波谱分析
波谱分析
波谱分析波谱分析是一种重要的科学技术方法，它在多个领域有着广泛的应用。
本文将为读者介绍波谱分析的原理、方法以及其在不同领域中的应用，希望能够带给读者一些有关波谱分析的基础知识。
波谱分析是一种通过对信号频谱的分析，来研究信号特性的方法。
它主要通过将信号转化为频域来进行分析，以便更好地理解信号的频率成分。
波谱分析通常包括以下步骤：信号采样、转换为频域信号、频域信号分析以及结果展示。
在波谱分析中，最基础的是信号采样。
信号采样即将连续的模拟信号转化为离散的数字信号。
通过采样，我们获得了离散的信号数据，为后续的分析提供了基础。
转换为频域信号是波谱分析的关键步骤。
这一步骤主要通过傅里叶变换来实现，将时域信号转化为频域信号。
傅里叶变换能够将信号分解成一系列频率成分，使得我们能够更加清晰地了解信号的频率特征。
在波谱分析的频域信号分析阶段，我们可以使用不同的方法来对信号进行进一步的分析。
常见的方法包括功率谱分析、相位谱分析、自相关分析等。
功率谱分析可以帮助我们了解信号各个频率成分对总体信号功率的贡献程度，相位谱分析可以揭示信号的相位变化规律，自相关分析则是通过计算信号与其自身的相关性来分析信号的周期性变化。
波谱分析在不同的领域中都有广泛的应用。
在通信领域中，波谱分析可以用于信号传输中的频率选择性衰减的检测和修复；在音频领域中，波谱分析可以用于声音信号的处理和音乐分析；在医学领域中，波谱分析可以用于心电图和脑电图的分析，帮助医生进行诊断和治疗。
此外，波谱分析在材料科学、地震学、天文学等领域也有广泛应用。
在材料科学中，波谱分析可以用于材料结构的研究和分析；在地震学中，波谱分析可以用于地震波的研究和地震活动的监测；在天文学中，波谱分析可以用于星体的研究和宇宙的探索。
总结起来，波谱分析是一种基于信号频谱的分析方法，它通过将信号转化为频域信号来研究信号的特性。
波谱分析包括信号采样、转换为频域信号、频域信号分析以及结果展示等步骤。
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第一章 光谱分析 第二章 核磁共振波谱 第三章 质谱
第一章 光谱分析
1.1 概述 1.2 紫外吸收光谱分析（UV） 1.3 红外吸收光谱分析（IR) 1.4 激光拉曼光谱（RS)
1.1 概述
1.1.1光谱分析法
因光的作用引起被照物体内分子运动状态发 生变化，并产生特征能态的跃迁进行分析的方 法
n→π*的影响
1.2 紫外吸收光谱分析（UV）
b. π→π*跃迁所产生的吸收峰随着溶 剂极性的增加而向长波长方向移动。 因为在多数π→π*跃迁中，激发态的 极性要强于基态，极性大的π*轨道 与溶剂作用强，能量下降较大，而π 轨道极性小，与极性溶剂作用较弱， 故能量降低较小，致使π及π*间能量 差值变小。因此，π→π*跃迁在极性 溶剂中的跃迁能小于在非极性溶剂 中的跃迁能。所以在极性溶剂中， π→π*跃迁产生的吸收峰向长波长方 向移动。
（4）n→π* 跃迁 指分子中处于非 键轨道上的n电子吸收能量后向 π*反键轨道的跃迁。
1.2 紫外吸收光谱分析（UV）
电子跃迁类型不同，实际跃迁需要的能量不同， σ→σ* ～150nm n→σ* ～200nm π→π* ～200nm n→π* ～300nm
吸收能量的次序为： σ→σ*＞n→σ*≥π→π*＞n→π*
1.2 紫外吸收光谱分析（UV）
iii B—带 它是芳香族化合物的特征吸收带。是苯环振动及
π→π* 重叠引起的。在230～270nm之间出现精细结构 吸收，又称苯的多重吸收
iv E-带 它也是芳香族化合物的特征吸收之一,E带可分为E1及
E2两个吸收带，二者可以分别看成是苯环中的乙烯键和 共轭乙烯键所引起的，也属π→π* 跃迁。
溶剂对π→π*
1.2 紫外吸收光谱分析（UV）
波谱分析
2960~2850 cm-1 ，甲基、亚甲基C—H键伸缩振动；
1466、1380 cm-1 ，为C—H键的面内弯曲振动；
726，长链亚甲基面外弯曲振动，（CH2)n中n≥4时出现。
(2) 烯烃 C=C键的伸缩振动吸收峰1680~1600 cm-1，取代基多、 对称性强峰就减弱，共轭使峰增强但频率略降低；
３ 影响紫外光谱的因素
(1) 几个基本概念
生色基：能在某一段光的波长内产生吸收的基团，称 为这一段波长的生色团或生色基，如：C=C、C=O、 NO2等。 助色基：本身在紫外或可见光区没有吸收，当它们连
在双键或共轭体系上时，使吸收向长波方向位移，颜色
加深。如：—OH、—NH2、—Cl等。
红移现象：由于取代基或溶剂的影响使最大吸收峰向
1 2
k(
1 1 ) + m2 m1
键能增大，键长缩短，力常数k增大。
分子的振动方式
①伸缩振动：
对称伸缩
不对称伸缩
②弯曲振动：
面内弯曲
剪式振动
平面摇摆
面外弯曲
非平面摇摆
扭曲振动
每一种振动方式，都有固定的吸收频率。
当E2-E1 = hν时，红外线才能被吸收，因此同一基团
总是在一个特定的范围内产生吸收峰。 红外吸收峰产生的条件 必要条件：辐射光的频率与分子振动的频率相当； 充分条件：必须是能引起分子偶极矩变化的振动。
S3 S2
T2
S1 V3 V2 V1
J3 J1 J3 J1
T1
S 电子能级 1-20 eV V 振动能级 10-2-10eV J 转动能级 10-6-10-3 eV
F
P
S0
双原子分子能级和能级跃迁示意图
波谱分析
一、概述元素分析：C.H.N.X.S.P ℅含量，经典分析：m.p ，b.p ，折光率 官能团特征反应：生成衍生物 缺点：繁琐，费时，不准确，有干扰现代有机分析的两大支柱 1.色谱分析：GC, HPLC, TLC 裂解色谱成分分析2.波谱分析：UV,IR,NMR,MS （有机）结构分析 色谱分析:具有高效分离能力可以把复杂有机混合物分离成单一的纯组分。
为有机结构分析服务波谱分析：纯样品进行结构分析 微量化 测量快 结果准确 重复性好 除MS 之外，可回收样品 1.灵敏度：MS ＞UV ＞IR ＞1HNMR ＞13CNMR MS:微克级 UV: ppb 级 IR ：毫克级（可微克级，FTIR ）（ 1HNMR ：0.5mg 13CNMR ： 0.5mg ）可回收 质谱（MS ）—分子量及部分结构信息、红外光谱（IR ）—官能团种类、紫外—可见光谱（UV / Vis ）—共轭结构、核磁共振谱（NMR ）—C-H 骨架及所处化学环境 第二章 紫外-可见吸收光谱有机化合物的UV 吸收位于200-400nm 之间（近紫外），V 吸收位于400-800nm 之间（可见），真空（远）U V :< 200 n m σ→ σ*跃迁吸收，石英器皿应用范围 ：2 0 0 – 3 0 0 n m 、玻璃器皿应用范围 ：> 3 0 0 n m 郎伯-比耳（Beer-Lambert)定理 A = l o g I 0 / I = l o g 1 / T = εc L四种主要跃迁所需能量ΔΕ大小顺序:n →π＊<π→π＊< n →σ＊< σ→σ＊π→π＊ K 带（跃迁允许）ε 10 4~5 n →σ＊R 带（跃迁禁阻） ε≯2 0 0 0溶剂效应 溶剂极性增大，π—π*跃迁向红移，ΔE = h ν=h/λ、n —π*跃迁向蓝移，精细结构消失有机化合物的电子吸收光谱：饱和烃 仅有σ→σ＊跃迁 吸收光谱 λ<200nm 含杂原子饱和烃 含O 、S 、 N 和卤素等的饱和烃衍生物则有σ→σ＊ 及n →σ＊跃迁需能量大。
波谱分析教程
波谱分析教程
波谱分析是一种常用的信号处理技术，用于研究信号的频谱特性。
本教程将向您介绍波谱分析的基本概念、方法和应用。
1. 什么是波谱分析？
波谱分析是通过将信号从时域转换为频域，来研究信号频谱特性的过程。
通过波谱分析，我们可以获取信号的频率成分、频谱强度和相位信息。
2. 傅里叶变换
傅里叶变换是用于将时域信号转换为频域信号的重要数学工具。
傅里叶变换将信号表示为一组正弦和余弦函数的叠加，可以将信号的频谱特性展现出来。
3. 离散傅里叶变换（DFT）
离散傅里叶变换是傅里叶变换在离散数据上的应用。
通过对离散信号进行DFT，我们可以得到信号的离散频谱。
4. 快速傅里叶变换（FFT）
快速傅里叶变换是一种高效的计算离散傅里叶变换的算法。
FFT可以大大提高计算速度，使得波谱分析在实时信号处理中得以广泛应用。
5. 波谱估计方法
波谱估计方法是通过有限的信号样本，估计信号的频谱特性。
常用的波谱估计方法包括周期图法、自相关法、最大熵法等。
6. 应用案例
波谱分析在许多领域都有广泛的应用。
例如，在通信领域，波谱分析常用于频谱分配、信号识别和调制识别等方面。
在振动分析中，波谱分析可以用于检测机械故障、分析材料的动态特性等。
在此教程中，我们将详细介绍如何进行波谱分析，包括信号预处理、傅里叶变换、波谱估计和结果解释。
通过学习本教程，您将掌握波谱分析的基本方法，为更深入的研究和应用打下基础。
波谱解析知识点总结
波谱解析知识点总结一、波谱解析的基本原理1. 光谱学基础知识光谱学涉及到物质对光的吸收、发射、散射等现象，它是物质分析的重要手段之一。
常见的光谱包括紫外光谱、可见光谱、红外光谱、拉曼光谱等。
每种光谱方法都有其独特的应用领域和分析特点。
2. 原子光谱原子光谱是指研究原子吸收、发射光谱的一门学科，主要包括原子吸收光谱和原子发射光谱。
原子光谱可以用于分析金属元素和非金属元素的含量，它是分析化学中的重要手段。
3. 分子光谱分子光谱是指研究分子在光的作用下吸收、发射、散射等现象的一门学科，主要包括紫外光谱、红外光谱、拉曼光谱等。
分子光谱可以用于研究分子的结构和性质，对于有机化合物的分析具有重要意义。
4. 核磁共振波谱核磁共振波谱是指研究核磁共振现象的一门学科，它可以用于研究原子核的磁共振现象，得到有关物质结构和性质的信息。
核磁共振波谱在有机化学、生物化学等领域有着广泛的应用。
二、波谱解析的仪器和设备1. 分光光度计分光光度计是用于测量物质吸收、发射光谱的仪器，它可以测量紫外、可见、红外等波段的光谱，是分析化学中常用的仪器之一。
2. 核磁共振仪核磁共振仪是用于测量核磁共振波谱的仪器，它可以测量氢、碳等核的共振信号，得到物质的结构和性质信息。
3. 质谱仪质谱仪是用于测量物质离子的质量和荷质比的仪器，它可以得到物质的分子量、结构等信息，是很多化学分析的重要手段。
4. 激光拉曼光谱仪激光拉曼光谱仪是用于测量拉曼光谱的专用仪器，它可以用激光光源激发样品，得到与分子振动信息有关的拉曼光谱。
三、波谱解析的应用领域1. 化学分析波谱解析技术在化学分析中有着广泛的应用，它可以用于定量分析、质量分析、结构分析等多个方面，对于复杂的化合物和材料有很高的分析能力。
2. 药物研发波谱解析技术在药物研发中有着重要的应用，它可以用于研究药物的成分、结构和性质，对于新药物的研究和开发有很大帮助。
3. 生物医学波谱解析技术在生物医学领域有着广泛的应用，它可以用于研究生物分子的结构和功能，对于临床诊断和治疗有着重要意义。
有机化学波谱分析
质谱的解析方法
谱图解析
01
根据质谱峰的位置和强度，确定有机分子的分子量和结构信息。
同位素峰分析
02
利用同位素峰的强度比推断有机分子的元素组成。
裂解模式分析
03
研究有机分子在质谱仪中的裂解行为，推断有机分子的结构特
征。
质谱在有机化学中的应用
有机分子鉴定
通过比较标准谱图和实验谱图，确定有机分子的 化学结构。
通过自动化和智能化的技术手段，实 现波谱分析与其他分析方法的快速、 高效联用，提高分析效率，减少人为 误差。
波谱分析在有机化学中的新应用
新材料表征
随着新材料研究的不断深入，波谱分析在新型有机材料如高 分子聚合物、纳米材料等的表征中发挥越来越重要的作用。
生物大分子研究
利用波谱分析技术，研究生物大分子如蛋白质、核酸等的结 构和功能，有助于深入了解生物体系的复杂性和相互作用的 机制。
通过有机化学波谱分析，可以确定有机化合物的分子量、官能团、化学键等结构信息，有助于深入了解 有机化合物的性质和反应机理。
有机化学波谱分析还可以用于有机化合物的定性和定量分析，为有机化合物的合成、分离、纯化等提供 有力支持。
有机化学波谱分析的发展趋势
随着科技的不断进步，有机化学波谱分析技术也在不 断发展，新的技术和方法不断涌现。
THANKS
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高灵敏度检测
利用新型的信号处理技术和高精度的 检测设备，提高波谱分析的灵敏度和 分辨率，有助于更准确地鉴定有机化 合物的结构和性质。
波谱分析与其他分析方法的联用
联用技术
将波谱分析与其他分析方法如色谱、 质谱、核磁共振等联用，可以实现更 全面、准确的分析，提高复杂有机混 合物的分离和鉴定能力。
波谱分析
E
E
质子磁矩顺外加磁场方向 H0
△E
=
h
H0
= h
,
= H0
为磁旋比(物质的特征常数)
是照射频率 h为Plank常数
当照射电磁波的能量恰好等于两能级能量之差时，质子 吸收电磁波从低能级跃迁到高能级，这时就发生了核磁 共振。
样品管
N
记录仪 S
无线电波 振荡器
放大器
△E
=
h
H0
= h
,
= H0
FT-ICR-MS HPLC/MS
UV-Spectrophotometer
IR
电场或磁场
7.1 电磁波谱（Electromagnetic Spectrum）
A
一个循环
c =
△E=h
吸收光谱——分子吸收电磁波所形成的光谱。
分子内的各种跃迁都是不连续的，即量子化的，只有当 光子的能量与两个能级之间的能量差相等时，这个光子 的能量才能被吸收产生分子内跃迁。
H实 = H0-H = H0-σH0= H0（1-σ）
H实为质子实际感受到的磁场强度 H0为外加磁场强度 H 为感应磁场强度 σ为屏蔽常数
核外电子对质子产生的这种作用称为屏蔽效应。质子周围的电子云密度 越大，屏蔽效应越大，只有增加磁场强度才能使质子发生共振。反之， 若感应磁场与外加磁场方向相同，质子实际感受到的磁场强度为外加磁 场与感应磁场强度之和，这种作用称去屏蔽效应，只有减小外加磁场强 度才能使质子共振。由于分子中不同质子核周围的电子云密度各有不同， 或者说质子所处的化学环境不同，因此它们发生核磁共振所需的外磁场 强度各有不同，即产生了化学位移(chemical shift)。
问题5：分子式为C2H4Cl2的红外光谱图和氢谱如下，推测其结构。
波谱解析pdf
波谱解析pdf
波谱解析是一种科学技术，用于研究和分析物质的光谱特性。
它通过测量材料与不同波长或频率的光之间的相互作用，得到关于材料的信息。
波谱解析可以应用于各个领域，如化学、物理、生物学等。
常见的波谱解析方法包括：
1.紫外可见光谱：通过测量物质在紫外可见光波段吸收或散射光的强度变化，来推断物质的结构和浓度。
2.红外光谱：利用物质吸收红外光的特性，来研究物质的分子结构和化学键的性质。
3.核磁共振(NMR)光谱：通过观察核磁共振现象，测量样品中原子核的共振频率，从而了解分子结构、组成和化学环境。
4.质谱：通过将物质分子中的离子化，然后对离子进行质量-电荷比的测量，从而确定物质的分子量和分子结构。
5.微波光谱：研究物质分子在微波波段的转动和振动特性，从而得到物质的结构信息。
波谱解析在科学研究、材料分析、环境监测、医学诊断等领域都有广泛的应用，可以帮助人们深入理解物质的性质和特性。
波谱分析
3. 铬酸氧化 4. 臭氧化
5. 羰基试剂 6. Tollen’s 试剂 7. 碘仿反应 8. Fehling’s 试剂 Benedict’s 试剂
10
9. HIO4、Pb(OAc)4 10. AgNO3/NH3·H2O
CuCl/NH3·H2O
11. AgNO3/EtOH 12. Lucas’ 试剂 HCl/ZnCl2 13. 金属钠 Na 14. 饱和亚硫酸氢钠 NaHSO3 aq. 15. NaHCO3 aq. 16. NaOH aq.
4
例1
C7H7NO
U = ½ (2 x 7 – 7 + 1) + 1 = 5
可能是：
CONH2
NHCH O
NOH H
CHO
……
NH2
5
例 2 C7H7NO2 UN(III) = ½ (2 x 7 – 7 + 1) + 1 = 5 U N(V) = ½ (2 x 7 – 7 + 3) + 1 = 6
可能是： NV
根据所提供的化学、波谱信息进行推导。
波谱法推导结构
根据所提供的波谱信息进行推导。
8
一. 化学法推导结构
根据所提供的化学信息进行推导。
(一) 信息与结构 z信息 (反应)
(二) 结构与信息 z结构
结构 反应 (信息)
9
(一) 信息与结构
1. Br2/CCl4 2. KMnO4
C=C 及其数量
C=C、C≡C、ArCHROH(1˚、2˚)、RCHO
H H 5.25
CC
H
H
+C
3.66
3.99 H
O CH2CH3
CC
波谱分析_精品文档
波谱分析现代波谱分析现代波谱分析摘要：1、引言早在19世纪50年代，人们就开始应用目视比色法。
19世纪末就已经开始了红外和紫外光谱测定，进入20世纪，随着科学技术的发展，仪器性能大大提高，实验方法不断改进和革新，特别是计算机的应用，使波谱法得到了突飞猛进的发展。
近年来，新应用以及新方法不断涌现。
波谱分析主要是以光学理论为基础，以物质与光相互作用为条件，建立物质分子结构与电磁辐射之间的相互关系，进行物质分子几何异构、立体异构、构象异构和分子结构分析和鉴定的方法。
波谱法主要包括红外光谱、紫外光谱、核磁共振和质谱，简称为四谱。
除此之外还包含有拉曼光谱、荧光光谱、旋光光谱和圆二色光谱、顺磁共振谱。
波谱法的种类也越来越多。
由于波谱分析法具有快速、灵敏、准确、重现性好等优点，使其应用范围广泛，涉及到化学、化工、材料科学、医学、生命科学、环保、食品安全等领域。
2、波谱分析进展从19世纪中期至现在，波谱分析经历了一个漫长的发展过程。
进入20世纪的计算机时代后，波谱分析得到了飞跃的发展，不断地完善和创新，在方法、原理、一起设备以及应用上都在突飞猛进。
2、1、四谱四谱是现代波谱分析中最主要也是最重要的四种基本分析方法。
四谱的发展直接决定了现代波谱的发展。
在经历了漫长的发展之后四谱的发展以及应用已渐成熟，也使波谱分析在化学分析中有了举足轻重的地位。
2、1、1、紫外-可见光谱现代波谱分析20世纪30年代，光电效应应用于光强度的控制产生第一台分光光度计并由于单色器材料的改进，是这种古老的分析方法由可见光区扩展到紫外光区和红外光区。
紫外光谱具有灵敏度和准确度高，应用广泛，对大部分有机物和很多金属及非金属及其化合物都能进行定性、定量分析，且仪器的价格便宜，操作简单、快速，易于普及推广，所以至今它仍是有机化合物结构鉴定的重要工具。
近年来，由于采用了先进的分光、检测及计算机技术，使仪器的性能得到极大的提高，加上各种方法的不断创新与改善，使紫外光谱法成为含发色团化合物的结构鉴定、定性和定量分析不可或缺的方法之一。
波谱解析名词解释
波谱解析名词解释
波谱解析是一种审查事物性质的分析技术，它基于物质与辐射的相互作用关系，通过观察和研究光、电磁波、声波等辐射的频率或波长分布特征，从中获取有关物质的结构、成分、性质等信息。
在波谱解析中，有许多重要的名词需要解释，下面将就其中的几个进行解释：
1. 光谱：光谱是指在光学仪器上通过分光装置观察到的辐射能量强度与波长或频率的关系图像。
光谱可以提供光的成分、色彩、强度、温度等信息，是波谱解析的重要手段之一。
2. 紫外-可见吸收光谱：这是一种常用的波谱解析方法，用于分析物质的成分和浓度。
当物质受到紫外光或可见光照射时，它会吸收一部分光能，而受到吸收的光谱可以被记录下来从而得到有关物质的信息。
3. 红外光谱：红外光谱是一种利用红外光与物质相互作用的波谱解析方法。
红外光谱可以分析物质的化学结构、键的种类和数量，以及功能基团等信息。
红外光谱在有机化学、药学、材料科学等领域有广泛应用。
4. 质谱：质谱是一种将物质分子进行离子化并进行质量分析的波谱解析方法。
质谱可以提供物质的分子量、元素组成以及化合物分析等信息。
质谱广泛应用于有机化学、环境科学、生物医学等领域。
5. 核磁共振波谱：核磁共振波谱是一种利用原子核在外加磁场和射频辐射作用下的特征信号进行分析的波谱解析方法。
核磁共振波谱可以提供物质的分子结构、化学环境、官能团等信息，被广泛应用于有机化学、生物化学、医学等领域。
波谱解析作为一种重要的科学手段，在物理学、化学、生物学等众多领域有广泛的应用。
通过解析和研究波谱，可以揭示物质的本质和行为，为科学研究、工程设计、医学诊断等提供重要支持。
有机波谱分析要点例题和知识点总结
有机波谱分析要点例题和知识点总结一、有机波谱分析简介有机波谱分析是有机化学中非常重要的分析手段，它能够帮助我们确定有机化合物的结构。
常见的有机波谱分析方法包括红外光谱（IR）、紫外可见光谱（UVVis）、核磁共振谱（NMR，包括氢谱 1H NMR 和碳谱 13C NMR）以及质谱（MS）。
二、红外光谱（IR）（一）原理分子中的化学键在不同频率的红外光照射下会发生振动和转动，从而产生吸收峰。
不同的官能团具有特定的吸收频率范围。
（二）要点1、官能团的特征吸收峰例如，羰基（C=O）在 1700 1750 cm⁻¹有强吸收峰；羟基（OH）在 3200 3600 cm⁻¹有宽而强的吸收峰。
2、影响吸收峰位置的因素包括诱导效应、共轭效应、氢键等。
（三）例题例 1：某化合物的红外光谱在 1720 cm⁻¹处有强吸收峰，可能含有什么官能团？答：可能含有羰基（C=O）。
三、紫外可见光谱（UVVis）（一）原理基于分子中的电子在不同能级之间跃迁产生吸收。
（二）要点1、生色团和助色团生色团如羰基、双键等能产生紫外吸收；助色团如羟基、氨基等能增强生色团的吸收。
2、影响吸收波长的因素包括共轭体系的大小、取代基的种类等。
（三）例题例 2：某化合物在 250 nm 处有强吸收，可能的结构是什么？答：可能具有共轭双键结构。
四、核磁共振谱（NMR）（一）氢谱（1H NMR）1、原理氢原子核在磁场中的自旋能级跃迁产生信号。
2、化学位移不同环境的氢原子具有不同的化学位移值。
例如，甲基上的氢通常在 08 12 ppm 处出峰。
3、峰的裂分相邻氢原子的个数会导致峰的裂分，遵循 n ＋ 1 规律。
例题 3：一个化合物的氢谱在 12 ppm 处有一个三重峰，在 36 ppm 处有一个单峰，可能的结构是什么？答：可能是 CH₃CH₂OH。
（二）碳谱（13C NMR）1、化学位移不同类型的碳原子具有不同的化学位移范围。
波谱分析复习资料
波谱分析复习资料绪论【波谱分析的定义】物质在电磁波的照射下，引发分子内部某些运动，从而吸取或散射某种波长的光，将入射光强度变化或散射光的信号统计下来，得到的信号强度与光的波长（波数、频率）散射角度的关系图，用于物质的构造、构成及化学变化的分析，称为波普分析。
第一章紫外光谱1、UV 产生原理？电子跃迁类型、能级大小和相对应的吸取波段【原理】分子吸取紫外光发生价电子能级跃迁而产生的吸取光谱。
分子中电子的分布及相应的能级，决定了分子紫外吸取光谱特性。
【类型】σ→σ*跃迁是单键中的σ电子在σ成键和反键轨道间的跃迁。
跃迁需要的能量最大，对应的激发光波长最短，在150~160nm 范畴内。
n →σ*跃迁是O、N、S 和卤素等杂原子的未成键电子向σ反键轨道跃迁。
跃迁需要的能量较小，对应的吸取带的波长较长，普通出现在200nm 附近。
半径较大的杂原子（如S、I），其n 轨道的能级较高，此跃迁所需能量较低，故含S 或I 的饱和有机化合物在220~250nm 附近可能产生这种跃迁。
π→π*跃迁是不饱和键中的π电子吸取能量跃迁到π*轨道。
孤立双键π→π*跃迁产生的吸取带位于160~180nm，但在共轭双键体系中，吸取带向长波方向移动（红移）。
共轭体系愈大，π→π*跃迁产生的吸取带波长愈大。
n→π*跃迁当不饱和键上连有杂原子（如C=O、—NO2）时，杂原子上的n 电子跃迁到π*轨道。
n→π*跃迁所需要的能量最小，所对应的吸取带位于270~300nm的近紫外区。
各电子跃迁的能级差ΔE 存在下列次序：σ→σ*>n→σ*≥π→π*﹥n→π*2、什么叫发色团（生色）和助色团？红移，长移，增色效应，短移，蓝移？【发色团】分子中含有π电子的基团（如C=C、C=O、—N=N—、—C≡N、—NO2、—C6H5）成为发色团。
他们能产生π→π*和（或）n→π*跃迁从而能在紫外—可见光范畴能产生吸取。
【助色团】含有未成键n 电子的杂原子饱和基团（如—OH、—NH2、—SR、—Cl、—Br、—I），他们本身在紫外—可见光范畴内不产生吸取，但当他们与发色团相连时，能使该发色团的吸取峰向长波方向移动，并使吸取峰强度增加，被称为助色团。
波谱分析知识点
波谱分析(spectra analysis)波谱分析的内涵与外延：定义：利用特定的仪器，测试化合物的多种特征波谱图，通过分析推断化合物的分子结构。
特定的仪器：紫外，红外，核磁，质谱，（X-射线，圆二色谱等）特征波谱图: 四大谱；X-射线单晶衍射，圆二色谱等化合物：一般为纯的有机化合物分子结构：分子中原子的连接顺序、位置；构象，空间结构仪器分析（定量），波谱分析（定性）综合性、交叉科学（化学、物理、数学、自动化、计算机）作用：波谱解析理论原理是物理学，主要应用于化学领域（天然产物化学和中药化学、有机化学、药物化学等），在药物、化工，石油，食品及其它工业部门有着广泛的应用；分析的主要对象是有机化合物。
第一章紫外光谱（ultraviolet spectra,UV)一、电磁波的基本性质和分类1、波粒二象性光的三要素：波长（λ），速度（c），频率 (v)电磁波的波动性电磁波的粒子性光速 c：c=3.0×10^10 cm/s 波长λ ：电磁波相邻波峰间的距离。
用nm,μm,cm,m 等表示频率v：v=c/ λ，用 Hz 表示。
光子具有能量，其能量大小由下式决定：E = hν = hc/λ (式中E为光子的能量，h为普朗克常数，其值为6.624× 10-34j.s )2、分子的能量组成（能级图）E 分子= E平＋ E转＋ E振＋E电子能量大小： E转< E振< E电子X-射线衍射紫外－可见光谱红外光谱微波吸收谱核磁共振谱内层电子能级跃迁外层电子分子振动与转动分子转动电子自旋核自旋X-射线远紫外近紫外可见近红外中红外远红外微波无线电波0.1~1nm 4~200nm 200~400nm400~800nm0.8~2.5um25~400um0.04~25cm25~1000cm 紫外光谱远紫外（4～200nm）：又叫真空紫外区近紫外（200～400nm）：又叫石英紫外区，最为常用。
电子跃迁类型的影响σ→σ*跃迁：150nm左右，真空紫外区n→σ*跃迁：一般小于200nm 弱吸收，ε约100π→π*跃迁：160～180nm（孤立双键），>200nm (共轭双键）强吸收，ε约104n→π*跃迁：200～400nm 弱吸收，ε约1002.3.表示方法和常用术语发色团：广义上讲，是分子中能吸收紫外光或可见光的结构系统。
波谱分析
O H NH R R HN H O
游 离 1690 氢 键 1650
C=O
N-H
3500 3400
N-H
1650-1620
形成分子内氢键时影响很显著
（6）偶合效应
邻近的两个基团。同时具有大约相等的频率就会偶合产 生两个吸收带－振动偶合。 （a) 一个碳上含有两个或三个甲基，在1385～1350 cm-1出现 两个吸收峰。 （b) 酸酐上两个羰基互相偶合产生两个吸收带; 硝基苯中硝基N=O键偶合产生两个吸收带. O CH3－C CH3－C O
影响基团吸收频率变化的因素
• 分子中化学键不是孤立的，受分子中相邻基团的影 响 • 同一基团在不同的分子结构中受不同基团的影响， 其基团频率会有所改变，了解影响基团频率的因素， 对解析红外光谱和推断分子结构非常有用。 • 影响基团频率的因素有内部结构和外部环境的影响
1. 诱导效应
2 .共轭效应 3. 环张力效应 内部因素： 影响基团频率的因素 外部因素 4.空间位阻 5.氢键效应 6.偶合效应 1 状态 2 溶剂效应
（3）l000~650cm-1，烯碳上质子的面外摇摆振动=CH ① =CH3000cm-1，这是不饱和碳上质子与饱和碳上质子的重要 区别，饱和碳上质子CH3000cm-1。 ② C=C的位置及强度与烯碳的取代情况及分子对称性密切相关。 乙烯基型的C=C出现在1640cm-1附近。 随着双键上取代基的增加，吸收峰向高频方向移动。 有对称中心时，C=C看不到。 烯键与C=C、C=O、CN及芳环等共轭时， C=C向低波数方 向移动，强度大大加强。
表3-5 取代烯烃 RCH=CH2
不同类型烯烃特征频率表（cm-1）as CH 2 Nhomakorabea
s CH 2
综合波谱解析
谢谢
THANKS
未来发展趋势和挑战
• 高通量技术：随着高通量技术的发展，未来有望实现同时对多个样品进行快速 、高效的波谱检测和分析。这将大大提高波谱解析的效率和吞吐量，满足大规 模样品分析的需求。
• 多维度信息获取：未来波谱技术将更加注重多维度信息的获取，如时间分辨、 空间分辨等。这将有助于更深入地揭示物质的动态变化和空间分布等信息，为 科学研究提供更全面的数据支持。
分析化学中的应用
用于物质的定性和定量分析，如测定混合物 中各组分的含量。
无机化学中的应用
用于研究无机化合物的晶体结构、化学键和 振动模式等。
材料科学中的应用
用于研究材料的化学组成、结构和性能之间 的关系。
03 核磁共振波谱解析
CHAPTER
核磁共振原理
核磁共振现象
当原子核置于强磁场中，其自旋磁矩与外加磁场相互作用，产生能级分裂。当外加射频场满足一定条件时，原子核发 生能级跃迁，产生核磁共振信号。
化学位移
不同化学环境中的原子核具有不同的共振频率，表现为化学位移现象。通过测量化学位移，可以推断出原子核所处的 化学环境。
偶合常数
相邻原子核之间的相互作用会导致核磁共振信号的分裂，形成多重峰。偶合常数反映了这种相互作用的 强度，可用于推断分子结构。
核磁共振仪器与操作
01 02
核磁共振仪组成
主要包括磁体、射频系统、检测系统、控制系统和数据处理系统等部分 。其中，超导磁体提供强磁场环境，射频系统用于激发原子核产生共振 信号，检测系统接收并处理信号。
仪器构造
质谱仪主要由离子源、质量分析器和检测器三部分组成。离 子源负责将样品电离成离子，质量分析器根据离子的质荷比 进行分离，检测器则用于检测并记录离子信号。
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光谱在木素结构上的应用摘要介绍了木质素的结构以及利用现状，详细综述了木质素结构在研究中主要的分析方法：紫外光谱、红外光谱、质谱、核磁共振技术等，并指出了木素结构研究今后的发展方向。
关键词：木质素；分析方法；核磁共振技术The Application of spectrum in the Lignin StructureABSTRACTIntroduces the structure of lignin and utilization status, detailedly review of the main analysis method in the study of lignin structure: UV, IR, MS, NMR, and points out the future development direction of the structure of lignin.Keywords:lignin; analysis method; magnetic resonance imaging木素是造纸植物纤维原料中三大主要成分之一[1]，其含量、化学结构对制浆造纸性能有着重大影响，不同植物的木素其结构有所不同，不同处理方法所得同一植物木素其结构也常有差异。
由于木素结构的多样性、复杂性和易变性，使其结构研究成为科学工作者长期探索的课题。
为了了解木素结构特征, 通常采用化学降解的方法[2]。
例如，利用碱性硝基苯氧化降解可以测定愈疮木基、紫丁香基和对羟基苯基的比例；用酸解法生成希伯尔酮；高锰酸钾氧化法生成甲基化的苯甲酸。
这些方法只能测定非缩聚结构的木素, 不能反映木素结构的全部情况。
近年来, 也有一些新方法[3], 如: 硫代酸解结合脱硫化反应( Thioacidolysis/desulfuration) 技术可以测定包括缩聚结构的木素组成；利用芳核交换与高碘酸和硝基苯氧化结合的技术可以分析纸浆中的残余木素等。
所有这些方法都需要对木素结构进行破坏, 且费时多。
故人们的视线更多的转移到了非破坏性的光谱分析方法。
1 木素的结构一般认为木素的结构是由醚键连接的甲氧化的苯酚环构成的，用放射性碳元素标记进行的大量研究证实木素有3种苯丙烯醇结构: 对羟基苯丙烯醇( p-hydroxycinnamylalcohol)，也叫对香豆醇; 松柏醇( Coniferylalcohol) ; 芥子醇( Sinapylalcohol)。
它们是所有木质素的基本前体和构造单元。
3 种苯丙烯醇结构之间的连接即构成了木素的结构。
2 木素的分析方法[4]近几十年来，各种分析技术已被用于木素结构研究中，目前所获得的所有关于木素结构的信息都来源于对木素降解产物或是直接对分离出的木素本身进行的各种分析方法的研究。
目前，用于木素结构分析的分析方法主要有紫外光谱、红外光谱、高效液相色谱、质谱、核磁共振技术等，而且更新的分析技术也将进一步应用于木素的结构分析中。
2.1 紫外吸收光谱[5]木素作为一芳香族化合物(苯基丙烷结构)和它的各种发色基团，对紫外光有强烈吸收，而碳水化合物则几乎没有吸收，所以可以在碳水化合物存在的情况下选择适当的条件，用紫外光吸收光谱来鉴定木素的结构和性质。
紫外吸收光谱一般在205nm 附近和280nm 附近有吸收峰,230nm 附近处有较弱的吸收。
吸收峰比较单而且粗宽，木素的结构单元的类型、所畲的官能团及量决定了吸收峰形状和吸光系数的大小。
木素吸收峰的形状和吸光系数还受到木素中官能团类型( 如酚基、羰基、甲氧基等) 及含量的影响，可采用4种差示光谱对木素中的官能团进行定性和定量分析，其中酚羟基含量可用离子差示光谱(Δεi) 测定; 碳基种类和含量可用还原差示光谱(Δεr) 测定;肉桂醛的含量可用氢化差示光谱(Δεh) 测定; 苯基香豆满结构的含量可用酸解差示光谱(Δεa) 测定。
2.2 红外光谱[4]红外吸收光谱是物质对红外光的吸收曲线，物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一致时，分子就吸收红外光的能量，从原来的基态振动能级跃迁到能量较高的振动能级。
因此，对于木素及其衍生物，可根据其红外吸收光谱进行定性和定量分析。
定性分析主要是应用红外光谱测定分子的键长、键角来推断研究分子的基本结构，根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知分子的结构；对木素的定性分析是基于在1510、1600cm－1 ( 芳基环振动) 和1470、1460cm－1 ( C-H 变形和芳基环振动)显示了木素最特征的红外光谱，很少有其他光带在该光谱的波数范围内，因此，可据此确定未知样品中是否有木素的存在。
定量分析主要是依照吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。
对木素的定量分析是依据木素的芳环特征吸收峰(即波数为1500和1600cm－1处的吸收峰)的强弱来定量，从而根据木素中羟基、羧基、羰基等多种官能基团吸收强度的改变而对其含量进行测定。
2.3 质谱[6]质谱分析是现代物理、化学以及材料领域内使用的一个极为重要的工具，已有80年历史。
早期的质谱仪器主要用于测定原子质量、同位素的相对丰度以及研究电子碰撞过程等物理领域。
质谱分析方法是通过对样品离子的质量和强度的测定来进行成分和结构分析的一种方法。
质谱基本原理: 被分析的样品首先离子化，然后利用离子在电场或磁场中的运动性质，将离子按质荷比( m/e) 分开并按质荷比大小排列成谱图形式，所以根据质谱图即可确定样品成分、结构和相对分子质量。
应用热裂解—质谱或热裂解－气相色谱-质谱，可分别获得不同高分子结构特征的热裂解产物，从而进一步揭示聚合物的链节以及序列分布。
2.4 核磁共振谱(NMR)[7]核磁共振的原理，是根据有些原子核有磁性(如1H，13C，19F，31P等等)，在外磁场作用可以吸收一定波长的无线电波而发生共振吸收。
各种磁性核有不同的条件下共振。
由于在分子中所处的化学环境不同，同一种磁性核的共振位置也稍有差异，在不同频率处会有不同强度的吸收，构成共振的吸收谱，可以进行化学结构的分析。
此外谱峰的精细裂分又说明邻近核磁的数目与性质，谱峰的面积与共振核的数目成比例，因而可进行定量分析。
在制浆造纸研究中，核磁共振波谱可以用于木素结构，木素一碳水化合物复合体(LCC)等研究。
2.4.1 1H一核磁共振法( 1H-NMR)1H-NMR法测定对象是含H的化合物，因此木素、碳水化合物都可进行1H-NMR 分析。
根据不同位置的H具有不同的化学环境而在图谱中不同化学位移出现共振峰而进行定性分析。
利用峰面积与H原子数目成比例的特点，从而亦可进行定量计算。
1H-NMR技术具有如下优点：1H核自然丰度为100％，核旋磁比大，共振信号峰强，分析时间短，用样量少，缺点为分辨率低，现在1HNMR谱仅用于分析低分子量的木素产品。
2.4.2 13C—NMR法13C-NMR法直接反映C原子所处的化学环境。
C的自然丰度只有1.108％( C自然丰度为98.89％， H自然丰度为99.85％)[8]，因此测定时灵敏度低，但可用脉冲核磁共振加傅立叶变换法，提高其灵敏度。
13C-NMR法具有以下优点：(1)各种有机物都含C原子；(2)不同C的化学位移值变化范围大，从(0~220)X1026；(3)化学环境稍有不同的13C核，都有不同的化学位移值。
2.4.3 29Si-NMR法29Si—NMR 主要用于研究能引进Si原子的一OH、一COOH基团及可烯醇化的羰基。
用硅醚化试剂使这些基团硅醚化，引进硅原子即可用。
29Si—NMR进行测定，因而可用于研究木素、碳水化合物功能基。
2.4.4 31P—NMR法近年来开始用31P—NMR法测定碳水化合物及木素的功能基如一OH、-COOH、C=O 基、醌基等。
31P的自然丰度是1O0%。
31P-NMR测定的灵敏度高。
2.4.5 19F-NMR法19F与31P一样，自然丰度为100％。
19F-NMR谱的化学位移范围宽。
木素氟衍生物的稳定性好，同时氟原子在芳环上的位置对化学位移非常灵敏，容易得到各种羟基的信号，特别是可以测定羰基的含量，这些都是19F—NMR的优点。
3 结语由于木素的结构非常复杂，所以单纯地依靠1种方法已不能非常有效地对木素结构作出整体的了解和把握，要使木素作为一种可持续发展的资源加以利用，必须对木素的结构及降解等难题有所突破。
这就需要更好的降解技术的出现，可将更新的分析方法的出现进一步应用于木素的结构分析中，或者统筹把握二者的关系，精心设计试验，不仅能定性把握木素降解产物，而且能定量测定其产物，并能分离其产物[9]。
因此，今后仍需研究者不断地研究和探索。
参考文献[1] 石淑兰，何福望．制浆造纸分析与检验[M]，北京：中国轻工业出版社，2003：44-45.[2] 付时雨,詹怀宇.31P-核磁共振光谱在木素结构分析中的应用[J].中国造纸学报，1999，14：121-124.[3] Lapierre C, Brigitte P and Monties B.Thioacidolysis of Sprucelignin: GC- MS Analysis of the main dimer recovered after Raney nickel desulphurat ion.Holzforschung，1991；45(1): 61-67.[4] 张应龙，张锐昌，张咏梅，艾明强，黄峰.木素结构分析方法研究进展[J].安徽农业科学,2011，39(36):22514－22517.[5] 王丽娟，杨汝男.光谱在木素结构上的应用[J].黑龙江造纸，2004（1）：21-22.[6] 郑大峰.木质素的结构及其化学改性进展［J].精细化工，2005，22( 4) :249－251．[7] 吴香波，谢益民.核磁共振波谱在木素结构分析中的应用研究进展[J].上海造纸，2008，39（3）,34-37.[8] 顾瑞军．谢益民，曾绍琼等．稻秆木素侧链13C同位素示踪及固体 CNMR分析[J]．高等学校化学学报，2002，23(6)：1073-1076．[9] 张爱萍，刘传富，孙润仓，等．光谱技术在木素结构分析中的应用［J］．中国造纸学报，2007，22( 3) : 97－101．。