红外光谱、拉曼和紫外作业
生物分子的光谱学分析
生物分子的光谱学分析光谱学是一门研究物质在电磁波谱区吸收、发射、散射等现象的学科。
在生物科学领域，光谱学是一项重要的手段，可以帮助研究者了解生物分子的结构和功能。
本文将介绍几种常见的生物分子光谱学分析方法，包括红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱和紫外光谱。
一、红外光谱红外光谱是研究物质分子振动和转动的光谱学方法。
红外光谱图能够反映出不同波数下样品分子中的振动和转动状态，从而确定分子结构和化学键的类型。
在生物分子研究中，红外光谱技术广泛应用于蛋白质、核酸、多糖和其他生物分子的研究。
通过红外光谱，可以确定生物分子的结构、构象和组成。
例如，红外光谱可用来确定蛋白质的二级结构，通过测量蛋白质的频率区域来捕捉螺旋、折叠和延伸构象所产生的光谱特征。
同时，红外光谱还可以用来检测分子内的氢键以及某些氨基酸的含量。
这些信息对于了解蛋白质的折叠、稳定性和功能至关重要。
二、拉曼光谱拉曼光谱是一种反映物质分子振动和转动信息的非破坏性光谱学方法。
拉曼光谱通过测量样品与激光光束相互作用的散射光谱来研究样品的分子结构与化学键的类型。
与红外光谱不同，拉曼光谱使用可见或近红外激光与样品相互作用，故有更好的空间分辨率和更小的选型效应。
在生物分子研究中，拉曼光谱可用来确定蛋白质、核酸和多糖的三维结构、二级结构及其组成成分。
最近，拉曼光谱已成为生物分子高效直观的表征方法之一。
拉曼光谱可以消除流的影响，即对生物分子进行研究时分子固定位置不变时的分子振动行为，这与其他方法不同。
此外，由于可见和近红外光是拉曼光谱的激发源，所以样品的浓度不影响其结果，这使得拉曼光谱成为一种理想的组成分析技术。
三、荧光光谱荧光光谱是生物分子的激发发射光谱，指的是在样品受到辐射时，样品吸收光能量并排放出发光，常被用于研究DNA、RNA、蛋白质和细胞等生物大分子的结构、功能和活性。
荧光光谱是一种比较灵敏的分析技术，荧光分子对光的响应很敏锐。
在荧光光谱中，荧光发生最强的波长，也就是荧光峰的位置和强度是研究者需要关注的重点。
现代分析化学 红外 拉曼光谱作业
3.分子的每一种振动自由度是否都能产生一个红外吸收峰并说明原因。
答:不是分子的振动必须伴随偶极矩的变化，即分子振动过程中能引起偶极矩的变化，只有红外活性振动才能产生红外光谱。有些分子可能具有对称伸缩振动（不具有红外活性）而不出现红外吸收峰。
824是苯环上两个氢相邻的面外变形振动 证明苯环是对位二取代
综上所述可以确定其结构为：
8.化合物C6H12，根据如下IR谱图确定结构，并说明依据。
答：该化合物分子式为C6H12，计算其不饱和度为U=1-12/2+6=1；
3079为不饱和碳氢伸缩振动 说明结构中有C=C-H
2960为饱和碳氢伸缩振动 说明结么影响?选择溶剂时应考虑哪些因素?
答： 极性溶剂致使n→π*跃迁发生兰位移。溶剂的极性越大这种兰位移的幅度也就越大。 极性溶剂致使π→π*跃迁K带发生红移。选择溶剂时应考虑溶剂本身的透明范围、溶剂对溶质的惰性、溶剂对溶质要有良好的溶解性。
5.紫外分光光度计主要由哪几部分所组成?
综上可以判断分子结构为：
12.指出下列异构体所对映的紫外光谱数据：
λmax：235 εmax：12000（A）； ＞220nm无强吸收（B）
13.从本质上阐述红外吸收光谱法比紫外吸收光谱法更有利于有机化合物的定性分析的原因.
答：与紫外-可见吸收光谱不同，产生红外光谱的红外光的波长要长得多，因此光子能量低。物质分子吸收红外光后，只能引起振动和转动能级跃迁，不会引起电子能级跃迁。在有机物中存在大量的相似结构，用紫外定性分析，难度很大，而红外分析更容易确定有机物结构和官能团类型。
3.3 紫外、红外吸收和拉曼散射光谱分析
标识 1 2 3 4 5
ppm 21.41 125.38 128.28 129.09 137.83
强度 209 517 1000 910 214
-----苯 -----甲苯 -----二甲苯
标识 1 2 3
ppm 20.90 128.97 134.66
强度 229 1000 239
红外线灯
红外光谱图解析
利用本地计算机谱库检索 利用大型的红外图集检索（Sadtler） 红外识谱歌（不要求背诵）
布鲁克公司 OPUS 6.5中文版红外光谱工作站的基本操作
开机：打开计算机电源、主机电源，检查
主机面板上status指示灯应该黄灯亮。启
动Windows XP，双击OPUS快捷键，输入
密码后登录，点击OK进入工作站主界面。
测定：首先扫描空白背景；然后扫描样品，即
可得到样品的红外光谱图。基线校正，平滑， 标峰，快速打印谱图。定性时可以检索谱库。 也可以将满意的已知详细信息的化合物添加的 到谱库中。
点击高级数据采集
3.3.3 激光拉曼散射光谱法
Laser Raman spectroscopy,LRS
强度 403 1000 473 423 547
-----间二甲苯
紫外光谱图简单解析
丁省 蒽 萘 菲
苯
多核芳烃的紫外吸收
定性分析-有限的辅助方法
max：化合物特性参数，可作为定性依据；
有机化合物紫外吸收光谱：反映结构中生色团和助色 团的特性；
结构确定的辅助手段；
max ， max都相同，可能是同一个化合物；
3.3 紫外、红外吸收 和拉曼散射光谱分析
2011-03
第2-4章 红外光谱、拉曼光谱与紫外光谱
纵坐标
吸光和透光的强度一般用吸光率A％和透光率T％来表示， 二者关系为：
•A％＋T％＝1
7
2.1.4 聚合物的光谱分析
• 当电磁辐射与聚合物相互作用时，若聚合物吸收电磁辐射能
产生量子共振，就能获得聚合物光谱。
• 可用来研究聚合物的单体、均聚物及共聚物的化学组成以及 链结构、聚集态结构、高聚物的反应和变化过程。 相邻基团相互影响不大，谱图与其重复单 元的小分子谱图类似。 相邻基团之间有特殊的影响，光谱所获得 是整个大分子(或晶格)的信息，与重复结构 单元的小分子谱图有明显的区别。
运动能级跃迁；
•分子可选择性地吸收电
磁波使分子内能提高。
电磁波波长越短，频率越快，能量越高。
X£ É Ï ä ß
200nm
Ï à °É û à ×Í ¼ ¿ ¼ ¹
400nm 800nm
ì à à º Í ¹
2.5mm 25mm
Þ ß ç ¨ Î Ï µ ²
600MHz 60MHz
l ¢ ¨¢ Î ² ¡ ç Ó ¨ µ Ê ²
体分为 π-π 共轭、 p-π 共轭和超共轭效应 三类 。
• 酯基中与羰基（C=O）C相连的烷氧基同时具有给电子的 诱导效应和吸电子的的共轭效应，但诱导效应更强些，所
以整体上呈现给电子效应。
25
b 共轭效应
由于共轭作用形成了大π键， 使C＝C－C＝O的键长平均化， 羰基碳原子上正电荷减少，C＝O 的双键性减小，键的力常数变小。 于是C＝O的频率降低为1695cm-1。 c 空间效应
吸收光谱(如红外、紫外吸收光谱)
光谱分析法
发射光谱(如荧光光谱) 散射光谱(如拉曼光谱)
2
分子运动
电子绕原子核运动 原子核的振动 原子核的转动
拉曼光谱与红外光谱的区别
拉曼光谱和红外光谱是两种常用的光谱分析技术，它们在分子结构和化学成分分析方面有 一些区别。
1. 原理：拉曼光谱是通过测量样品散射光的频移来分析样品的分子振动和转动模式。而红 外光谱是通过测量样品吸收红外光的频率来分析样品的分子振动模式。
2. 能量变化：拉曼光谱是非弹性散射，测量的是光子与分子相互作用后的能量变化。红外 光谱是通过分子吸收红外光的能量来分析分子的振动模式。
拉曼光谱与红外光谱的区别
3. 可测量的范围：拉曼光谱可以测量分子的振动和转动模式，包括低频和高频振动。红外 光谱主要用于测量分子的振动模式，包括伸缩振动和弯曲振动。
4. 样品要求：拉曼光谱对样品的要求相对较松，可以测量固体、液体和气态。
5. 信息获取：拉曼光谱提供了关于分子的化学键和结构的信息，能够检测非常细微的结构 变化。红外光谱提供了关于分子的官能团和官能团之间的化学键的信息，能够确定化合物的 功能团。
拉曼光谱与红外光谱的区别
总的来说，拉曼光谱和红外光谱是两种互补的光谱技术，可以提供不同层面的分子结构和 化学成分信息。选择使用哪种技术取决于所需的分析目的和样品特性。
拉曼光谱跟红外光谱的区别
拉曼光谱跟红外光谱的区别
拉曼光谱和红外光谱是两种不同的光谱技术，有以下几个主要区别：
1. 基本原理：红外光谱是通过测量分子吸收红外光的能量来分析样品的功能团信息，而拉曼光谱则是通过测量样品中分子振动引起的光散射来分析样品的化学结构。
2. 分析范围：红外光谱通常适用于分析样品中的官能团、化学键类型和某些结构特征，而拉曼光谱则可以提供更详细和全面的关于样品分子振动模式和化学结构信息。
3. 样品要求：红外光谱需要样品具有一定的吸收能力，因此大多数有机化合物和无机物都可以进行红外光谱测试。
而拉曼光谱对样品的要求相对较低，可以测试几乎所有类型的样品，包括固体、液体和气体。
4. 干扰因素：红外光谱对水分和二氧化碳有较强的吸收能力，因此在测试液体或气体样品时需要特别注意这些干扰因素。
而拉曼光谱对水和二氧化碳的干扰较小。
5. 仪器配置：红外光谱需要使用红外光源和红外检测器，且样品通常需要准备成KBr片或涂布在红外透明基板上。
而拉曼光谱则需要使用激光光源和拉曼散射检测器。
总的来说，虽然红外光谱和拉曼光谱都可以用于化学分析，但它们的原理、应用范围和仪器配置等方面有着一定的区别。
在
实际应用中，选择使用哪种光谱技术取决于需要分析的样品类型和所关注的分析信息。
光谱分析技术及应用
光谱分析技术及应用光谱分析技术是一种通过研究物质的光谱特征来分析、识别和测量物质成分的重要手段。
光谱分析技术广泛应用于物质科学、材料科学、生命科学、环境科学等领域，并在许多实际应用中取得了重要成果。
本文将介绍几种常见的光谱分析技术及其应用。
一、紫外可见吸收光谱技术（UV-Vis）紫外可见光谱技术是一种基于物质对紫外可见光吸收的特征来分析物质的方法。
该技术可用于分析物质的结构、测量物质的浓度，并广泛应用于药物分析、环境监测、食品安全等领域。
例如，在药物分析中，紫外可见光谱可用于分析药物的纯度、活性成分的含量以及药物的降解程度；在环境监测中，通过测量水中有机物的紫外吸收谱，可以快速准确地评估水质的污染程度。
二、红外光谱技术（IR）红外光谱技术是一种通过物质对红外光吸收和散射的特性来识别和分析物质的方法。
红外光谱技术广泛应用于有机物和无机物的结构分析、化学反应机理研究、生物医药等领域。
在有机物的结构分析方面，红外光谱技术可以通过分析有机物中特定基团的红外吸收峰，来确定有机物的结构和化学键类型；在药物研发中，红外光谱技术可用于快速鉴别和定量分析药物成分。
三、拉曼光谱技术（Raman）拉曼光谱技术是一种通过测量物质散射光中弱的拉曼散射来分析物质的方法。
与红外光谱相比，拉曼光谱技术不需要特殊的处理样品，可以直接对样品进行测量。
因此，拉曼光谱技术广泛应用于材料科学、生命科学、环境科学等领域。
例如，在材料科学中，拉曼光谱技术可用于表征材料的晶格结构、物质的化学组成和分子振动模式；在生命科学中，拉曼光谱技术可用于分析和识别生物体内的成分、了解细胞生理和病理变化。
四、质谱技术（MS）质谱技术是一种通过测量和分析物质在质谱仪中产生的离子谱图来确定物质组成和结构的方法。
质谱技术广泛应用于有机质分析、环境科学、食品安全等领域。
在有机质分析中，质谱技术可用于定性鉴别未知有机化合物的结构和成分；在环境科学中，质谱技术可用于分析大气中的有机物、水中的有机污染物等；在食品安全中，质谱技术可用于检测食品中的农药残留、添加剂以及其他有害物质。
光谱作业指导书
光谱作业指导书一、引言光谱是研究物质结构和性质的重要手段之一。
本指导书旨在匡助学生了解光谱的基本原理和常见的光谱分析方法，以及如何正确进行光谱实验操作。
通过本指导书的学习，学生将能够掌握光谱分析的基本知识和技能，提高实验操作的准确性和实验结果的可靠性。
二、光谱基本原理1. 光谱的定义：光谱是将光按照波长或者频率进行分解和显示的结果。
2. 光的组成：光是由不同波长或者频率的电磁波组成的，包括可见光、红外线和紫外线等。
3. 光谱的分类：根据波长范围的不同，光谱可分为可见光谱、红外光谱和紫外光谱等。
4. 光谱的分析：通过测量光谱的特征，可以获取物质的结构和性质信息，如吸收光谱、发射光谱和拉曼光谱等。
三、光谱分析方法1. 紫外-可见吸收光谱：该方法通过测量物质对紫外或者可见光的吸收情况，分析物质的化学组成和浓度。
2. 红外光谱：红外光谱可以用来研究物质的份子结构和化学键的类型，通过测量物质对红外光的吸收情况得到信息。
3. 质谱：质谱是通过对物质进行离子化和质量分析，得到物质的份子结构和相对份子质量等信息。
4. 核磁共振光谱：核磁共振光谱可以用来研究物质的份子结构、化学键的类型和环境等信息。
5. 拉曼光谱：拉曼光谱可以用来研究物质的份子振动模式和结构信息。
四、光谱实验操作指南1. 仪器准备：根据实验需要选择合适的光谱仪器，如紫外可见分光光度计、红外光谱仪等，并确保仪器处于良好的工作状态。
2. 样品制备：根据实验要求准备样品，如溶液、固体样品或者气体样品等。
注意样品的纯度和浓度要求。
3. 光谱测量：按照仪器操作手册的指导，进行光谱测量。
注意调节仪器参数，如光路长度、波长范围、积分时间等，以获得准确的光谱数据。
4. 数据处理：根据实验目的，对测得的光谱数据进行处理和分析，如峰位的测量、峰面积的计算等。
可以使用专业的光谱分析软件进行数据处理。
5. 结果分析：根据光谱数据的特征，分析样品的结构和性质信息。
可以与已知的标准光谱进行比对，进行定性和定量分析。
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1.比较C=C和C=O键的伸缩振动，谱带强度更大的是C=O。
2.何谓基团频率?它有什么重要性及用途?
答：
不同分子中同一类型的化学基团，在红外光谱中的吸收频率总是出现在一个较窄的范围内，这种吸收谱带的频率称为基团频率。
它们不随分子构型的变化而出现较大的改变，可用作鉴别化学基团。
基团频率区在4000~1300厘米-1，其中4000~2500厘米-1为单键伸缩振动区，2500~1900厘米-1为叁键和累积双键区，1900~1300厘米-1为双键伸缩振动区和单键弯曲振动区。
3.某化合物C8H9NO2，试根据如下谱图推断其结构，并说明依据。
答：U=8-（1-9）/2 + 1 =5，推断有苯环和C=C或C=O
δ=3.8，单峰，归属CH3，推测为O-CH3
δ=7.1,7.8，均是双峰，归属Ar-H，是苯环对位取代特征峰
δ=7.2，双峰，推测可能为-NH2
3392cm-1,3172cm-1，N-H伸缩振动，双峰说明可能是-NH2
1651cm-1，N-H变形振动
1618cm-1,1574cm-1，1516cm-1，1423cm-1，芳环C=C伸缩振动
1397cm-1，甲基变形振动
1254cm-1，C-O-C伸缩振动吸收峰
853cm-1，苯环相邻两个H原子=C-H的面外变形振动，苯环对位取代的特征
故推测结构为
4.紫外吸收光谱有哪些基本特征?
答：
（1）紫外吸收光谱所对应的电磁波长较短，能量大，它反映了分子中价电子能级跃迁情况。
主要应用于共轭体系（共轭烯烃和不饱和羰基化合物）及芳香族化合物的分析。
（2）由于电子能级改变的同时，往往伴随有振动能级的跃迁，所以电子光谱图比较简单，但峰形较宽。
一般来说，利用紫外吸收光谱进行定性分析信号较少。
（3）紫外吸收光谱常用于共轭体系的定量分析，灵敏度高，检出限低。
5.光度分析误差的主要来源有哪些?如何降低光度分析的误差?
1对朗伯-比尔定律的偏离：
（1）非单色光引起的偏离。
◎使用比较好的单色器，从而获得纯度较高的“单色光”，使标准曲线有较宽的线性范围。
◎人射光波长选择在被测物质的最大吸收处，保证测定有较高的灵敏度，此处的吸收曲线较为平坦，在此最大吸收波长附近各波长的光的?值大体相等，由于非单色光引起的偏离要比在其他波长处小得多。
◎测定时应选择适当的浓度范围，使吸光度读数在标准曲线的线性范围内。
（2）介质不均匀引起的偏离。
故在光度法中应避免溶液产生胶体
或混浊。
（3）由于溶液本身的化学反应引起的偏离。
在分析测定中，要控制溶液的条件，使被测组分以一种形式存在，以克服化学因素所引起的对朗伯－比尔定律的偏离。
2吸光度测量的误差： 在吸光光度分析中，仪器测量不准确也是误差的主要来源。
任何光度计都有一定的测量误差。
这些误差可能来源于光源不稳定，实验条件偶然变动，读数不准确等。
在光度计中，透射比的标尺刻度均匀。
吸光度标尺刻度不均匀。
对于同一仪器，读数的波动对透射比为一定值；而对吸光度读数波动则不再为定值。
吸光度越大，读数波动所引起的吸光度误差也越大。
透射比很小或很大时，浓度测量误差都较大。
即光度测量最好选吸光度读数在刻度尺的中间而不落两端。
待测溶液的透射比T在5%~65%之间，或使吸光度 A 在0.2~0.8之间，才能保证测量的相对误差较小。
当 A =0.434( 或透射比 T =36.8%) 时，测量的相对误差最小。
6.某化合物C9H10，试根据如下谱图推断其结构，并说明依据。
答:不饱和度U=9-5+1=4，可能有苯环和C=C
3087cm-1，=C-H伸缩振动
3007 cm-1，2922 cm-1，Ar-H，C-H伸缩振动
1629 cm-1，1609 cm-1，1571 cm-1，1513 cm-1，进一步推测有苯环 1378 cm-1，甲基的对称变形特征峰
990 cm-1，904 cm-1，=C-H面外变形振动特征峰
824 cm-1，对苯特征峰
故推测结构为
7.化合物C7 H14，根据如下红外光谱图回答问题。
（1）指出该化合物的类型；
（2）归属各谱峰，并说明该谱峰反映的结构特征；
（3）指出该化合物的结构特征。
答：不饱和度U=7-14/2+1=1
（1） (CH)＜3000，故无 (C=C)，为满足U=1 ，只能是环烷烃n （2）2949cm-1，饱和C-H伸缩振动
2923cm-1，2854cm-1，分别是环己烷内CH2的不对称伸缩振动和对称伸缩振动。
1456cm-1,1376cm-1，是甲基的变形振动吸收峰
该化合物的结构可能是
（3）结构特征是有一个
8.指出下列振动形式那种是拉曼活性振动。
答：（b）、（c）是拉曼活性振动。
9.化合物C5 H10，根据如下Raman光谱图回答问题。
a) 该化合物是饱和化合物还是不饱和化合物；
b) 2916 cm-1谱峰对应化合物中什么基团的何种振动形式；
c) 1680 cm-1谱峰对应化合物中什么基团的何种振动形式；
d) 1387 cm-1谱峰对应化合物中什么基团的何种振动形式；
答：不饱和度U=5-10/2+1=1，故是不饱和物
2916cm-1，甲基C-H伸缩振动
1680cm-1，C=C伸缩振动
1387cm-1，甲基对称变形振动
10.某化合物分子式为C5H10O，根据如下IR和1H NMR谱图推断其结构.
答：不饱和度U=5-10/2+1=1，可推测有C=C或C=O 2964cm-1，2878cm-1，CH3的伸缩振动
1712cm-1，C=O伸缩振动
1412cm-1，1365cm-1，C-H变形振动
1179cm-1，C-C（）伸缩振动
δ=0.92，H3,三峰，推断CH2-CH3*
δ=1.6，H2，多峰，推断CH3-CH2*-C
δ=2.1，H3，单峰，推断O=C-CH3*
δ=2.4，H2，三峰，推断-CH2-CH2*-C=O
故推断其结构为
11.一个化合物可能有A或B两种结构。
在该化合物的光谱中。
其在乙醇中的最大吸收波长为352nm。
该化合物可能是哪一种结构？
答：λA=215+30+39+10+12+18*2+5*2=352
λB=215+30+39+10+12+18+5*2=334.
所以可能是化合物A
12. 化合物CH3-Cl在172nm的吸收谱带归属于n®s*跃迁;CH3-I在258nm的吸收带是由于n®s*跃迁;CH3-Br在204nm的吸收带是n®s*跃迁引起。
13.试解释为什么化合物A的νC=O频率大于化合物B。
答：对位加上基团，N-，形成分子内氢键，C=O的伸缩振动频率减小，向低波数位移。