的 6mol/L 盐酸-甲醇（体积比为 1∶0.85），80℃水浴保温 2h，加入2mL 正已烷，涡旋混匀 30s 后提取上层的FAMEs。
甲醇与环境样品比例、缓冲液及相应 pH 值等多种因素影响 PLFAs 的提取效率，此外提取磷脂的玻璃器皿应使用10%HCl 浸泡后在 450℃烘4h以上或过夜去除磷脂污染；硅胶应避免与水等强极性介质接触，使用前应在 120℃活化2h。整个提取过程应在避光、低温（<35℃）条件下完成。作为环境样品混合菌群脂肪酸提取的标准方法，该方法存在危险溶剂使用量多和时间消耗多的缺点。为了避免有机溶剂萃取法的缺点，美国 MIDI 公司[8]开发了微生物 FAME 快速提取法，该方法采用甲醇/KOH 溶解细胞，将微生物细胞中的脂肪酸释放出来，使用正己烷萃取脂肪酸，盐酸-甲醇溶液进行甲酯化。MIDI 公司的 FAME 快速提取法具有快速且溶剂使用少的优点，但用该方法提取的FAM可能包含环境样品中的脂肪酸，得到的结果含有背景值。
1.3.2 PLFA 的鉴定
目前一般采用微生物鉴定系统（Microbial IdentificationSystem，MIDI）、气质联机（Gas Chromatography-Mass Spec-trometry，GC-MS）和液质联机（High Performance Liquid Chro-matography-Electrospray Ionization-Mass Spectrometry，HPLC-ESI-MS）等方法鉴定 PLFAs。
MIDI 系统是采用火焰离子检测器反复测定的标准脂肪酸保留时间为基础，用介于 9—20 之间标准碳原子数的混合脂肪酸保留时间对气相色谱系统进一步校准，整个过程通过Automated Sherlock MIDI 软件实现。该系统能非常精确地对二甲基乙缩醛以及典型甲酯等碳氢化合物进行识别与定量。GC-MS 以质谱作为检测器，该方法获得的检测下限比较低。
可对碳原子数介于 9—20 以外的混合脂肪酸进行识别，同时可排除被 MIDI 系统错误识别为 FAMEs 的非酯成分。 HPLC-ESI-MS 可对完整磷脂种类（极性头部）与脂肪酸侧链（非极性尾部）进行分析，对最初活体细胞膜磷脂分子所承载的全部信息进行表征。
PLFA 谱图分析主要采用主成分分析（Principal Compo-nent Analyses，PCA）[4]、部分最小二乘法识别（D-PLS）和标准判别式分析（RDA）[8]等多元统计方法，其中主成分分析方法最为常用。
2 PLFA 谱图分析方法的应用
2.1 土壤样品分析
PLFA 方法已经被成功应用在不同农业与林业土壤的检测上。由于土壤之间成分十分相似, 仅仅依靠成分分析来区分是非常困难的。以化学组成为基础的PLFA 方法从土壤微生物中提取出PLFA s, 作为其群落组成的标记, 可以清楚的识别出与特定土壤作物相关联的微生物群落。
2.2 沉积物样品分析
江、海等沉积物的微生物区系由复杂的微生物群落组成, 能够完成主要的矿化反应, 这对营养元素的循环和一大部分深海食物链的形成具有重要作用。使用PLFA 谱图分析方法能够获得有关沉积物中微生物生物量和群落结构的信息, 沉积物样品可以不进行处理, 也可以是冷冻或冻干的。D. C. White 等人于1979 年进行了提取磷脂来确定河口沉积物微生物生物量的研究,Robert H. Findlay 等人于 1989 年用磷脂分析法测定了深海沉积物中的微生物生物量,为人们提供了一种分析沉积物样品的简便方法。
2.3 营养状况研究
从纯培养研究中可知, 膜脂易受环境条件影响; 因此, 群落中微生物种的组成不是决定 PLFA 谱图的唯一可变因素。Guckert 等人研究发现一些处于饥饿状态的海洋细菌的微细胞(由细菌细胞不正常分裂产生的)中反式单烯酸脂肪酸(transmonoenoic fatty acid)的含量增加。多聚2Β2羟基链烷酸酯(PHA ) 是在生物体不平衡生长状况下产生的内源贮存性物质。Robert H.Findlay 和David C. W hite 应用测定磷脂、PLFA 和多聚2Β2羟基链烷酸酯(PHA)相结合的方法来分析细菌的营养状况 , 取得了良好的效果。
2.4 新陈代谢活动研究
PLFA 谱图分析在脂质提取前把放射性基质加入到样品中,对微生物进行计数和标记, 可以用来测定新陈代谢活动。用C直接标记,即把C引入微生物的脂质, 标记的和未标记的 PLFA 都通过气相色谱检测,单独的 C2PLFA 通过收集脂肪酸燃烧后产生的CO2来确定。使用C2PLFA分析，能获得单独使用传统PLFA 分析无法获得的信息，被应用于混合微生物群落的基质新陈代谢研究中。磷脂在细菌单一培养生长时具有新陈代谢活性。总磷脂的新陈代谢活性是许多脂质新陈代谢活动的结果。
2.5 PLFA 谱图分析方法在环境微生物鉴定中的应用
目前已知的微生物已经超过了 10 万种，快速、准确鉴定微生物日益成为环境科学领域的迫切需要。鉴定微生物的技术通常分成 4 个不同的水平：菌落、细胞形态和生理生化水
平；细胞组分水平；蛋白质水平；基因水平。传统的微生物鉴定根据细胞的形态及表型进行分类，一旦所分析的特性发生变化，其命名就容易出现错误；采用分子生物学技术，可以通过 DNA 或 RNA 对微生物进行分类和鉴定，但这种方法
操作比较复杂，技术要求高。微生物细胞结构中普遍含有脂肪酸成分，因而各种微生物具有其特征性的细胞脂肪酸指纹图谱，早在 20 世纪 60 年代就开始了把脂类作为标志物用于细菌鉴定的研究。利用 GC 或 GC-MS 分析微生物细胞的磷脂脂肪酸分布，是从细胞组分水平上鉴定微生物的重要内容，开辟了一个微生物检测和鉴定的新途径。
目前已有一种商业化的由美国 MIDI 公司开发的微生物PLFA 气相色谱分析系统，即 Sherlock MIS 微生物自动鉴定系统，该系统从微生物的培养、菌落的收集、微生物细胞皂化释放脂肪酸、脂肪酸甲基化、脂肪酸甲酯的萃取和洗涤，到最后的鉴定、结果的判断都有一套完整的标准化程序。SherlockMIS 微生物自动鉴定系统分析的脂肪酸的碳原子数介于 9—20 之间，碳原子数小于 9 或者大于 20 的脂肪酸不被该系统分析。系统根据各脂肪酸组分保留时间计算等链长值（ECL），确定目标组分的存在，采用峰面积归一化法计算各组分的相对含量，再将二者与系统谱库中的标准菌株数值匹配，计算相似度（Similarity Index，SI），从而给出一种或几种可能的菌种鉴定结果。一般以最高 SI 的菌种名称作为鉴定结果，但当其报告的几个菌种的 SI 比较接近时，则根据色谱图特征及菌落生长特性进行综合判断。
3．国内外应用研究进展
3.1 磷脂脂肪酸分析方法的优、缺点。
3.1.1 优点
（1）突破了原有的微生物分离培养的限制；
（2）适合跟踪研究微生物的动态变化；
（3）PLFA分析经GC-MS检测，其检测限可达到10-9mol/g,能进行精确定量及半定量分析。
3.1.2 缺点
（1）只能从属的水平上鉴定，不能到达种的水平；
（2）该技术用于特异微生物类群的鉴定结果还不够准确；
（3）微生物在不同的生长时期以及环境压力下的磷脂脂肪酸的含量会有所变化，给监测带来困难。
3.2 估算微生物量。
PLFAs法估算微生物量相比于直接计数法和MPN法(最大或然数法)最大的优势是能够比较完整的提供活性微生物生物量的信息。总的微生物量可以从极性磷脂水解后的磷酸盐的数据推算，或直接从PLFA总量推算。通常用一个平均转换闪子将磷脂磷酸盐或磷脂脂肪酸的量转换为微生物细胞的数量或生物量。微生物生物量的估算中采用的平均转换因子通常以喁嘞ite口瞎给出的转换因子为基础，转换}14子的范围在每pmol2x104—5．9xlo．个细胞。
3.3 指示环境压力。
环境压力主要指化学污染、干旱，温度骤变、饥饿、高氧及低pH值等，在存在环境压力的条件下，一方面。环境压力能影响微生物的生理状况，另一方面，微生物也通过改善自身的生理状况来适应环境压力。LukaslloⅢ等认为，微生物体在某种代谢胁迫条件下，微生物菌体PLFAs组成可能会发生一系列变化，主要包括：①脂肪酸从顺式结构(cis一)转变为反式结构(trans一)；②饱和脂肪酸转变为不饱和脂肪酸；③环丙基脂肪酸转变为前身物一单烯类；④多聚一B一羟基链烷酸酯(PHA)的积累等。因此，可采用一些生物标志物含量的比值作为微生物在环境压力下的生理状况指标。
三．结论：
磷脂脂肪酸(PLFAs)谱}冬1分析技术具有快捷高效、信息量大，易于操作的优点，已广泛应用于海洋、土壤、湖泊及地下水含水层等微生物群落多样性的领域，显现出极其重要的科研价值。但由于该技术的一些内在不确定性，通常需要其他技术配合，如凝胶梯度电泳技术（DGGE）等，来达到相对较好的使用效果。
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热分析习题 一、填空（10分，共10题，每题1分）。 1、差热分析是在程序控温条件下，测量样品坩埚与坩埚间的温度差与温 度的关系的方法。（参比） 2、同步热分析技术可以通过一次测试分别同时提供-TG或 -TG两组信号。（DTA-TG ,DSD-TG） 3、差示扫描量热分析是在程序控温条件下，测量输入到物质与参比物的功率差与温度的关 系的方法，其纵坐标单位为。（mw或mw/mg） 4、硅酸盐类样品在进行热分析时，不能选用材质的样品坩埚。（刚玉） 5、差示扫描量热分析根据所用测量方法的不同，可以分类为热流型DSC 与 型DSC。（功率补偿） 6、与差热分析（DTA）的不同，差示扫描量热分析（DSC）既可以用于定性分析，又可以 用于分析。（定量） 7、差热分析（DTA）需要校正，但不需要灵敏度校正。（温度） 8、TG热失重曲线的标注常常需要参照DTG曲线，DTG曲线上一个谷代表一个失重阶段， 而拐点温度显示的是最快的温度。（失重） 9、物质的膨胀系数可以分为线膨胀系数与膨胀系数。（体） 10、热膨胀系数是材料的主要物理性质之一，它是衡量材料的好坏的一个重要指 标。（热稳定性） 二、名词解释 1.热重分析答案：在程序控温条件下，测量物质的质量与温度的关系的方法。 2.差热分析答案：在程序控温条件下，测量物质与参比物的温度差与温度的关系的方法。 3.差示扫描量热分析答案：在程序控温条件下，测量输入到物质与参比物的功率差与温度的关系的方法。 4.热膨胀分析答案：在程序控温条件下，测定试样尺寸变化与温度或时间的关系的方法。 三、简答题 1.DSC与DTA测定原理的不同 答案：DSC是在控制温度变化情况下，以温度（或时间）为横坐标，以样品与参比物间温差为零所需供给的热量为纵坐标所得的扫描曲线。DTA是测量T-T 的关系，而DSC是保持T = 0，测定H-T 的关系。两者最大的差别是DTA只能定性或半定量，而DSC的结果可用于定量分析。DTA在试样发生热效应时，试样的实际温度已不是程序升温时所控制的温度(如
名词解析 发色团(chromophoric groups)：分子结构中含有π电子的基团称为发色团，它们能产生π→π*和n→π*跃迁从而你呢个在紫外可见光范围内吸收。 助色团(auxochrome)：含有非成键n电子的杂原子饱和基团本身不吸收辐射，但当它们与生色团或饱和烃相连时能使该生色团的吸收峰向长波长移动并增强其强度的基团，如羟基、胺基和卤素等。 红移(red shift)：由于化合物结构发生改变，如发生共轭作用引入助色团及溶剂改变等，使吸收峰向长波方向移动。 蓝移(blue shift)：化合物结构改变时，或受溶剂的影响使吸收峰向短波方向移动。 增色效应(hyperchromic effect)：使吸收强度增加的作用。 减色效应(hypochromic effect)：使吸收强度减弱的作用。 吸收带：跃迁类型相同的吸收峰。 指纹区（fingerprint region）：红外光谱上的低频区通常称指纹区。当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征，反映化合物结构上的细微结构差异。这种情况就像人的指纹一样，因此称为指纹区。指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助，而且可以作为化合物存在某种基团的旁证。但该区中各种官能团的特征频率不具有鲜明的特征性。 共轭效应 (conjugated effect)：又称离域效应，是指由于共轭π键的形成而引起分子性质的改变的效应。 诱导效应（Inductive Effects）：一些极性共价键，随着取代基电负性不同，电子云密度发生变化，引起键的振动谱带位移，称为诱导效应。 核磁共振：原子核的磁共振现象，只有当把原子核置于外加磁场中并满足一定外在条件时才能产生。 化学位移：将待测氢核共振峰所在位置与某基准物氢核共振峰所在位置进行比较，其相对距离称为化学位移。 弛豫:通过无辐射的释放能量的途径核由高能态向低能态的过程。 分子离子：有机质谱分析中，化合物分子失去一个电子形成的离子。 基峰：质谱图中表现为最高丰度离子的峰。 自旋偶合：是磁性核与邻近磁性核之间的相互作用。是成键电子间接传递的，不影响磁性核的化学位移。 麦氏重排（McLafferty rearrangement）：具有不饱和官能团 C=X（X为O、S、N、C 等）及其γ-H原子结构的化合物，γ-H原子可以通过六元环空间排列的过渡态，向缺电子（C=X+ ）的部位转移，发生γ-H的断裂，同时伴随 C=X的β键断裂，这种断裂称为麦氏重排。 自旋偶合：是磁性核与邻近磁性核之间的相互作用。是成键电子间接传递的，不影响磁性核的化学位移。 自旋裂分：因自旋偶合而引起的谱线增多现象称为自旋裂分。 1.紫外光谱的应用 (1).主要用于判断结构中的共轭系统、结构骨架（如香豆素、黄酮等） (2).确定未知化合物是否含有与某一已知化合物相同的共轭体系。 (3).可以确定未知结构中的共轭结构单元。 (4).确定构型或构象 (5).测定互变异构现象 2.分析紫外光谱的几个经验规律 (1).在200~800nm区间无吸收峰，结构无共轭双键。 (2).220~250nm，强吸收(max在104~2104之间)，有共轭不饱和键（共轭二烯，,-不饱和醛、酮）
有机波谱分析习题 第一章电子辐射基础 (一)判断题 1．现代分析化学的任务是测定物质的含量。( ) 2．测定某有机化合物中C、H、O、N元素含量的方法属于定性分析。( ) 3．测定某有机化合物中是否含有羰基属于有机结构分析。( ) 4．利用物质分子吸收光或电磁辐射的性质，建立起来的分析方法属于吸收光谱分析。( ) 5．物质被激发后，利用物质跃迁至低能态或基态时发光的性质建立起来的分析方法属于发射光谱分析。( ) 6．根据Franck-condon原理，在电子能级发生跃迁时，必然伴随振动能级和转动能级的变化。( ) 7．紫外吸收光谱、红外吸收光谱、核磁共振波谱和质谱是有机结构分析的四种主要的有机光波谱分析方法，合称为四大谱。( ) 8．电磁辐射的波长越长，能量越大。( ) 9．有机波谱分析方法和仪器分析方法的灵敏度和准确度都要比化学分析法高得多。( ) 10．一般来讲，分子光谱远比原子光谱复杂，原子光谱通常为线状光谱，而分子光谱为带状光谱。( ) 11．吸收定律偏离线性完全是由于仪器因素引起的。( ) 12．电子能级间隔越小，跃迁时吸收光子的频率越大。( ) 13．分子光谱是由于电子的发射而产生的。( ) 14．分子荧光也叫二次光，都属吸收光谱的畴。( ) 15．ICP可用于测定F、Cl、Br、C、H、N、O、S等非金属元素。( ) (一)判断题答案 1．×2．×3．√4．√5．√6．√7．√8．×9．×l0．√11．×l2．×13．×l4．×l5．× (二)单选题 1．光或电磁辐射的二象性是指( )。 A．电磁辐射是由电矢量和磁矢量组成；B．电磁辐射具有波动性和电磁性； C．电磁辐射具有微粒性和光电效应；D．电磁辐射具有波动性和微粒性。 2．光量子的能量与电磁辐射的哪一个物理量成正比?( ) A．频率；B．波长；C．周期；D．强度 3．可见光区、紫外光区、红外光区、无线电波四个电磁波区域中，能量最大和最小的区域分别为( )。 A．紫外光区和无线电波区；B．紫外光区和红外光区； C。可见光区和无线电波区；D．可见光区和红外光区。 4．频率为l×107MHz的电磁辐射是处在哪个光区?( ) A．红外光区；B．紫外光区；C．无线电波区；D．可见光区。 5．有机化合物成键电子的能级间隔越小，受激跃迁时吸收电磁辐射的( )。 A．能量越大；B．波数越大；C．波长越长；D．频率越高。 6．分析化学发生第二次变革的年代是( )。 A．20世纪初；B．20世纪20年代；C．20世纪40年代；D．20世纪末。
综合谱图解析 1.某未知物分子式为C5H12O,它的质谱、红外光谱以及核磁共振谱如图，它的紫外吸收光谱在200 nm以上没有吸收，试确定该化合物结构。并解释质谱中m/z 57和31的来源。
2?待鉴定的化合物（I ）和（II ）它们的分子式均为C 8H 12O 4。它们的质谱、红外 光谱和核磁共振谱见图。也测定了它们的紫外吸收光谱数据：（I ）入max 223nm , S 4100; （II ）入max 219nm 2300,试确定这两个化合物。 未之物（I ）的谱图 127 100-1 - 10 10 曲 凹 M 亠亲) ? 册 -J P 科 J S W
未之物（II）的谱图
3、某未知物的分子式为C 9H 10O 2，紫外光谱数据表明：该物入max 在26 4、262 I? 257、252nm （&maxIOI 、158、147、194、153）;红外、核磁数据如图所示，试 0 LOtMio. sopoiggg 翌g 嚴效 却31卿］卿丄电00 uyo iw mo 推断其结构，并说明理 由。 ! \ \ 「 1 CCh 1 I J —' 1 1 _■ ____ __ _ ,B . _ ，- T J.亠」亠亠」亠 | * --------------- U 5>0 4. 0 d/ppm
4.某未知物C ii H i6的UV 、IR 、中NMR 、MS 谱图及13C NMR 数据如下，推导 未知物结构。 序号 S c ( ppm ) 碳原子个数 序号 S c ( ppm ) 碳原子个数 1 143.0 1 6 32.0 1 2 128.5 2 7 31.5 1 3 128.0 2 8 22.5 1 4 125.5 1 9 10.0 1 5 36.0 1 MS(E[] 100 so 30D A/tnn 350 血 >0624*68<)2 4 內 OS n 2 2 98765^43211 0SU 'H bMRfCDCI^
三种热分析方法综合介绍 热分析是在程序控制温度的条件下，测量物质的物理性质随温度变化关系的一类技术。该技术包括三个方面的内容：其一，物质要承受程序控温的作用，通常指以一定的速率升（降）温。其二，要选定用来测定的一种物理量，它可以是热学的、力学的、声学的、光学的以及电学的和磁学的等。其三，测量物理量随温度的变化关系。 物质在受热过程中要发生各种物理、化学变化，可用各种热分析方法跟踪这种变化。表1中列出根据所测物理性质对热分析方法的分类。其中以差热分析（DTA）和热重分析（TG）的历史最长，使用也最广泛；微分热重分析（DTG）和差示扫描置热法（DSC）近年来也得到较迅速地发展。下面简单介绍DTA、TG和DSC的基本原理和技术。 表1热分析方法的分类 （一）差热分析（DTA） 差热分析是在程序控制温度下，测量物质与参比物之间的温度差与温度关系的一种技术。差热分析曲线是描述样品与参比物之间的温差（ΔT）随温度或时间的变化关系。在DAT试验中，样品温度的变化是由于相变或反应的吸热或放热效应引起的。一般说来，相变、脱氢还原和一些分解反应产生吸热效应；而结晶、氧化和一些分解反应产生放热效应。 图1为差热分析装置示意图，典型的DTA装置由温度程序控制单元、差热放大单元和记录单元组成。将试样S和参比物R一同放在加热电炉中进行程序升温，试样在受热过程中所发生的物理化学变化往往会伴随着焓的改变，从而使它与热惰性的参比物之间形成一定的温度差。差热分析中温差信号很小，一般只有几微伏到几十微伏，因此差热信号经差热放大后在记录单元绘出差热分析曲线。从曲线的位置、形状、大小可得到有关热力学和热动力学方面的信息。
实验二：语音信号的频域分析 实验目的：以MATLAB 为工具，研究语音信号的频域特性，以及这些特性在《语音信号处理》中的应用情况。 实验要求：利用所给语音数据，分析语音的频谱、语谱图、基音频率、共振峰等频域参数。要求会求取这些参数，并举例说明这些参数在语音信号处理中的应用。 实验内容： 1、 语音信号的频谱分析 1.1加载“ma1_1”语音数据。基于DFT 变换，画出其中一帧数据（采样频率为8kHz ，帧长为37.5ms ，每帧有300个样点）的频域波形（对数幅度谱）。 load ma1_1; x = ma1_1 (4161:4460); plot (x) N = 1024; k = - N/2:N/2-1; X = fftshift (fft (x.*hann (length (x)),N)); plot (k,20*log10 (abs(X))), axis ([0 fix(N/2) -inf inf ]) 已知该帧信号的时域波形如图（a ）所示，相应的10阶LPC 谱如图（b ）所示。 问题1：这帧语音是清音还是浊音？基于DFT 求出的对数幅度谱和相应的LPC 谱相比，两者有什么联系和区别？ 问题2：根据这帧基于DFT 的对数幅度谱，如何估计出共振峰频率和基音周期？ 问题3：时域对语音信号进行加窗，反映在频域，其窗谱对基于DFT 的对数幅度谱有何影响？如何估计出窗谱的主瓣宽度？ 1.2对于浊音语音，可以利用其频谱)(ωX 具有丰富的谐波分量的特点，求出其谐波乘积谱： ∏ ==R r r X HPSx 1)()(ωω 式中，R 一般取为5。在谐波乘积谱中，基频分量变得很大，更易于估计基音周期。
1、某未知物分子式为C5H12O，它的质谱、红外光谱以及核磁共振谱如图，它的紫外吸收光谱在200 nm以上没有吸收，试确定该化合物结构。 1 : 2 : 9 [解] 从分子式C5H12O，求得不饱和度为零，故未知物应为饱和脂肪族化合物。 未知物的红外光谱是在CCl4溶液中测定的，样品的CCl4稀溶液的红外光谱在3640cm-1处有1尖峰，这是游离O H基的特征吸收峰。样品的CCl4浓溶液在
3360cm -1处有1宽峰，但当溶液稀释后复又消失，说明存在着分子间氢键。未知物核磁共振谱中δ4. 1处的宽峰，经重水交换后消失。上述事实确定，未知物分子中存在着羟基。 未知物核磁共振谱中δ0.9处的单峰，积分值相当3个质子，可看成是连在同一碳原子上的3个甲基。δ3.2处的单峰，积分值相当2个质子，对应1个亚甲基，看来该次甲基在分子中位于特丁基和羟基之间。 质谱中从分子离子峰失去质量31（－CH 2OH ）部分而形成基峰m/e57的事实为上述看法提供了证据，因此，未知物的结构是 C CH 3 H 3C CH 3 CH 2OH 根据这一结构式，未知物质谱中的主要碎片离子得到了如下解释。 C CH 3 H 3C CH 3 CH 2OH +. C + CH 3 CH 3 H 3C CH 2 OH + m/e31m/e88 m/e57 -2H -CH 3 -CH 3-H CH 3 C CH 2 + m/e29 m/e73 m/e41 2、某未知物，它的质谱、红外光谱以及核磁共振谱如图，它的紫外吸收光谱在210nm 以上没有吸收，确定此未知物。
226 3 [解] 在未知物的质谱图中最高质荷比131处有1个丰度很小的峰，应为分子离子峰，即未知物的分子量为131。由于分子量为奇数，所以未知物分子含奇数个氮原子。根据未知物的光谱数据亚无伯或仲胺、腈、酞胺、硝基化合物或杂芳环化合物的特征，可假定氮原子以叔胺形式存在。 红外光谱中在1748 cm-1处有一强羰基吸收带，在1235 cm-1附近有1典型的宽强C－O－C伸缩振动吸收带，可见未知物分子中含有酯基。1040 cm-1处的吸
第二章语音信号处理基础知识 1、语音信号处理？ 语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科。 2、语音信号处理的目的？ 1）如何有效地，精确地表示、存储、传递语音信号及其特征信息；2）如何用机器来模仿人类，通过处理某种运算以达到某种用途的要求，例如人工合成出语音，辨识出说话人、识别出说话内容等。 因此，在研究各种语音信号处理技术之前，需要了解语音信号的基本特性，同时，要根据语音的产生过程建立实用及便于分析的语音信号模型。 本章主要包括三方面内容：语音的产生过程、语音信号的特性分析以及语音信号生成的数学模型。 第一部分内容语音的产生过程，我们要弄清两个问题：1）什么是语音？2）语音的产生过程？ 3、什么是语音？ 语音是带有语言的声音。人们讲话时发出的话语叫语音，它是一种声音，由人的发音器官发出且具有一定的语法和意义。语音是声音和语言的组合体，所以对于语音的研究包括：1)语音中各个音的排列由一些规则控制，对这些规则及其含义的研究成为语言学；2）对语音中各个音的物理特征和分类的研究称为语音学。 4、语音的产生 语音的产生依赖于人类的发声器官。人的发音器官包括：肺、气管、喉、咽、鼻、口等。 ◆喉以上的部分称为声道，其形状随发出声音的不同而变化； ◆喉的部分称为声门。 ◆喉部的声带是对发音影响很大的器官。声带振动产生声音。 ◆声带开启和闭合使气流形成一系列脉冲。
每开启和闭合一次的时间即振动周期称为基音周期，其倒数为基音频率，简称基频。基频决定了声音频率的高低，频率快则音调高，频率慢则音调低。 基音的范围约为70 -- 350Hz,与说话人的性别、年龄等情况有关。 人的说话过程可以分为五个阶段：（1）想说阶段（2）说出阶段（3）传送阶段（4）理解阶段（5）接收阶段。 人的说话的过程： 1）想说阶段：人的说话首先是客观事实在大脑中的反映，经大脑的决策产生了说话的动机； 接着说话神经中枢选择适当的单词、短语以及按照语法规则的组合，以表达想说的内容和情感。 2）说出阶段：由想说阶段大脑中枢的决策，以脉冲形式向发音器官发出指令，使得舌、唇、鄂、声带、肺等部分的肌肉协调地动作，发出声音。与此同时，大脑也发出一些指令给其他有关器官，使之产生各种动作来配合言语的效果，如表情、手势、身体姿态等。经常有些人说话时会手舞足蹈。另外，还会开动“反馈”系统来帮助修正语音。 3）传送阶段：说出的话语是一连串声波，凭借空气为媒介传送到听者的耳朵。有时遇到某种阻碍或其他声响的干扰，使声音产生损耗或失真。 4）接收阶段：从外耳收集的声波信息，经过中耳的放大作用，达到内耳。经过内耳基底膜的振动，激发器官内的神经元使之产生脉冲，将信息以脉冲形式传送给大脑。 5）理解阶段：听觉神经中枢收到脉冲信息后，经过一种至今尚未完全了解的方式，辨认说话人及听到的信息，从而听懂说话人的话。 再开始介绍语音信号的特性之前，我们先了解一下语音和语言的定义。 5、语言 是从人们的话语中概括总结出来的规律性的符号系统。包括构成语言的语素、词、短语和句子等不同层次的单位，以及词法、句法、文脉等语法和语义内容。语言学是语音信号处理的基础。例如，可以利用句法和语义信息减少语音识别中搜索匹配范围，提高正确识别率。 6、语音学 Phonetics是研究言语过程的一门科学。它考虑的是语音产生、语音感知等的过程以及语音中各个音的特征和分类问题。现代语音学发展成为三个分支：发音语音学、声学语音学以
常见仪器分析方法的缩写、谱图和功能说明
A AAS 原子吸收光谱法AES 原子发射光谱法AFS 原子荧光光谱法ASV 阳极溶出伏安法ATR 衰减全反射法AUES 俄歇电子能谱法
CEP 毛细管电泳法 CGC 毛细管气相色谱法 CIMS 化学电离质谱法 CIP 毛细管等速电泳法 CLC 毛细管液相色谱法 CSFC 毛细管超临界流体色谱法CSFE 毛细管超临界流体萃取法CSV 阴极溶出伏安法 CZEP 毛细管区带电泳法 D DDTA 导数差热分析法 DIA 注入量焓测定法 DPASV 差示脉冲阳极溶出伏安法DPCSV 差示脉冲阴极溶出伏安法DPP 差示脉冲极谱法 DPSV 差示脉冲溶出伏安法DPVA 差示脉冲伏安法 DSC 差示扫描量热法 DTA 差热分析法 DTG 差热重量分析法
EAAS 电热或石墨炉原子吸收光谱法ETA 酶免疫测定法 EIMS 电子碰撞质谱法 ELISA 酶标记免疫吸附测定法EMAP 电子显微放射自显影法EMIT 酶发大免疫测定法 EPMA 电子探针X射线微量分析法ESCA 化学分析用电子能谱学法ESP 萃取分光光度法 F FAAS 火焰原子吸收光谱法FABMS 快速原子轰击质谱法FAES 火焰原子发射光谱法FDMS 场解析质谱法 FIA 流动注射分析法 FIMS 场电离质谱法 FNAA 快中心活化分析法 FT-IR 傅里叶变换红外光谱法 FT-NMR 傅里叶变换核磁共振谱法FT-MS 傅里叶变换质谱法
GC 气相色谱法 GC-IR 气相色谱-红外光谱法 GC-MS 气相色谱-质谱法 GD-AAS 辉光放电原子吸收光谱法 GD-AES 辉光放电原子发射光谱法 GD-MS 辉光放电质谱法 GFC 凝胶过滤色谱法 GLC 气相色谱法 GLC-MS 气相色谱-质谱法 H HAAS 氢化物发生原子吸收光谱法 HAES 氢化物发生原子发射光谱法 HPLC 高效液相色谱法 HPTLC 高效薄层色谱法 I IBSCA 离子束光谱化学分析法 IC 离子色谱法 ICP 电感耦合等离子体 ICP-AAS 电感耦合等离子体原子吸收光谱法ICP-AES 电感耦合等离子体原子发射光谱法ICP-MS 电感耦合等离子体质谱法
第一章引言 语音信号是一种非平稳的时变信号，它携带着各种信息。在语音编码、语音合成、语音识别和语音增强等语音处理中无一例外需要提取语音中包含的各种信息。语音信号分析的目的就在与方便有效的提取并表示语音信号所携带的信息。语音信号分析可以分为时域和频域等处理方法。语音信号可以认为在短时间内(一般认为在 10~30ms 的短时间内)近似不变，因而可以将其看作是一个准稳态过程, 即语音信号具有短时平稳性。任何语音信号的分析和处理必须建立在“短时”的基础上, 即进行“短时分析”。 时域分析:直接对语音信号的时域波形进行分析，提取的特征参数有短时能量，短时平均过零率，短时自相关函数等。 频域分析:对语音信号采样，并进行傅里叶变换来进行频域分析。主要分析的特征参数：短时谱、倒谱、语谱图等。 本文采集作者的声音信号为基本的原始信号。对语音信号进行时频域分析后，进行加白噪声处理并进行了相关分析，设计滤波器并运用所设计的滤波器对加噪信号进行滤波, 绘制滤波后信号的时域波形和频谱。整体设计框图如下图所示： 图1.1时频域分析设计图 图1.2加噪滤波分析流程图
第二章 语音信号时域分析 语音信号的时域分析可直接对语音信号进行时域波形分析，在此只只针对语音信号的短时能量、短时平均过零率、短时自相关函数进行讨论。 2.1窗口选择 由人类的发生机理可知，语音信号具有短时平稳性，因此在分析讨论中需要对语音信号进行加窗处理进而保证每个短时语音长度为10~30ms 。通常选择矩形窗和哈明窗能得到较理想的“短时分析”设计要求。两种窗函数的时域波形如下图2.1所示： sample w （n ） sample w （n ） 图2.1 矩形窗和Hamming 窗的时域波形 矩形窗的定义：一个N 点的矩形窗函数定义为如下 {1,00,()n N w n ≤<=其他 （2.1） 哈明窗的定义：一个N 点的哈明窗函数定义为如下 0.540.46cos(2),010,()n n N N w n π-≤<-??? 其他 = （2.2） 这两种窗函数都有低通特性，通过分析这两种窗的频率响应幅度特性可以发现（如图2.2）：矩形窗的主瓣宽度小（4*pi/N ），具有较高的频率分辨率，旁瓣峰值大（-13.3dB ），会导致泄漏现象；哈明窗的主瓣宽8*pi/N ，旁瓣峰值低（-42.7dB ），可以有效的克服泄漏现象，具有更平滑的低通特性。因此在语音频谱分析时常使用哈明窗，在计算短时能量和平均幅度时通常用矩形窗。表2.1对比了这两种窗函数的主瓣宽度和旁瓣峰值。
常用的热分析方法 l热重法（Thermogravimetry TG） l 差示扫描量热仪(Differential Scanning Calorimetry DSC）l 差热分析（Differential Thermal Analysis DTA） l 热机械分析（Thermomechanical Analysis TMA） l 动态热机械法（Dynamic Mechanical Analysis DMA） 谱图分析的一般方法 《热分析导论》刘振海主编 《分析化学手册》热分析分册 TGA DSC 分析图谱的一般方法——TGA 1. 典型图谱 分析图谱的一般方法——TGA的实测图谱
I、PVC 35.26% II、Nylon 6 25.47% III、碳黑14.69% IV、玻纤24.58% 已知样品的图谱分析 与已知样品各方面特性结合起来分析 如：无机物（黏土、矿物、配合物）、生物大分子、高分子材料、金属材料等热分析谱图都有各自的特征峰。 与测试的仪器、条件和样品结合起来分析 仪器条件样品 应用与举例 TGA DSC/DTA TMA 影响测试图谱结果的因素——测试条件 TGA 升温速率 样品气氛
扫描速率 样品气氛 升温速率对TGA 曲线的影响 气氛对TGA 曲线的影响 PE TGA-7 测试条件： 扫描速率：10C/min 气氛：a. 真空 b. 空气 流量：20ml/min 样品：CaCO3（AR） 过200目筛，3-5mg 扫描速率对DSC/DTA曲线的影响气氛对DSC/DTA曲线的影响 气氛的性质
两个氧化分解峰 曲线b： 一个氧化分解峰， 和一个热裂解峰 影响测试图谱结果的因素——样品方面 TGA/DSC/DTA 样品的用量 样品的粒度与形状 样品的性质 样品用量对TGA/DSC/DTA曲线的影响 样品的粒度与形状对曲线的影响——TGA/DSC/DTA 样品的性质对曲线的影响——TGA/DSC/DTA TGA/ DSC/DTA 热分析曲线的形状随样品的比热、导热性和反应性的不同而不同。即使是同种物质，由于加工条件的不同，其热谱图也可能不同。如PET树脂，经过拉伸过的PET树脂升温结晶峰就会消失。 PET 树脂的DSC 曲线 TGA应用 成分分析 无机物、有机物、药物和高聚物的鉴别与多组分混合物的定量分析。游离水、结合水、结晶水的测定，残余溶剂或单体的测定、添加剂的测定等。 热稳定性的测定 物质的热稳定性、抗氧化性的测定，热分解反应的动力学研究等 居里点的测定 磁性材料居里点的测定 可用TGA测量的变化过程
有机波谱分析习题参考答案“有机质谱”部分习题参考答案 1 A C 2H 3 Cl, B C 2 H 6 S 2. C 2 H 2 Cl 2 , ClCH=CHCl 3. m/z 142 M43 (C 3H 7 ), m/z 142 C 9 H 20 N, (n-C 4 H 9 ) 3 N, 4．略 5．（a）CH 3COCH 2 CH 2 CH 2 CH 3 , or CH 3 COCH 2 CH(CH 3 ) 2 (b)CH 3COCH(CH 3 )CH 2 CH 3 (c) CH 3 COC (CH 3 ) 3 6. (a) CH 3CH 2 CH 2 COOCH 3 , (b) (CH 3 ) 3 CCOOH (c) CH 3 CH 2 COOCH 2 CH 3 7. p-CH3COC6H4NO2 8. m/z 172, M28 (C 2H 4 ) , C 6 H 5 OBr , BrC 6 H 4 OCH 2 CH 3 9.C 6H 5 COOCH 2 CH 2 CH 2 CH 3 , m/z 123 M55，酯的双氢重排。 “核磁共振氢谱”部分习题参考答案 1．CH 3CH 2 COOCH 3 , (NO 2 )CH 3 3.(a) C 6H 5 CH(CH 3 )OCOCH 3 , (b)C 6 H 5 CH 2 CH 2 OCOCH 3 , (c) p-CH3C6H4COOCH2CH3 4. HOCH 2CH 2 CN , 5. CH 3 CH 2 OCOCH 2 N(CH 3 ) 2 6.CH 3CH 2 OCOCH=CHCOOCH 2 CH 3 , 7. 略, 8. CH 3 CH 2 CH 2 COOCH=CH 2 10.(a) 2-乙基吡啶，(b) 3-乙基吡啶“核磁共振碳谱”部分习题参考答案 3. CH 3COOCH=CH 2 4. p-N CC6H4COOH 5. p-ClC6H4COCH3 6. CH3CH2OCOCH2CH2COOCH2CH3 7.(CH 3CH 2 CO) 2 O 8. a: C 6 H 5 CH 2 COCH 3 , b: C 6 H 5 COCH 2 CH 3 8.C 6H 5 OCH 2 CH 2 OCOCH 3
实验一显示语音信号的语谱图 一、实验目的 综合信号频谱分析和滤波器功能，对语音信号的频谱进行分析，并对信号含进行高通、低通滤波，实现信号特定处理功能。加深信号处理理论在语音信号中的应用；理解语谱图与时频分辨率的关系。二、实验原理 语谱图分析语音又称语谱分析，语谱图中显示了大量的与语音的语句特性有关的信息，它综合了频谱图和时域波形的优点，明显的显示出语音频谱随时间的变化情况。语谱图实际上是一种动态的频谱。窄带语谱图有良好的频率分辨率及较差的时间分辨率；而宽带语谱图具有良好的时间分辨率及较差的频率分辨率。 三、实验内容 实验数据为工作空间ex3M2.mat中数组we_be10k是单词“we”和“be”的语音波形（采样率为10000点/秒）。 1、听一下we_be10k（可用sound） 2、使用函数specgram_ex3p19.显示语谱图和语音波形。对比调用参数窗长20ms（200点）、帧间隔1ms（10点）和参数窗长5ms（50点）、帧间隔1ms（10点）；再对比窗长>20ms或小于5ms，以及帧间隔>1ms时的语谱图说明宽带语谱图、窄带语谱图与时频分辨率的关系及如何得到时频折中。 3、生成高通和低通滤波器，观察其频谱；对语音信号we_be进行滤波，听一下对比其效果。
四、实验结果 实验程序 语谱图和语音波形
低通滤波器频谱
高通滤波器频谱 结论：1、因频率分辨率随窗口宽度的增加而提高，但同时时间分辨率降低；如果窗口取短，频率分辨率下降，但时间分辨率提高。由以上图可知：窄带语谱图有良好的频率分辨率及较差的时间分辨率，而宽带语谱图具有良好的时间分辨率及较差的频率分辨率。窄带语谱图中的时间坐标方向表示的基因及其各次谐波；而宽带语谱图给出语音的共振峰平率及清辅音的能量汇集区。 2、因加窗的目的是要限制分析的时间以使其中的波形特性没有显著变化，因此想要得到时频折中，选用的窗函数应尽量满足a、频率分辨率高b、卷积后其他的频率成分产生的频谱泄露少。海明窗在频率范围中的分辨率高，具有频谱泄露少的优点，频谱中高频分量弱、波动小，因而得到较平滑的谱。
峰区 波数(cm –1 ) 键的振动类型 区别醇、酚、酸： 1.酸（ ）：νO-H ，3000，宽谱带，散谱 νO-H ，≈3500，强、宽峰 νC-O ，≈1230 νC-H ，3100-2700，多谱带 芳环骨架振动，1600-1450,3、4条谱带 叔，νC-O ，1150-1200 仲，νC-O ，1125-1150 伯，νC-O ，1050 第一峰区：（4000-2500） X —H 的伸缩振动 O —H 、 N —H 、 C —H 。 3750～3000 νOH, 游离，≈3700 缔合，≈3500，特点：峰强而宽 νNH,3500-3150，特点：弱尖峰 区别胺： 伯，3500-3100,2/3条 仲，3400 1条 叔，无 3300～3000 不饱和：>3000 ν≡CH，3300,谱带尖锐 ν=CH ，3100-3000 νAr —H ，3100-3000，多谱带 极少数可到2900cm –1 3000～2700 饱和:<3000 νC —H,>2900 νC —H (-CHO),2850-2720,双谱带 νS —H ，2600-2500,谱带尖锐 —CH 3，2960-2870 —CH 2-，2920-2850 第二峰区：（2400-2100） 叄键、累积双键 2400～2100 νC≡N ，2250-2240 νC≡C ，2200-2100 ν—C≡C—C≡C — 苯环特征吸收 2. 酚 3.醇 区别酰胺： 伯，3300、3150,双峰 仲，3200 1条 叔，无
图2： 氢谱 常见类型结构的质子化学位移：其他振动： [CH 2]n : CH 2平面摇摆振动，800～700，弱吸收带。 N<4,向高波波数移动。 RR'CH ═C H 2（同碳），895～885,1条（890） R CH ═C H R'（顺）， 830～750，1条（800） 芳烃： ???见图2 单取代：740 ，690， 2条 邻二取代：740 ， 1条 间二取代：860 ,770，,700，3条 对二取代：810， 1条 -COOH 12～10 -CHO 10～9 ArOH 8～4
实验三语音信号的频域分析 一、实验名称语音信号的频域分析 二、实验目的 1)掌握傅里叶分析原理，利用Matlab软件估计短时谱、倒谱。 2)借助频域分析方法所求得的参数分析语音信号的基音周期或共振峰。 三、实验设备 Matlab 软件计算机 四、实验步骤 1、语音信号短时谱的求取。 用Matlab软件读取语音文件h.wav数据，取N=256点，求取其短时频谱，记录频谱图，并判断该帧语音是清音还是浊音。 用Matlab软件读取语音文件u.wav数据，取N=256点，求取其短时频谱，记录频谱图，并判断该帧语音是清音还是浊音。 参考程序： clear a=wavread('h'); subplot(2,1,1); plot(a);title('original signal'); grid N=256; k=hamming(N); for m=1:N b(m)=a(m)*k(m); end y=20*log(abs(fft(b,1024))); pinlv=(0:1:255)*8000/512;%点和频率的对应关系 subplot(2,1,2); y1(1:256)=y(1:256); plot(pinlv,y1);title('短时谱'); xlabel('频率/Hz') ylabel('对数幅度/dB') grid
2、语音信号的语谱图。 语音信号的语谱图，即水平方向是时间轴，垂直方向是频率轴，图上的灰度条纹代表各个时刻的语音短时谱。生成hubeis.wav语音文件的语谱图。
参考命令： >> [x,fs,nbits]=wavread('hubeis'); >> specgram(x,512,fs,100); 3、倒谱分析 浊音信号的倒谱中存在着峰值，它的存在位置正好是该帧语音的基音周期。清音信号的倒谱中不存在峰值，利用这一特点可以分辨清音与浊音，并可估计浊音的基音周期。分别计算语音文件“h”及“u”的倒谱，并判断哪个是清音，哪个是浊音，若为浊音请估计它的基音周期。 参考程序： clear a=wavread('h'); N=300; h=hamming(N); for m=1:N b(m)=a(m)*h(m); end d=rceps(b); d=fftshift(d); plot(d);title('h 加汉明窗时的倒谱')
300-MS and 320-MS Quadrupole Mass Spectrometer Hardware Operation Manual
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1、某未知物分子式为CHO，它的质谱、红外光谱以及核磁共振谱如图，它的125紫外吸收光谱在200 nm以上没有吸收，试确定该化合物结构。 1 : 2 : 9 [解] 从分子式CHO，求得不饱和度为零，故未知物应为饱和脂肪族化合物。125未知物的红外光谱是在CCl溶液中测定的，样品的CCl稀溶液的红外光谱44-1处有1尖峰，这是游离O H基的特征吸收峰。样品的在3640cmCCl浓溶液在4word
编辑版． -1宽峰，但当溶液稀释后复又消失，说明存在着分子间氢键。未知13360cm处有处的宽峰，经重水交换后消失。上述事实确定，未知物分4. 1物核磁共振谱中δ子中存在着羟基。个质子，可看成是连在同3未知物核磁共振谱中δ0.9处的单峰，积分值相当个亚甲基，12个质子，对应个甲基。一碳原子上的3δ3.2处的单峰，积分值相当看来该次甲基在分子中位于特丁基和羟基之间。的事OHCH）部分而形成基峰m/e57质谱中从分子离子峰失去质量31（－2实为上述看法提供了证据，因此，未知物的结构是CH3OHCHC CH23CH3根据这一结构式，未知物质谱中的主要碎片离子得到了如下解释。CHCH3+3.++CCHOH CH OHCHC CH m/e31CHCH33m/e88m/e57-2H-CH-H-CH33m/e29CHCCHm/e7323+m/e41 3232 2、某未知物，它的质谱、红外光谱以及核磁共振谱如图，它的紫外吸收光谱在210nm以上没有吸收，确定此未知物。 word 编辑 版．
3622 个丰度很小的峰，应为分子离处有在未知物的质谱图中最高质荷比1311] [解。由于分子量为奇数，所以未知物分子含奇数个子峰，即未知物的分子量为131氮 原子。根据未知物的光谱数据亚无伯或仲胺、腈、酞胺、硝基化合物或杂芳环化合物的特征，可假定氮原子以叔胺形式存在。-1-1典型的红外光谱中在1748 cm处有一强羰基吸收带，在1235 cm1附近有-1处的吸－－宽强COC1040 cm伸缩振动 吸收带，可见未知物分子中含有酯基。word 编辑版． 收带则进一步指出未知物可能是伯醇乙酸酯。个甲基。从它的化学位移来看， 11.95处的单峰(3H），相当核磁共振谱中δ提供了C=O)很可能与羰基相邻。对于这一点，质谱中，m/e43的碎片离子(CH3并且它们的裂距相等，的三重峰，在核磁共振谱中有2个等面积(2H)有力的证据。，其中去－2个相连的亚甲－CHCH相当于AA'XX'系统。有理由认为它们是22屏蔽较大的亚甲基与酯基上的氧原子相连。至此，可知未知物具有下述的部分结构：OCHCHCHOC322个
热分析方法的多种联用 热分析是表征材料的基本方法之一，多年以来一直广泛应用于科研和工业中。近年来在各个领域，都有了长足发展。根据DIN EN ISO 9000 标准，热分析仪器已经成为QA/QC、工业实验室和研究开发中不可缺少的设备。 热分析是测量物质的物理或化学参数对温度的依赖关系的一种分析方法。热分析可应用于成分分析（如无机物、有机物、药物和高聚物的鉴别和分析以及它们的相图研究），稳定性测定（如物质的热稳定性、抗氧化性能的测定等），化学反应的研究（如固-气反应研究、催化性能测定、反应动力学研究、反应热测定、相变和结晶过程研究），材料质量测定（如纯度测定、物质的玻璃化转变和居里点、材料的使用寿命测定）以及环境监测（研究蒸汽压、沸点、易燃性等）。热分析方法的种类是多种多样的，根据国际热分析协会(ICTA)的归纳和分类，目前的热分析方法共分为九类十七种，在这些热分析技术中，热重法、差热分析、差示扫描量热法和热机械分析应用得最为广泛。差热分析、热重分析、差示扫描量热分析、热机械分析可用于研究物质的晶型转变、融化、升华、吸附等物理现象以及脱水、分解、氧化、还原等化学现象。快速提供被研究物质的热稳定性、热分解产物、热变化过程的焓变、各种类型的相变点、玻璃化温度、软化点、比热、纯度、爆破温度和高聚物的表征及结构性能等。 目前，热分析仪器发展的一个趋势是将不同仪器的特长和功能相结合，实现联用分析，扩大分析范围。一般来说，每种热分析技术只能了解物质性质及其变化的某些方面，而一种热分析手段与别的热分析段或其它分析手段联合使用，都会收到互相补充，互相验证的效果，从而获得更全面更可靠的信息。如DTA-TG、DSC-TG、DSC-TG-DTG、DTA-TMA、DTA-TG-TMA等的综合以及TG与气相色谱（GC）、质谱（MS）、红外光谱（IR）等仪器的联用分析，热分析联用种类有很多，下面举几例加以简单说明。 热重分析法(Thermogravimetric Analysis.简称TG)是在程序控制温度下，测量物质质量与温度关系的一种技术。许多物质在加热过程中常伴随质量的变化，这种变化过程有助于研究晶体性质的变化，如熔化、蒸发、升华和吸附等物质的物理现象；也有助于研究物质的脱水、解离、氧化、还原等物质的化学现象。热重分析法通常可分为两大类：静态法和动态法。静态法是等压质量变化的测定，是指一物质的挥发性产物在恒定分压下，物质平衡与温度T的函数关系。以失重为纵坐标，温度T为横坐标作等压质量变化曲线图。等温质量变化的测定是指一物质在恒温下，物质质量变化与时间t的依赖关系，以质量变化为纵坐标，以时间为横坐标，获得等温质量变化曲线图。动态法是在程序升温的情况下，测量物质质量的变化对时间的函数关系。热重法实验得到的曲线称为热重曲线(TG曲线) 如图1曲线a所示。TG曲线以质量作纵坐标，从上向下表示质量减少；以温度(或时间)作横坐标，自左至右表示温度(或时间)增加。