湘潭大学：《仪器分析技术讲座》

器分析米座 报告人:段正康 湘潭大学化工学院

仪器分析技术讲座 报告人 :段正康 湘潭大学化工学院

仪器分析技术的分类 1波谱分析 2.色谱分析 ■3物相分析 ■4.元素分析

一 .仪器分析技术的分类 ◼ 1.波谱分析 ◼ 2.色谱分析 ◼ 3.物相分析 ◼ 4.元素分析

各类仪器分析技术的分类,原理与应用 1.波谱分析 ①分类:*紫外可见分光光谱分析(UV) *分子振动光谱(红外光谱)分析(IR) *核磁共振波谱分析(NMR) *质谱(MS)分析 也有人把荧光光谱分析(RF)和有机化合物 的元素分析纳入波谱分析范畴 ②波谱分析的原理 包括两方面的内容:光的波粒二象性(光的 波动性和光的粒子性) 概念:波长.周期.波数

二.各类仪器分析技术的分类．原理与应用 1.波谱分析 ① 分类： ﹡紫外可见分光光谱分析（UV） ﹡分子振动光谱（红外光谱）分析（IR） ﹡ 核磁共振波谱分析（NMR） ﹡ 质谱（MS）分析 也有人把荧光光谱分析（RF）和有机化合物 的元素分析纳入波谱分析范畴 ② 波谱分析的原理 包括两方面的内容：光的波粒二象性（光的 波动性和光的粒子性） 概念：波长. 周期. 波数

光谱区域的划分 光谱区 波长 频率/HZ 波数CM1 量/ 射线 0.01-10nm 3.0*1019 1.0*109-1.0*1061.2*105-1.2*102 3.0*1016 远紫外 10-200nm 3.0*1019 1.0106-30*1041.2*1026,2 3.0*1015 近紫外 200-380nm 可见 380-780nm 近红外 0.75-2.5u 12820-4000 中红外 2.5-25um 4000-400 0.5-0.05 远红外 25-1.0*103um 400-10 微波 1.0-1.0*103um 10-1*10-2 射频 1.0-1000r 3.0*108-3.0*10

光谱区域的划分 光谱区 波长 频率/HZ 波数/CM-1 能量/ev X射线 0.01-10nm 3.0*1019 - 3.0*1016 1.0*109 -1.0*106 1.2*105 -1.2*102 远紫外 10-200nm 3.0*1019 - 3.0*1015 1.0*106 -3.0*104 1.2*102 -6.2 近紫外 200-380nm 可见 380-780nm 近红外 0.75-2.5um 12820-4000 1.6-0.5 中红外 2.5-25um 4000-400 0.5-0.05 远红外 25-1.0*103um 400-10 微波 1.0-1.0*103um 10-1*10-2 射频 1.0-1000m 3.0*108 -3.0*105

换算关系:V1/TV=C/波数=1 波长向短波方向为宇宙射线或y射线 波长向长波方向为声波 光与物质的相互作用 分子能级:分子总处于特定的运动状态每一运动状态 具有一定的能量 分子能级跃迁:周围环境吸收能量由低能级到高能级跃 迁 分子光谱:分子发生吸收跃迁的能量来自于光照,记录 下吸收光子的波长和吸收信号的强弱,称分子吸收光谱 同理发生发射跃迁释放的能量以光的形式释放,记录下 发射出的光的波长和强弱,称做分子发射光谱

换算关系：ν=1/T ν=C/T 波数 ū=1/λ 波长向短波方向为 宇宙射线或γ射线 波长向长波方向为 声波 光与物质的相互作用 ——分子能级：分子总处于特定的运动状态 每一运动状态 具有一定的能量 ——分子能级跃迁：周围环境吸收能量由低能级到高能级跃 迁 ——分子光谱：分子发生吸收跃迁的能量来自于光照 ，记录 下吸收光子的波长和吸收信号的强弱，称分子吸收光谱 同理发生发射跃迁释放的能量以光的形式释放，记录下 发射出的光的波长和强弱，称做分子发射光谱

分子吸收光谱的分类 分子的平移移动 分子的转动 分子内化学键振动 价电子能级跃迁 电子的自旋 同位素的原子核的自旋(H,2H,1C,17O,1F,3P等) ③紫外可见分光光度法 *波长200—750nm分析那些具有紫外与可见光吸收的 化合物。它是被测分子在紫外可见光照射下外层价 电子产生跃迁而形成的吸收光 术语 发色团(生色团)能吸收紫外光和可见光而引起 电子能级跃迁的基团。通常指具有不饱和键或不饱和键 上连有杂原子的基团C=CC=O等

——分子吸收光谱的分类 分子的平移移动 分子的转动 分子内化学键振动 价电子能级跃迁 电子的自旋 同位素的原子核的自旋（1H， 2H， 13C， 17O， 19F， 31P等） ③紫外可见分光光度法 ﹡波长200－750nm分析那些具有紫外与可见光吸 收的 化合物。 它是被测分子在紫外可见光照射下外层价 电子产生跃迁而形成的吸收光谱。 ﹡术语 ——发色团（生色团） 能吸收紫外光和可见光而引起 电子能 级跃迁的基团。通常指具有不饱和键或不饱和键 上连有杂原子的基团 C=C C=O等

助色团含有杂原子的饱和基团与发色团相连时.吸收波 长发生变化,有一OH一NH2,—X,一OC2H等 红移和紫易 朗伯一比耳定律A=kcl k比例常数,与入射光波长.吸收光物质性质及溶剂温度等有 关 增色效应与减色效应 有机化合物结构发生变化或溶剂改变,在吸收峰红移或紫移 的同时常伴有吸收度的增加或减弱 紫移 红移 减色

——助色团 含有杂原子的饱和基团与发色团相连时. 吸收波 长发生变化，有－OH －NH2， －X，－OC2H5等 ——红移和紫易 ——朗伯－比耳定律 A＝kcl k比例常数 ，与入射光波长. 吸收光物质性质及溶剂温度等有 关 ——增色效应与减色效应 有机化合物结构发生变化或溶剂改变, 在吸收峰红移或紫移 的同时,常伴有吸收度的增加或减弱 紫移 红移 减色 增色

*有机化合物最大吸收波长的计算 根据化合物结构的不同,有很多规律可计算,一般是确定母体 再加上其它的基团的作用 *影响紫外光谱特征的其它因素 溶剂的影响:能影响谱带形状,最大吸收波长和吸收强度 空间位阻效应 偶极场效应 跨环效应 互变异构效应 J→p共轭效应和超共轭效应 *紫外光谱在结构分析中的使用 单独使用进行有机化合物结构分析是比较困难的,但在确定发色团 的种类,判断某些方面的异构体及确定不饱和化合物的骨架起重要 作用

﹡有机化合物最大吸收波长λmax的计算 根据化合物结构的不同， 有很多规律可计算，一般是确定母体， 再加上其它的基团的作用 ﹡影响紫外光谱特征的其它因素 溶剂的影响：能影响谱带形状，最大吸收波长和吸收强度 ——空间位阻效应 ——偶极场效应 ——跨环效应 ——互变异构效应 ——Л→p共轭效应和超共轭效应 ﹡紫外光谱在结构分析中的使用 单独使用进行有机化合物结构分析是比较困难的，但在确定发色团 的种类，判断某些方面的异构体及确定不饱和化合物的骨架起重要 作用

④分子振动光谱(红外光谱) 波长范围0.7um延伸至300um 现在红外光谱只能扫描2.5-25um 习惯上用cm的倒数来表示,即波数cm1表示 红外光谱也称分子吸收光谱,它是反映分子振动情况.当不同 频率的红外光谱通过测定分子时,就会出现不同强弱的吸收现象, 用Tλ作图就得到红外吸收光谱。 有很强的特征性,可以作为物质定性和定量的依据 *红外光谱的分析原理 分子振动的类型 伸缩振动,弯曲振动,整个结构基团的振动 当测定物质的分子中基团的振动频率与照射红外光谱的频率相同 时,此物质就能吸收这种红外光谱,使分子由振动基态跃迁到激 发态,产生吸收光谱

④分子振动光谱(红外光谱) 波长范围0.7um延伸至300um 现在红外光谱只能扫描2.5－25um 习惯上用cm的倒数来表示，即波数cm-1表示 红外光谱也称分子吸收光谱,它是反映分子振动情况.当不同 频率的红外光谱通过测定分子时,就会出现不同强弱的吸收现象, 用T-λ作图就得到红外吸收光谱。 有很强的特征性，可以作为物质定性和定量的依据。 ﹡红外光谱的分析原理 ——分子振动的类型 伸缩振动，弯曲振动，整个结构基团的振动 当测定物质的分子中基团的振动频率与照射红外光谱的频率相同 时，此物质就能吸收这种红外光谱，使分子由振动基态跃迁到激 发态，产生吸收光谱

基团频率 入=1307 k为力常数,与键合类型有关 u为折合质量。1/u=1/m1+1/m2m12m2为振动质量 k、u均可以查表得到 不同的官能团其特征吸收频率不同,可作为红外光谱定性分析 的依据。因此红外光谱法用于有机化合物的结构测定是目前最 成功和最广泛的方法之一。 *红外光谱区段的划分 红外光谱区分为近红外区、中红外区、远红外区。 其能级跃迁类型分为倍频、振动和转动,应用最广泛的是中红 外区,其波数在4000-400cm

——基团频率 λ＝1307 k为力常数，与键合类型有关 u为折合质量。1/u=1/m1+1/m2 m1 , m2为振动质量 k 、u均可以查表得到 不同的官能团其特征吸收频率不同，可作为红外光谱定性分析 的依据。因此红外光谱法用于有机化合物的结构测定是目前最 成功和最广泛的方法之一。 ﹡红外光谱区段的划分 ——红外光谱区分为近红外区、中红外区、远红外区。 其能级跃迁类型分为倍频、振动和转动，应用最广泛的是中红 外区，其波数在4000－400cm-1