几种仪器分析方法简介课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,几种仪器分析方法简介,1,几种仪器分析方法简介1,讨论内容（四谱）,1,、紫外,-,可见光谱,UV,-Vis,ltraviolet-Visible Spectroscopy.,2,、红外光谱,IR,Infrared Spectroscopy,3,、核磁共振谱,NMR,Nuclerer Magnetic Resonance spectroscopy,4,、质谱,MS,Mass spectrometry,讨论内容（四谱）1、紫外-可见光谱 UV-Vis,“,四谱”的应用,“,四谱”主要借助化合物的,物理性质,（光谱、质量谱、核磁共振,),来测定有机化合物结构，鉴别、鉴定有机化合物,MS,：确定化合物的,分子量,分子式,；提供某些,结构,的信息,IR,：提供,官能团、化学键,的信息，可用于化合物的定性定量分析,NMR,：提供,磁性核,数目、种类、化学环境（及立体结构）,UV,：主要用于,官能团、共轭体系,的确定,“四谱”的应用“四谱”主要借助化合物的物理性质,测试特点,快速：测定时间快,（一般几到几十分钟内就可测定一个图谱 ）,灵敏：需要样品量小,（一般在几毫克以内，,MS,的检测限可达,10,-10,g,）,不破坏样品,UV,、,IR,、,NMR,的测定样品可以回收,（,MS,测定样品不可以回收）,准确、重现性好,测试特点快速：测定时间快,电磁波与结构测定的联系,波谱学是研究,电磁波和原子、分子相互作用,的一门科学,电磁波会被有机物吸收或发射,吸收或发射情况与分子结构相关,电磁波,引起原子和分子能量变化，即引起分子,运动状态,发生变化,外部运动：平动，转动、,振动,内部运动：,电子,相对于原子核的运动,磁场中,自旋核,自旋方向的改变,电磁波与结构测定的联系波谱学是研究电磁波和原子、分子相互作用,电磁波,电磁波,相关的电磁波,紫外光波：,4,200 nm 200400 nm,可见光波：,400800 nm,中红外光波：,4004000 cm,-1,核磁共振吸收射频电磁波：,30950MHz,（波长：,10,米,0.3,米）,相关的电磁波紫外光波：4200 nm 200400,紫外光谱,1,、基本原理,引起电子跃迁的电磁波,紫外光波,波长：,4-400nm,远紫外,4-200nm,近紫外,200-400nm,价电子类型,电子的跃迁方式,紫外光谱 1、基本原理 引起电子跃迁的电磁波 紫外光波 价,2,、跃迁产生的吸收谱带,*,跃迁 饱和烃,max, 200nm,n*,跃迁 饱和醇、醚、胺、卤化物等,一般,max, 200nm,例外：如,CH,3,I,n*,跃迁 醛、酮等,max,270,350nm,弱峰,-,R,带,*,跃迁 孤立双键,max200nm,如乙烯,共轭双键,max,：,210,250nm,，,强峰,-,K,带,如：,1,3-,丁二烯、,、,-,不饱和醛酮等,芳环的*,跃迁,中等强度峰,-,B,带,2、跃迁产生的吸收谱带* 跃迁 饱和烃 ma,3,、紫外光谱图,横坐标：吸收波长,（,nm,）,纵坐标：吸收强度,常用,T,、,A,、 表示,最大吸收波长：,max,最大吸收强度：,max,特点,峰数目少、峰型不尖锐,为什么？,3、紫外光谱图横坐标：吸收波长（nm）,4,、紫外光谱仪,Lamda-950,紫外,-,可见,-,近红外分光光度计,),4、紫外光谱仪 Lamda-950紫外-可见-近红外分光光,12,SSB 10.30.02,12 SSB 10.30.02,13,SSB 10.30.02,13 SSB 10.30.02,5,、在有机结构测定中的应用,判断有机结构中共轭体系情况,-,有无共轭体系,-,共轭体系的类型,-,共轭体系的大小,其他应用（如下午的实验）,5、在有机结构测定中的应用判断有机结构中共轭体系情况,实验：,UV-Vis-NIR,谱测试,取材显示屏前遮挡膜,实验： UV-Vis-NIR谱测试取材显示屏前遮挡膜,某品牌前档风玻璃膜的,UV-Vis-NIR,谱,某品牌前档风玻璃膜的UV-Vis-NIR谱,某品牌,侧,窗玻璃膜的,UV-Vis-NIR,谱,某品牌侧窗玻璃膜的UV-Vis-NIR谱,普通玻璃,普通玻璃,红外光谱,1,、,红外光谱的产生,分子吸收红外光波引起分子的,振动,和转动,转动能量低，一般吸收远红外波,400cm,-1,振动一般吸收中红外光波,波数：,400,4000cm,-1,红外光谱1、 红外光谱的产生,2,、主要用途,化合物分子结构的测定,确定有机化合物所含,官能团,鉴别化合物：利用光谱的异同，鉴定鉴别化合物,如：,利用固、液相光谱差异，区别,构象异构体,与标准图谱对照鉴定化合物（少数长链烷烃同系物不能区别鉴定）,定量分析,:,测定样品的含量,2、主要用途化合物分子结构的测定,3,、优点,红外光谱的应用有以下优点：,1,任何气态、液态、固态物质都可以测红外光谱,2,大多数化合物均有红外吸收，反映化合物独特的物理性质，具有一定的“指纹性”,3,常规的,IR,仪价格相对较低,4,用样品少，灵敏的,IR,仪用量可到微克级,5,测试手段多种,如衰减全反射红外光谱,(ATR),、红外显微镜（,IR microscope,）、联用技术也不断发展和完善。,3、优点红外光谱的应用有以下优点：,4,、红外光谱仪和红外光谱图,红外光谱仪,傅里叶变换型（,Fourier transform,）。,4、红外光谱仪和红外光谱图红外光谱仪,IR,光谱图,横坐标为吸收频率（波数）纵坐标常用透过率,T%,关注：,a,、吸收峰的数目：与,红外活性振动数,等有关,b,、吸收峰的位置：与原子,折合质量及健力常数,有关,c,、吸收峰的强度 ：与振动时,偶极矩变化,大小有关,IR光谱图横坐标为吸收频率（波数）纵坐标常用透过率T%,乙醇（,CH3CH2OH),的红外光谱图,乙醇（CH3CH2OH)的红外光谱图,丙酮的,IR,图,丙酮的IR图,几种仪器分析方法简介课件,5,、红外光谱的测定,制样,样品要求：干燥无水、浓度适当,固体样品：,溴化钾,固体压片,（,3300,、,1650,可能产生杂质吸收）,糊状法,溶液法,薄膜法,(,高分子化合物）,切片法,液体样品：,液膜法,（挥发性小的样品）,溶液法,气体样品：,气体样品槽,5、红外光谱的测定制样,固体样品架,固体样品架,ATR,附件,ATR附件,几种仪器分析方法简介课件,ATR(,衰减全反射,),实验,ATR,谱需要特殊的附件包括聚焦镜和晶体支架以及晶体，测试时将此附件装入样品仓,ATR(衰减全反射) 实验ATR谱需要特殊的附件包括聚焦镜和,实验：,PET,（聚对苯甲酸酯类聚合物）测试,PET,膜,IR-ATR,谱（取材显示屏前遮挡膜）,实验：PET（聚对苯甲酸酯类聚合物）测试PET 膜IR-AT,某品牌前档风玻璃膜的,IR,谱,ATR,谱（基材表面）,某品牌前档风玻璃膜的IR谱ATR谱（基材表面）,某品牌侧窗玻璃膜的,IR,谱,ATR,谱（基材表面）,某品牌侧窗玻璃膜的IR谱ATR谱（基材表面）,合图,峰型、相对峰强、峰数基本一致,合图峰型、相对峰强、峰数基本一致,天然翡翠与,B,货翡翠的红外光谱图,I -,天然翡翠,II- B,货翡翠,天然翡翠与B货翡翠的红外光谱图,核磁共振,1,、基本原理,自旋量子数（,I,）不等于零的原子核有,自旋现象,原子核是带电体，当其自旋时，可产生磁场,自旋核很多，在,有机化学中主要研究,1,H,、,13,C,、,19,F,、,31,P,、,15,N,等,I=1/2,的核,1,H,的核磁共振谱，叫氢谱，用,1,H NMR,表示； 碳谱，用,13,C NMR,表示。,核磁共振1、基本原理自旋核很多，在有机化学中主要研究1H、,能级,自旋核在,外加磁场中,（,H,0,）将会取向，有,2I+1,种（,1,H,、,13C,有,2,种）能量状态（能级）,与外加磁场方向相同,低能态,与外加磁场方向相反,高能态,能级自旋核在外加磁场中（H0）将会取向，有2I+1种（1H、,核磁共振,磁性核吸收射频电磁波（,射,）,的能量，低能态可跃迁到高能态,核磁共振,核磁共振条件,当射符合以下公式时，就可以发生核磁共振,称为磁旋比，为核的特征常量,相同的核，,为常数,不同的核（如,1,H,和,13,C,），,其值不同,核磁共振磁性核吸收射频电磁波（射）的能量，低能态可跃迁到高,屏蔽效应与化学位移,屏蔽效应,核外电子在外加磁场中运动产生,诱导磁场,，方向与外加磁场方向,相反,核实际,感受的,磁场强度比外加磁场强度小,不同化学环境的核,周围的电荷密度不同，要使核实际,感受的磁场强度不变,，外加磁场强度需要变化,-,使不同化学环境的核可用,NMR,区分,屏蔽效应与化学位移屏蔽效应核实际感受的磁场强度比外加磁场强,自旋偶合与裂分,自旋偶合（,spin coupling),-,自旋核与自旋核之间的相互作用（干扰）,自旋裂分,(spin splitting),-,自旋偶合,造成谱线增多的现象,偶合常数（,coupling constant),-,裂分信号中两裂分峰间的距离，表明,偶合的程度。,用（,J,）表示，单位,: Hz,CH,2,CH,3,低分辨,高,分,辨,J,e1,n1,n2,e2,自旋偶合与裂分自旋偶合（spin coupling)CH2C,自旋偶合,自旋偶合,偶合裂分的,n+1,规律,适用于偶合的邻近,H,原子,相同,时,相互偶合的核，其偶合常数相等,裂分面积比为二项式展开系数之比,例：下列化合物的裂分蜂数及峰面积比,C,H,3,C,H,2,Cl,C,H,3,C,H,2,OH,裂分符合,n+1,规律,偶合裂分的n+1规律适用于偶合的邻近H原子相同时,小结,研究对象,具有,磁性,的原子核,外加磁场,磁性核在,外加磁场,中取向，具有不同,能级,核磁共振,接受射频能量发生,能级跃迁，,产生核磁共振信号,化学位移,不同,化学环境,的同一种核受到不同的屏蔽作用，区别不同化学环境的磁性核,偶合作用,相邻磁性核会发生,相互作用,，产生裂分，可确定磁性核间的相对位置,小结研究对象,2,、核磁共振谱图,提供三类重要结构信息：,化学位移,(chemical shift),偶合常数,(coupling constant),积分曲线,(integration line),帮助了解分子中质子的类型、连接方式以及数目,2、核磁共振谱图提供三类重要结构信息：,乙醇的氢谱（,P81,）,乙醇的氢谱（P81）,实验：乙醇的氢谱,实验：乙醇的氢谱,高纯乙醇,羟基氢由于质子交换很慢，对,CH,2,质子要进行偶合,高纯乙醇羟基氢由于质子交换很慢，对CH2质子要进行偶合,P34,图,3-2,P34图3-2,乙苯的,NMR,图,乙苯的NMR图,3,、核磁共振波谱仪,3、核磁共振波谱仪,核磁共振,仪器的发展,磁场强度,30M 950MHz,一维到多维,应用领域广,化学、物理、生物、医学等,如：二维谱可对生物体的自旋密度成像,NMR imaging,（,MRI,）,核磁共振仪器的发展磁场强度,质谱（,MS,）简介,1,、基本原理,使待测的样品分子,气化,离子化：使气态分子失去一个电子而成为,带正电,的分子离子,分子离子还可能断裂成各种碎片离子,经电场加速进入质量分析器分离,离子按,质荷比,（,m/z,）,大小依次排列而得到谱图,由分子离子的质荷比,得到分子量,，由碎片离子得到化合物结构信息,高分辨质谱可能得到,分子式,质谱（MS）简介1、基本原理,2,、质谱仪,例：磁质谱仪结构示意图,2、质谱仪例：磁质谱仪结构示意图,2,、磁质谱仪工作原理示意图,1/2,m,2,=,zE,m,2,/R=Hz,m/z=H,2,R,2,/2E,2、磁质谱仪工作原理示意图 1/2m2=zEm2/R=H,几种仪器分析方法简介课件,几种仪器分析方法简介课件,联用检测技术,与色谱联用目前是广泛应用的手段,UV,、,MS,是常用的检测器,如：,HPLC,的检测器,GC-MS,，,LC-MS,，,ICP-MS,GC-IR,，,TG-IR,元素分析仪检测：,GC,（,TCD,）、,IR,联用检测技术与色谱联用目前是广泛应用的手段,3,、质谱图（例：,P78,）,横坐标：离子质荷比（,m/z,）,的数值,纵坐标：各峰的相对强度,棒线代表质荷比的离子峰,3、质谱图（例：P78）横坐标：离子质荷比（m/z）的数值,例,P35,：乙醇的质谱图,（,M,：,46,）,例P35：乙醇的质谱图（M：46）,P35,P35,C60,美国史沫莱,(Smalley,R.E.,）等人和英国的克罗脱,(Kroto,H.W.,）于,1985,年用大功率,激光束,轰击石墨使其气化，用,1MPa,压强的,氦气,产生超声波，使被激光束气化的碳原子通过一个小喷嘴进入真空膨胀，并迅速冷却形成新的碳分子，从而得到了,C60,。,C60,又,称,Fullerene,，中译名为,富勒烯,C60,分子的形状和结构酷似英国式足球（,soccer,），所以又被形象地称为,Soccerene,（同样带有词尾,-ene,），中译名为,“,足球烯,”,C60美国史沫莱(Smalley,R.E.）等人和英国的克罗,60,个,碳原子,构成像足球一样的,32,面体，包括,20,个六边形，,12,个五边形,。,60个碳原子构成像足球一样的32面体，包括20个六边形，12,1996,年，罗伯特,科尔（美）哈罗德,沃特尔,克罗托（英）理查德,斯莫利（美）因富勒烯的发现获诺贝尔奖,比例模型,和,球棍模型,1996年，罗伯特科尔（美）哈罗德沃特尔克罗托（英）理,C60,的质谱图,C60的质谱图,C60,的,13CNMR,谱,化学位移,143,C60的13CNMR谱化学位移143,碳谱的特点,灵敏度低,12,C,核无自旋，,13,C,核有自旋，,I=1/2,，,磁旋比：,C,=6726rad/(sG,）（,H,=26753rad/(sG),（,13,C,磁旋比约为,H,的,1/4,）,灵敏度与,立方、核的丰度成正比,（,13,C,丰度仅为,12,C,的,1.11,）,相对灵敏度约为,1,H,NMR,的,1/6000,-,13,C,NMR,信号比,1,H,弱得多,碳谱的特点灵敏度低,分辨率高,13,C,核的化学位移一般范围：,0,250 ppm,（,1,H,核,：,0,15ppm,）,几乎化学环境,稍有不同,的,13,C,核都能观测到，可以得到,分子骨架信息,分辨率高13C核的化学位移一般范围：0250 ppm,实验：,苯甲酸的,MS,（,ESI,源、离子肼）,实验：苯甲酸的MS（ESI源、离子肼）,苯甲酸,苯甲酸,