《波谱原理及解析》全套教学课件.pptx

第1章绪论;波谱法

电磁波与波谱

分子不饱和度的计算

波谱实验样品的准备

波谱法的应用;;物质在光(电磁波)的照射下，引起分子内部

某种运动，从而吸收、散射或转动某种波长的光，将入射光在经过样品后强度的变化或散射及转动光的信号记录下来，得到一张信号强度与光的波长或波数(频率)或散射角度及强度的关系图，用于物质结构、组成及化学变化的分析，这称为波谱法。;波谱学是物理学与化学的一个交叉学科。

1850s 目视比色法Beer定律

1890s 红外和紫外光谱

1912 第一台质谱装置

1945 核磁共振现象发现;波谱法在理论、设备和实验技术上有了很大的进步，应用也越来越广。;现代的波谱法不仅可以确定分子质量、分子式、结构式，还可以使用X-射线衍射法，特别是使用单晶衍射仪，测定晶体的X-射线衍射图进一步确定分子中键长、键角等结构参数。;四大谱：;波谱仪与其它仪器（如色谱仪）连用，可以充分发挥各自优势，一次测定中完成一个样品中二三百种化合物的分离与鉴定。;1,2,4,5-四唑的R带

测量条件:(1)室温，气相；(2)7K，在异戊烷/甲基环己烷中；(3)室温，环己烷中；(4)室温，水中;典型红外谱图;苯丙酮;典型质谱(MS)谱图;;1.2 电磁波与波谱;从波动观点看，光是电磁波。;垂直于传播方向的平面上看，光矢量还有三种不同的状态，即偏振态、非偏振态和部分偏振态。偏振态光又分为线偏振光、圆偏振光、椭圆偏振光。

线偏振光：

光矢量在通过传播方向轴的一个平面内振动，光矢量只改

变大小而不改变方位。在垂直于传播方向轴的平面上或从光源沿传播方向看过去，光矢量只一条线，故叫线偏振光；从同一时刻看，线偏振光分布在某一个平面上，而传播方向轴是此平面上一条直线，所以线偏振光又叫平面偏振光。;圆偏振光：

在传播过程中，光矢量的顶端的轨迹描出一个螺旋线，它的大小不变，而其光矢量围绕传播轴作方位变化。若面对传播;椭圆偏振光：

当平面偏振光通过手性化合物后，由于左右旋两束光被吸收情况不同导致振幅不相等。两束旋转方向相反而振幅不相等的圆偏振光组成一束椭圆偏振光。此时光矢量的大小和方向都在变。从传播方向面对光源看过去，光矢量顶端的轨;自然光：

自然光在沿着同一传播方向上有许多偏振光的集合，自然光的光矢量在垂直于光波传播方向的平面上的各个方向上对称地平均分布。

自然光通过一些作为起偏器的棱镜后，可以得到平面偏振光。;1.2.2分子能级与波谱;核的自旋跃迁：

自旋量子数I为1/2的核，如1H、13C等在磁场中有两种自旋取向，一个能级高，一个能级低。低能级的核吸收电磁波跃迁到高能级时得到核磁共振谱。这种跃迁所需的能量仅比平动能大，而小于其他分子运动能。

转动能：

分子围绕它的重心作转动时的能量叫转动能。转动能级的分布也是量子化的。转动量子数J可取0、1、2、……。转动能大于核自旋跃迁能而小于振动能。;振动能：

分子中原子离开其平衡位置作振动所具有的能量叫振动能。振动能级变化是量子化的，不连续的。量子力学把分子体系中某个振动当作谐振子处理。振动能级大于转动能级，

小于电子能级。所以振动光谱中涵盖了转动光谱。振动跃迁产生红外光谱。

电子能：

电子具有动能和势能。电子的能级分布是量子化的，不连续的。分子吸收特定波长的电磁波可以从电子基态跃迁到激发

态，产生电子光谱。电子跃迁所需能量是上述几种跃迁中最大

的。电子跃迁产生紫外-可见光谱。;电子、振动和转动能级示意图;辐射区域;电磁波谱;1.3 分子不饱和度的计算;r=3 s=2 U=4r–s=4×3-2=10

U=1+6-6/2=4

U=1+6–(5+1)/2=4

U=1+2–5/2+1/2=1;;计算公式：

只涉及碳、氢、卤素、三价氮

氧、硫作为饱和元素

未考虑多价态元素

未涉及离子、盐;★有机化合物分子的不饱和度应是零或正整数;1.4 波谱实验样品的准备;(1) 首先取决于波谱法的检测灵敏度

UV：若配100mL溶液，Mr×10-6~Mr×10-5gIR: 作结构分析需要1~5mg

1HNMR: 一般要3~5mg样品

13CNMR: 十几mg以上，甚至几十、上百mgMS: 样品用量很少，固体样1mg;与测定目的有关

一般情况，定量分析比定性鉴定需要的量要多

与样品分子结构、被检测对象信号大小有关一般分子量大的样品需要的量也多

使用微量测定装置减少样品量;1.4.2 样品的纯度;样品纯度的检验;3不纯样品的处理

根据样品组分理化性质的不同进行提纯

（蒸馏、重结晶、升华、萃取等）

根据样品组分在某种色谱体系中迁移速度的不同进行提纯

（离子色谱、薄层色谱、液相色谱等）;1.5 波谱法的应用;各种波谱法原理不同，其特点和应用