波谱法
波谱分析简介
➢ 紫外吸收光谱 分子中最外层价电子在不同能级轨道上
跃迁而产生的，反映了分子中价电子跃迁时的能量变化与化 合物所含发色基团之间的关系。
-胡罗卜素 咖啡因
几种有机化合的 分子吸收光谱图。
阿斯匹林
丙酮
T(%)
➢ 红外吸收光谱 分子振－转光谱，由分子的振动－转动能 级间的跃迁而产生的。鉴别分子中所含有的特征官能团和化学 建的类型，进而确定化合物分子的化学结构。
红外光谱
转动、自旋跃迁 微波谱、顺磁共振
核自旋跃迁
核磁共振
三、分子不饱和度的计算
在已知分子式的情况下，结构解析的优先步骤之一是求出 不饱和度。
U＝1+ n4 + 1/2(n3-n1 )
n4 、 n3、n1 －分别为4价、 3价、1价原子的个数。
稠环芳烃不饱和度： 例：
U＝4r-s
r－稠环芳烃的环数 s－共用边数
r＝3 s ＝2 U＝4×3－2＝10
C6H6 C2H5NO2
U＝1+6 + 1/2(0-6 ) = 4 U＝1+2 + 1/2(1-5 ) = 1
四、波谱实验样品的准备
波谱测定前需根据样品的来源、性质、纯度、杂质组分不 同以及不同波谱测定目的作样品的准备工作。
1.样品量
（1）首先取决于检测灵敏度。即不同波谱对样品需要的量不 同。MS（10-12g)、 UV(10-6g）、IR、NMR(几毫克）
苯酚的红外光谱
➢ 核磁共振波谱 分子具有核磁矩的原子核1H、13C（或 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，由低能级跃迁到高能级，并产 生核磁共振信号。
核磁共振波谱法优缺点
核磁共振波谱法优缺点
核磁共振（NMR）波谱法是一种用于科学研究和分析的技术。
它能够测定物质中各化学物质的含量和它们之间的相互作用。
NMR波谱能够提供关于物质的细节结构信息，而且精度很高。
NMR波谱法的优点在于它提供了快速、准确、不受样品量限制的分析结果，可以用于检测复杂的物质。
它的分析速度快，结果准确，还具有诊断特征，可以检测有毒化学物质。
NMR波谱被认为是分析复杂样品中有机物含量最有效、最简便的方法。
然而，核磁共振波谱法也有一些缺点。
其一是该技术需要大量的昂贵的设备和配件，有时通常也需要复杂的操作，才能获得准确的结果。
此外，NMR波谱法需要大量的时间来完成分析，这可能会对临床实验造成压力，而且要求特定温度和压强，以确保测量结果准确无误。
总之，核磁共振波谱法被认为是目前最有效的物质分析技术。
它能提供准确的结果，检测有毒化学物质，并可以用于分析复杂样品中有机物含量。
但它也存在一些缺点，例如过于昂贵的设备和配件、复杂的操作，以及需要相对较长的时间来完成分析的过程。
因此，虽然NMR波谱法能够提供准确的结果，但它应该在正确的条件下正确使用，以获得最佳的结果。
核磁共振波谱法 目的与要求
核磁共振波谱法目的与要求
核磁共振波谱法（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy）
是一种用于研究物质的分子结构和化学性质的分析技术。
它利用物质中原子核的磁共振现象来获取关于分子中原子核的信息。
该技术广泛应用于有机化学、药物化学、生物化学等领域。
核磁共振波谱法的目的是通过测定样品的核磁共振谱图，获得关于样品中原子核种类、相对数量、结构以及它们之间的化学环境等信息。
核磁共振波谱法的要求包括：
1. 样品纯度：被测样品的纯度对核磁共振波谱的分析结果有很大影响。
样品应尽量纯净，确保不会受到其他杂质的干扰。
2. 溶剂选择：通过溶解样品以提高其溶解度，并且在选择溶剂时要考虑溶剂的磁性，以避免对谱图的解释造成误导。
3. 参数设置：通过调整核磁共振实验中的参数，如脉冲序列、扫描时间等，可以优化信号强度和分辨率，从而得到更准确的谱图。
4. 仪器校准：核磁共振仪器的校准对于获得准确的波位和能量单位是非常重要的。
仪器应定期进行校准，以确保结果的精确性和可靠性。
5. 数据分析：对获得的核磁共振波谱进行仔细的数据处理和分析，包括峰识别、积分、峰面积比较等，以获得关于样品结构和化学环境的详细信息。
总之，核磁共振波谱法的目的是通过测定并分析核磁共振谱图，
获取样品中原子核的相关信息，并且在样品制备、参数设置、仪器校准和数据分析等方面要求细致和准确。
12 核磁共振波谱法
概论
NMR是结构分析的重要工具之一，在化 学、生物、医学、临床等研究工作中得 到了广泛的应用。 分析测定时，样品不会受到破坏，属于 无破损分析方法
12.1核磁共振基本原理
12.1.1 原子核的自旋和磁矩
原子核具有质量并带正 电荷，大多数核有自旋现象， 在自旋时产生磁矩，磁矩的 方向可用右手定则确定，核 磁矩和核自旋角动量P都是 矢量，方向相互平行，且磁 矩随角动量的增加成正比地 增加 =P
第12章 核磁共振波谱法
概论
将磁性原子核放入强磁场后，用适宜频率的 电磁波照射，它们会吸收能量，发生原子核能级 跃迁，同时产生核磁共振信号，得到核磁共振
利用核磁共振光谱进行结构测定，定性与定 量分析的方法称为核磁共振波谱法。简称 NMR
在有机化合物中，经常研究的是1H和13C的共
振吸收谱，重点介绍H核共振的原理及应用
12.2.2 化学位移的定义
2μ B h
hν 2 B0 1 σ ） B μ （ 0 2 (1 σ ) μ h
B0 1 σ ） （ 2
B 把B B0 (1 ）代入得 2
2ν B0 (1 σ )
由于氢核具有不同的屏蔽常数σ，引起外磁场或 共振频率的移动，这种现象称为化学位移。固定 照射频率, σ大的原子出现在高磁场处, σ小的原子 出现在低磁场处
概论 与紫外、红外比较
共同点都是吸收光谱 紫外-可见 红外 核磁共振
吸收 能量
无线电波 紫外可见 1~100m波长 红外光 光 最长，能量最 780nm~10 小,不能发生 200~780n 00m 电子振动转动 m 能级跃迁 电子能级 跃迁 振动能级 自旋原子核发 跃迁 生能级跃迁
核磁共振波谱法基本原理
核磁共振波谱法基本原理核磁共振波谱法（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy）是一种利用核磁共振现象进行分析的方法。
核磁共振是基于原子核的特定性质，在外加磁场作用下，原子核能够吸收具有特定频率的电磁波并发生共振现象的现象。
该方法通过检测不同原子核的共振信号来获取样品的结构和组成信息。
核磁共振波谱法基于原子核中的自旋（Spin）性质。
自旋是描述原子核内部的一种性质，可以与外加磁场相互作用。
在没有外加磁场作用下，原子核的自旋朝向是随机的。
然而，当样品置于强磁场中时，原子核的自旋会排列在不同能级上。
这些能级之间存在能量差，当这些能级之间的能量差等于外加电磁波的能量时，原子核就会发生共振吸收。
核磁共振波谱仪的基本构造包括磁场系统、射频系统、探测系统和计算机系统。
磁场系统用来产生强磁场，常见强磁场有永磁磁体、超导磁体等。
射频系统则用来产生特定频率的电磁波，以激发样品中的原子核共振吸收。
探测系统用来接收样品发出的信号，并将其转化为电信号，进一步处理和分析。
计算机系统则用来进行数据处理和结果分析。
在进行核磁共振波谱实验时，首先将样品放置于磁场中，样品中的原子核会受到磁场的作用，并分裂为不同能级。
接下来，通过调节射频系统产生特定频率的电磁波，激发样品中的原子核发生共振吸收。
这时，探测系统会接收样品发出的共振信号，并将其转化为电信号。
最后，计算机系统会对接收到的信号进行数学处理，生成核磁共振波谱图。
核磁共振波谱图是核磁共振波谱法的主要结果，可以提供关于样品的结构和组成的信息。
波谱图中的共振信号对应于不同原子核的吸收峰，其化学位移（Chemical Shift）可以帮助确定样品中的不同官能团或基团。
同时，共振信号的相对积分面积可以提供定量分析所需的信息。
总体而言，核磁共振波谱法通过利用原子核在磁场中的共振吸收现象，能够提供丰富的结构和组成信息。
它在有机化学、无机化学、生物化学等领域有着广泛的应用，成为了一种重要的分析手段。
波谱分析_精品文档
波谱分析现代波谱分析现代波谱分析摘要：1、引言早在19世纪50年代，人们就开始应用目视比色法。
19世纪末就已经开始了红外和紫外光谱测定，进入20世纪，随着科学技术的发展，仪器性能大大提高，实验方法不断改进和革新，特别是计算机的应用，使波谱法得到了突飞猛进的发展。
近年来，新应用以及新方法不断涌现。
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，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。
由于波谱分析法具有快速、灵敏、准确、重现性好等优点，使其应用范围广泛，涉及到化学、化工、材料科学、医学、生命科学、环保、食品安全等领域。
2、波谱分析进展从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、一起设备以及应用上都在突飞猛进。
2、1、四谱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。
2、1、1、紫外-可见光谱现代波谱分析20世纪30年代，光电效应应用于光强度的控制产生第一台分光光度计并由于单色器材料的改进，是这种古老的分析方法由可见光区扩展到紫外光区和红外光区。
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。
核磁共振波谱法
核磁共振波谱法核磁共振（NMR）波谱是一种基于特定原子核在外磁场中吸收了与其裂分能级间能量差相对应的射频场能量而产生共振现象的分析方法。
核磁共振波谱通过化学位移值、谱峰多重性、偶合常数值、谱峰相对强度和在各种二维谱及多维谱中呈现的相关峰，提供分子中原子的连接方式、空间的相对取向等定性的结构信息。
核磁共振定量分析以结构分析为基础，在进行定量分析之前，首先对化合物的分子结构进行鉴定，再利用分子特定基团的质子数与相应谱峰的峰面积之间的关系进行定量测定。
带正电荷的原子核在作自旋运动时，可产生磁场和角动量，其磁性用核磁矩µ表示，角动量P的大小与自旋量子数I有关（核的质量数为奇数，I为半整数；核的质量数为偶数，I为整数或0），其空间取向是量子化的；µ也是一个矢量，方向与P的方向重合，空间取向也是量子化的，取决于磁量子数m的取值（m=I, I-1,……-I，共有2I+1个数值）。
对于1H、13C 等 I =1/2 的核，只有两种取向，对应于两个不同的能量状态，粒子通过吸收或发射相应的能量在两个能级间跃迁。
当自旋量子数I≠0的磁核处于一个均匀的外磁场H0中时，磁核因受到磁场的作用力而围绕着外磁场方向作旋转运动，同时仍然保持本身的自旋。
这种运动方式称为拉摩进动。
原子核的进动频率由下式决定：其中γ为旋磁比，是原子核的基本属性之一。
不同原子核的γ值不同，其值越大，核的磁性越强，在核磁共振中越容易被检测。
如果提供一个射频场，其ν满足：其中h为普朗克常数，则：即射频场的频率正好等于在磁场H0中的核进动频率，那么核就能吸收这一射频场的能量，导致在两个能级间跃迁，产生核磁共振现象。
核磁共振波谱是一专属性较好但灵敏度较低的分析技术。
低灵敏度的主要原因是基态和激发态的能量差非常小，通常每十万个粒子中两个能级间只差几个粒子（当外磁场强度约为2 T时）。
核磁共振波谱仪常见的有两类核磁共振波谱仪：经典的连续波（CW）波谱仪和现代的脉冲傅里叶变换（PFT）波谱仪，目前使用的绝大多数为后者。
波谱法及其应用
光谱类型 X射线谱 电子光谱
电子光谱 电子光谱 红外光谱 微波谱、顺磁共振 核磁共振
1.3 分子不饱和度的计算 分子不饱和度即分子中不饱和的程度。
分子的不饱和度计算如下： U=l十n4十(n3-n1)/2 式中n4、n3、n1分别为4价、3价、1价原子的个数。
不饱和度的规定如下： （a）双键(C=C、C=O、C=N)的不饱和度为1。 （b）硝基的不饱和度为1。 （c）饱和环的不饱和度为1。 （d）三键(C≡C,C≡N)的不饱和度为2。 （e）苯环的不饱和度为4。
RL 在非旋光介质中
L R
在旋光介质中
椭圆偏振光
自然光：在沿着同一传播方向上有许多偏振光的集 合，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
分子内的运动有:平动、转动、原子间的相对振动、电 子跃迁、核的自旋跃迁等形式。
1.2 电磁波与波谱 1.2.1 电磁波的性质
从量子观点看，光是由一个个光子组成。每个光子具有 能量：光同时具有波动性和微粒性。
E=hυ=hc/λ=hc υ
h为普朗常数，C为光速， υ为频率， υ 为波数（单位可用cm-1，波数-每cm波中波的个数）。
光的波长越短，波数和频率越大，能量越高。
从波动观点看，光是电磁波。电磁波具有 两个相同位相、互相垂直、又垂直于传播方向 的振动矢量，即电场强度(又叫电矢量和光矢量) 和磁场强度(磁矢量)。
波谱法包括的范围很广。
四谱：红外光谱、紫外与可见光谱、核磁 共振和质谱。
拉曼光谱、荧光光谱、旋光光谱和园二色 光谱、顺磁共振谱都是属于波谱法范畴。
在十九世纪五十年代，开始应用目视比色法。不久 发现了Beer定律。十九世纪末开始了红外和紫外光谱测 定。二十世纪，科学技术发展，仪器性能大大提高，实 验方法不断改进和革新。特别是计算机的应用，使波谱 法得到了突飞猛进的发展。
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波谱法：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
生色基：是指分子中某一基团或体系，能在一定的波段范围内产生吸收而出现谱带，这一基团或体系即为生色基
红移和蓝移：由于存在取代基作用或溶剂效应生色基的吸收峰向长波移动称为红移；相反，向短波方向移动称为蓝移
R带：R带为n—π﹡跃迁引起的吸收带，产生该吸收带的发色团是分子中的p—π共轭体系。
R带的特征是强度弱，Ɛ<100,吸收峰一般在270纳米以上
K带：k带是有π—π﹡跃迁引起的吸收带，产生该吸收带的发色基团是分子中的共轭系统而孤立的不饱和键的π—π﹡吸收带一般在真空紫外区难以看到。
K带的特点是吸收峰强Ɛ》1000
分子结构对基团吸收带位置的影响
1、诱导效应
2、共轭效应
3、偶极场效应
4、张力效应
5、氢键的影响
6、位阻效应
7、偶合效应
8、互变异构的影响
自旋—晶格弛豫：核（自旋体系）与环境（又称晶格）进行能量交换，高能级的核把能量以热运动的形式传递出去这个弛豫过程需要时间其半衰期用T1表示，T1越小表示弛豫过程效率越高
化学位移;不同的质子，由于在分子中所处的化学环境不同，因此在不同的磁场强度下共振的现象称为化学位移
影响化学位移的因素
1、诱导效应
2、共轭效应
3、各向异性效应
4、范德华效应
2、5、氢键的效应6、溶剂效应7、位移试剂的影响8、温度的影响
化学等价：有相同化学位移值的核是化学等价的
磁等价：若分子中化学等价的核对任何其他一个原子核都有相同的耦合作用，则这些化学位移等价的核称为磁等价
磁等价一定化学等价化学等价不一定磁等价
各向异性效应：化学键尤其是π键将产生一个小磁场，并通过空间作用影响临近的氢核。
其特征是有方向性，其作用的大小及正负是距离与方向的函数，所以称为各向异性效应
屏蔽效应：有些区域的小磁场方向和外加磁场方向相反，消弱了外加磁场，受影响的氢核的共振移向高场Ɛ值减小是屏蔽效应
单键的各向异性
氮规律：分子离子的质量奇偶性受氮规律的支配；分子中只含有C H O S和卤素等元素时，相对分子质量M为偶数；若分子中除上述元素外还含有N时相对分子质量M为奇数；含偶数N 时相对分子质量M为偶数
消除重排：消除重排的特点是随着基团的跃迁同时消除小分子或自由基碎片，反应与氢重排相似，只是跃迁的不是氢而是一种基团，所以也称为非氢重排
核磁共振的条件：核有自旋有外自旋能产生能级分裂照射频率与外磁场的比值满足ν/h=γ/2π。