波谱分析.ppt
紫外光谱中常以吸收带最大的吸收波长λmax 和该波长下的摩尔吸光系数εmax 来表征化合 物的特征吸收，吸收光谱反应了物质分子对 不同紫外光的吸收能力，吸收带的形状以及 λmax εmax 与分子的结构有密切的关系。
紫外吸收光谱是由分子中的价电 子能级跃迁所产生的，在跃迁过 程中，电子能级的跃迁往往伴随 着分子振动能级的跃迁和转动能 级的跃迁，因此电子能级的跃迁 多产生的吸收带由于附加了分子 振动能级和转动能级的跃迁而变 成了较宽的谱带。
• 学习的目的和要求：
1、分子中电子能级及电子跃迁的规律，σ、π、ｎ轨道及σσ*, n- σ*, π- π*, n- π* 跃迁与分子结构的关系，电子跃 迁产生的吸收带波长及其光谱特征。
2、分子结构变化及取代基对吸收光谱的影响，共轭体系对 吸收波长的影响。
3、各类化合物的紫外吸收特征，共轭二烯烃α,β不饱和羰基 化合物及其酰基苯衍生物的Ｋ带波长计算方法。
二 分子轨道与电子跃迁类型 分子轨道
..
CH3CH2O. .H n
电子跃迁类型
电子在不同轨道间跃迁所吸收的光辐射波长不 同。 σ→σ*跃迁所需要的能量最高,吸收波长 最短；n →π*跃迁所需要的能量最低，吸收 波长较长。
(1)σ →σ*跃迁：饱和烃△E = hυ= hc/λ 高能跃迁，大约需780kJ.mol-1的能量，相 当于真空紫外区的波长。 乙烷的σ →σ* ：135nm 环丙烷σ →σ* ：190nm
2、波谱分析法（UV、IR、NMR、MS） 特点：样品微量化，测定速度快，结果准确，重复 性好。 解析方法： ①、与已知纯物质的标准图谱对照。 ②、对比实验法（空白对照、底物对照、设计实 验）。 几种图谱应互相参照，相互补充，能自园其说，不 互相矛盾，才能准确地确定未知物的分子结构。
第一章 紫外光谱
例如: CH3SH: n→σ* 227nm; CH3I: n→σ* 258nm. n→σ* 跃迁的吸收强度较弱。
Hale Waihona Puke 紫外吸收光谱：分子中最外层价电子在不同能级轨道上跃迁而产生， 它反映了分子中价电子跃迁时的能量变化与化合物 发色基团之间的关系。UV主要提供分子内共轭体系 的结构信息。
红外吸收光谱法：
一种分子振动一转动光谱，它是由分子的振动 一转动能级间的跃迁而产生的。只要组成分子 的原子质量不同或化学键性质不同，或几何构 型不同，都会得到不同的IR谱图。因此可由IR 谱图中特征吸收带的位置，鉴别分子中所含有 的特征官能团和化学键的类型，单、双键等。
质谱分析法： 用具有一定能量的电子流去轰击被分析物质的气态 分子，使之离解成分子离子，部分正离子会进一步 碎裂成各种不同质荷比（m/z)的粒子，在外加静电 场和磁场的作用下，按质量大小将它们逐一分离和 检测。 由各碎片离子的质荷比数值和相对丰度，结合分子 断裂过程的机理，可推断被测物质的分子结构和分 子量。
4、紫外吸收光谱测定有机化合物结构的方法。
第一节 概述
一、电磁波与辐射能
二、吸收光谱的产生
电磁波 E1 相互作用
E2-E1<0
化学物质
能量转移 E2
吸收
C
基态
不同波长的光 Ｉn
C
激发态
Ｉm
C
检 测
器
记录强度的变化，得到一个图 即原子吸收光谱
Ｅ
Ｅ
分子
分子吸收光谱的产生
根据量子力学的理论，原子和分子中各种运动状态所 对应的能级是量子化的，即能级的变化是不连续的， 只有当电磁波的能量与原子或分子的两个能级间的能 量差相匹配的时候，原子和分子才能够吸收这样的能 量从低的能级跃迁到高的能级。
经典的有机定性分析方法：元素分析（C、H、N、 O、S、Cl等）、熔点、沸点、折光率、特征官能团 的显色反应等。 有机结构分析中的两种主要分析方法： 1、色谱分析法：
气相色谱法（GC） ( 惰气为载气) 高效液相色谱法（HPLC） 薄层色谱法（TLC）
复杂的有机混合物，经过色谱分离可得单一的纯检 测组分，为进一步的分析提供纯组分： ①、GC-MS色(气)质联用仪 ②、HPLC-MS色(液)质联用仪 ③、GC-IR气红联用仪 ④、GC-NMR气相核磁联用仪 柱色谱、制备色谱、薄层色谱、纯组分，为UV、IR、 NMR、MS提供纯样品。
ΔE=E2-E1=hv
第二节 紫外吸收光谱的原理
一 紫外光谱的产生
× 可见光
紫
被 吸
外
收 了
光
透明的有机化合物（不吸收可见光的化合物）
朗伯—比尔定律数学表达式 A=lg(1/T)=Kbc
A为吸光度, T为透射比,是投射光强度比上入射光强度 c为吸光物质的浓度 b为吸收层厚度 物理意义是当一束平行单色光垂直通过某一 均匀非散射的西光物质时,其吸光度A与吸光 物质的浓度c及吸收层厚度b成正比.
一般饱和烃在近紫外区没有吸收，是透明 的，所以常用作测定紫外吸收光谱的溶剂。
(2) n→σ*跃迁： 含有氧、氮（有孤电子对）、硫、卤素等原 子的有机化合物，能产生n→σ*跃迁。 能量比σ→σ*低，一般吸收低于200nm的波 长，但含有电离能较低的原子（容易电离） （如S、I）时，波长可高于200nm。
核磁共振波谱法 分子中具有核磁距的原子核1H、13C、15N、19F、 31P等在外加磁场中，通过射频电磁波的照射， 吸收一定频率的电磁波能量，由低能量的能级跃 迁到高能量的能级，并产生核磁共振信号。 在1HNMR中，化学位移、偶合常数和共振峰峰 面积积分强度之比是三项重要参数。 在13CNMR中，化学位移和共振信号数目较重要。
波谱分析
韩利民
主要参考书:
1、《有机化合物结构鉴定与有机波谱学》,宁永成 2、《现代有机波谱分析》，张华等 3、《谱学导论》，范康年
1、绪 论
• 什么是波谱分析法 • 波谱分析法是通过：
紫外光谱(UV-ultrabiolet absorption Spectrometry) 红外光谱(IR- Infrared Absorption Spectrometry) 质谱( MS- Mass spectrometry) 核磁共振(NMR-Nuclear magnetic resonance spectroscopy) 等方法鉴别有机化合物的结构特征的定性分析方法。 特别是第二次世界大战后，仪器设备的发展，为鉴定化 合物的结构提供了基础。
合集下载
波谱分析讲整理.ppt
第二篇 波谱分析
第一章 光谱分析 第二章 核磁共振波谱 第三章 质谱
第一章 光谱分析
1.1 概述 1.2 紫外吸收光谱分析（UV） 1.3 红外吸收光谱分析（IR) 1.4 激光拉曼光谱（RS)
1.1 概述
1.1.1光谱分析法
因光的作用引起被照物体内分子运动状态发 生变化，并产生特征能态的跃迁进行分析的方 法
n→π*的影响
1.2 紫外吸收光谱分析（UV）
b. π→π*跃迁所产生的吸收峰随着溶 剂极性的增加而向长波长方向移动。 因为在多数π→π*跃迁中，激发态的 极性要强于基态，极性大的π*轨道 与溶剂作用强，能量下降较大，而π 轨道极性小，与极性溶剂作用较弱， 故能量降低较小，致使π及π*间能量 差值变小。因此，π→π*跃迁在极性 溶剂中的跃迁能小于在非极性溶剂 中的跃迁能。所以在极性溶剂中， π→π*跃迁产生的吸收峰向长波长方 向移动。
（4）n→π* 跃迁 指分子中处于非 键轨道上的n电子吸收能量后向 π*反键轨道的跃迁。
1.2 紫外吸收光谱分析（UV）
电子跃迁类型不同，实际跃迁需要的能量不同， σ→σ* ～150nm n→σ* ～200nm π→π* ～200nm n→π* ～300nm
吸收能量的次序为： σ→σ*＞n→σ*≥π→π*＞n→π*
1.2 紫外吸收光谱分析（UV）
iii B—带 它是芳香族化合物的特征吸收带。是苯环振动及
π→π* 重叠引起的。在230～270nm之间出现精细结构 吸收，又称苯的多重吸收
iv E-带 它也是芳香族化合物的特征吸收之一,E带可分为E1及
E2两个吸收带，二者可以分别看成是苯环中的乙烯键和 共轭乙烯键所引起的，也属π→π* 跃迁。
溶剂对π→π*
1.2 紫外吸收光谱分析（UV）
第一章 光谱分析 第二章 核磁共振波谱 第三章 质谱
第一章 光谱分析
1.1 概述 1.2 紫外吸收光谱分析（UV） 1.3 红外吸收光谱分析（IR) 1.4 激光拉曼光谱（RS)
1.1 概述
1.1.1光谱分析法
因光的作用引起被照物体内分子运动状态发 生变化，并产生特征能态的跃迁进行分析的方 法
n→π*的影响
1.2 紫外吸收光谱分析（UV）
b. π→π*跃迁所产生的吸收峰随着溶 剂极性的增加而向长波长方向移动。 因为在多数π→π*跃迁中，激发态的 极性要强于基态，极性大的π*轨道 与溶剂作用强，能量下降较大，而π 轨道极性小，与极性溶剂作用较弱， 故能量降低较小，致使π及π*间能量 差值变小。因此，π→π*跃迁在极性 溶剂中的跃迁能小于在非极性溶剂 中的跃迁能。所以在极性溶剂中， π→π*跃迁产生的吸收峰向长波长方 向移动。
（4）n→π* 跃迁 指分子中处于非 键轨道上的n电子吸收能量后向 π*反键轨道的跃迁。
1.2 紫外吸收光谱分析（UV）
电子跃迁类型不同，实际跃迁需要的能量不同， σ→σ* ～150nm n→σ* ～200nm π→π* ～200nm n→π* ～300nm
吸收能量的次序为： σ→σ*＞n→σ*≥π→π*＞n→π*
1.2 紫外吸收光谱分析（UV）
iii B—带 它是芳香族化合物的特征吸收带。是苯环振动及
π→π* 重叠引起的。在230～270nm之间出现精细结构 吸收，又称苯的多重吸收
iv E-带 它也是芳香族化合物的特征吸收之一,E带可分为E1及
E2两个吸收带，二者可以分别看成是苯环中的乙烯键和 共轭乙烯键所引起的，也属π→π* 跃迁。
溶剂对π→π*
1.2 紫外吸收光谱分析（UV）
仪器分析 第十三章 核磁共振波谱分析PPT课件
原子实际上受到的磁场强度B
B= B0-B’=B0-σB0=B0(1-σ)
σ为屏蔽常数， σB0为感应产生的次级磁场强度。
B为氢核真正受到的有效外磁场强度。 核外电子云产生感应磁场，抵消一部分
磁场，产生共振向高磁场方向移动。
2μB
B
h
2
2μB（ 0 1σ）
h
hν B0 2μ(1σ)
B（0 1σ） 2
实际上各种化合物中的氢核的化学环境或结 合情况不同，所产生的共振吸收峰频率不同。
任何原子核都被电子云所包围，当1H核自旋时 ，核周围的电子云也随之转动，在外磁场作用下，会 感应产生一个与外加磁场方向相反的次级磁场，实际 上会使外磁场减弱，这种对抗外磁场的作用称为屏蔽 效应.
1H核由于在化合物中所 处的化学环境不同，核外电 子云的密度也不同，受到的 屏蔽作用的大小亦不同，所 以在同一磁场强度B0 下， 化学环境不同 1H核的共振 吸收峰频率不同。
(3)Ｉ＝1/2的原子核 1H，13C，19F，31P
核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自旋，有磁矩产 生，是核磁共振研究的主要对象，H、C也是有机化合物的主 要组成元素。
I=1/2的核自旋能级裂分与B0的关系
• 1H核在磁场 中，由低能级E1向高能级E2跃迁， 所需能量为
△E=E2－E1= B0 －(－B0) = 2 B0
四甲基硅烷 [(CH3)4Si] TMS
TMS
CH3OCH3
TMS
低场
高场 0
化学位移
TMS的优点
1）单峰：TMS分子中有12个氢核，所有质子等同 ，只有一个吸收峰。
2）TMS的屏蔽系数几乎比所有其他物质的都大(电 子云密度大)，处在高场位置，对大多数有机化合 物氢核吸收峰不产生干扰。规定TMS氢核的 =0， 则其他化合物H核的共振频率都在左侧。
波谱分析.ppt
3 JCH 7.4Hz 2 JCH 1.0Hz
3 J CC 类似上述，但数据较小。
5、长程偶合常数与跨越空间的偶合
对于n>3的nJ偶合常数，称为长程偶合常数。一般而言， 通过键电子传递作用引起的长程偶合。常数很小 （0～3Hz)， 难以分别，但有双键或叁键, 由于π电子的非定域性，nJ数值较 大，而且它和空间结构有关。
3Ｊae =90 15Hz
H
3Ｊee =60 1.5 Hz
H
二面角只有０（顺式） 与180（反式）
H
在同一取代基的化合物总有3JHH（反）>3JHH(顺)，取代 基对3JHH均有影响。
对于芳环体系，也有类似的关系 由于π电子的传递，邻位、间位、对位氢之间均有
nJHH偶合，但邻位最大，间位次之，对位最小。
概念回顾:
化学位移：质子或其它种类的核，由于在分子中所处的化 学环境不同，而在不同的共振磁场下显示吸收蜂的现象。
§3.1 定义— 一级近似
只有δ这一效应，则NMR谱都将由一些单峰所组成。峰面 积正比于等性核的数目。
而fact ,NMR 谱随着仪器分辨率的提高，高分辨的NMR谱 也由一组组“多重峰”（multiplet）所组成。
n=1
111
n=2
12321
n=3 1 3 6 7 6 3
1
§3.2 J 偶合常数
1．旋磁比的影响 J偶合本质上是两个核磁矩通过外围电子的间接作用偶合起
来的，由于的影响，偶合常数看起来很少有规律性。
2、单键的偶合常数１JCH和JCC。 一、 １JCH
决定１JCH的主要因素有二： （一）是杂化轨道中S成分ρ；（二）是取代基的影响。
• Trifluoroacetic Acid-d1
3 J CC 类似上述，但数据较小。
5、长程偶合常数与跨越空间的偶合
对于n>3的nJ偶合常数，称为长程偶合常数。一般而言， 通过键电子传递作用引起的长程偶合。常数很小 （0～3Hz)， 难以分别，但有双键或叁键, 由于π电子的非定域性，nJ数值较 大，而且它和空间结构有关。
3Ｊae =90 15Hz
H
3Ｊee =60 1.5 Hz
H
二面角只有０（顺式） 与180（反式）
H
在同一取代基的化合物总有3JHH（反）>3JHH(顺)，取代 基对3JHH均有影响。
对于芳环体系，也有类似的关系 由于π电子的传递，邻位、间位、对位氢之间均有
nJHH偶合，但邻位最大，间位次之，对位最小。
概念回顾:
化学位移：质子或其它种类的核，由于在分子中所处的化 学环境不同，而在不同的共振磁场下显示吸收蜂的现象。
§3.1 定义— 一级近似
只有δ这一效应，则NMR谱都将由一些单峰所组成。峰面 积正比于等性核的数目。
而fact ,NMR 谱随着仪器分辨率的提高，高分辨的NMR谱 也由一组组“多重峰”（multiplet）所组成。
n=1
111
n=2
12321
n=3 1 3 6 7 6 3
1
§3.2 J 偶合常数
1．旋磁比的影响 J偶合本质上是两个核磁矩通过外围电子的间接作用偶合起
来的，由于的影响，偶合常数看起来很少有规律性。
2、单键的偶合常数１JCH和JCC。 一、 １JCH
决定１JCH的主要因素有二： （一）是杂化轨道中S成分ρ；（二）是取代基的影响。
• Trifluoroacetic Acid-d1
第八章 波谱分析_PPT幻灯片
3. 723cm-1
C—H [—(CH2)n—, n ≥ 4]平面摇摆振动 若n＜4 吸收峰将出现在734～743cm-1处
16
2.烯烃的主要吸收峰为：
特征峰
吸收峰位置/cm-1 振动形式
强度
CH CC
3000~3100 1620~1680
伸缩振动
伸缩振动
取决于双键上取代 基的数目和性质
CH
650~1000
弯曲振动
RH CC
HH ～ 910和 ～ 990RHCC
R
H
～ 890
R
H
CC
H
R
～ 970
R
R
CC
HH
～ 690
R
RR
R
CC
CC
R
HR
R
790 ～ 840 无
17
1. 3080cm-1
=C—H 伸缩振动
2. 1642cm-1
C = C 伸缩振动
3. 2860～2960cm-1
C—H 伸缩振动
4. 1465cm-1、1380cm-1
C—H（—CH3、—CH2）面内弯曲振动
5. 992cm-1、912cm-1
=C—H 弯曲振动 单取代
18
1. 3042cm-1 2. 1662cm-1 3. 2858～2950cm-1
=C—H 伸缩振动 C＝C 伸缩振动
C—H 伸缩振动
19
3.炔烃的主要吸收峰为：
特征峰 吸收峰位置/cm-1 振动形式
◆弯曲振动——成键原子在键轴上、下、左、右弯曲，键角改变 而键长基本不变。
νs 对称伸缩振动
νas 不对称伸缩振动
δs 剪切振动
《有机波谱分析》PPT课件
不对称伸缩振动(vas) 精选课件ppt (2926 cm-1)
5
(2)弯曲振动：
+
+
+ +
C
C
C
C
剪式振动(δs)
面内摇摆振动(ρ) 面外摇摆振动(ω)
扭式振动(τ)
面内
面外 弯曲振动只改变键角,不改变键长
值得注意的是：不是所有的振动都能引起红外吸收，
只有偶极矩(μ)发生变化的，才能有红外吸收。
X－H 伸缩振动吸收范围。X代表O、N、C、S， 对应醇、酚、羧酸、胺、亚胺、炔烃、烯烃、芳烃 及饱和烃类的 O－H、N－H、C－H 伸缩振动。
1. O－H 醇与酚：游离态－－3640～3610cm-1，峰形尖锐。
缔合－－精3选30课0件cpmpt -1附近，峰形宽而钝 11
羧酸：3300～2500cm-1，中心约3000cm-1,谱带宽
2 . N－H
胺类： 游离——3500～3300cm-1
缔合——吸收位置降低约100cm-1 伯胺：3500，3400cm-1，（吸收强度比羟基弱） 仲胺：3400cm-1（吸收峰比羟基要尖锐） 叔胺：无吸收
酰胺：伯酰胺：3350，3150cm-1 附近出现双峰
仲酰胺：3200cm-1 附近出现一条谱带
第三章 红外光谱
3.1 基本原理
3.1.1波长和波数
电磁波的波长（ ）、频率（ v）、能量（E）之间的关系：
精选课件ppt
1
3.1.2 近红外、中红外和远红外
波段名称 近红外 中红外 远红外
波长 μ 0.75—2.5 2.5－25
25－1000
波数（cm-1） 13300－4000 4000－400
波谱分析法ppt课件
n→*跃迁引起的。
该带的特征：吸收峰强度弱ε＜100， λmax＞260nm
*
练习
预测下列化合物产生哪些电子跃迁？ 能出现什么吸收带？
CH CH COOH
NO2
O C H C H C H C H 3 2 2
*
第一章
紫外吸收光谱法
Ultraviolet Absorption Spectroscopy（ UV）
n→*跃迁产生的吸收带发生蓝移
*
溶剂极性改变使吸收带位移的原因：一般认为是极性溶剂 对n 、 、*轨道的溶剂化作用不同引起的。 轨道的极性 顺序：n ＞ * ＞ ，轨道极性越大，受溶剂极性的影响 也越大。
n→*跃迁所需的能量最低 (max 270－300nm)
例如 饱和酮：n→*跃迁max 270-290nm附近的弱谱 带 （同时也产生→*跃迁max 180nm左右的强谱带 ） *
电子跃迁类型与分子结构及存在的基团有密切 的联系，因此，可依据分子结构预测可能产生的电 子跃迁。
例如 饱和烃 只有→* 跃迁 烯烃有 →* 、→* 跃迁 脂肪醚 →* 、n→* 跃迁 醛、酮存在 →* 、n→*、 →*、n→* 四种跃迁
第三节
影响UV的主要因素
一、分子结构的影响
二、共轭体系的影响 三、取代基的影响 四、溶剂的影响 五、pH值的影响
*
影响UV的主要因素：
1、分子内部因素：分子结构
2、外部因素：分子与分子间相互作用 或与溶剂分子之间的 作用。
*
一、分子结构的影响
1、双键位置的影响
O CH CH C CH3 CH3
O CH CH C CH3 CH3
4、质谱分析法（MS）
用于鉴别有机化合物结构的定性分析方法。
《有机波谱分析》课件
紫外-可见光谱分析
紫外-可见光谱原理
解释紫外-可见光谱的原理和 作用。
紫外-可见光谱仪的 组成和使用
详细介绍紫外-可见光谱仪的 构成和正确使用方法。
吸收峰的解析和比 较光法、内标法、 工作曲线法的应用
教授如何分析紫外-可见光谱 图中的吸收峰，并介绍比较 光法、内标法和工作曲线法 的应用。
质谱分析
《有机波谱分析》PPT课件
基本概念介绍
波谱分析的定义、有机化合物的基本特点、波长、频率和波数的关系。
红外光谱分析
1
红外光谱原理
介绍红外光谱分析的原理和应用。
红外光谱仪的组成和使用
2
详细解释红外光谱仪的组成，以及如
何正确使用。
3
光谱峰的解析和峰谷法、拔山
法的应用
教授如何分析红外光谱图中的峰和谷， 并介绍峰谷法和拔山法的应用。
1 质谱分析的原理
解释质谱分析的原理和作用。
2 质谱仪的组成和使用
详细介绍质谱仪的构成和正确使用方法。
3 质谱图的解析和母离子峰、片段离子峰的应用
教授如何分析质谱图中的母离子峰和片段离子峰，并介绍它们的应用。
多元分析
多光谱分析的原理
介绍多光谱分析的原理和它在 有机波谱分析中的应用。
主成分分析和聚类分析 的应用
说明主成分分析和聚类分析如 何应用于有机波谱分析中。
多元分析在有机波谱分 析中的实践
详细说明多元分析是如何在有 机波谱分析中得到实际应用的。
结论
1 有机波谱分析的应用前景
展望有2 knowledge check: 选择题
提供一些选择题，用于检验听众对于有机波谱分析的理解。
有机化学课件-波谱分析
995～985,915～905(单 取代烯) 980～960(反式二取代烯) 690(顺式二取代烯) 910～890(同碳二取代烯) 840～790(三取代烯)
C H 面外 弯曲振动
660～630(末端炔烃)
烷烃：C—H伸缩振动 2940 cm-1和 2860 cm-1，C—H 面内
弯曲1460（不对称）和1380 cm-1 (对称)， -(CH2)n- (n>=4)一般在 720 cm-1处有特征峰（弱）
第八章 有机化合物的波谱分析
1.分子吸收光谱和分子结构 2.红外吸收光谱 3.核磁共振谱
第八章
1.紫外光谱（UV） 2.红外光谱（IR）
有机化合物的波谱分析
3.核磁共振谱（NMR ） 4.质谱（MS）
有机化学中应用最广泛的四大波谱：
一、分子的吸收光谱和分子结构 E= hν= hc/λ ν= c/λ 1/λ=σ E 代表光子的能量，单位为J； h planck 常数 6.63x10-34J•S
TMS：四甲基硅烷
低场
屏蔽效应大，共振信号在高场，
CH3
吸收峰为单峰，化学惰性。
TMS 化学位移定为0 ppm 高场
10
9
8பைடு நூலகம்
7
6
5
4
3
2
1
零 点
-1
-2
-3
TMS
三、核磁共振谱
3. 影响化学位移的因素
(1). 电负性的影响 电负性较大的吸电子基团，使与之相连的碳上的质子周围 电子云密度降低，屏蔽作用弱，共振信号→低场（位移增大）
1
0
一张NMR谱图,通常可以给出四种重要的结构信息：化学位 移、自旋裂分、偶合常数和峰面积（积分线） 峰面积大小与质子数成正比，可由阶梯式积分曲线高度求出。