波谱分析(完成)
波谱分析
波谱分析波谱分析是一种重要的科学技术方法，它在多个领域有着广泛的应用。
本文将为读者介绍波谱分析的原理、方法以及其在不同领域中的应用，希望能够带给读者一些有关波谱分析的基础知识。
波谱分析是一种通过对信号频谱的分析，来研究信号特性的方法。
它主要通过将信号转化为频域来进行分析，以便更好地理解信号的频率成分。
波谱分析通常包括以下步骤：信号采样、转换为频域信号、频域信号分析以及结果展示。
在波谱分析中，最基础的是信号采样。
信号采样即将连续的模拟信号转化为离散的数字信号。
通过采样，我们获得了离散的信号数据，为后续的分析提供了基础。
转换为频域信号是波谱分析的关键步骤。
这一步骤主要通过傅里叶变换来实现，将时域信号转化为频域信号。
傅里叶变换能够将信号分解成一系列频率成分，使得我们能够更加清晰地了解信号的频率特征。
在波谱分析的频域信号分析阶段，我们可以使用不同的方法来对信号进行进一步的分析。
常见的方法包括功率谱分析、相位谱分析、自相关分析等。
功率谱分析可以帮助我们了解信号各个频率成分对总体信号功率的贡献程度，相位谱分析可以揭示信号的相位变化规律，自相关分析则是通过计算信号与其自身的相关性来分析信号的周期性变化。
波谱分析在不同的领域中都有广泛的应用。
在通信领域中，波谱分析可以用于信号传输中的频率选择性衰减的检测和修复；在音频领域中，波谱分析可以用于声音信号的处理和音乐分析；在医学领域中，波谱分析可以用于心电图和脑电图的分析，帮助医生进行诊断和治疗。
此外，波谱分析在材料科学、地震学、天文学等领域也有广泛应用。
在材料科学中，波谱分析可以用于材料结构的研究和分析；在地震学中，波谱分析可以用于地震波的研究和地震活动的监测；在天文学中，波谱分析可以用于星体的研究和宇宙的探索。
总结起来，波谱分析是一种基于信号频谱的分析方法，它通过将信号转化为频域信号来研究信号的特性。
波谱分析包括信号采样、转换为频域信号、频域信号分析以及结果展示等步骤。
波谱分析
2960~2850 cm-1 ，甲基、亚甲基C—H键伸缩振动；
1466、1380 cm-1 ，为C—H键的面内弯曲振动；
726，长链亚甲基面外弯曲振动，（CH2)n中n≥4时出现。
(2) 烯烃 C=C键的伸缩振动吸收峰1680~1600 cm-1，取代基多、 对称性强峰就减弱，共轭使峰增强但频率略降低；
３ 影响紫外光谱的因素
(1) 几个基本概念
生色基：能在某一段光的波长内产生吸收的基团，称 为这一段波长的生色团或生色基，如：C=C、C=O、 NO2等。 助色基：本身在紫外或可见光区没有吸收，当它们连
在双键或共轭体系上时，使吸收向长波方向位移，颜色
加深。如：—OH、—NH2、—Cl等。
红移现象：由于取代基或溶剂的影响使最大吸收峰向
1 2
k(
1 1 ) + m2 m1
键能增大，键长缩短，力常数k增大。
分子的振动方式
①伸缩振动：
对称伸缩
不对称伸缩
②弯曲振动：
面内弯曲
剪式振动
平面摇摆
面外弯曲
非平面摇摆
扭曲振动
每一种振动方式，都有固定的吸收频率。
当E2-E1 = hν时，红外线才能被吸收，因此同一基团
总是在一个特定的范围内产生吸收峰。 红外吸收峰产生的条件 必要条件：辐射光的频率与分子振动的频率相当； 充分条件：必须是能引起分子偶极矩变化的振动。
S3 S2
T2
S1 V3 V2 V1
J3 J1 J3 J1
T1
S 电子能级 1-20 eV V 振动能级 10-2-10eV J 转动能级 10-6-10-3 eV
F
P
S0
双原子分子能级和能级跃迁示意图
波谱分析
一、概述元素分析：C.H.N.X.S.P ℅含量，经典分析：m.p ，b.p ，折光率 官能团特征反应：生成衍生物 缺点：繁琐，费时，不准确，有干扰现代有机分析的两大支柱 1.色谱分析：GC, HPLC, TLC 裂解色谱成分分析2.波谱分析：UV,IR,NMR,MS （有机）结构分析 色谱分析:具有高效分离能力可以把复杂有机混合物分离成单一的纯组分。
为有机结构分析服务波谱分析：纯样品进行结构分析 微量化 测量快 结果准确 重复性好 除MS 之外，可回收样品 1.灵敏度：MS ＞UV ＞IR ＞1HNMR ＞13CNMR MS:微克级 UV: ppb 级 IR ：毫克级（可微克级，FTIR ）（ 1HNMR ：0.5mg 13CNMR ： 0.5mg ）可回收 质谱（MS ）—分子量及部分结构信息、红外光谱（IR ）—官能团种类、紫外—可见光谱（UV / Vis ）—共轭结构、核磁共振谱（NMR ）—C-H 骨架及所处化学环境 第二章 紫外-可见吸收光谱有机化合物的UV 吸收位于200-400nm 之间（近紫外），V 吸收位于400-800nm 之间（可见），真空（远）U V :< 200 n m σ→ σ*跃迁吸收，石英器皿应用范围 ：2 0 0 – 3 0 0 n m 、玻璃器皿应用范围 ：> 3 0 0 n m 郎伯-比耳（Beer-Lambert)定理 A = l o g I 0 / I = l o g 1 / T = εc L四种主要跃迁所需能量ΔΕ大小顺序:n →π＊<π→π＊< n →σ＊< σ→σ＊π→π＊ K 带（跃迁允许）ε 10 4~5 n →σ＊R 带（跃迁禁阻） ε≯2 0 0 0溶剂效应 溶剂极性增大，π—π*跃迁向红移，ΔE = h ν=h/λ、n —π*跃迁向蓝移，精细结构消失有机化合物的电子吸收光谱：饱和烃 仅有σ→σ＊跃迁 吸收光谱 λ<200nm 含杂原子饱和烃 含O 、S 、 N 和卤素等的饱和烃衍生物则有σ→σ＊ 及n →σ＊跃迁需能量大。
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。
波谱分析
E
E
质子磁矩顺外加磁场方向 H0
△E
=
h
H0
= h
,
= H0
为磁旋比(物质的特征常数)
是照射频率 h为Plank常数
当照射电磁波的能量恰好等于两能级能量之差时，质子 吸收电磁波从低能级跃迁到高能级，这时就发生了核磁 共振。
样品管
N
记录仪 S
无线电波 振荡器
放大器
△E
=
h
H0
= h
,
= H0
FT-ICR-MS HPLC/MS
UV-Spectrophotometer
IR
电场或磁场
7.1 电磁波谱（Electromagnetic Spectrum）
A
一个循环
c =
△E=h
吸收光谱——分子吸收电磁波所形成的光谱。
分子内的各种跃迁都是不连续的，即量子化的，只有当 光子的能量与两个能级之间的能量差相等时，这个光子 的能量才能被吸收产生分子内跃迁。
H实 = H0-H = H0-σH0= H0（1-σ）
H实为质子实际感受到的磁场强度 H0为外加磁场强度 H 为感应磁场强度 σ为屏蔽常数
核外电子对质子产生的这种作用称为屏蔽效应。质子周围的电子云密度 越大，屏蔽效应越大，只有增加磁场强度才能使质子发生共振。反之， 若感应磁场与外加磁场方向相同，质子实际感受到的磁场强度为外加磁 场与感应磁场强度之和，这种作用称去屏蔽效应，只有减小外加磁场强 度才能使质子共振。由于分子中不同质子核周围的电子云密度各有不同， 或者说质子所处的化学环境不同，因此它们发生核磁共振所需的外磁场 强度各有不同，即产生了化学位移(chemical shift)。
问题5：分子式为C2H4Cl2的红外光谱图和氢谱如下，推测其结构。
波谱分析
3. 铬酸氧化 4. 臭氧化
5. 羰基试剂 6. Tollen’s 试剂 7. 碘仿反应 8. Fehling’s 试剂 Benedict’s 试剂
10
9. HIO4、Pb(OAc)4 10. AgNO3/NH3·H2O
CuCl/NH3·H2O
11. AgNO3/EtOH 12. Lucas’ 试剂 HCl/ZnCl2 13. 金属钠 Na 14. 饱和亚硫酸氢钠 NaHSO3 aq. 15. NaHCO3 aq. 16. NaOH aq.
4
例1
C7H7NO
U = ½ (2 x 7 – 7 + 1) + 1 = 5
可能是：
CONH2
NHCH O
NOH H
CHO
……
NH2
5
例 2 C7H7NO2 UN(III) = ½ (2 x 7 – 7 + 1) + 1 = 5 U N(V) = ½ (2 x 7 – 7 + 3) + 1 = 6
可能是： NV
根据所提供的化学、波谱信息进行推导。
波谱法推导结构
根据所提供的波谱信息进行推导。
8
一. 化学法推导结构
根据所提供的化学信息进行推导。
(一) 信息与结构 z信息 (反应)
(二) 结构与信息 z结构
结构 反应 (信息)
9
(一) 信息与结构
1. Br2/CCl4 2. KMnO4
C=C 及其数量
C=C、C≡C、ArCHROH(1˚、2˚)、RCHO
H H 5.25
CC
H
H
+C
3.66
3.99 H
O CH2CH3
CC
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。
核磁共振波谱分析报告
核磁共振波谱分析1946 年美国科学家布洛赫(Bloch) 和珀塞尔( Purcell )两位物理学家分别发现在射频* (无线电波*0.1〜1OOMHZ,10〜109卩m的电磁波能与暴露在强磁场中的磁性原子核相互作用, 引起磁性原子核在外磁场中发生磁能级的共振跃迁, 从而产生吸收信号，他们把这种原子对射频辐射的吸收称为核磁共振(NMR> NMR 和红外光谱，可见—紫外光谱相同之处是微观粒子吸收电磁波后在不同能级上跃迁。
引起核磁共振的电磁波能量很低, 不会引起振动或转动能级跃迁, 更不会引起电子能级跃迁。
.根据核磁共振图谱上吸收峰位置、强度和精细结构可以研究分子的结构。
化学家们发现分子的环境会影响磁场中核的吸收，而且此效应与分子结构密切相关。
1950年应用于化学领域，发现CHCHOH中三个基团H吸收不同。
从此核磁共振光谱作为一种对物质结构 (特别是有机物结构) 分析的确良非常有效的手段得到了迅速发展。
1966 年出现了高分辨核共振仪，七十年代发明了脉冲傅立叶变换核磁共振仪，以及后来的二维核磁共振光谱( 2D-NMR,从测量1H到13C 31P、15N,从常温的1〜2.37到超导的5T以上，新技术和这些性能优异的新仪器都核磁共振应用范围大大扩展，从有机物结构分析到化学反应动力学，高分子化学到医学、药学、生物学等都有重要的应用价值。
§ 4-1 核磁共振原理一、原子核自旋现象我们知道原子核是由带正电荷的原子和中子组成，它有自旋现象原子核大都围绕着某个轴作旋转运动，各种不同的原子核，自旋情况不同。
原子核的自旋情况在量子力学上用自旋量子数I 表示，有三种情况：①1=0,这种原子核没有自旋现象，不产生共振吸收(质量数为偶数(M),电子数,原子数为偶数(z) 为12G,16O,32S)②1=1、2、3、…、n,有核自旋现象，但共振吸收复杂，不便于研究。
③匸n/2 (n=1、2、3、5、…)有自旋现象，n〉1时，情况复杂，n=1时，1=1/2，这类原子核可看作是电荷均匀分布的球体，这类原子核的磁共振容易测定，适用于核磁共振光谱分析，其中尤以1H最合适。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、名词解释（每小题5分，共30分）
1.化学位移：化学位移是用核磁共振仪可以记录到有关信号，处在不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在谱图上出现的位置也不同，各类氢原子的这种差异被称为化学位移。
2.屏蔽效应：由于其他电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷对该电子的吸引力，从而引起有效核电荷的降低，削弱了核电荷对该电子的吸引，这种作用称为屏蔽作用或屏蔽效应。
3.相对丰度：相对丰度又称同位素丰度比，指气体中轻组分的丰度C与其余组分丰度之和的比值。
在生态中相对丰度：群落内物种数目的多少。
不同的群落中物种丰度是不同的，从赤道到南北极，群落的物种丰度逐渐减少。
4.氮律：氮律是质谱分析中判断分子离子峰质量数的规律。
5.分子离子：分子失去一个电子所形成的正离子称为分子离子，它的质荷比值即代表了试样分子所对应的分子量数值。
6.助色团：本身在200 nm以上不产生吸收，但其存在能增强生色团的生色能力（改变分子的吸收位置和增加吸收强度）的一类基团。
预知后题如何，请下载！
二、简答题（每小题8分，共40分）
1.色散型光谱仪主要有几部分组成及其作用；
答：由光源、分光系统、检测器三部分组成。
光源产生的光分为两路：一路通过样品，一路通过参比溶液。
切光器控制使参比光束和样品光束交替进入单色 器。
检测器在样品吸收后破坏两束光的平衡下产生信号，该信号被放大后被记录。
2.紫外光谱在有机化合物结构鉴定中的主要贡献；
答：在有机结构鉴定中，紫外光谱在确定有机化合物的共轭体系、生色团和芳香性等方面有独到之处。
3.在质谱中亚稳离子是如何产生的？以及在碎片离子解析过程中的作用是什么？
答：离子m1在离子源主缝至分离器电场边界之间发生裂解，丢失中性碎片，得到新的离子m2。
这个m2与在电离室中产生的m2具有相同的质量，但受到同m1一样的加速电压，运动速度与m1相同，在分离器中按m2偏转，因而质谱中记录的位置在m*处，m*是亚稳离子的表观质量，这样就产生了亚稳离子。
由于m*＝m2/m1，用m*来确定m1与m2间的关系，是确定开裂途经最直接有效的方法。
4.下列化合物OH 的氢核,何者处于较低场?为什么?
答：（Ⅰ）中—OH 质子处于较低场，因为—HC=O 具有诱导效应。
而（Ⅱ）中甲基则具有电子效应。
5.在CH3-CH2-COOH 的氢核磁共振谱图中可观察到其中有四重峰及三重峰各一组．(1)说明这些峰的产生原因;(2)哪一组峰处于较低场为什么？
答：（1）由于α, β 位质子之间的自旋偶合现象，根据 规律， （n+1)规律，CH3-质子核磁共振峰被亚甲基质子裂分为三重 规律 质子核磁共振峰被亚甲基质子裂分为三重 同样，亚甲基质子被邻近的甲基质子裂分为四重峰． 峰，同样，亚甲基质子被邻近的甲基质子裂分为四重峰． 位质子受到羧基的诱导作用比β 质子强。
（2）由于α-位质子受到羧基的诱导作用比β-质子强，所以亚 由于α 位质子受到羧基的诱导作用比 质子强 甲基质子峰在低场出峰（四重峰）． 甲基质子峰在低场出峰（四重峰）．
三、解析题（共30分）
C
H
OH
O C OH
H 3
( I ) ( I I )
1.一晶形固体，分子式为C
6H
3
OBr，mp：96℃，1H-NMR谱（CCl
4
中测得）如下图所示，
注有*号者加入D
2
O后重新测得的图谱，试解析并推断其结构。
答：’H-NMR 谱上共给出两组峰，有关数据如下：
峰位() 重峰数积分曲线高度比例 H数
5.75 s 4.3 1 1
7.43 s 8.0 2 2
7.43（2H,s），为苯环芳氢信号，因H数位2，又为单峰，示为四取代苯（C4H2）结构。
且两个H必为磁等同氢核。
5.75（1H,s），加D2O后消失，示为酸性氢核，且只可能是-OH基。
因分子式C5H3OBr3中含有3个Br，结合上述条件，推测化合物可能为下列结构（A）或（B）之一：
按苯环取代基位移规律计算：
化合物(A)中，H2.H6=7.30-［0.45-0.10］=6.95
化合物(B)中H3.H5=7.30［0.10-0.10-0.10］=7.40
因图谱上给出芳环H的实际值为7.46，故知该化合物结构为（B），经对照标准图谱确认无误。