光谱与波谱.
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早期核磁共振主要用于对核结构和性质的研究，如测量核磁矩、电四极距、及核自旋等， 后来广泛应用于分子组成和结构分析，生物组织与活体组织分析，病理分析、医疗诊断、 产品无损监测等方面。
20世纪70年代，脉冲傅里叶变换核磁共振仪出现了，它使C13谱的应用也日益增多。用 核磁共振法进行材料成分和结构分析有精度高、对样品限制少、不破坏样品等优点。
在分子光谱中，根据电磁波的波长 ()划分为几
个不同的区域，如下图所示：
分子的总能量由以下几种能量组成：
电子自旋 微波波谱
E总 = Ee + Ev + Er
电子能
振动能
转动能
紫外光谱 可见光谱
红外光谱 所需能量较低，波长较长
§4-2 红外光谱 一、红外光谱的表示方法 红外光谱是研究波数在4000-400cm-1范围内不同 波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。谱图以波 长或波数为横坐标，以透光度为纵坐标而形成。
透光度以下式表示：
T % I 100 % I0
I：表示透过光的强度； I0：表示入射光的强度。
横坐标：波数(v )400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。
纵坐标：透过率（T %），表示吸收强度。T↓，表明吸 收的越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带。
二、分子振动与红外光谱 1.分子的振动方式 (1)伸缩振动：
1930年代，物理学家伊西多·拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场 方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之后，原子核的 自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相 互作用的最早认识。由于这项研究，拉比于1944年获得了诺贝尔物 理学奖。
1946年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔发现，将具有奇数个核 子（包括质子和中子）的原子核置于磁场中，再施加以特定频率的 射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象，这就是人们最初 对核磁共振现象的认识。为此他们两人获得了1952年度诺贝尔物理 学奖。
OH O HO
NCH3
吗啡碱
而现在的结构测定，则采用现代仪器分析法，其 优点是：省时、省力、省钱、快速、准确，样品消耗 量是微克级的，甚至更少。它不仅可以研究分子的结 构，而且还能探索到分子间各种集聚态的结构构型和 构象的状况，对人类所面临的生命科学、材料科学的 发展，是极其重要的。
对有机化合物的结构表征应用最为广泛的是：紫 外光谱(ultraviolet spectroscopy 缩写为UV)、红外光 谱(infrared spectroscopy 缩写为IR)、核磁共振谱 (nuclear magnetic resonance 缩写为NMR)和质谱 (mass spectroscopy 缩写为MS).
1930年代，物理学家伊西多·拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场 方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之后，原子核的 自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相 互作用的最早认识。由于这项研究，拉比于1944年获得了诺贝尔物 理学奖。
1946年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔发现，将具有奇数个核 子（包括质子和中子）的原子核置于磁场中，再施加以特定频率的 射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象，这就是人们最初 对核磁共振现象的认识。为此他们两人获得了1952年度诺贝尔物理 学奖。
2. 必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红 外吸收光谱。
三、有机化合物基团的特征频率
总结大量红外光谱资料后，发现具有同一类型化 学键或官能团的不同化合物，其红外吸收频率总是出 现在一定的波数范围内，我们把这种能代表某基团， 并有较高强度的吸收峰，称为该基团的特征吸收峰(又 称官能团吸收峰)。
cm)
微粒性：可用光量子的能量来描述：
E hv hc
式中： E 为光量子能量，单位为 J h 为Planck 常数，其量值为 6.63 × 10-34 J s-1
该式表明：分子吸收电磁波，从低能级跃迁到高 能级，其吸收光的频率与吸收能量的关系。由此可见，
与E，v 成反比，即 ↓，v↑(每秒的振动次数↑)，E↑。
沿轴振动，只改变键长，不改变键角
C
对称伸缩振动(νs) (2853 cm-1)
C
不对称伸缩振动 (vas) (2926 cm-1)
(2)弯曲振动：
+
+
+ +
C
C
C
C
剪式振动(δs)
面内摇摆振动 (ρ) 面外摇摆振动 (ω)
扭式ຫໍສະໝຸດ Baidu动 (τ)
面内
面外 弯曲振动只改变键角,不改变键长
值得注意的是：不是所有的振动都能引起红外吸收，
§4-1 有机化合物的结构与吸收光谱
光是一种电磁波，具有波粒二相性。
波动性：可用波长( )、频率(v )和波数(v)来描述。
按量子力学，其关系为：
v c cv
式中： ν 为频率，单位为 Hz
c 为光速，其量值 = 3×1010 cm.s-1
λ_ v
为波长 (cm)，也用nm作单位(1nm=10-7 1cm长度中波的数目，单位cm-1
2003年，保罗·劳特伯尔和英国诺丁汉大学教授彼得·曼斯菲尔因为他们在核磁共振成像技 术方面的贡献获得了当年度的诺贝尔生理学或医学奖。
其基本原理：是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引 起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号， 并将吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就叫 做核磁共振成像。
只有偶极矩(μ)发生变化的，才能有红外吸收。
H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。 H―C≡C―H、R―C≡C―R，其C≡C（三键）振动
也不能引起红外吸收。
结论：
产生红外光谱的必要条件是： 1. 红外辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能
满足分子振动能级跃迁所需的能量，而产生吸收光谱。
有机化合物的波谱分析
前 言： 有机化合物的结构表征(即测定) —— 从分子水平
认识物质的基本手段，是有机化学的重要组成部分。 过去，主要依靠化学方法进行有机化合物的结构测定, 其缺点是：费时、费力、费钱，需要的样品量大。例 如：鸦片中吗啡碱结构的测定，从1805年开始研究， 直至1952年才完全阐明，历时147年。
20世纪70年代，脉冲傅里叶变换核磁共振仪出现了，它使C13谱的应用也日益增多。用 核磁共振法进行材料成分和结构分析有精度高、对样品限制少、不破坏样品等优点。
在分子光谱中，根据电磁波的波长 ()划分为几
个不同的区域，如下图所示：
分子的总能量由以下几种能量组成：
电子自旋 微波波谱
E总 = Ee + Ev + Er
电子能
振动能
转动能
紫外光谱 可见光谱
红外光谱 所需能量较低，波长较长
§4-2 红外光谱 一、红外光谱的表示方法 红外光谱是研究波数在4000-400cm-1范围内不同 波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。谱图以波 长或波数为横坐标，以透光度为纵坐标而形成。
透光度以下式表示：
T % I 100 % I0
I：表示透过光的强度； I0：表示入射光的强度。
横坐标：波数(v )400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。
纵坐标：透过率（T %），表示吸收强度。T↓，表明吸 收的越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带。
二、分子振动与红外光谱 1.分子的振动方式 (1)伸缩振动：
1930年代，物理学家伊西多·拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场 方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之后，原子核的 自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相 互作用的最早认识。由于这项研究，拉比于1944年获得了诺贝尔物 理学奖。
1946年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔发现，将具有奇数个核 子（包括质子和中子）的原子核置于磁场中，再施加以特定频率的 射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象，这就是人们最初 对核磁共振现象的认识。为此他们两人获得了1952年度诺贝尔物理 学奖。
OH O HO
NCH3
吗啡碱
而现在的结构测定，则采用现代仪器分析法，其 优点是：省时、省力、省钱、快速、准确，样品消耗 量是微克级的，甚至更少。它不仅可以研究分子的结 构，而且还能探索到分子间各种集聚态的结构构型和 构象的状况，对人类所面临的生命科学、材料科学的 发展，是极其重要的。
对有机化合物的结构表征应用最为广泛的是：紫 外光谱(ultraviolet spectroscopy 缩写为UV)、红外光 谱(infrared spectroscopy 缩写为IR)、核磁共振谱 (nuclear magnetic resonance 缩写为NMR)和质谱 (mass spectroscopy 缩写为MS).
1930年代，物理学家伊西多·拉比发现在磁场中的原子核会沿磁场 方向呈正向或反向有序平行排列，而施加无线电波之后，原子核的 自旋方向发生翻转。这是人类关于原子核与磁场以及外加射频场相 互作用的最早认识。由于这项研究，拉比于1944年获得了诺贝尔物 理学奖。
1946年两位美国科学家布洛赫和珀塞尔发现，将具有奇数个核 子（包括质子和中子）的原子核置于磁场中，再施加以特定频率的 射频场，就会发生原子核吸收射频场能量的现象，这就是人们最初 对核磁共振现象的认识。为此他们两人获得了1952年度诺贝尔物理 学奖。
2. 必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红 外吸收光谱。
三、有机化合物基团的特征频率
总结大量红外光谱资料后，发现具有同一类型化 学键或官能团的不同化合物，其红外吸收频率总是出 现在一定的波数范围内，我们把这种能代表某基团， 并有较高强度的吸收峰，称为该基团的特征吸收峰(又 称官能团吸收峰)。
cm)
微粒性：可用光量子的能量来描述：
E hv hc
式中： E 为光量子能量，单位为 J h 为Planck 常数，其量值为 6.63 × 10-34 J s-1
该式表明：分子吸收电磁波，从低能级跃迁到高 能级，其吸收光的频率与吸收能量的关系。由此可见，
与E，v 成反比，即 ↓，v↑(每秒的振动次数↑)，E↑。
沿轴振动，只改变键长，不改变键角
C
对称伸缩振动(νs) (2853 cm-1)
C
不对称伸缩振动 (vas) (2926 cm-1)
(2)弯曲振动：
+
+
+ +
C
C
C
C
剪式振动(δs)
面内摇摆振动 (ρ) 面外摇摆振动 (ω)
扭式ຫໍສະໝຸດ Baidu动 (τ)
面内
面外 弯曲振动只改变键角,不改变键长
值得注意的是：不是所有的振动都能引起红外吸收，
§4-1 有机化合物的结构与吸收光谱
光是一种电磁波，具有波粒二相性。
波动性：可用波长( )、频率(v )和波数(v)来描述。
按量子力学，其关系为：
v c cv
式中： ν 为频率，单位为 Hz
c 为光速，其量值 = 3×1010 cm.s-1
λ_ v
为波长 (cm)，也用nm作单位(1nm=10-7 1cm长度中波的数目，单位cm-1
2003年，保罗·劳特伯尔和英国诺丁汉大学教授彼得·曼斯菲尔因为他们在核磁共振成像技 术方面的贡献获得了当年度的诺贝尔生理学或医学奖。
其基本原理：是将人体置于特殊的磁场中，用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核，引 起氢原子核共振，并吸收能量。在停止射频脉冲后，氢原子核按特定频率发出射电信号， 并将吸收的能量释放出来，被体外的接受器收录，经电子计算机处理获得图像，这就叫 做核磁共振成像。
只有偶极矩(μ)发生变化的，才能有红外吸收。
H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。 H―C≡C―H、R―C≡C―R，其C≡C（三键）振动
也不能引起红外吸收。
结论：
产生红外光谱的必要条件是： 1. 红外辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能
满足分子振动能级跃迁所需的能量，而产生吸收光谱。
有机化合物的波谱分析
前 言： 有机化合物的结构表征(即测定) —— 从分子水平
认识物质的基本手段，是有机化学的重要组成部分。 过去，主要依靠化学方法进行有机化合物的结构测定, 其缺点是：费时、费力、费钱，需要的样品量大。例 如：鸦片中吗啡碱结构的测定，从1805年开始研究， 直至1952年才完全阐明，历时147年。