文档介绍：波谱分析
讲授
吴银素
前言
在现代自然科学的许多领域中,都会遇到鉴定或测定有机化合物的结构问题。
经典的化学方法利用化合物的化学性质,即通过测定化合物在一系列典型化学反应中的行为,来推断化合物结构。
随着现代仪器和研究方法的进展,目前可以借助化合物的物理性质(光谱、核磁共振波及质谱等)测定分子的结构。
紫外光谱、红外光谱、核磁共振波谱及质谱等方法已经广泛应用于有机化合物的结构鉴定,从这些方法得到的各种相互补充的结构信息为有机化合物结构鉴定提供了可靠的依据。因此,波谱分析方法被广泛应用于有机化学、石油化工、生物化学、药物学、医学等各个研究领域。
波谱分析是化学工作者必须掌握的一门知识。
本次波谱分析课程将讲述以下内容
紫外光谱:由于电子的跃迁引起的,从紫外光谱图可以了解分子中共轭体系、芳香体系及其取代情况等;
红外光谱:由于分子振动能级的变化引起的,从红外光谱图,可以知道分子中的官能团和环加双键数及用于指纹鉴定.
核磁共振波谱是核的自旋的迁移引起的,从核磁共振氢谱可以了解含氢的官能团的信息。根据吸收带的数目,可以了解群核之间关系以及核所处的化学环境等;核磁共振碳谱可以了解分子中碳原子个数及所处的环境等信息。
质谱是有机化合物的蒸气被热电子流轰击产生各种阳离子碎片,把这些碎片按质荷比进行分离和记录的图谱。从质谱中可以知道正确的分子量和分子的部分结构。
注意:有机波谱分析可以通过有机物分子对光和(或)电磁波的响应来测定,依据使用光和波的不同,形成核磁共振、红外、和紫外可见光谱等鉴定方法,通称光波谱方法。必须指出,有时有所谓的用四大光谱鉴定有机物结构的说法,这是不正确的称谓。红外和紫外可见是光谱没有错,但核磁共振不是光谱而是波谱,而质谱则与光和电磁波完全无关,只是其结果表现形式以分子碎片质量大小排列成谱而称为质谱。因此,所谓的“四大光谱”应正确地称谓“四谱”。
参考书:
1、《有机化合物结构鉴定与有机波谱学》宁永成编著,科学出版社,2004年,第二版
2、《波谱解析法》苏克曼、潘铁英、张玉兰编著,华东理工大学出版社,2002年
3、《有机分析教程》(西北师院、陕西师大、河北师大、上海师大、华中师大、河北师院编)陕西师大出版社 1987年
4、《波谱学原理及解析》(常建华、董绮功编著)科学出版社, 2001年
5、《有机结构分析》(陈德恒著)科学出版社 1985年
6、《有机结构波谱分析》(李润卿主编)天津大学出版社 2002年
7、波谱分析教程,邓芹英、刘岚、邓慧敏编著,科学出版社,2003年
本课程共36学时,包括以下部分:
第一部分:紫外吸收光谱(UV),4学时
第二部分:红外吸收光谱(IR), 8学时
第三部分:核磁共振氢谱、碳谱(1HNMR, 1CNMR),10学时
第四部分:质谱(MS) 10学时
第五部分:四谱综合解析 2学时,考试2学时
第一章紫外–可见吸收光谱( UV-vis)
本章包括以下内容:
一、紫外吸收光谱基本知识
二、紫外光谱仪
三、各类有机化合物的紫外吸收光谱(重点)
四、紫外光谱解析
五、紫外吸收光谱的应用
第一节: 紫外吸收光谱基本知识
本节内容:
一、分子吸收光谱的产生
二、紫外、可见光区域的划分:
三、电子的跃迁的类型
四、紫外光谱中的常用术语
五、紫外吸收光谱中常见的吸收带
六、影响紫外吸收光谱的因素(掌握)
一、分子吸收光谱(紫外光谱、红外光谱)的产生:
(1) 电磁波的基本性质和分类
1)电磁波的性质
电磁波具有波、粒两象性
①电磁波的波动性体现在它有波长、频率等类似机械波的特性。
n = C /λ(1-1)
c :光速即:3 × 1010厘米/秒。
n:频率单位:赫(Hz)或周/秒。频率的另一种表示方法用波数cm-1即:1厘米长度内波的数目,
λ:波长,单位:厘米、米。光波的波长除用米、厘米外,还常用微米(μm)、纳米(nm)和Å表示,它们的关系是:
1nm = 10-9m =10-7 cm =10-3μm =10 Å 。
②电磁波的粒子性
量子力学认为,电磁波是由称作光子或光量子的微粒组成,光子具有能量,其能量的大小由下式决定
E = h n = h c / l ( 1-2)
E为光子的能量,h :Planck常数(普郎克)×10-27尔格/秒(×10-34焦耳/秒) 1卡=,1焦耳=107尔格
2)电磁波的分类
电磁波的波长从10-3nm ~ 1000m, 覆盖了非常宽的范围,为了便于研究,根据电磁波的波长大小可以划分几个区域,不同区域的电磁波对应于分子内不同层次的能及跃迁。