波谱分析实验2015.11分析
波谱分析实习报告谱图分析方法
波谱分析实习报告小组成员：介韬勇（组长）李新明谢紫云贺续发李帅康李维祥张超闫非学院：化学化工学院班级：应化152姓名：李新明学号20150924209日期：2018.6.14一、某未知化合物由C、H、O组成，它的MS、IR、1HNMR、13CNMR谱图见下图，试推断其结构。
解：在MS中由m/e206与其相邻低质量端的高子峰的关系可知它可能分为分子离子，从该峰的强度较大及谱图中有m/e91峰，估计可能纯在取代苯。
由IR谱中1600cm-1、1580cm-1、3050cm-1的峰证实了苯环的存在，由740cm-1、780cm-1（取代苯芳H面外弯曲振动吸收）峰及1700-1900cm-1附近的弱吸收带（δ芳H（面外）的倍频及合频吸收），可以说明该化合物为邻三取代苯。
的MS谱1HNMR谱某化合物的13C谱某化合物的IR谱由1HNMR 谱中可以看到在δ6.9附近有一组峰，应为取代苯的芳H 共振峰。
由低场到高场，各组峰的H 核的数目比为3:1:2:4:6:6，该最简化的数字之和便是化合物中H 核的数目，因为若都乘2则芳H 数为6，这与取代苯的结论不符。
由此可知该化合物共有22个H ，其中有三个芳H ，为三取代苯。
δ4.7峰经D 2O 交换后消失，说明该峰为活泼H 产生，结合其δ值考虑，它应为羟基。
对照1H 谱和13C 谱低场区的四条谱线（δc 121.0、124.4、133.2、151.0ppm ）对应苯环的6个碳；δ121.0为叔碳，δ124.4为为两个等价叔碳，δ133.2为2个等价的芳季碳，δ151.0为1个无H 碳，说明该取代苯存在着对称性。
高场区的4条碳谱线依次为CH 3、CH 3、CH 2和CH,结合1H 谱中反映的偶合裂分峰数和积分曲线高度比，可以确定分子中有两个CH 3-CH-CH 2-CH 3结构单元。
照射2.89ppm 的次甲基时，δ1.25处的甲基双峰变成单峰（B ），δ1.62处的多重峰变为四重峰；照射1.25ppm 的甲基时，δ2.89处的次甲基多重峰变为三重峰，均能证明存在上述结构单元。
有机化合物的波谱分析
第七章 有机化合物的波谱分析(一) 概述研究或鉴定一个有机化合物的结构，需对该化合物进行结构表征。
其基本程序如下： 分离提纯→物理常数测定→元素分析→确定分子式→确定其可能的构造式(结构表征)。
(参见P11-12)(1) 结构表征的方法传统方法：(化学法)①元素定性、定量分析及相对分子质量测定分子式； ②官能团试验及衍生物制备分子中所含官能团及部分结构片断； ③将部分结构片断拼凑完整结构； ④查阅文献，对照标准样，验证分析结果。
特点：需要较多试样（半微量分析，用样量为10－100mg ），大量的时间（吗啡碱，1805－1952年），熟练的实验技巧，高超的智慧和坚韧不拔的精神。
缺点：①分子有时重排，导致错误结论；②＊C 及－C ＝C －的构型确定困难。
波谱法：①质谱（最好用元素分析仪验证）分子式； ②各种谱图（UV 、IR 、NMR 、MS ）官能团及部分结构片断； ③拼凑完整结构； ④标准谱图确认。
特点：样品用量少（<30mg ），不损坏样品（质谱除外），分析速度快，对*C 及－C ＝C －的构型确定比较方便。
光谱法已成为有机结构分析的常规方法。
但是化学方法仍不可少，它与光谱法相辅相成，相互补充，互为佐证。
(2) 波谱过程波谱过程可表示为：有机分子＋电磁波光谱分子运动：平动、振动、转动、核外电子运动等量子化的每个分子中只能存在一定数量的转??（能量变化不连续）动、振动、电子跃迁能级电子跃迁电磁波波长越短，频率越快，能量越高。
200nm400nm800nm红外光微波、电视波200－800nm:引起电子运动能级跃迁，得到紫外及可见光谱；2.5-15μm:引起分子振、转能级跃迁，得到红外光谱；60-600MHz:核在外加磁场中取向能级跃迁，得到核磁共振谱。
(3) 不饱和度（U）不饱和度亦称为分子中的环加双键数、缺氢指数、双键等价值等。
其定义为：当一个化合物衍变为相应的烃后，与其同碳的饱和开链烃比较，每缺少2个氢为1个不饱和度。
波谱分析(1)
R1R2C=CH2 ＞3000 cm-1（中）
R1CH=CHR2）＞3000 cm-1（中） 1650 cm-1（中） （顺） R1CH=CHR2＞3000 cm-1（中） 1675 cm-1（弱） (反） R1R2C=CHR3 R1R2C=CR3R4 ＞3000 cm-1（中） 无
1680 cm-1（中～弱） 840-790 cm-1（强）
(1) 振动方程式
分子的近似机械模型——弹簧连接小球。 分子的振动可用Hooke’s rule来描述：
1 n 2
红外光谱中，频率常用波数表示。
1 1 k( ) m1 m2
(1)
波数——每厘米中振动的次数。波数与波长互为倒数。
(1cm=104μm)
分子振动与红外光谱 若将频率采用波数表示，Hooke’s rule则可表示为：
1670 cm-1（弱或无）
共轭烯烃，共轭效应使C=C的力常数减小，向低波数方向移动。C=C-C=C 1600 cm-1偶 合，～1650 cm-1有时能看到另一个峰，双键共轭越多，吸收峰逐渐变宽。
第八章 有机化合物的波谱分析 1-癸烯
炔烃
-C≡C-的力常数大于C=C，伸缩振动出现在高波数 RC≡C-H： ≡C-H伸缩振动 3310-3300 cm-1（较强），与N-H伸缩振动 相近，但N-H吸收峰为宽峰，易于识别。 ≡C-H面外弯曲振动 700-600 cm-1 -C≡C-伸缩振动 2300-2100 cm-1（弱）
C=C伸缩振动 1680-1620 cm-1其强度与位置决定于双键C上取
代基的数目及性质，分子对称性越高吸收峰减弱，如有四个 取代基，常看不到它的吸收（不改变偶极矩）。 ＝C-H伸缩振动3100-3010 cm-1（中强），鉴定双键上的氢原 子是否存在。
有机化合物的波谱分析方法
五、有机化合物的波谱分析方法仪器分析技术的发展，特别是波谱技术的发展，能为鉴定有机化合物和确定其结构提供非常有价值的信息。
波谱方法具有分析速度快，用量少等优点，已在国内外获得了广泛的应用。
本部分简要介绍了紫外、红外、核磁、质谱这四大谱图的原理和应用。
实验二十一紫外-可见光光谱一、实验目的了解紫外-可见光光谱。
二、基本原理1. 基本概念有机化合物的紫外-可见光光谱是由于分子中价电子的跃迁所形成的。
紫外-可见光是电磁波中波长为100～800nm范围的波段。
分子在入射光的作用下，其电子从一个能级（E′）跃迁到另一个能级（E″），就要吸收光子的能量，所吸收光的频率ν决定于两个能级间的能量差，即E″-E′=hνh为普朗克常数（h = 6.626×10-34J·s）。
可见，产生跃迁的两个能级间隔愈小，吸收光的频率愈小，波长愈长；反之，两个能级间的间隔愈大，吸收光的频率愈大，波长愈短。
实际上，分子吸收能量是相当复杂的过程。
分子的内部运动包括有转动、振动、和电子的运动。
分子的能级近似地就由转动能级、振动能级和电子能级所构成。
一般分子的转动能级间隔约在0.05eV以下，振动能级间隔约为0.05～1eV，电子能级间隔约为1～20eV。
当电子能级改变时，转动能级和振动能级都要发生改变，也要吸收光子能量。
所以，由于电子跃迁所形成的电子光谱是相当复杂的，如果仪器的分辨力不够，许多谱线密集在一起就形成谱带。
电子光谱一般包括一系列谱带系；不同的谱带系相当于不同的电子跃迁，每个谱带是由于振动能级的改变所形成，谱带内所包含的谱线是由于转动能级的改变所形成的。
如果吸收光谱是以吸收曲线（以吸收强度对波长作图所得到的曲线）表示，吸收曲线将呈现一些峰和谷。
每个峰峦相当于谱带，在某些情况下，这些谱带或多或少地表现出明显的齿状结构，这就是所谓振动结构。
关于吸收光谱的吸收强度，在实验上可用Lambet-Beer定律来描述。
波谱分析实验报告
试验二典型信号的频谱分析
一、实验目的
1、熟悉典型实验信号的频谱特征，并能够从信号频谱中读出所需的信息
2、了解信号频谱分析的基本原理和方法，掌握用频谱分析提取测量信号特征的方法
二实验原理
信号频谱分析是采用傅立叶变换将时域信号x（f）转换为频域信号X（f），从而帮助人们从另一个角度来了解信号的特征
信号频谱X（f）代表了信号在不同频率成分的大小，能够提供比时域信号波形更直观丰富的信息
三、实验内容
1、白噪声信号幅值谱特性
2、正弦波信号幅值谱特性
3、方波信号幅值谱特性
4、三角波信号幅值谱特性
5正弦波信号+白噪声信号幅值谱特性
四、实验仪器和设备
1、计算机
2、DRVI快速可重组虚拟仪器平台
五、实验结果截图
白噪声
正弦波
方波
三角波
音乐信号分析
音乐信号分析实验装配图
实验完成较好，成绩良好。
紫外光谱分析实验(波谱分析技术).
4．有机化合物分子结构的推断
顺反异构体的判别：
当有机化合物分子空间构型不同时，空间位阻也不
同，其紫外吸收光谱也不一样。通常反式异构体的吸收 峰波长比顺式异构体的吸收峰波长要长，吸收强度要大。 利用这种判别，可以鉴别顺反异构体。
1,2-苯乙烯 （顺式）
1,2-苯乙烯 （反式）
溶剂效应
溶剂效应，即某些物质的紫外吸收光谱特性，与所采用溶剂的极性有
ε—吸光系数；b—吸收池液体厚度；c—溶液浓度
标准曲线法：
如果液体厚度保持不变，即b一定，入射光波长和其他 条件也保持不变，则在一定浓度范围内，所测得的吸光度与 待测物质的浓度成正比。配制一系列浓度的标准溶液，在 λmax处分别测定吸光度。以标准溶液的浓度为横座标，相
应的吸光度A为纵座标，绘出标准曲线，如图所示。
标准曲线
1 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 0.01 0.02 0.03
A
如果测出未知浓度样品 的吸光度值，就可以从 标准曲线中上查出样品 的浓度。
c
0.04 0.05 0.06与溶剂的选择: 紫外光谱法所测定的样品通常 是液态物质。由于吸光度和浓度之 间的线性关系，即朗伯—比耳定律 （A=εbc），只有在稀溶液下才成 立。所以，对待测物质的浓度就要 有所要求，要控制A＜1 。另外， 由于溶剂效应，即某些物质的紫外 吸收光谱特性，与所采用溶剂的极 性有密切的关系，溶剂的极性不同， 同一化合物的紫外吸收光谱形状、 吸收峰位置不一样。在测试前，要 正确选择溶剂。
钨灯 氘灯、钨灯 光源转换 氘灯 滤光片 入射狭缝 出口狭缝 反射镜 反射 透过
半透镜 工作站 反射镜 参比池 反射镜 半透镜 反射镜 样品池 检 测 器
波普解析实验报告
实验模块：有机化合物波普解析实验实验标题：有机化合物结构鉴定——波普解析法实验日期：2023年11月15日实验操作者：张三（学生）实验指导者：李四（教师）一、实验目的1. 掌握波普解析法的基本原理和方法。
2. 学习运用紫外光谱、红外光谱、核磁共振氢谱和质谱等波普解析技术对有机化合物进行结构鉴定。
3. 提高对有机化合物结构的分析和判断能力。
二、实验原理波普解析法是利用紫外光谱、红外光谱、核磁共振氢谱和质谱等波普技术对有机化合物进行结构鉴定的一种方法。
通过分析这些波普数据，可以确定有机化合物的分子结构、官能团、分子量等信息。
三、实验步骤1. 准备实验仪器：紫外光谱仪、红外光谱仪、核磁共振仪、质谱仪等。
2. 样品制备：取一定量的待测有机化合物，用适当的溶剂溶解，配制成一定浓度的溶液。
3. 紫外光谱分析：将溶液倒入紫外光谱仪样品池中，进行紫外光谱扫描，记录光谱图。
4. 红外光谱分析：将溶液倒入红外光谱仪样品池中，进行红外光谱扫描，记录光谱图。
5. 核磁共振氢谱分析：将溶液倒入核磁共振仪样品池中，进行核磁共振氢谱扫描，记录氢谱图。
6. 质谱分析：将溶液倒入质谱仪样品池中，进行质谱扫描，记录质谱图。
7. 数据处理与分析：根据波普数据，对有机化合物的结构进行推断和分析。
四、实验结果与分析1. 紫外光谱分析：根据紫外光谱图，可以看出有机化合物在特定波长下的吸收峰，有助于确定其分子结构中的共轭体系。
2. 红外光谱分析：根据红外光谱图，可以看出有机化合物中的官能团和化学键，有助于确定其分子结构中的官能团。
3. 核磁共振氢谱分析：根据核磁共振氢谱图，可以看出有机化合物中不同化学环境下的氢原子，有助于确定其分子结构中的碳骨架和官能团。
4. 质谱分析：根据质谱图，可以看出有机化合物的分子量、碎片离子等信息，有助于确定其分子结构。
通过以上波普解析技术，我们可以得出以下结论：1. 有机化合物的分子式为C5H8O3。
2. 根据紫外光谱图，有机化合物中含有共轭体系。
有机化合物波谱分析
化学键伸缩振动频率只与化学键有关，是化学键的一个特征常数；
化学键的伸缩振动是在不停进行的，有三个显著特点：
伸缩振动能是量子化的，不连续的，因此就形成了 不同的能级。
单击此处添加大标题内容
伸缩振动的能级差 ，相当于红外光的能量 因此，用红外光照射有机样品时，化学键就会吸收一份能 量，实现振动能级的要跃迁。即： ν＝ν。 即意味着：化学键以多大的频率振动就吸收多大频率的光， 在此频率处就形成一个吸收峰（表现为吸收带）。
4000-1400cm-1区域又叫官能团区. 该区域出现的吸 收峰，较为稀疏，容易辨认. 1400-400cm-1区域又叫指纹区. 这一区域主要是： C－C、C－N、C－O 等单键和各种弯曲振动的 吸收峰，其特点是谱带密集、难以辨认。(p299页表8-2)
1000 700 500 Y Y O单键 H面内弯曲振动 H弯曲振动
8.1 分子吸收光谱和分子结构
微粒性：可用光量子的能量来描述：
按量子力学，其关系为：
1
与E，v 成反比，即 ↓，v↑(每秒的振动次数↑)，E↑。
3
2
在分子光谱中，根据电磁波的波长 ()划分为几个不同的区域，如下图所示：
上式表明：分子吸收电磁波，从低能级跃迁到高能级，其吸收光的频率与吸收能量的关系。
注意：
只有偶极矩(μ)发生变化的，才能有红外吸收。 如：H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。 H―C≡C―H、R―C≡C―R，其C≡C（三键）振动 也不能引起红外吸收。 化学键极性越强,振动时偶极矩变化越大,吸收峰越强.
分子的振动方式
1
伸缩振动：
2
伸缩振动的特征及规律
吸收峰
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实验一 苯甲酸解离常数的测定
一、目的要求
通过测定苯甲酸在不同pH 条件下的吸光度，求出苯甲酸的离解常数，并掌握紫外光谱法测定弱酸解离常数的方法及光度法在研究离子平衡中的应用。
二、基本原理
利用分光光度法可以精确地测定弱酸或弱碱的离解常数。
如果一个化合物其紫外吸收光谱随其溶液的pH 值，即溶液中氢离子浓度不同而不同，则可以利用紫外光谱测定其解离常数。
设弱酸HB 按下式解离：
-++⇔+B O H O H HB 32
它的解离常数
HB B O H a K ααα-
+⋅=3 (式1)
式中HB α、+O H 3
α、-B α分别表示平衡时HB ，H 3O +，B -的活度，在稀溶液中可以
用浓度C 代替活度，因此
HB B O H a C C C K -+⋅=3
(式2)
等式两边取负对数，则式（2）可写成
)log(-
+=B HB a C C pH pK (式3) 为了测定离解常数K a ，需要测出溶液的pH 值及C HB 与C B -的比值。
pH 值可以用加入缓冲液的方法加以控制或用pH 计进行测量。
平衡体系中C HB 和C B -可以用分光光度法测定，但是HB 和B -必须在紫外光区或可见光区有吸收，而且他们的吸收带应有明显的差别。
为了通过测量溶液的吸光度求出C HB 与C B -需要配制3个不同pH 的HB 溶液，即足够强的酸性溶液，足够强的碱性溶液和pH 接近HB 的pK a 值的溶液，在一定波长下分别测量3个溶液的吸光度。
在酸性溶液中由于同离子效应的影响，HB 离解极少，测得的吸光度A 可以看成是HB 的吸光度A HB 。
在碱性溶液中HB 几乎全部解离，因而测得的吸光度A 可以看成是B -的吸光度A B -，而当溶液的pH 在pK a 附近时，
HB 与B -共存，平衡时其吸光度为：（吸收液层厚度都为1cm ）
--+=B B H B H B C C A εε
(式4)
式中HB ε、-B ε分别为HB 、B -的摩尔吸光系数 HB C 、-B C 分别为平衡时HB 、B -的浓度
在酸性溶液中测得的吸光度为：0C A H B H B ε= (式5)
在碱性溶液中测得的吸光度为：0C A B B --=ε (式6)
式中C 0为HB 的起始浓度且
-+=B H B C C C 0
(式7)
将式7代入式4中可求得C HB 和C B -为 -
---=
B HB B HB
C A C εεε0 ----=B HB HB B A C C εεε0 两式相除得： A
C C A C C HB B B HB --=--00εε （式8） 式8中0C B -ε与0C HB ε分别用A B -与A HB 代替，得：
A
A A A C C H
B B B HB --=-- （式9） 将上式代入式3中，可得pKa 的计算公式：
)log(A A A A pH pK HB B a --+=-
（式10）
根据式（10），只需测定酸性溶液中HB 的吸光度，碱性溶液中B -的吸光度以及溶液的pH 值接近pK a 时平衡混合物的吸光度，就可以计算出HB 的离解常数pK a 。
三、仪器与试剂
1、仪器：紫外分光光度计；pH 计；分析天平；容量瓶25mL 、500mL ；5mL 移液管
2、试剂：苯甲酸、0.05moL·L -1H 2SO 4；0.1 moL·L -1NaOH ；pH=3.6缓冲液；pH=4.5缓冲液
四、实验步骤
1、配制苯甲酸溶液
准确称取0.120g苯甲酸，溶于蒸馏水中，然后移入500mL容量瓶中，将蒸馏水稀释至刻度。
各取5mL上述苯甲酸溶液于4个25mL容量瓶中，分别加入 2.5mL 0.05 moL·L-1H2SO4溶液，2.5mL0.1 moL·L-1NaOH 溶液，20mL pH=3.6缓冲液和20 mL pH=4.5缓冲液，然后用蒸馏水稀释至刻度。
2、测定苯甲酸溶液的pH值
用pH计分别测量4种苯甲酸溶液的pH值。
3、测定苯甲酸溶液的紫外吸收光谱
分别以0.05 moL·L-1H2SO4溶液，0.1 moL·L-1NaOH 溶液，pH=3.6缓冲液和pH=4.5缓冲液作参比，用1cm吸收池，测定上述4种苯甲酸溶液在波长250-400nm 范围内的吸收光谱。
五、数据处理
1、根据苯甲酸溶液的吸收光谱，选择一个测定波长，确定该波长下4种溶液的吸光度A HB，A H-，A(pH=3.6)和A(pH=4.5)
2、将溶液的pH值，吸光度值代入式中，分别计算pH=3.6和pH=4.5条件下苯甲酸的离解常数，并计算平均值。
六、问题讨论
1、将测得的苯甲酸离解常数与文献值对照，讨论产生误差的原因。
2、苯甲酸的离解常数是否与溶液的pH及溶液的温度有关？为什么？
3、若改变测定波长，对离解常数值有何影响？请另选一个测定波长计算离解常数验证之。
4、如果一弱酸在酸性和碱性介质中其吸收光谱无明显差别，是否仍可以用本实验方法测定其离解常数？
实验二、红外光谱法鉴定有机化合物结构
一、目的要求
1、联系红外光谱的理论知识，了解傅立叶红外光谱仪的工作原理与操作。
2、掌握红外光谱制样方法。
3、掌握根据红外光谱图进行结构分析的方法
二、基本原理
能量在400-4000cm-1的红外光不足以使样品产生分子电子能级的跃迁，而只是振动能级与转动能级的跃迁。
由于每个振动能级的变化都伴随许多转动能级的变化，因此红外光谱也是带状光谱。
分子在振动和转动过程中只有伴随净的偶极矩变化的键才有红外活性。
因为分子振动伴随偶极矩改变时，分子内电荷分布变化会产生交变电场，当其频率与入射辐射电磁波频率相等时才会产生红外吸收。
因此，除少数同核双原子分子如O2，N2，Cl2等无红外吸收外，大多数分子都有红外活性。
红外光谱最重要的应用是中红外区有机化合物的结构鉴定。
通过与标准图谱比较，可以确定化合物的结构；对于未知样品，通过官能团、顺反异构、取代基位置、氢键结合以及络合物的形成等结构信息可以推测化合物结构。
基团的振动频率和吸收强度与组成基团的原子质量、化学键类型及分子的几何构型等有关。
因此根据红外吸收光谱的峰位、峰强、峰形和峰的数目，可以判断物质中可能存在的某些官能团，进而判断未知物的结构。
如果分子结构比较复杂，还需结合紫外光谱、核磁共振谱以及质谱等手段综合判断。
最后可通过与未知样品相同测定条件下得到的标准样品的谱图或已发表的标准谱图（sadtler红外光谱图等）进行比较分析，得出未知样品的鉴定结果。
三、仪器与试剂
压片机、玛瑙研钵、盐池等
KBr AR级以上，经过处理并由IR测定合格
样品有机未知物（固体或液体）
四、实验步骤
1、固体样品（KBr压片法）：取约1-2mg固体试样加入100mg的KBr粉末于玛瑙研钵，充分研细混匀（粒度小于2微米）然后装入专用的锭剂成型器中进行压片，当压片机指示压力为7.5吨时停止加压，取下模具后将压好的半透明薄片小心转移至
放样品的片夹中，上机扫描测绘图谱。
2、液体样品（液膜法）：取两片氯化钠盐片，用洁净的棉球沾少许溶剂将表面擦干净，待溶剂挥发后，滴一小滴试样在盐片上，将另一盐片压在上面，使试样均匀铺散在盐片中间形成液膜，中间不能有气泡。
然后将其装入可拆式液池架中，轻轻用螺丝固定好，插入仪器试样池中测绘图谱。
五、结果处理
根据特征吸收频率数据，找出其主要特征吸收峰的归属，写出其可能的结构及判断出是何化合物。
六、思考题
1、压片法是将试样分散在固体介质中，那么固体介质应具备哪些条件？
选用KBr制样是因为KBr对红外没有吸收，另外在压片时呈现的是透明色，不会影
响红外光的透过。
选用KBr的优点就是KBr对红外没有吸收，压片时呈透明色不会阻碍红外光的透过，另外就是KBr价格比较便宜。
缺点是KBr属于盐类物质，不能测定含有水分的物质。
并且受空气中水分影响较大，在测定时需要烘干的操作。
2、压片法中试样研磨的粒度要小于2微米，为什么？
因为一般测量红外光谱是用的中红外波段，中红外光的波长在2.5 ～25μm，如果固体试样颗粒粒度与波长相当，则红外光很容易产生衍射，影响信号。