第6章现代物理实验方法

结论2：不同的分子，由于其内部结构不同，同 类型运动（如价电子运动），有不同的能级分 布，即有不同的能级差，因此，不同的物质对 同一波长区域内的电磁波的吸收情况也不相同。
所以：在相同的扫描范围内，不同的物质有不 同的吸收光谱。反过来，研究物质的吸收光谱 可分析出物质分子的结构。 为此，我们需要做什么呢?
D、电子运动：电子在不同分子轨道中运动、电 子自旋运动。
E、核运动：核自旋运动
每一种运动形式都有多种能量状态，其能 量分布是量子化的。也就是说每种运动状态都 有一定的能级分布。如电子运动能级分布就是 分子轨道能级分布。 各运动状态能级差大小顺序： 电子能级>振动能级>转动能级>自旋运动
E
e2
电子能级
物质吸收电磁波的能量去干什么呢? 分子的运动状态发生改变。由较低能的运动 状态变为高能的运动状态。
吸收电磁波
两个重要结论： 结论1：不同能量的电磁波可引起分子中不同类 型运动状态的跃迁，而产生不同的吸收光谱。 因此，选择不同波长区间的电磁波，可做成各 类分析仪器而满足不同分析需要。 Γ射线 紫外光 红外光 微 波 无线电波 核反应 价电子跃迁 振动跃迁 转动跃迁 核自旋跃迁 核分析仪 紫外分析仪 红外分析仪 微波光谱仪 核磁共振仪
研究分子吸收光谱与内部结构的关系
第二节 紫外和可见吸收光谱
物质分子选择性吸收一定波长的紫外光时， 电子发生跃迁所产生的吸收光谱称为紫外光谱 。
1．紫外和可见光的波长范围
紫外光谱的波长范围为: 100~400nm 100~200nm（远紫外区） 200~400nm（近紫外区）
可见光谱的波长范围为400~800nm
Байду номын сангаас
例如：二溴代苯（C6H4Br2）有三个异构体， 分别如下：
Br Br Br Br Br
Br
化学方法 ：再引入一个取代基，如硝化，在 芳环上再引入一个硝基生成：C6H3Br2NO2， 分离产物，根据产物的个数来确定。原来物 合物是会什么。
不同异构体再硝化时所产生的异构体数目如下：
Br
1 2
Br
1 2
Br Br Br
3
Br
1
2
波谱方法：只需作一张红外光谱，观察波数从 600-900的波形即可知道，且很确定。
“四谱”的联合使用对一些复杂化合物结构的 确定有十分明显的优势。 广泛地应用于：有机化学，植物化学，药物化 学，生物化学，化学工业，橡胶工业，食品工 业等。
第一节 电磁波的一般概念 一、电磁波的频率与波长 电磁波是由电场和磁场同时振动而产生 的一种横波。
H λ
波传递方向 λ
波长由电磁场振动的频率(ν)决定。
电磁波包括了一个极广阔的区域，每一种电磁波 有其特征的波长和频率两个特征。从波长只有千 万分之一纳米的宇宙线到波长为米，甚至千米计 的无线电波都是电磁波。但所有电磁波传递速度 都一样。即3×1010cm/s。其波长与频率的关系为： υ= c /λ υ为频率，单位：赫（Hz即周/秒或秒-1）； λ为波长，单位：米（m），表示波长的单位很 多。常见的有：
二、光的能量及分子吸收光谱
1.光的能量 每一种波长的电磁波具有特定的能量，与其波 长或频率有关。 E=hυ=hc/λ h-普郎克常数（6.626×10-34J.S） 电磁波的能量与其频率成正比例关系， 与波长成反比例关系。
2.物质的吸收光谱 吸收光谱：以连续波长的电磁波照射某种物质， 由于该物质对不同波长的电磁波的吸收程度各不 相同，分别测定该物质对各种波长的电磁波的吸 收度，然后以吸收度为纵座标，以波长为横座标 作出的吸收曲线图。
ζ* π* n π ζ
根据对称性禁阻原理可以发生的电子跃迁类型、 吸收能量波长范围、与有机物关系如下：
跃迁类型 ζ n π π ζ* ζ* （孤立） π*
（共轭） π* * π
吸收能量的波长范围 ~150nm 低于 200nm 低于 200nm 200~400nm 200~400nm
12
ε 或 lg ε
8 4 0
200 240
280
320
360
400
λ / nm
吸收光谱产生的原因
归因于分子运动能量的量子化特征。
分子运动可大致分为5种形式 A、平动：分子整体在三维空间内运动。 B、转动：分子本身绕其重心转动。（有三个自 由度） C、振动：分子内各原子在其平衡位置附近的振 动，即化学键振动。
1nm= 10-3μm = 10-7cm=10-12m 频率和波长之间可相互换算。 如： λ=300nm的光，它的频率为
υ= c λ = 3× 1010cm/s 300× 10-7cm = 1015s-1
频率的另一种表示方法是波数，即在1cm 长度内包含波（波长）的数目。如波长为 300nm的光的波数为： 1/300×10-7=33333（cm-1）。 10-7是单位换算系数
紫外光谱仪分两种： 真空紫外光谱仪：工作波长在远紫外区 (100-200nm)，测定化合物图谱要在真空中进行。 一般紫外光谱仪：工作波长在近紫外区 （200-400nm)，通常还包含可见光。
2、紫外光谱的产生
分子内价电子的跃迁，选择性吸收紫外光而产 生的。
分子中哪些电子跃迁吸收紫外光呢?
（1）电子跃迁的类型 在有机化合物中有多种能态的电子，只有那 些能量相对较高的价电子的跃迁才与电子吸收光 谱（紫外光谱）有关，主要有三种类型，即ζ电 子、π电子和未成键的n电子。其轨能级分布如 下： E
ze12 振动能级
0 1 2
转动能级 ze11 振动能级 ze10 振动能级 e1 电子能级 ze01 振动能级
0
1
2
1 0
2
ze02 振动能级
2
转动能级 ze00 振动能级 e0 电子能级 转动能级
1 0
物质吸收何种电磁波呢?
物质分子吸收电磁波的条件：
分子内某种能级差=电磁波能量 即Δ E=hv
第六章 有机化合物的结构解析
测定有机化合物结构的方法 ：化学法和物理法
化学法：官能团特征化学反应确定其存在。缺 点：1、花时间太长。2、样品用量大。3、可 能导致意想不到的错误。
物理法：测定化合物的某些物理性质确定某种 官能团的存在。主要测定物质对电磁波的吸收 情况，即波谱分析法来分析其结构。主要“四 谱”——紫外（UV）、红外（IR）、核磁 （NMR）、质谱（MS)。优点：1、快速、准确。 2、用量少，灵敏度高。3、不改变样品组成， 可回收。