仪分复习要点.docx

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仪分复习要点

利用多种光谱确定未知物的结构，称为综合光谱解析。

UV（紫外）、IR（红外吸收光谱法）、及NMR（核磁共振波谱法）是确定化学结构最常用的光谱，与质谱（MS）称为四大光谱。

第十二章紫外——可见分光光度法UV

一、概述:

（1）远紫外光区:

100-200nm

（2）近紫外光区:

200-400nm

（3）可见光区:

400-800nm

定义：

紫外－可见吸收光谱是研究分子在200～800nm波长范围内的吸收光谱。

灵敏度：

10-4～10-7g/mL或更低。

准确度：

取决于仪器，可达0.2%。

应用：

鉴定和定量分析大量的无机和有机化合物。

紫外－可见吸收光谱的产生

紫外-可见吸收光谱：

是分子外层电子（或价电子）在不同的分子轨道之间跃迁所得到的光谱。

E分子=E电子+E振动+E转动

1　σ→σ*跃迁

饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区；吸收波长λ<200nm；

2π→π*跃迁

不饱和的有机化合物，如具有C＝C或C≡C、C＝N等基团的有机化合物都会产生π→π*跃迁。

特征是吸收系数ε大，为强吸收。

3n→π*跃迁

一般在近紫外区，200～400nm；

含有杂原子不饱和基团，如C＝O、C≡S、-N＝N-等基团的有机化合物都会产生π→π*跃迁。

特征是吸收系数ε小，10～100。

4　n→σ*跃迁

含－OH、－NH2、－X、－S等基团的化合物，其杂原子中的孤对电子吸收能量后向σ*反键轨道跃迁，这种跃迁所需的能量也较低，吸收峰的波长一般在200nm附近，处于末端吸收区。

λmax向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移

1、电子能级间隔越小，电子跃迁时吸收光子的B

A：

能量越高B：

波长越长

C：

波数越大D：

频率越高

2、KO4法氧化Mn2+到MnO4－，然后用分光光度法测定，选择合适的空白为

（2）

（1）蒸馏水

（2）试剂空白

（3）除K外的试剂空白

（4）不含KO4的溶液空白

Lambert——Beer定律

吸光度，吸光系数，浓度，光程（厚度）

吸光度的加和性

如果溶液中同时存在两种或两种以上吸光物质时，则溶液的吸光度将是各组分吸光度的总和。

吸光系数的讨论

1．定义：

吸光物质在单位浓度和单位厚度时的吸光度

2．种类：

（1）摩尔吸光系数ε，吸光物质在1mol/L和1cm光程时的吸光度。

（2）百分吸光系数，吸光物质在1％（W/V）和1cm光程时的吸光度。

（3）两种表示方式之间的关系：

M是吸光物质的摩尔质量。

选择显色反应时，应考虑的因素

灵敏度高、选择性高、生成物稳定、显色剂在测定波长处无明显吸收，两种有色物最大吸收波长之差：

“对比度”，要求△>60nm

1.纯溶剂空白当试液、试剂、显色剂均为无色时，用纯溶剂（或蒸馏水）作参比溶液。

2.试剂空白试液无色，而试剂或显色剂有色时，加入相同量的显色剂和试剂,作为参比溶液。

3.试液空白试剂和显色剂均无色，试液中其它离子有色时，用不加显色剂的溶液作为参比溶液.

色散元件：

将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；

单组分样品的定量方法

依据：

Lambert-Beer定律A=ECl

注意：

1、为提高测量准确度和灵敏度，应选择峰顶较平的最大吸收波长进行测量

2、应选不易受干扰的吸收峰波长进行测定。

3、一般不选择光谱中靠短波长的末端吸收波长作测量波长。

4、测定波长应大于溶剂的极限波长。

5、吸收池在测量波长下，不吸收或极弱吸收。

同系列测量，尽量使用同一吸收池或校正吸收池。

空白与试样吸收池要配对，且固定吸收池，固定方向。

单组分定量方法：

（一）吸光系数法

（1）配制一定浓度的样品溶液，测量某波长下的吸光度A值

（2）查文献得吸光系数或

或同条件下测量出或

（3）计算样品浓度：

再求含量。

结构分析

⑴若在200～750nm波长范围内无吸收峰，则可能是直链烷烃、环烷烃、饱和脂肪族化合物或仅含一个双键的烯烃等。

⑵若在270～350nm波长范围内有低强度吸收峰（ε＝10～100L·mol-1·cm-1）,（n→π跃迁），则可能含有一个简单非共轭且含有n电子的生色团，如羰基。

⑶若在2５0～300nm波长范围内有中等强度的吸收峰则可能含苯环。

⑷若在210～250nm波长范围内有强吸收峰，则可能含有2个共轭双键；若在260～300nm波长范围内有强吸收峰，则说明该有机物含有3个或3个以上共轭双键。

⑸若该有机物的吸收峰延伸至可见光区，则该有机物可能是长链共轭或稠环化合物。

1.有色物质X的最大吸收在400nm处,用2cm吸收池,测得0.200mg/L的溶液的吸光度为0.840,X的化学式量为150,问

（1） X在400nm处的百分吸收系数

（2） X在400nm处的摩尔吸收系数

（3）用1.00cm吸收池,测得400nm处X溶液吸光度为0.250,哪么25.00mL溶液中含有多少mg的X?

（4）（3）中所述的溶液中X质量浓度多少?

解：

0.200mg/L=0.200×10-3g/（10×100ml）＝0.2×10-4g/100ml

=0.200×10-3/150=1.3×10-6（mol/L）

1）E＝A/lc=0.420/（1×0.2×10-4g/100ml）＝2.1×104（100ml·g-1·cm-1）

2）方法一：

ε＝A/lc＝0.420/（1×1.3×10-6）＝3.23××105

方法二：

ε＝（M/10）×E＝15×2.1×104＝3.15×105

3）c＝A/El＝0.5/（2×2.1×104）＝1.19×10-5（g/100ml）

m＝cv＝1.19×10-5g/100ml×25ml＝7.4375g＝7437.5mg

4）C（质量浓度）＝7.4375/25＝0.2975g/ml

第十三章红外吸收光谱法

红外吸收光谱的特点

Ø特征性高

Ø不破坏样品

Ø对任何样品的存在状态都适用（气、液、固）

Ø分析速度快

Ø样品用量少、操作简便，且可以回收

振动自由度指分子基本的振动数目，或独立的振动数目

N个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度

振动自由度=分子自由度（3N）－（平动自由度+转动自由度）

注：

●振动自由度反映吸收峰数量

●并非每个振动都产生基频峰

●吸收峰数常少于振动自由度数

红外吸收光谱产生的条件满足两个条件：

Ø红外辐射的能量必须与分子的振动能级差相等

Ø△μ≠0分子振动过程中偶极矩必须发生变化

对称分子：

没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。

如：

N2、O2、Cl2等。

非对称分子：

有偶极矩，红外活性。

峰位：

化学键的力常数K越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。

影响峰位变化的因素

1．内部因素

（1）电子效应

a．诱导效应：

吸电子基团使吸收峰向高频方向移动ｂ．共轭效应

（2）空间效应：

①环张力效应（键角效应）②空间位阻

（3）偶极场效应

（4）氢键效应分子内氢键：

对峰位的影响大，不受浓度影响

分子间氢键：

受浓度影响较大，浓度稀释，吸收峰位向高频移动。

（5）互变异构

（6）振动耦合效应

2.外部因素

（1）物态效应：

气态提供的是游离分子的情况，固态和液态提供的是分子间缔合及氢键产生下的峰形。

（2）溶剂效应：

在测定溶液的光谱时，应尽可能在非极性稀溶液中进行。

谱图解析的注意事项

1、如果在4000～400cm-1区间只显示少数几个宽吸收峰的谱图，这很可能是无机化合物

2、解析谱图时，辨认吸收峰位置无疑是重要的，但吸收峰的强度和峰形也是红外吸收的重要特点，对确定结构很有用。

如羟基，氨基。

3、同一基团的几种振动吸收峰的相互印证（相关峰），如苯环、醛类。

4、判断化合物是饱和还是不饱和。

（以3000cm-1为界）

5、注意区别和排除非样品的谱带的干扰。

如大气中的CO2在2350和667cm-1有吸收；因KBr吸水，在3410～3300cm-1有吸收。

6、在一张谱图上，并不是所有的吸收峰都能指出其归属，有许多谱峰，特别是指纹区的谱峰很难找到它们的归属的

第十六章核磁共振波谱法

⏹在H0一定时（扫频），屏蔽常数大的氢核，进动频率ν小，共振吸收峰出现在核磁共振谱的低频端（右端），反之出现在高频端（左端）。

⏹ν0一定时（扫场），则大的氢核，需要在较大的H0下共振，共振峰出现在高场（右端），反之出现在低场（左端）。

核磁共振波谱与紫外可见、红外光谱的区别

⏹共同点都是吸收光谱

紫外-可见

红外

核磁共振

跃迁类型不同

电子能级跃迁

振动能级跃迁

自旋原子核发生能级跃迁

测定方法不同

透光率或吸收度

共振吸收法

原子核的共振吸收

拉莫尔进动。

进动频率ν与外加磁场强度H0的关系可用Larmor方程表示：

⏹对于同一种核，磁旋比为定值，H0逐渐增加，射频频率

也逐渐增加。

⏹

不同原子核，磁旋比不同，产生共振的条件不同，

需要的磁场强度H0和射频频率不同。

⏹在H0一定时（扫频），屏蔽常数大的氢核，

进动频率ν小，共振吸收峰出现在核磁共振

谱的低频端（右端），反之出现在高频端（左端）。

⏹ν0一定时（扫场），则大的氢核，

需要在较大的H0下共振，共振峰出现在高场（右端），

反之出现在低场（左端）。

用化学位移表示核进动频率的相对差别。

符号为δ

若固定H0

若固定照射频率ν0，扫场，则式可改为

局部屏蔽效应

（1）诱导效应：

与氢核相连的碳原子上，如果接有电负性强的原子或基团，则由于它的吸电子诱导效应，使氢核外围电子云密度减小，即屏蔽效应减小，共振峰向低场移动。

（2）共轭效应：

共轭效应同样会使电子云的密度发生变化。

如苯环上的氢被供电子基（如CH3O）取代，由于p-π共轭，使苯环的电子云密度增大，δ值高场位移；吸电子基（如C＝O，NO2等）取代，由于π-π共轭，使苯环的电子云密度降低，δ值低场位移。

溶剂和试样的测定：

⏹样品纯度：

＞98%

⏹试样浓度：

5-10%；需要纯样品15-30mg；傅立叶变换核磁共振仪需要1mg

⏹溶剂：

氘代溶剂（D2O、CDCl3、丙酮-D6、苯、四氯化碳、二硫化碳、

二甲基亚砜的氘代物）

⏹内标准：

四甲基硅烷TMS（浓度1%）

⏹一组相同氢核自旋裂分峰数目由相邻氢核数目n决定

⏹某基团的氢与n个氢相邻偶合时，将被分裂为n+1重峰，而与该基团本身的氢数无关，此规律称为n+1律。

（四重峰与七重峰）

⏹服从n+1律的一级图谱多重峰峰高比为二项式展开式的系数比。

核磁共振氢谱的解析方法

●先检查内标物的峰位是否准确，底线是否平坦，溶剂中残存的1H信号是否出现在预定的位置。

●根据已知分子式，计算出不饱和度U。

●根据氢谱的积分曲线计算出各个信号对应的H数即氢分布。

●先解析孤立甲基峰，通过计算或查表确定甲基的类型。

例如，CH3—O—、CH3—N—及CH3—Ar等均为单峰。

●解析低场共振峰：

醛基氢δ～10、酚羟基氢δ9.5～15，羧基氢δ10～13及烯醇氢δ14～16。

●计算Δ／J，确定图谱中的一级与高级偶合部分。

先解析图谱中的一级偶合部分，由共振峰的化学位移值及峰裂分形状，确定归属及偶合系统。

●考虑是否存在分子对称性。

如果图出现的峰组数减少，首先要考虑存在对称结构。

●解析图谱中高级偶合部分。

●根据各组峰的和偶合关系的分析，推出若干结构单元，最后组合为几种可能的结构式。

●结构初定后，查表或计算各基团的化学位移核对

一个含溴化合物分子式为C4H7BrO2核磁共振谱如图。

由光谱解析确定结构。

解：

1.不饱和度，只含一个双键，为脂肪族化合物

2.氢分布：

d（3:

1）

3．由氢分布及化学位移，可以得知a为CH3，b为CH2，C为CH，d为COOH。

4．由偶合关系确定联结方式a为二重峰，说明与一个氢相邻，即与CH相邻；b为二重峰，也说明与CH相邻；c为六重峰，峰高比符合1:

5：

10：

10:

1，符合n+l律，说明与5个氢相邻。

因为各峰的裂距相等，所以，Jac≈Jbc，，则5个氢是三个甲基氢与二个亚甲基氢之和。

该未知物具有-CH2—CH—CH3基团，为偶合常数相等的A2MX3自旋系统。

根据这些信息，未知物有二种可能结构：

5．由次甲基的化学位移可以判断亚甲基是与羧基还是与溴相连。

可计算：

4.23与c峰的δ值4.43接近，因此，未知物的结构是Ⅱ不是I。

6．核对未知物光谱与Sadtler6714M3—溴丁酸的标准光谱一致。

证明未知物结构式是Ⅱ。

单峰：

s（singlet）双峰：

d（doublet）三重峰：

t（triplet）

四重峰：

q（quadruplet）多重峰：

m（multiplet）

碳谱的化学位移受杂化的影响较大，

次序基本上与1H的化学位移平行，其大致范围是：

SP3杂化CH3—20~100ppmSP杂化—C≡CH70~130ppm

SP2杂化—C＝CH2100~200ppmSP2杂化—C=O150~220ppm

13C的化学位移

⏹烷烃类饱和C0－50ppm

⏹R-CH2-O-50-80ppm

C≡C60-90ppm（己炔71.9）

-C=C-100－150ppm（乙烯123.3）

-C=O150-220ppm

第十四章荧光分析法

荧光分析法的特点

优点:

1.灵敏度高，检出限10-10~10-12g/ml（紫外：

10-7g/ml）

2.选择性好3.线性范围宽

缺点：

应用范围窄

激发光谱与发射光谱

荧光物质分子都具有两个特征光谱，即激发光谱和发射光谱（荧光光谱）。

激发光谱：

固定测量波长（选最大发射波长）,化合物发射的荧光（磷光）强度与照射光波长的关系曲线。

激发光谱曲线的最高处，处于激发态的分子最多，荧光强度最大；

发射光谱：

固定激发光波长（选最大激发波长）,化合物发射的荧光（或磷光强度）与发射光波长关系曲线。

1、激发光谱：

是指不同激发波长的电磁辐射引起物质发射某一波长荧（磷）光的相对效率

2、发射光谱，简称荧（磷）光光谱

在一定波长激发光作用下，荧（磷）光物质发射的荧（磷）光中各种波长组分的相对强度

荧光物质的必要条件

分子产生荧光，必须具备两个条件：

（1）物质分子必须有强的可见-紫外吸收

分子结构应具有共轭结构（或含不饱

和杂原子基团），产生π→π*跃迁或

n→π*跃迁

（2）分子吸收辐射能后，必须具有一定的荧光量子产率。

分子结构与荧光的关系

1.跃迁类型：

K带强吸收

2.长共轭结构物质，易产生π→π*共轭程度越大，产生荧光强度越强，荧光效率越大，波长长移。

也就是，共轭键越长，荧光强度越大，荧光波长长移。

3.分子刚性和共平面性结构（刚性共平面结构）

大多数具有刚性共平面结构的有机物具有强烈的荧光

4.取代基

（1）对共轭体系作用大的给电子基团，增加共轭效应，使荧光效率增强，荧光波长长移。

例：

-OH，-OR，-NH2，-CN，-NR2等饱和杂原子基团。

（2）对共轭体系作用大的吸电子基团，减弱π电子共轭性，使荧光减弱甚至熄灭。

例：

-COOH，-NO2，-C=O，-NO，-SH，-NHCOCH3，-F，-Cl，-Br,-I等。

（3）对共轭体系作用效小的基团，对荧光的影响不明显。

例：

-R，-SO3H，-NH3。

影响荧光强度的外部因素

1、溶剂：

一般：

溶剂极性增大，荧光强度增大，波长长移。

溶剂粘度减小，荧光强度减弱。

2、温度：

温度升高，荧光强度下降

3．溶液PH值：

PH值会影响酸或碱的离解，因此，PH值不同，物质荧光强度也不同

4．氢键的影响

5．散射光的干扰

散射光：

当一束平行的光照射在液体样品上，大部分光线透过溶液，小部分光线由于光子和物质分子相碰撞，使光子的运动方向发生改变，而向不同角度散射，这种光称为散射光。

6.荧光熄灭剂荧光熄灭：

指荧光物质分子与溶剂分子或溶质分子相互作用引起荧光强度降低的现象

荧光熄灭剂：

引起荧光熄灭的物质称为荧光熄灭剂

7.表面活性剂的影响

表面活性剂形成的胶束溶液，有增溶、增稳和增敏作用，可大大提高荧光分析法的灵敏度和稳定性。

荧光强度与浓度的关系

低浓度时：

F=KC

注：

只有浓度极稀的条件下，上式才成立

故：

紫外-可见分光度法灵敏度低于荧光分析法灵敏度

1、关于荧光效率，下面错误的叙述是（C）

A、具有长共轭的π→π*跃迁的物质具有较大的荧光效率

B、分子的刚性和共平面性越大，荧光效率越大

C、顺式异构体的荧光效率大于反式异构体的荧光效率

D、共轭体系上的取代基不同，对荧光效率的影响也不同

第十七章质谱法

●应用范围广。

可用于同位素分析、无机成分分析、有机结构分析。

●灵敏度高，检测限ng级10-9-10-12。

样品用量少。

一次分析仅需几微克甚至更少的样品。

●分析速度快。

完成一次全谱扫描，一般仅需1至几秒，最快可达1/1000秒，可实现色谱-质谱的在线联用.

●准确度高：

高分辩率可测至10-6u。

（u=质子质量单位1.6605655×10-27kg）

对有机物最常用的电离方法有：

电子轰击源（EI）

EI优点：

1.重现性好，灵敏度高，

2.碎片离子多，能提供丰富的结构信息，

3.稳定，操作方便，方法成熟

4.应用最广，标准质谱图基本都是采用EI源得到的

EI缺点：

1.对分子量大或稳定性差的样品，常常得不到分子离子峰；

2.不适合于难挥发、热不稳定化合物的分析（气化的样品）。

化学电离源（CI）

优点：

1.属于软电离方式，准分子离子峰强度大，通过准分子离子确定分子量

2.易获得有关化合物官能团的信息

3.谱图简单；

缺点：

1.重现性较差；

2.样品需要加热气化后进行离子化，故不适合于难挥发、热不稳定化合物的分析。

场致电离源（FD）

1.该方法能用于电离不挥发或热不稳定的化合物。

2.其缺点是所得到的总离子流比其他电离方法较低。

快速原子轰击离子源（FAB）

优点：

1.适用于强极性、高分子量不挥发性或热不稳定的化合物的分析。

2.属软电离方式，可通过强度较高的准分子离子峰得到样品分子量的信息。

缺点：

影响离子化效率的因素较多，图谱重现性差。

棒形图

●峰强度与分子离子或碎片离子出现的几率有关，

●峰强度大，表示该离子出现几率大，离子较稳定

●质谱图中最强峰称为基峰

失去电子的顺序：

杂原子上n电子﹥π电子﹥C-C键上的σ电子﹥C-H键上的σ电子

杂原子＞C=C＞C-C＞C-H（难）

.+表示一对电子失去了一个电子，形成具有奇数个电子的正离子，当正电荷不清时，可用“┓.+”表示

分子离子峰的稳定性顺序为：

芳香族化合物>共轭链烯>脂环化合物>烯烃>硫化物＞直链烷烃>硫醇>酮>胺>酯>醚>酸>分支烷烃>醇。

亚稳离子

•

这种飞行过程中中途能量发生变化的离子称亚稳离子，用m*表示，所产生的峰称为亚稳离子峰或亚稳峰。

•亚稳离子峰的特点：

峰弱，峰强度仅为m1+峰的1-3%；

•峰较钝而小，峰一般要跨到2-5个质量单位；质荷比通常不是整数。

（一）简单裂解（单纯开裂）

（1）α-裂解：

含有C=O的化合物，首先失去一个n电子形成分子离子，后在羰基与α-C原子之间发生裂解，称为α裂解。

醛、酮、酸、酯和酰胺等含C=O的都易发生α-裂解

（2）β-裂解：

含杂原子的化合物，裂解易发生在X-Cα-Cβ键上，称为β-裂解。

烯烃、芳烃也易发生β-裂解。

醇、胺、醚、卤化物、芳烃、烯等易发生β-裂解。

（二）重排裂解

规律：

含奇数个电子的离子重排裂解后产生的离子一定含奇数个电子。

而含偶数个电子的离子（即正离子）重排裂解后产生的离子一定产生含偶数个电子

例下图是一个含有C、H、O三元素的有机的质谱（亚稳离子峰在m/z56.5及33.8处），试推测其结构。

IR3100-3700无吸收。

解：

1.查分子离子区

（1）M+=136较强，该化合物结构稳定，可能为芳环或具有共轭系统

（2）确定分子式：

查Beynon表，M+=136的化合物中含C、H、O的有下面四个：

A：

C9H12O（不饱和度4）B：

C8H8O2（不饱和度5）

C：

C7H4O3（不饱和度6）D：

C5H12O4（不饱和度0）

2．查碎片离子

（1）m/z105为基峰，表示可能有苯甲酰（C6H5CO）结构；

（2）m/z39，51及77各峰为芳环特征峰，可进一步肯定有苯环；

（3）亚稳峰m/z=56.5，示有m/z105→77开裂过程，因772/105=56.5，m/z=33.8，示有m/z77→51开裂过程，因512/77=33.8，

C6H5CO·+（失去CO）→C6H5CO·+（失去-C2H2）→C4H3·+

m/z105m/z77m/z51

3．提示结构单元

（1）根据以上分析可提出部分结构单元C6H5CO，不饱和度5

（2）可排除结构单元：

C9H12O（不饱和度4）；C7H4O3（H不够），C5H12O4（不饱和度0）。

故结构式为C8H18O2，剩余单元为CH3O，-OCH3或CH2OH

4．确定结构式

（1）连接结构单元及剩余单元，可能有以下两种结构：

（2）因IR3100-3700cm-1无吸收，故无-OH，结构为Ⅰ

5．验证U=5。

碎片离子的归属：

第十五章原子吸收光谱法

原子吸收分光光度法：

基于被测元素基态原子在蒸汽状态对原子共振辐射吸收进行元素定量分析的方法。

原子吸收分光光度法的特点：

（1）灵敏度高：

火焰原子吸收法可达ng.ml-1级。

石墨炉原子吸收法可达到10-10~10-14g。

（2）准确度高：

火焰原子吸收法的相对误差<1%，石墨炉原子吸收法的相对误差3%~5%

（3）选择性好：

大多数情况下共存元素对被测元素不产生干扰。

（4）分析速度快。

（5）应用范围广：

能够测定的元素多达70多个。

（6）仪器较简单，价格低廉。

原子吸收法的缺点：

（1）标准工作的曲线线性范围窄。

（2）通常每测一种元素要使用一种元素灯。

（3）测定难熔元素，如W、Nb、Ta、Zr、Hf、稀土等，及非金属元素，不能令人满意。

共振吸收线:

（共振线）原子由基态跃迁到第一激发态时吸收一定频率的光而产生的吸收线,称共振吸收线.

各原子共振吸收线各有其特征.故又称元素的特征谱线.

特征谱线最强,最灵敏,常作原子吸收分光光度法的分析线

自然变宽（

）：

没有外界影响，谱线仍有一定的宽度，称自然变宽。

一般在10-5nm左右，激发态原子的平均寿命越长,谱线宽度越窄.

Doppler（多普勒）变宽（

）：

是由于原子热运动引起的,又称热变宽.

当处于热平衡状态时:

其是影响原子吸收光谱线宽度的主要因素.

当“背向”检测器运动时，波长红移

当“向着”检测器运动时，波长紫移

压力变宽：

原子之间互相碰撞导致激发态原子平均

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