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波谱分析结课论文 ---波谱分析的主要方法及应用 波谱分析的主要方法及应用 波谱分析主要是以光学理论为基础，以物质与光相互作用为条件，建立物质分子结构与电磁辐射之间的相互关系，从而进行物质分子几何异构、立体异构、构象异构和分子结构分析和鉴定的方法。 波谱法是化合物结构测定和成分分析的重要手段。近30年来，由于科学技术的发展，波谱学与电子学、计算机科学的紧密结合，波谱法取得了极大的发展，从根本上改变了化学研究的方法，特别是有机化合物的结构分析方法。紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱（氢谱和碳谱）、质谱等波谱方法已经迅速取代了传统的鉴定方法，成为化学研究强有力的工具。波谱分析法具有优点突出，广泛应用等特点，它的应用大大缩短了复杂化合物结构测定的时间，也使很多过去难以解决的问题，如生命科学中蛋白质、核酸、多糖的结构测定等迎刃而解，促进了科学的发展。目前，波谱法已经迅速渗透到生物化学、植物化学、药物学、医学、农业、商业等各个领域，在科学研究和国民经济各个部门得到广泛应用。随着科技发展和分析要求的不断提高，使得科研工作者对波谱分析法也在不断创新。 前言 从19世纪中期至现在，波谱分析经历了一个漫长的发展过程。进入20世纪的计算机时代后，波谱分析得到了飞跃的发展，不断地完善和创新，在方法、原理、仪器设备以及应用上都在突飞猛进。波谱法主要包括红外光谱、紫外光谱、核磁共振和质谱，简称为四谱。除此之外还包含有拉曼光谱、荧光光谱、旋光光谱和圆二色光谱、顺磁共振谱。波谱法的种类也越来越多。 四谱是现代波谱分析中最主要也是最重要的四种基本分析方法。四谱的发展直接决定了现代波谱的发展。在经历了漫长的发展之后四谱的发展以及应用已渐成熟，也使波谱分析在化学分析中有了举足轻重的地位。 一、波谱分析的方法 1、紫外--可见光谱 1.1紫外光谱的原理 紫外和可见光谱（ultraviolet and visible spectrum)简写为UV。在紫外光谱中，波长单位用nm（纳米）表示。紫外光的波长范围是100～400 nm，它分为两个区段。波长在100～200 nm称为远紫外区，这种波长能够被空气中的氮、氧、二氧化碳和水所吸收，因此只能在真空中进行研究工作，故这个区域的吸收光谱称真空紫外，由于技术要求很高，目前在有机化学中用途不大。波长在200～400 nm称为近紫外区，一般的紫外光谱是指这一区域的吸收光谱。波长在400～800 nm范围的称为可见光谱。常用的分光光度计一般包括紫外及可见两部分，波长在200～800 nm(或200～1000 nm)。 分子内部的运动有转动、振动和电子运动，相应状态的能量（状态的本征值）是量子化的，因此分子具有转动能级、振动能级和电子能级。通常，分子处于低能量的基态，从外界吸收能量后，能引起分子能级的跃迁。电子能级的跃迁所需能量最大，大致在1～20 eV(电子伏特）之间。根据量子理论，相邻能级间的能量差ΔE、电磁辐射的频率ν、波长λ符合ΔE=hν=h×c/λ 式中h是普朗克常量，为6.624×10^-34J·s=4.136×10^-15 eV·s；c是光速，为2. 998×10^10 cm/s。应用该公式可以计算出电子跃迁时吸收光的波长。 许多有机分子中的价电子跃迁，须吸收波长在200～1000 nm范围内的光，恰好落在紫外-可见光区域。因此，紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的，也可以称它为电子光谱。 1.2 紫外光谱的特点 紫外光谱具有灵敏度和准确度高，应用广泛，对大部分有机物和很多金属及非金属及其化合物都能进行定性、定量分析，且仪器的价格便宜，操作简单、快速，易于普及推广，所以至今它仍是有机化合物结构鉴定的重要工具。近年来，由于采用了先进的分光、检测及计算机技术，使仪器的性能得到极大的提高，加上各种方法的不断创新与改善，使紫外光谱法成为含发色团化合物的结构鉴定、定性和定量分析不可或缺的方法之一。 2、红外光谱 2.1红外光谱的原理 当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级，分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波长的光就被物质吸收。所以，红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来，就得到红外光谱图。红外光谱图通常用波长(λ)或波数(σ)为横坐标，表示吸收峰的位置，用透光率(T%)或者吸光度(A)为纵坐标，表示吸收强度。 当外界电磁波照射分子时，如照射的电磁波的能量与分子的两能级差相等，该频率的电磁波就被该分子吸收，从而引起分子对应能级的跃迁