波谱法及其应用培训讲学.ppt

波谱法及其应用;; 各种波谱法原理不同，其特点和应用也各不相同。每种波谱法也都有其适用范围和局限性。在使用时应根据测定的目的、样品性质、组成及样品的量选择合适的方法，在很多情况下要综合使用多种波谱法才能达到目的。 ;1.2 电磁波与波谱 1.2.1 电磁波的性质; 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)。; 在垂直于传播方向的平面上看，光矢量还有三种不同的状态，???偏振态、非偏振态和部分偏振态。偏振态光又分为线偏振光、园偏振光、椭圆偏振光。; 线偏振光：光矢量一个平面内振动，只改变大小而不改变方位。在沿传播方向看过去，光矢量只一条线（ ），故叫线偏振光；线偏振光分布在某一个平面上，所以线偏振光又叫平面偏振光。见图1-1。 ; 平面偏振光也可以看作由两束振幅相等而旋转方向相反的两束园偏振光的组合的结果。;; 椭圆偏振光：当平面偏振光通过手性化合物后，左右旋两束光被吸收情况不同导致振幅不相等。两束旋转方向相反而振幅不相等的园偏振光组成一束椭圆偏振光。 此时光矢量的大小和方向都在变。从传播方向面对光源看过去，光矢量顶端的轨迹是一个椭圆。 ;;;1.2.2 分子能级与波谱;（1)平动能： 平动是分子整体的平移运动。平动能是随温度升高而增大。可以是连续变化的、非量子化的。平动不会产生光谱。平动能也是各种分子运动能中最小的。 ;（2）核的自旋跃迁： 自旋量子数I为1/2的核，如1H、13C等在磁场中有两种自旋取向，一个能级高，一个能级低。 低能级的核吸收电磁波跃迁到高能级时得到核磁共振谱。这种跃迁所需的能量仅比平动能大，而小于其他分子运动能。 ;（3）转动能Ej： 分子围绕它的重心作转动时的能量叫转动能。转动能级的分布也是量子化的。转动量子数J可取0、1、2、……。转动能大于核自旋跃迁能而小于振动能。 ;振动跃迁产生红外光谱。;（5）电子能Ee： 电子的能级分布是量子化的，不连续的。分子吸收特定波长的电磁波可以从电子基态跃迁到激发态，产生电子光谱。;;表1-1 电磁波与光谱 辐射区域 波长 分子运动 光谱类型 X射线 0.1~10nm 内层电子跃迁 X射线谱 真空紫外 10~200nm 外层电子跃迁 电子光谱 紫外 200~400nm 外层电子跃迁 电子光谱 可见 400~800nm 外层电子跃迁 电子光谱 红外 0.8~1000μm 振动与转动跃迁 红外光谱 微波 0.1~100cm 跃迁、自旋跃迁 微波谱、顺磁共振 无线电波 1~1000m 核自旋跃迁 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。;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。 （f）稠环芳烃不饱和度用下式计算： U=4r- S 式中：r为稠环芳烃的环数；s为共用边数目。 ;例： r=3 s=2 U=4r-S=4×3-2=10 ? C6H6 U=l十n4十(n3-n1)/2=1+6+ (0-6)/2=4 C6H5Cl U=1+6+ (0-6)=4 C2H5NO2 U=1+2+ (1-5)/2=1 ;1.4 波谱实验样品的准备 在波谱测定前我们需要根据样品的不同性质、不同纯度及不同波谱测定目的作样品的准备。 ;1.4.1样品量 (1) 需要样品的量首先取决于波谱法的检测灵敏度。 UV：若配100ml溶液，需要的量为几个mg IR作结构分析需要1-5mg。1HNMR一般要3-5mg样品。13CNMR要十几mg以上，甚至几