光谱分析包括哪些

红外光谱是用来进行定性分析分子结构的检测手段.波长在0.75-1000um的红外光辐射到物质分子,能引起分子内化学键的振动能级跃迁及整个分子的转动能级跃迁而产生分子的振动-转动吸收光谱,即为红外光谱.
红外光谱图的分析是通过观察分子红外图谱的分子吸收峰来定性分析分子所含有的基团,进而分析分子结构.

液体、固体都可以,主要分析有机物官能团

⑴光具有波粒二象性 E=hν=hc/λ,λ=c/ν,V=1/ λ .熟悉波长λ、频率ν、波数 、能量E的概念、单位及相互关系.
⑵熟悉电磁波谱图,包括紫外光区、红外光区的划分.
⑶了解分子总的能量E的组成,它包括E平动能,电子运动能E电、分子振动能量E振和分子转动能量E转.电磁波(光波)照射物质时,分子要吸收一部分辐射,但是,吸收是量子化的,即只吸收某些特定频率的辐射,吸收的能量可以激发电子到较高的能级或增加分子振动能级和转动能级,从而产生特征的分子吸收光谱.其中电子能级差最大、振动能级差次之,转动能级差最小.只有恰好等于某个能级差时,分子才能吸收.
⑷了解吸收光谱与分子结构的关系.分子中不同的基团表现出不同的吸收特征,因此,确定分子的吸收光谱可以推测分子可能存在的官能团.
⑸了解分子能级裂化与光谱的关系.读者要了解吸收光谱的分类,以及电磁波谱区域与相应波谱方法的对应关系.
①紫外光谱法：波长在200—400nm的近紫外光,激发n及π电子跃迁
②红外光谱法：波长在2.5—15μm激发振动与转动
③核磁共振波谱法：波长在无线电波1—1000m激发原子核自旋能级.
质谱不同于以上三谱,不属于吸收光谱.它不是描述一个分子吸收不同波长电磁波的能力,而是记录化合物蒸汽在高真空系统中,受到能量很小的电子束轰击后生成碎片正离子的情况.
⑹光吸收定律
透射率T=透射光／入射光＝I／I0,吸光度A＝-logT=εbc(L-B定律)
⑺物质吸收谱带的特征
主要特征：位置(波长)及强度(几率)
1、分子轨道形成与σ,π及n轨道.
读者应习惯于用分子轨道表示分子结构.处在分子轨道中的价电子主要涉及σ,π,n,价电子的跃迁产生uv：σ→σ* π→π* n→n* 其能量次序大致为σ＜π＜n＜π*＜σ*据此,可以比较不同类型能级跃迁所需能量的大小,以及与吸收峰波长的关系.
2、电子能级和跃迁类型
σ→δ* 200nm以下,远红外区,饱和碳氢化合物,例如,CH4λmax＝125nm.
n→π* 200－400nm,近红外区,适用于含杂原子的双键或杂原子上的孤电子对与碳上π电子形成p-π共轭,R带λmax＝310nm.
π→π* 乙烯型E带,E1λmax＝184nm ,E2λmax＝204nm ；丁二烯型K带,λmax＝217nm 苯型B带λmax＝256nm.
n→σ* 200nm左右,含杂原子O,S,N,Br,I等类型的饱和化合物.例如,CH3OHλmax＝183nm.
3、发色团(略)
4、助色团及其对光谱的影响
助色团—OH,—OR,—NHR,—SH,—SR,—Cl,—Br,—I以及烷基等.烷基斥电基,蓝移；p-π共轭,红移.
5、溶剂极性影响.
二、不饱和有机物的紫外吸收带及计算方法
目前还不能完全从理论上估计各种发色团和共轭系统的紫外吸收峰值,但可以从大量实验数据中,归纳出一些经验公式,从而估计最大吸收峰值(λmax).
1、共轭烯烃
⑴共轭二烯、三烯、四烯的紫外吸收带
在环烯烃中,共轭双键的位置对uv有很大影响.如果共轭双烯键的两个双键中间的单键为环的一部分,则称此为环二烯.环二烯可分为同环二烯、异环二烯、半环二烯（ ）
对于共轭二、三、四烯,可以利用伍德瓦尔—费塞尔经验规则计算λmax值.如果结构合理,一般计算值与实验值比较接近.
但该规则不适合交叉共轭体系(例,半环二烯),也不适合于芳香系统.
在计算中,如遇既可取同环二烯又可取异环二烯为母体,则应取跃迁时所需能量最低的二烯作母体.
由于分子中各基团之间的相互作用,或空间阻碍,常使该规则产生误差.在这方面已有对此规则作了修正[见J.Ory.Chem.24,436(1959);29,3527(1964)].通常,反式异构体及λmax其ε都大于相应的顺式异构体.
溶剂对这类化合物λmax的影响忽略不计.
光谱中出现符合某一发色团的特征吸收谱带时,只能作为该发色团可能存在的证明,而不能确定其存在；但若推断的吸收峰不存在,则可作为该发色团不存在的相当可靠的证据.
2、共轭多烯的紫外吸收带
费塞尔—肯恩(Kubn)公式
λmax (已知溶液)=114+5m+n(48.0-1.7n)-16.5R(环内)-10R(环外)
m取代烷基数
n共轭双键数 (n>4)
R(环内)——含环内双键的环数
R(环外)——含环外双键的环数
3、α,β-不饱和羰基化合物
可按经验规则计算λmax,它不但受发色团碳原子上取代基的影响而且还明显受溶剂极性影响.
4、芳香族化合物
苯分子紫外光谱在E1λmax＝184nm、E2λmax＝204nm和(B带)256nm附近出现三个吸收带.其中E1带检测不到；比较重要的是B带,苯型带受溶剂影响很大.
⑴一元取代物uv
(略)
⑵二元取代物uv
⑶多环芳烃uv
⑷杂环化合物uv
三、紫外光谱仪(略)
1、结构原理
2、双光束、自动记录式紫外—可见分光光度计(双分散系统)

当一束具有连续波长的红外光通过物质,物质分子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的频率一样时,分子就吸收能量由原来的基态振(转)动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级,分子吸收红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁,该处波长的光就被物质吸收.所以,红外 红外光谱
光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法.将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来,就得到红外光谱图.红外光谱图通常用波长(λ)或波数(σ)为横坐标,表示吸收峰的位置,用透光率(T%)或者吸光度(A)为纵坐标,表示吸收强度.　　当外界电磁波照射分子时,如照射的电磁波的能量与分子的两能级差相等,该频率的电磁波就被该分子吸收,从而引起分子对应能级的跃迁,宏观表现为透射光强度变小.电磁波能量与分子两能级差相等为物质产生红外吸收光谱必须满足条件之一,这决定了吸收峰出现的位置.　　红外吸收光谱产生的第二个条件是红外光与分子之间有偶合作用,为了满足这个条件,分子振动时其偶极矩必须发生变化.这实际上保证了红外光的能量能传递给分子,这种能量的传递是通过分子振动偶极矩的变化来实现的.并非所有的振动都会产生红外吸收,只有偶极矩发生变化的振动才能引起可观测的红外吸收,这种振动称为红外活性振动；偶极矩等于零的分子振动不能产生红外吸收,称为红外非活性振动.　　分子的振动形式可以分为两大类：伸缩振动和弯曲振动.前者是指原子沿键轴方向的往复运动,振动过程中键长发生变化.后者是指原子垂直于化学键方向的振动.通常用不同的符号表示不同的振动形式,例如,伸缩振动可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动,分别用 Vs 和Vas 表示.弯曲振动可分为面内弯曲振动(δ)和面外弯曲振动(γ).从理论上来说,每一个基本振动都能吸收与 红外光谱仪
其频率相同的红外光,在红外光谱图对应的位置上出现一个吸收峰.实际上有一些振动分子没有偶极矩变化是红外非活性的；另外有一些振动的频率相同,发生简并；还有一些振动频率超出了仪器可以检测的范围,这些都使得实际红外谱图中的吸收峰数目大大低于理论值.　　组成分子的各种基团都有自己特定的红外特征吸收峰.不同化合物中,同一种官能团的吸收振动总是出现在一个窄的波数范围内,但它不是出现在一个固定波数上,具体出现在哪一波数,与基团在分子中所处的环境有关.引起基团频率位移的因素是多方面的,其中外部因素主要是分子所处的物理状态和化学环境,如温度效应和溶剂效应等.对于导致基团频率位移的内部因素,迄今已知的有分子中取代基的电性效应：如诱导效应、共轭效应、中介效应、偶极场效应等；机械效应：如质量效应、张力引起的键角效应、振动之间的耦合效应等.这些问题虽然已有不少研究报道,并有较为系统的论述,但是,若想按照某种效应的结果来定量地预测有关基团频率位移的方向和大小,却往往难以做到,因为这些效应大都不是单一出现的.这样,在进行不同分子间的比较时就很困难.　　另外氢键效应和配位效应也会导致基团频率位移,如果发生在分子间,则属于外部因素,若发生在分子内,则属于分子内部因素.　　红外谱带的强度是一个振动跃迁概率的量度,而跃迁概率与分子振动时偶极矩的变化大小有关,偶极矩变化愈大,谱带强度愈大.偶极矩的变化与基团本身固有的偶极矩有关,故基团极性越强,振动时偶极矩变化越大,吸收谱带越强；分子的对称性越高,振动时偶极矩变化越小,吸收谱带越弱.

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