光谱分析实验讲义
光谱分析讲义
第一章光谱分析的原理一、光谱和光谱分析1、光的本质光有粒子性，又有波动性，它的本质是粒子性的，波动性只是它的某些表现。
研究表明，光、电、磁现象密不可分，光、电、磁现象都是粒子运动时，受自然力作用影响，温度发生变化产生的不同效应。
它们都是我们可以观察到的物质结构间通过粒子运动传递能量现象，有着明显的共同性原理。
这三种现象是粒子流温度差异造成的，其中光效应是温度相对较高的粒子流，电效应次之，磁效应是温度相对较低的粒子流。
根据以上分析，光的本质又可称为是电磁波，根据电磁波波长范围不同，可分为通讯波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线和宇宙线等。
图1-1 电磁波的波长范围2、光速、频率和波长光速：是光在真空中的传播速度；C=3×105 m/s，C=λ·f，其中：λ为光的波长，f为光的频率。
光在真空中的传播速度是固定不变的。
3、光的色散光的颜色是由光波波长所决定的，一定波长的光线射到眼里就生成一定色的感觉。
可见光的波范围是：380—780nm。
白光是是由许多种波长的光按一定比例混合而成的，透过三棱镜可以呈现出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色组成的光谱。
其波长范围为：红640—780nm橙640—610nm黄610—530nm绿505—525nm蓝505—470nm紫470—380nm其中红光波长最长，紫光波长最短，中间各种色光由红到紫递减。
单色光：只有一种波长，不能再行分解的光叫做单色光；复色光：含有若干种波长成份的混合光就叫做复色光。
光的色散：复色光分解成单色光的现象，叫做光的色散。
光谱：由色散形成的光按一定次序排列的光带叫做“光谱”。
4、光谱的分类光谱又分为发射光谱、吸收光谱和荧光光谱。
发射光谱：因物质的原子、离子或分子由较高能态向较低能态或基态跃迁而产生的光谱，称为发射光谱。
由发光体所发出的光直接得到的光谱都是发射光谱。
吸收光谱：物质的原子、离子或分子将吸收与其内能变化相对应的频率而由低能态或基态过渡到较高的能态，这种因物质对辐射的选择性吸收而得到的原子或分子光谱，称为吸收光谱。
有机化合物的光谱解析实验教案
有机化合物的光谱解析实验教案有机化合物的光谱解析实验教案一、实验目的：1.学习并掌握光谱解析的基本原理和方法。
2.通过实验，观察有机化合物的红外光谱、核磁共振氢谱和质谱，解析其结构特征。
3.培养学生对有机化合物光谱解析的实际操作能力和结构推断能力。
二、实验原理：光谱解析是利用物质吸收光、发射光或散射光的波长与强度，来确定物质的结构和组成的一种方法。
在有机化合物光谱解析中，常用的光谱技术包括红外光谱（IR）、核磁共振氢谱（1H-NMR）和质谱（MS）。
1.红外光谱（IR）：利用不同化学键或基团在红外区域的吸收特性，研究有机化合物的分子结构。
不同类型的化学键或基团在红外光谱中表现出独特的吸收峰。
2.核磁共振氢谱（1H-NMR）：利用核磁共振原理，研究有机化合物中氢原子（或其他原子）的化学环境。
不同类型的氢原子在核磁共振谱中表现出不同的化学位移。
3.质谱（MS）：通过离子化样品并测量其质量-电荷比，研究有机化合物的分子量、分子式和分子结构。
在质谱中，不同的分子结构会产生不同的碎片离子，这些离子可用于推断分子结构。
三、实验步骤：1.准备试剂与仪器：准备好待测有机化合物、红外光谱仪、核磁共振谱仪、质谱仪等实验器材和试剂。
2.样品处理：将待测有机化合物进行适当处理，以便进行光谱分析。
例如，对于固体样品，可能需要使用KBr压片或溶解在适当溶剂中。
3.红外光谱分析：将处理后的样品放入红外光谱仪中，采集红外光谱数据。
记录各个吸收峰的位置与强度。
4.核磁共振氢谱分析：将处理后的样品放入核磁共振谱仪中，采集1H-NMR数据。
记录各个峰的化学位移与相对强度。
5.质谱分析：将处理后的样品放入质谱仪中，采集质谱数据。
解析各个碎片离子的质量与电荷比，结合其他光谱数据推断分子结构。
6.数据处理与结构推断：根据采集到的光谱数据，结合已知的化合物信息，推断化合物的可能结构。
对比已知数据，验证推断结构的准确性。
7.撰写实验报告：记录实验过程、数据和结论，撰写实验报告。
仪器分析第2章光谱分析法导论讲解课件
太阳光谱
折射和反射
• 当光线从介质 1 射到介质 2 的界面上，一部 分在介质 1 中改变其传播方向（反射），另 一部分在介质 2 中改变其传播方向（折射）。
• 反射光和折射光的能量分配是由介质的性质和 入射角的大小来决定的。
• 对于垂直于界面的光束，反射光部分可由下式 计算：
Ir I0
(n2 n1)2 (n2 n1)2
• 原子或分子的最低能态称为基态，较高能态 称为激发态。
光学分析法
非光谱法 光谱法
非光谱法
• 折射法：基于测量物质折射率的方法。 • 旋光法：利用光学活性物质的旋光性质进行
定量测定或纯度检验。 • 比浊法：测量光线通过胶体溶液或悬浮液后
的散射光强度来进行定量分析。 • 衍射法：基于光的衍射现象而建立的方法
分子发射
吸收辐射而被激发的原子和分子处在 高能态的寿命很短，它们一般要通过不同 的弛豫过程返回到基态
非辐射弛豫 辐射弛豫
非辐射弛豫
以非发光的形式释放能量的过程，此时 激发态分子与其他分子发生碰撞而将部分激 发能转变成动能并释放出少量的热量。结果 使体系的温度有微小的升高。
非辐射弛豫包括振动弛豫、内转移、外 转移和系间窜越等。
• 这些粒子只具有少数几个可能的能态。 • 激发作用是通过一个或几个电子跃迁到较高能
级实现的。
如 Na 蒸汽
589.30 nm 589.60 nm 3s→3p
285 nm
3s→5p
紫外和可见光区的能量足以引起外层电子或
价电子的跃迁。
分子吸收
分子的总能量E分子可以用下式表示: E分子= E电子+ E振动 + E转动
• 核磁共振波谱法（NMR） • 电子自旋共振波谱法（ESR）
光谱分析演示文稿
二、定量分析法
a. 单组分定量方法
标准曲线法： 首先配制一系列不同含量的标准溶液，以不含目标 组分的空白溶液为参比，在相同条件下测定标准溶 液的吸光度，绘制吸光度—浓度曲线即标准曲线。 然后在同样的实验条件下测定未知试样的吸光度， 从标准曲线上就可以找到与之对应的未知试样的浓 度。
2020
演讲完毕 谢谢观看
分析方法
紫外-可见光谱法的定量分析方法
一、光谱学定量基础
（1）朗伯－比尔定律数学表达式
当一束平行单色光通过单一均匀的、非散射的吸光物质 稀溶液时，溶质吸收了光能，光的强度就要减弱，溶液的 浓度c愈大，液层厚度b愈厚，则光被吸收得愈多，光强度 的减弱也愈显著。朗伯－比尔定律的数学表达式为：
A＝kbc 其中A：吸光度；k：比例常数 ；b：比色皿厚度（cm）; c：物质浓度（mol∙L-1或g∙L-1） 此定律不仅适用于溶液，也适用于其它均匀非散射的吸光 物质（气体、固体），是各类吸光光度法定量分析的依据。
ε值越大，表示该有色物质对该波长光的吸收能力越强， 显色反应越灵敏，因此，测定时为了提高灵敏度，必 须选择ε值大的有色化合物，并以最大吸收波长的光作 为入射光。
（3）偏离朗伯－比尔定律的原因
按照朗伯－比尔定律，浓度c与吸光度A之间的关 系应该是一条通过原点的直线，事实上，往往溶液 发生偏离直线的现象而引入误差。导致偏离的主要 有三个原因。Leabharlann a. Beer 定律本身的局限性。
注：吸光度具有加和性
（2）概念
透光率（T）
入射光的强度I0，透过光的强度I，则T＝ I /I0 吸光度（A）
透过率的负对数－lgT，即A＝－lgT。
摩尔吸光系数（ε）及吸光系数（a）
ε在数值上等于浓度为1molL-1，液层厚度为1cm时有色 溶液的吸光度。
荧光光谱分析实验讲义
实验荧光光谱分析一、实验目的与要求：1. 了解荧光分光光度计的构造和各组成部分的作用；2. 掌握荧光分光光度计的工作原理；3. 掌握激发光谱、发射光谱及余辉衰减曲线的测试方法。
二、基本概念1. 发射光谱是指发光的能量按波长或频率的分布。
通常实验测量的是发光的相对能量。
发射光谱中，横坐标为波长（或频率），纵坐标为发光相对强度。
发射光谱常分为带谱和线谱，有时也会出现既有带谱、又有线谱的情况。
2. 激发光谱是指发光的某一谱线或谱带的强度随激发光波长（或频率）变化的曲线。
横坐标为激发光波长，纵坐标为发光相对强度。
激发光谱反映不同波长的光激发材料产生发光的效果。
即表示发光的某一谱线或谱带可以被什么波长的光激发、激发的本领是高还是低；也表示用不同波长的光激发材料时，使材料发出某一波长光的效率。
3. 余辉衰减曲线是指激发停止后发光强度随时间变化的曲线。
横坐标为时间，纵坐标为发光强度（或相对发光强度）。
三、测试仪器激发光谱、发射光谱及余辉衰减曲线的测试采用日本岛津RF-5301PC型荧光分光光度计。
从150W氙灯光源发出的紫外和可见光经过激发单色器分光后，再经分束器照到样品表面，样品受到该激发光照射后发出的荧光经发射单色器分光，再经荧光端光电倍增管倍增后由探测器接收。
另有一个光电倍增管位于监测端，用以倍增激发单色器分出的经分束后的激发光。
光源发出的紫外-可见光或者红外光经过激发单色器分光后，照到荧光池中的被测样品上，样品受到该激发光照射后发出的荧光经发射单色器分光，由光电倍增管转换成相应电信号，再经放大器放大反馈进入A/D转换单元，将模拟电信号转换成相应数字信号，并通过显示器或打印机显示和记录被测样品谱图。
四、样品制备液体试样液体试样应放入专用的液体样品槽中，固定到样品座中。
五、测试过程（一）RF-5301PC荧光分光光度计测试发射、激发光谱及余辉衰减曲线步骤先开机：打开Xe灯开关和主机开关。
开电脑。
双击电脑桌面的“RFPC”程序快捷键进入测试程序，会出现初始化界面，仪器依次检测ROM、RAM、EEPROM 激发狭缝、发射狭缝、激发单色器、发射单色器和基线，初始化完成后，进入到测试界面。
光谱分析 ppt课件
(三)光度线性范围
指仪器光度测量系统对于照射到接收器上的辐射功率与 系统的测定值之间符合线性关系的功率范围，即仪器的 最佳工作范围。
检测方法——溶液稀释法：配制适当浓度的溶液，按照 一定的倍数逐步稀释，分别测定其吸光度，根据测得的 吸光度计算吸光系数，以吸光度为横坐标，相应的吸光 系数为纵坐标，绘制吸光系数-吸光度曲线，曲线的平 坦区域即为仪器的线性范围。
1.被测物在一个波长上有最大吸收峰，在另一个波长上没有 吸收或很少吸收；
2.非被测物在两个波长上的吸收相同。
双波长分光光度计优点
只要λ1、λ2选择适当，ΔA就是消除了非特征性吸收干 扰的吸光度值。将ΔA用于计算结果能较好的解决由于 非特征吸收信号（如试样的浑浊、吸收池与空气界面 以及吸收池与溶液界面的折射差别等）影响而带来的 误差，结果更准确。
双波长分光光度计
四、紫外-可见分光光度计性能 评价指标
(一)波长准确度和波长重复性 (二)光度准确度 (三)光度线性范围 (四)分辨率 (五)光谱带宽 (六)杂散光 (七)基线稳定度 (八)基线平直度
(一)波长准确度和波长重复性
波长准确度是指仪器波长指示器上所示波长值与仪器此时 实际输出的波长值之间的符合程度。
(四)分辨率
指仪器对于紧密相邻的峰可分辨的最小波长间隔，此 间隔越小分辨率越高。它是分光光度计质量的综合反 映。
单色器输出的单色光的光谱纯度、强度以及检测器的 光谱灵敏度等是影响仪器分辨率的主要因素。
(五)光谱带宽
光谱带宽（Spectral band width）是指从单色器射出的单色 光最大强度的1/2处的谱带宽度。它与狭缝宽度、分光元 件、准直镜的焦距有关，可以认为是单色器的线色散率的 倒数与狭缝宽度的乘积。
光谱分析2 ppt课件
光谱进行定量分析的方法。
• （３）原子荧光分析法（AFS）： 气态原子吸收特征波长的辐射后，外层电子从基态
或低能态跃迁到高能态，在10-8s后跃回基态或低能 态时，发射出与吸收波长相同或不同的荧光辐射， 在与光源成90度的方向上，测定荧光强度进行定量 分析的方法。
振动能级的能量差ΔΕv约为：0.0２5～１eV，跃迁产生近、中
红外吸收光谱或分子振动光谱，波长范围 0.8 m 50 m , ）
电子能级的能量差ΔΕe较大，为1～20eV。电子跃迁产生紫外— 可见吸收光谱或分子的电子光谱，吸收光谱在紫外—可见光区（ 200—４００—800nm）
１ m ＝ 10 3 m m ＝ 10 6 m ＝ 10 9 nm = 10 12 pm
百分吸光系数：E
1% 1 cm
浓度为1g/100ml（1%）,液层厚度为1cm时，溶液在某一波长下的吸光度。
项目二 光谱分析法
透光率和吸光度的关系
透光率：描述入射光透过溶液的程度:
•
透射光的强度It与入射光强度I0之比称为透光率(trans
mittance). 用T表示
T = I t / I0
吸光度：透光率的负对数称为吸光度，用符号A表示。
A∝ c 二者的结合称为朗伯—比耳定律。
项目二 光谱分析法
A＝lg（I0/It)= εb c
式中： A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度； b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位； c：溶液的摩尔浓度，单位mol·L－１。 ε：摩尔吸光系数：摩尔吸光系数ε在数值上等于浓度为1 mol/L、液层厚度为1cm
• （４）X射线荧光分析法（XFS）： 基于原子内层电子跃迁的原子受高能辐射，其内层 电子发生能级跃迁，发射出特征X射线（ X射线荧 光），测定其强度可进行定量分析。
光谱分析课件
各种光谱的特点及成因：
发 射 光 谱 定义：由发光体直接产生的光谱 产生条件：炽热的固体、液体和高压气体发 连续光谱 光形成的 光谱的形式：连续分布，一切波长的光都有 线状光谱 产生条件：稀薄气体发光形成的光谱
｛
光 谱
（原子光谱） 光谱形式：一些不连续的明线组成，不同 元素的明线光谱不同（又叫特征光谱）
光谱分析 光谱分析的技术在科学研究中有广泛的应 用，一种元素在样品中的含量即使很少，也能 观察到它的光谱．因此光谱分析可以用来确定 样品中包含哪些元素，这种方法非常灵敏，利 用光谱还能确定遥远星球的物质成分．
漆碗：第三文化层（距今6500～6000年）．利用 红外光分析其表面，其光谱图和马王堆汉墓出土漆 皮的裂解光谱图相似．
X射线照射 激发荧光，通 过分析荧光判 断越王勾践宝 剑的成分．
二、氢原子光谱
氢原子是最简单的原子，其光谱也最简单。
1 1 R( 2 2 ) n 3, 4,5,... 2 n 7 1 巴耳末公式 R=1.10 10 m 里德伯常量
1
三、卢瑟福原子核式模型的困难
卢瑟福原子核式模型无法解释氢原子光谱 的规律。
（3）吸收光谱
高温物体发出的白光（其中包含连续分 布的一切波长的光）通过物质时，某些波长 的光被物质吸收后产生的光谱，叫做吸收光 谱。各种原子的吸收光谱中的每一条暗线都 跟该种原子的原子的发射光谱中的一条明线 相对应。这表明，低温气体原子吸收的光， 恰好就是这种原子在高温时发出的光。因此 吸收光谱中的暗谱线，也是原子的特征谱线。 太阳的光谱是吸收光谱。
按经典理论电子绕核旋转，作加速运动，电 子将不断向四周辐射电磁波,它的能量不断减小, 从而将逐渐靠近原子核，最后落入原子核中。
红外光谱实验讲义
试验固体样品红外光谱的采集及分析当样品受到频率连续变化的红外光照耀时，分子汲取某些频率的辐射，并由其振动运动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生的分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，从而形成的分子汲取光谱称为红外光谱，又称为分子振动转动光谱。
,V ---------------- 频率V --------向V --------------- 能量 -------- 原子内电千跃卑号子内电孑跃用 振动跃迁红外光区可分成三个区:近红外区、中红外区、远红外区。
其中中红外区是讨论和应用最多的区域，一般说的红外光谱就是指中红外区的红外光谱。
区域名称 波长(Nm) 波数(Cm ・1) 能级跃迁类型近红外区 泛频区0.75-2.5 13158-4000 OH 、NH 、CH 键的倍频汲取 中红外区 基本振动区2.5-25 4000-400 分子振动/伴随转动 远红外区 分子转动区 25-300 400-10 分子转动波数(Cmj),它表示电磁波在单位距离(Cm)中振动的次数，波长和波数均反映了光的频率。
一、红外光谱的三要素1 .峰位分子内各种官能团的特征汲取峰只消失在红外光波谱的肯定范围，如：C=O 的伸缩振动一般在1700CmT 左右。
2 .峰强红外汲取峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，振动时分子偶极矩的变化越小，谱带强度也就越弱。
一般说来，极性较强的基团(如C=O)振动，汲取强度较大；极性较弱的基团(如OC,NY 等)振动，汲取强度较弱；红外汲取强度分别用很强(Vs)、强(s)、中(m)、弱(W)表示.3 .峰形不同基团的某一种振动形式可能会在同一频率范围内都有红外汲取，如-OH 、-NH 的伸缩振动峰都在3400~3200cm 1,但二者峰外形有显著不同。
此时峰形的不同有助于官能团的鉴别。
远 外红中线波 无电 射频区200nm 40Onm 80Onm 2. 5 JA 15 ∖k Im 5m短 ------------------ 波长λ----------------------------- A 长光波造区及能量跃迁相关图常见官能团红外汲取特征频率表可见附录二、红外光谱仪的作用一是分析某化合物中是否含有某些官能团。
光栅光谱仪实验讲义
实验名称：光谱分析一实验目的1、学习光谱分析的基本原理，光谱图的基本特征；2、掌握利用光谱进行定性分析的基本方法和鉴定程序。
二实验仪器红外光谱仪，计算机三实验原理利用红外光谱对物质分子进行的分析和鉴定。
将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。
每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。
红外吸收光谱是由分子不停地作振动和转动运动而产生的，分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动图形。
当分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动方式称简正振动（例如伸缩振动和变角振动）。
分子振动的能量与红外射线的光量子能量正好对应，因此当分子的振动状态改变时，就可以发射红外光谱，也可以因红外辐射激发分子而振动而产生红外吸收光谱。
分子的振动和转动的能量不是连续而是量子化的。
但由于在分子的振动跃迁过程中也常常伴随转动跃迁，使振动光谱呈带状。
所以分子的红外光谱属带状光谱。
分子越大，红外谱带也越多。
红外光谱仪的种类有：①棱镜和光栅光谱仪。
属于色散型，它的单色器为棱镜或光栅，属单通道测量。
②傅里叶变换红外光谱仪。
它是非色散型的，其核心部分是一台双光束干涉仪。
当仪器中的动镜移动时，经过干涉仪的两束相干光间的光程差就改变，探测器所测得的光强也随之变化，从而得到干涉图。
经过傅里叶变换的数学运算后，就可得到入射光的光谱。
这种仪器的优点：①多通道测量，使信噪比提高。
②光通量高，提高了仪器的灵敏度。
③波数值的精确度可达0.01厘米-1。
④增加动镜移动距离，可使分辨本领提高。
⑤工作波段可从可见区延伸到毫米区，可以实现远红外光谱的测定。
红外光谱分析可用于研究分子的结构和化学键，也可以作为表征和鉴别化学物种的方法。
红外光谱具有高度特征性，可以采用与标准化合物的红外光谱对比的方法来做分析鉴定。
光谱实验-本科实验讲义2011
0 1 lg lg T T tr
（2）
当一束平行单色光垂直照射到同种物质不同浓度，相同液层厚度的均匀透 明溶液时，入射光通量与溶液浓度的关系为
lg
0 k c tr
（3）
式中 k´为另一比例常数，它与入射光波长、液层厚度、溶液性质和温度有关。c 为溶液浓度。这就是比尔（Beer）定律。比尔定律表明；当溶液液层厚度和入射 光通量一定时，光吸收的程度与溶液浓度成正比。必须指出的是：比尔定律只能 在一定浓度范围才适用。因为浓度过低或过高时，溶质会发生电离或聚合，而产 生误差。 当溶液厚度和浓度都可改变时，这时就要考虑两者同时对透射光通量的影 响，则有 A lg
6
介质；三是吸收过程中，吸收物质互相不发生作用。 （2）吸光度的加和性 在多组分的体系中，在某一波长下，如果各种对光有吸收的物质之间没有 相互作用，则体系在该波长的总吸光度等于各组分吸光度的和，即吸光度具有加 和性，称为吸光度加和性原理。可表示如下：
A总 A1 A2 A3 An An
图 7 单色器（光栅）工作原理 常用的色散元件有棱镜和光栅两种，目前主要以光栅为主。 （3） 样品吸收池 吸收池又叫比色皿，是用于盛放待测液和决定透光液层厚度的器件。吸收 池一般为长方体（也有圆鼓形或其他形状，但长方体最普遍），其底及二侧为毛 玻璃，另两面为光学透光面。为保护两个光学面，必须做到： 第一，拿取吸收池时，只能用手指接触两侧的毛玻璃，不可接触光学面。 第二，不能将光学面与硬物或脏物接触，只能用擦镜纸或丝绸擦试光学面。 第三，凡含有腐蚀玻璃的物质溶液，不得长时间盛放在吸收池中。 第四，吸收池使用后应立即用水冲洗干净。生物样品、胶体或其它在吸收池光学 面上形成薄膜的物质要用适当的溶剂洗涤。 第五，不得在火焰或电炉上进行加热或烘烤吸收池。 （4） 检测系统 检测器又称接受器，其作用是对透过吸收池的光作出响应，并把它转变成 电信号输出， 其输出电信号大小与透过光的强度成正比。 常用的检测器有光电池、 光电管及光电倍增管等，它们都是基于光电效应原理制成的。作为检测器，对光 电转换器要求是：光电转换有恒定的函数关系，响应灵敏度要高、速度要快，噪
实验十一 红外光谱实验讲义
实验七：红外光谱法推测化合物结构一、目的要求1.通过推测化合物C7H6O2的结构，掌握用红外光谱推测化合物结构的原理和方法。
2.了解红外分光光度计的使用。
二、方法原理当已知化合物的分子式时，可以计算其不饱和度u，从而可推测化合物的类型。
然后根据红外图谱解析的程序，有的放矢地对测得的红外光谱图进行解析。
通过解析图谱中的主要吸收峰，可知道组成化合物的各基团及它们相互间的连接情况，就可推测可能的结构式。
最后与红外标准图谱对照以确定结构。
三、实验步骤本实验的制样方式是采用溴化钾压片法。
1.取0.5～2mg样品，于玛瑙研钵中研细。
2.于研钵中加入100～200mg事先研细至2μm左右，于110～150℃烘箱充分烘干（约需48小时）的KBr粉末，把样品与KBr粉末充分研磨均匀。
3.把上述均匀的混合物置于一定的模具中，在真空下加压成直径为5mm或13mm的半透明片子。
4.把此半透明片子放于红外分光光度计的样品窗口，在参比窗口放上空白的KBr片子，进行测谱。
5.取下测好的红外光谱图，进行图谱解析工作。
四、图谱解析化合物C7H6O2的不饱和度u＝1＋7＋1/2（0－6）＝5。
可能含有苯环。
测得的红外光谱图的各谱峰及其归属见下表功能团区的3077，3012 c m －1及1600，1582，1495，1451 c m －1以及指纹区的751，690cm －1等处的峰表示含有单取代苯环（对不饱和度贡献为4），而1684cm －1表示分子中含有羰基（对不饱和度贡献为1）。
此羰基出现在较低波数表示羰基与苯环共轭，同时根据3000～2500cm －1一系列的多重峰和特征的935cm －1（羰基上OH 的面外弯曲振动），可断定此羰基是属于羧基的。
因此可推测该化合物为苯甲酸。
C OOH根据分子式C 7H 6O 2，查SADTLER 标准图谱分子式索引，查得苯甲酸的红外标准图谱号码为779。
将实验测得的红外光谱图与标准图谱779号对照，完全一致。
光谱分析实验教案
光谱分析实验教案引言：光谱分析是一种重要的实验方法，它通过研究物质在不同波长的光下的吸收、发射或散射特性，来获取物质的结构、组成和性质等信息。
在化学、物理、天文学等领域都有广泛的应用。
本文将介绍一份光谱分析实验教案，旨在帮助学生理解光谱分析的原理和应用，培养他们的实验技能和科学思维能力。
实验目的：通过本实验，学生将学会使用分光光度计进行吸收光谱测量，并掌握光谱分析的基本原理和应用方法。
实验材料：1. 分光光度计2. 可见光源（如白炽灯）3. 吸光物质溶液（如染料溶液）4. 试管或石英比色皿5. 光谱图纸实验步骤：1. 准备工作：将分光光度计调至可见光区，打开可见光源，调整光强适中。
2. 校准仪器：使用空白试剂（如纯水）进行校准，调整零点。
3. 测量吸光度：将吸光物质溶液倒入试管或石英比色皿中，放入分光光度计中，选择适当的波长进行测量，记录吸光度数值。
4. 绘制吸收光谱：根据测量结果，绘制吸收光谱曲线，标明吸光度和波长的关系。
5. 分析结果：根据吸收光谱曲线，分析吸光峰的位置、强度和形状，推测物质的结构和组成等信息。
6. 总结实验：总结实验结果，讨论实验中可能存在的误差和改进方法。
实验原理：光谱分析基于物质对不同波长光的吸收和发射特性。
当物质受到光的照射时，其分子内部的电子会发生跃迁，从低能级跃迁到高能级或从高能级跃迁到低能级，吸收或发射特定波长的光。
吸收光谱是物质在不同波长光下吸收光的强度与波长的关系曲线。
通过分析吸收光谱曲线，可以推测物质的结构和组成等信息。
实验应用：光谱分析在许多领域都有广泛的应用。
在化学领域，可以通过吸收光谱来测定物质的浓度、反应动力学等。
在生物医学领域，可以通过红外光谱来研究生物分子的结构和功能。
在天文学领域，可以通过光谱分析来研究恒星的组成和演化等。
实验注意事项：1. 实验过程中要注意安全，避免接触有毒物质。
2. 保持仪器的清洁和正常运行，避免误差的产生。
3. 实验前要对仪器进行校准，确保测量结果的准确性。
光谱分析课程
四大光谱综合波谱解析
如何利用紫外光谱，红外光谱、核磁共 振光谱和质谱的资料推断结构、每个化 学工作者有自己的解析方法，所以无须、 也不可能设计一套固定不变的解析程序。 通过一些实例练习来具体介绍波谱综合 解析的主要步骤及它们之间如何配合和 如何相互佐证。
二、综合光谱解析的顺序与重点
1．了解样品 来源： 天然品、合成品、三废样品等、 物理化学性质与物品理化学参数： 物态、熔点、沸点、旋光性、折射 率、溶解度、极性、灰分等，
核磁共振碳谱在综合光谱解析中的作用
DEPT谱 (distortionless enhancement by polarization transfer，无畸变增强极化 转移技术) , 大大提高对13C核的观测灵敏度 提高对 核的观测灵敏度; 可利用异核间的偶合对13C信号进行调 利用异核间 信号进行调 利用异核间的偶合对 信号进行 的方法，来确定碳原子的类型 确定碳原子的类型。 制的方法 确定碳原子的类型
二、综合光谱解析的顺序与重点
3．计算不饱和度 由分子式计算未知物的不饱和度 推测 未知物的类别，如芳香族(单环、稠环 等)、脂肪族(饱和或不饱和、链式、脂 环及环数)及含不饱和官能团数目等。
二、综合光谱解析的顺序与重点
4．紫外吸收光谱 由未知物的紫外吸收光谱上吸收峰 的位置，推测共轭情况(p—π与π—π 共轭、长与短共轭、官能团与母体 共轭的情况)及未知物的类别(芳香 族、不饱和脂肪族)。
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实验一火焰原子发射光谱法测定水样中的钠一、实验目的1. 了解火焰原子发射光谱仪的使用方法。
2. 学习利用火焰原子发射光谱测定水样中Na+含量的方法。
二、基本原理原子发射光谱分析（atomic emission spectrosmetry, AES），是根据处于激发态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素进行分析的方法。
当试样在等离子体光源中被激发，待测元素会发射出特征波长的辐射，经过分光，并按波长顺序记录下来，根据特征波长谱线的存在情况可以进行定性分析，测量其强度可以进行定量分析。
原子吸收分光光度法测定的是占原子总数99％以上的基态原子，而原子发射光谱测定的是占原子总数不到1％的激发态原子，所以前者的灵敏度和准确度比后者高的多。
但原子吸收光谱法适合分析微量、痕量元素，因此，火焰原子发射光谱法可以分析浓度高的样品。
三、仪器与试剂1. GGX-9型原子吸收分光光度计（使用发射光谱检测功能）。
2. 空气压缩机（应备有除水、除油、除尘装置）。
3. 乙炔钢瓶。
燃气流量：0.9~1.2 l/min4. 容量瓶(50 mL，100 mL，l000 mL)，移液管(5 mL)，烧杯(100 mL，250 mL)。
5. 氯化钠（光谱纯）。
6. 浓硝酸（分析纯）。
四、实验步骤1. 钠的标准溶液配制（1）标准储备液配制钠标准贮备液：称取光谱纯氯化钠11.7000 g (准确到0.0001 g)，用60 mL硝酸溶液溶解，用去离子水准确稀释至1000 mL，摇匀。
此溶液浓度为2 mg／mL（以Na计）。
（2）标准溶液配制取Na标准贮备液（2 mg/mL）20 mL，移入100 mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，摇匀备用，此溶液Na含量为400 µg/mL。
2. 工作曲线的绘制分别移取钠的标准溶液0.00 mL，1.00 mL，3.00 mL，4.00 mL，5.00 mL于50 mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。
以零号溶液为空白，乙炔压力为20 kPa的贫燃火焰，在589.0 nm的波长位置分别测量以上标准溶液的吸光度值。
将测得的发射光强度值对纳溶液的质量浓度作图，绘出工作曲线。
3. 未知样的分析水样采集后尽快通过0.45 µm滤膜过滤，取50mL在电炉上加热蒸至近干，然后立即加1 mL浓硝酸消解，消解澄清后，继续加热将酸蒸至近干。
用制作工作曲线的相同测量条件测定其吸光度值，然后由工作曲线查出未知溶液中钠的质量浓度（µg/mL）。
在测定样品的同时，用去离子水代替试样做空白实验。
五、结果处理1. 根据实验步骤2，以发射光强度为纵坐标，标准钠溶液的质量浓度为横坐标作图，绘制工作曲线。
2. 根据实验步骤3，由测得的未知样的发射光信号强度，在工作曲线查出未知溶液中Na的质量浓度（µg/mL），并计算出水样中Na的含量（µg/mL）。
六、思考题1.火焰原子发射法测Na会存在哪些干扰，应如何消除？实验二 原子吸收分光光度法测定湖水中铁的含量一、实验目的1. 了解GGX-9型原子吸收分光光度计的基本结构和使用方法。
2. 观察了解空心阴极灯电流、火焰高度、火焰状态等因素对吸光度的影响。
3. 掌握原子吸收分光光度法进行定量测定的方法。
二、实验原理1. 原子吸收分光光度法定量原理原子吸收分光光度法基于由基态跃迁至激发态时对辐射光吸收的测量。
通过选择一定波长的辐射光源，使之满足某种原子由基态跃迁到激发态能级的能量要求，则辐射后基态的原子数减少，辐射吸收值与基态原子的数量有关，也即由吸收前后辐射光强度的变化可确定待测元素的浓度。
因此从光源发出的待测元素的特征辐射通过样品蒸气时，被待测元素基态原子所吸收，从而由辐射的减弱程度求得样品中被测元素的含量。
在锐线光源条件下，光源的发射线通过一定厚度的原子蒸气，并被基态原子所吸收，吸光度与原子蒸气中待测元素的基态原子数间的关系遵循朗伯-比尔定律：lN I I κ==)lg(A 0式中：A 为吸光度；I 0为入射光强度；I 为经过原子蒸气吸收后的透射光强度；κ为摩尔吸收系数；l 为光波所经过的原子蒸气的光程长度；N 为基态原子浓度。
在火焰温度低于3000 K 的条件下，可以认为原子蒸气中基态原子的数目实际上接近于原子总数。
在特定的实验条件下，原子总数与样品浓度门的比例是恒定的，所以，上式又可以写成：B c A 'κ=这就是原子吸收分光光度法的定量基础。
常用的定量方法为标准曲线法和标准加入法等。
2. 原子吸收分光光度仪原子吸收分光光度计的主要组成部分包括：光源、原子化器、分光系统和检测系统。
其光路如图1-11所示。
图1-11 原子吸收分光光度计光路图（1）光源：光源的功能是发射被测元素的特征共振辐射。
对光源的基本要求是：发射的共振辐射的半宽度要明显小于吸收线的半宽度；辐射强度大、背景低，低于特征共振辐射强度的1%；稳定性好，30分钟之内漂移不超过1%；噪声小于0.1%；使用寿命长于5安培小时。
空心阴极放电灯是能满足上述各项要求的理想的锐线光源，应用最广。
其一端由石英或玻璃制成光学窗口，两根钨棒封入管内，一根钨棒连有由钛、锆、钽等有吸气性能的金属制成的阳极，另一根上镶有一个圆筒形的空心阴极。
筒内衬上或熔入被测元素，管内充有几百帕低压载气，常用氖或氦气。
当在阴阳两极间加上电压时，气体发生电离，带正电荷的气体离子在电场作用下轰击阴极，使阴极表面的金属原子溅射出来，金属原子与电子、惰性气体的原子及离子碰撞激发而发出辐射。
最后，金属原子又扩散回阴极表面而重新沉积下来。
通常，改变空心阴极灯的电流可以改变灯的发射强度，在忽略自吸收的前提下，其经验公式为I＝ai n。
其中：a，n均为常数；i为电流。
n与阴极材料、灯内所充气体及谱线的性质有关。
对于Ne、Ar等气体，n值为2～3，由此可见，灯的发射强度受灯电流的影响较大，影响吸光度。
（2）原子化器：将试样中的被测元素转化为基态原子的过程称为原子化过程，能完成这个转化的装置称原子化器，目前，使用较普遍的原子化器有两类，一类是火焰原子化器，另一类是由石墨炉原子化器。
待测元素的原子化是整个原子吸收分析中最困难和最关键的环节，原子化效率的高低直接影响到测定的灵敏度，原子化效率的稳定性则直接决定了测定的精密度。
火焰原子化法中，常用的预混合型原子化器，这种原子化器由雾化器、混合室和燃烧器组成。
雾化器是关键部件，其作用是将试液雾化，使之形成直径为微米级的气溶胶，作为一个性能良好的原子化装置要求其调节方便，单位时间内吸入的试液尽可能多地产生微细雾粒，并使雾珠尽可能地到达火焰进行原子化；混合室的作用是使较大的气溶胶在室内凝聚为大的溶珠沿室壁流入泄液管排走，使进入火焰的气溶胶在混合室内充分混合均匀以减少它们进入火焰时对火焰的扰动，并让气溶胶在室内部分蒸发脱溶；燃烧器最常用的是单缝燃烧器，其作用是产生火焰，使进入火焰的气溶胶蒸发和原子化。
因此，原子吸收分析的火焰应有足够高的温度，能有效地蒸发和分解试样，并使被测元素原子化。
此外，火焰应该稳定、背景发射和噪声低、燃烧安全。
原子吸收测定中最常用的火焰是乙炔-空气火焰。
原子吸收测定中最常用的火焰是乙炔-空气火焰，此外，应用较多的是氢-空气火焰和乙炔-氧化亚氮高温火焰。
乙炔-空气火焰燃烧稳定，重现性好，噪声低，燃烧速度不是很大，温度足够高（约2300℃），对大多数元素有足够的灵敏度。
氢-空气火焰是氧化性火焰，燃烧速度较乙炔-空气火焰高，但温度较低（约2050℃），优点是背景发射较弱，透射性能好。
乙炔-氧化亚氮火焰的特点是火焰温度高（约2955℃），而燃烧速度并不快，是目前应用较广泛的一种高温火焰，用它可测定70多种元素。
（3）分光器：分光器由入射和出射狭缝、反射镜和色散元件组成，其作用是将所需要的共振吸收线分离出来。
分光器的关键部件是色散元件，现在商品仪器都是使用光栅。
原子吸收光谱仪对分光器的分辨率要求不高，曾以能分辨开镍三线Ni230.003、Ni231.603、Ni231.096nm为标准，后采用Mn279.5和279.8nm代替Ni三线来检定分辨率。
光栅放置在原子化器之后，以阻止来自原子化器内的所有不需要的辐射进入检测器。
（4）检测系统：原子吸收光谱仪中广泛使用的检测器是光电倍增管，最近一些仪器也采用CCD（电荷耦合检测器）作为检测器。
三、仪器与试剂1. GGX-9型原子吸收分光光度计，铁空心阴极灯一只。
2. 空气压缩机（应备有除水、除油、除尘装置）。
3. 乙炔钢瓶。
4. 容量瓶(50 mL，100 mL，l000 mL)，移液管(5 mL)，烧杯(100 mL，250 mL)。
5. 金属铁（光谱纯）。
6. 浓盐酸（分析纯）。
7. 浓硝酸（分析纯）。
四、实验步骤1. 铁的标准溶液配制（1）标准储备液配制铁标准贮备液：称取光谱纯金属铁1.0000 g (准确到0.0001 g)，用60 mL盐酸溶液溶解，用去离子水准确稀释至1000 mL，摇匀。
此溶液浓度为1 mg／mL（以Fe计）。
（2）标准溶液配制取Fe标准贮备液（1000 µg/mL）5mL，移入100mL容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，摇匀备用，此溶液Fe含量为50 µg/mL。
2. 工作曲线的绘制分别移取铁的标准溶液0.00 mL，1.00 mL，3.00 mL，4.00 mL，5.00 mL于50 mL容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。
以零号溶液为空白，选择灯电流为2～5mA，乙炔压力为20 kPa的贫燃火焰，在248.3 nm的波长位置分别测量以上标准溶液的吸光度值。
将测得的吸光度值对铁溶液的质量浓度作图，绘出工作曲线。
3. 未知样的分析水样采集后尽快通过0.45 µm滤膜过滤，并立即加硝酸(1.42g／mL)酸化滤液，使pH为1～2。
用制作工作曲线的相同测量条件测定其吸光度值，然后由工作曲线查出未知溶液中铁的质量浓度（µg/mL）。
在测定样品的同时，用去离子水代替试样做空白实验。
五、结果处理1. 根据实验步骤2，以吸光度值为纵坐标，标准铁溶液的质量浓度为横坐标作图，绘制工作曲线。
2. 根据实验步骤3，由测得的未知样的吸光度值，在工作曲线查出未知溶液中铁的质量浓度（µg/mL），并计算出水样中铁的含量（µg/mL）。
六、思考题1. 在原子吸收光谱法中，为什么单色器位于样品室(火焰)之后，而不像紫外-可见分光光度计位于样品室之前？2. 为保证分析的准确度和精密度，实验中应该注意哪些问题?3. 何谓锐线光源？在原子吸收光谱分析中为什么要用锐线光源？4. 谱线变宽的原因有哪些？有何特点？参考文献1 穆华荣. 仪器分析实验，第二版. 北京: 化学工业出版社. 2004, 63-662 徐家宁. 基础化学实验（下册，物理化学和仪器分析实验），北京：高等教育出版社. 2006, 223-224实验三火焰原子吸收光谱法测定土壤中的铜（标准加入法）一、实验目的1. 掌握标准加入法测定元素含量的操作方法。