四大波谱基本概念以及解析
四大波谱基本概念以与解析
四大波谱基本概念以与解析早在20世纪，波谱学已经成为一门重要科学，用以研究和解释波的特性以及波的效应。
波谱分析在今天仍然是一门重要的科学，能够用来探索微观世界的信息，以及研究宏观世界的运动。
在物理和化学科学方面，有四个主要的波谱基本概念。
这些概念涉及四种不同类型的波：X射线谱、光谱、物质谱和声谱。
首先是X射线谱。
X射线谱是指X射线的光谱，它是一种高能量的电磁辐射。
由于X射线的高能量水平，它们通常用于诊断性检查，以提供内部解剖结构的信息。
此外，X射线谱也可用于识别分子及其结构，因为它们可以穿透岩石和其他光照障碍物，使得研究人员能够更清晰地看到深层结构。
其次是光谱学。
光谱学是一种用来研究和分析光线及其效应的学科。
根据波长的不同，光谱可以分为可见光谱，紫外光谱和红外光谱。
可见光波长的光被人看见，而紫外光波长的光被它的特殊属性产生区分，而且无法被人看见；红外光谱在可见光谱的另一端，由非常长的波长所组成。
光谱分析对于研究系统中物质的结构和性质非常有用，它们可用于研究星体、流星和大气，以及地球表面和内部的化学物质。
紧接着是物质谱。
物质谱是一种物理系统的波谱学，用以研究能量状态的改变。
它使用物质分解的信息来检测和分析各种物质的效应和变化。
物质谱可以用来研究物质的结构和组成，以及不同物质间的相互作用。
最后是声谱学。
声谱学是利用声音波的特性来研究和解释声音辐射的一门学科。
声学设备能够用来分析物体周围的声音，识别出声音及其特征，从而更深入地了解不同频率之间的关系，以及对物体和环境的影响。
在医学研究中，声谱可以用来评估心脏音及其强度，以及定位任何异常声音或波形信号，从而诊断疾病。
综上所述，X射线谱、光谱、物质谱和声谱是四种主要的波谱基本概念，它们用来研究和解析不同类型波的特性和效应。
每种方法都有自己独特的优势和应用，并在物理、化学等不同领域均有重要作用。
四大光谱法的解析原理及规律
四大光谱法的解析原理及规律在检测领域，有四大名谱，也是检测领域的“四大天王”分别为色谱、光谱、质谱、波谱，在检测特色和适用范围上各有不同，但总有一款适合你！质谱：分析分子、原子、或原子团的质量的，可以推测物质的组成，一般用于定性分析较多，也可定量。
色谱：是一种兼顾分离与定量分析的手段，可分辨样品中的不同物质。
光谱：定性分析，确定样品中主要基团，确定物质类别。
从红外到X射线，都是光谱，其应用范围差别很大，是对分子或原子的光谱性质进行分析解析的。
波谱：通常指四大波谱，核磁共振（NMR）,物质粒子的质量谱-质谱（MS）,振动光谱-红外/拉曼(IR/Raman）,电子跃迁-紫外（UV）。
光谱分析法光谱分析由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成和相对含量。
光谱分析时，可利用发射光谱，也可以利用吸收光谱。
这种方法的优点是非常灵敏而且迅速。
某种元素在物质中的含量达10皮克，就可以从光谱中发现它的特征谱线，因而能够把它检查出来。
光谱的分类按波长区域不同，光谱可分为红外光谱、可见光谱和紫外光谱。
按产生的本质不同，可分为原子光谱和分子光谱。
按产生的方式不同，可分为发射光谱、吸收光谱和散射光谱。
按光谱表现形态不同，可分为线光谱、带光谱和连续光谱。
分光光谱技术可用于：通过测定某种物质吸收或发射光谱来确定该物质的组成；通过测量适当波长的信号强度确定某种单独存在或其他物质混合存在的一种物质的含量；通过测量某一种底物消失或产物出现的量同时间的关系，示踪反应过程。
鉴定分子式、结构式的方法紫外光谱：反应分子中共轭体系状况；红外光谱：光能团鉴定、分子中环、双键数目。
光谱法的优缺点（1）分析速度较快原子发射光谱用于炼钢炉前的分析，可在l～2分钟内，同时给出二十多种元素的分析结果。
（2）操作简便有些样品不经任何化学处理，即可直接进行光谱分析，采用计算机技术，有时只需按一下键盘即可自动进行分析、数据处理和打印出分析结果。
四大光谱的原理及应用
四大光谱的原理及应用1. 可见光谱可见光谱是指可见光波长范围内的电磁辐射。
可见光谱的原理是光线在通过物质时，会发生吸收、散射、透射等现象，从而产生不同的波长和强度的光信号。
可见光谱广泛应用于光学、化学、生物科学等领域。
应用：•光学材料：可见光谱被用于研究和控制光学材料的光学性能，如折射率、透明度和色彩等。
•化学分析：可见光谱通过测量物质对不同波长光的吸收和发射，可用于分析化学物质的组成和浓度。
•生物医学：可见光谱被用于生物医学影像学中，如通过测量和分析血液中的吸收和散射特性，可以诊断血液病变和疾病等。
2. 红外光谱红外光谱是指波长范围在0.78微米至300微米之间的电磁波谱。
红外光谱的原理是物质吸收和发射红外光波段的特性，不同的分子和化学键会在不同波长的红外光下发生振动和转动，从而产生特定的吸收峰或谱带。
应用：•化学分析：红外光谱被广泛应用于化学分析领域，如用于分析有机物的结构和组成，检测化学反应的进程和过程等。
•医药研究：红外光谱可用于药物的合成和分析，如通过分析药物的红外光谱，确定药物的纯度和相对结构。
•红外成像：红外光谱可以用于红外成像设备中，用于探测和观察人体和物体的热分布、热辐射等信息。
3. 紫外光谱紫外光谱是指波长范围在10纳米至400纳米之间的电磁波谱。
紫外光谱的原理是通过分子和原子的电子跃迁，吸收和发射特定波长的紫外光。
不同的化学物质具有不同的吸收峰和谱带，可以用来确定物质的组成和结构。
应用：•分子生物学：紫外光谱在生物学研究中被广泛应用，如用于核酸和蛋白质的定量和分析，检测DNA和蛋白质的浓度和纯度等。
•化学反应：紫外光谱可以用于观察化学反应的进程和过程，如观察化学物质在不同条件下的吸收和发射特性，研究反应动力学等。
•紫外灭菌：紫外光谱在医疗和卫生领域被广泛应用于灭菌和消毒，如紫外线杀菌灯可以用于空气和水体的净化和杀菌。
4. 微波光谱微波光谱是指波长范围在1毫米至1米之间的电磁波谱。
有机合成四大谱
一、有机波谱分析简介1.常见有机波谱 2.有机四大谱及其特点 3.电磁波谱与有机光谱的对应关系二、红外吸收光谱2.分子振动与红外光谱 1.红外吸收光谱的定义 3.有机化合物基团的特征光谱 4.红外谱图解析三、核谱共振谱1.核磁共振产生的基本原理 3.自旋偶合和自旋裂分 5.13C 谱简介 2.化学位移 4.谱图解析1.常见有机波谱 常 见 有 机 波 谱2、有机四大谱及其特点有机四大谱：紫外吸收光谱、红外吸收光谱 、 核磁共振谱、质谱 ⎧ UV 0.01-5mg(与天平精度有关） ⎪ IR 0.1-1mg ⎪ ⎧样品用量少 ⎨ 优点⎨ ⎪ NMR 1-5mg ⎩ 准确快速 ⎪ MS 0.001-0.1mg ⎩⎧ UV ⎪ IR ⎪ ⎨ ⎪ NMR ⎪ MS ⎩⎧ 仪器昂贵 ⎪ 缺点⎨ ⎪仪器操作复杂、维护费用高 ⎩2-10万 5-50万 100-1000万 50-500万3.电磁波谱与有机光谱的对应关系λ/nm λ/cm-1二、红外吸收光谱 1.红外吸收光谱的定义红外吸收光谱是分子中成键原子振动 能级跃迁而产生的吸收光谱，只有引起分 子偶极距变化的振动才能产生红外吸收。
2.分子振动与红外光谱振动方程式：1 v振 = 2πm1 + m2 k m1m2k:力常数，与化学键的强度有关（键长越短，键能 越小，k越大） m1和m2分别为化学键所连的两个原子的质量，单 位为克即：化学键的振动频率（红外吸收峰的频 率）与键强度成正比，与成键原子质量成 反比。
亚甲基的振动模式：3.有机化合物基团的特征频率区段 (Ⅰ) N-H 和 O-H 伸 缩振动 区 (Ⅱ) 不饱和 特 C-H 伸 征 缩振动 频 区 率 区 (Ⅲ) 饱和 C-H 伸 缩振动 区 波数范围/cm-1 振动类型 O-H 伸缩 3750～3000 N-H 伸缩 相关有机化合物中基团的特征频率/cm-1 醇酚单体3650-3590(s);缔合3400-3200(s,b) 酸 单体 3560-3500(m) ;缔合 3000-2500(s,b) 胺 1。
有机四大谱课件
8
二、紫外吸收光谱（UV）
基本原理
物质分子吸收一定波长的紫外光时，分子中的价电子
从低能级跃迁到高能级而产生的吸收光谱叫紫外光谱。
*
* E n
电子跃迁的类型有： *, *, n *, n *。
9
电荷迁移跃迁 用光照射化合物时，电子从给予体向与接受 体相联系的轨道上的跃迁称为电荷迁移跃迁。 这种跃迁谱带较宽，吸收强度大。
核磁样品制备
试样浓度：5～10%；需要纯样品15～30 mg；傅立 叶变换核磁共振波谱仪需要纯样品1 mg ； 标样浓度（四甲基硅烷 TMS） ： 1%； 溶剂：1H谱 四氯化碳，二硫化碳； 氘代溶剂：氯仿，丙酮、苯、二甲基亚砜的氘代物
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4-2 影响化学位移的因素
(1)取代基电负性影响：
磁能级的跃迁，从而产生吸收信号。这种原子核
对射频电磁波辐射的吸收称为核磁共振(nuclear magnetic resonance, NMR)。
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核磁共振条件
(1) 核有自旋(磁性核) (2)外磁场，能级裂分; (3)照射频率与外磁场的比值0 / H0 = / (2 )
常用于高分子有机化合物的测定。 熔 融 法：对于熔点较低，而且热稳定性好的样品，可以 采用此法。 溶液成膜法：将试样溶解于沸点较低的溶剂中，然后将溶液 分布在成膜介质（水银、玻璃、塑料、金属板) 上，让溶剂蒸发后形成试样膜。
4、图谱解析
100 90 80
2924 3005 3062 1595
Transmittance %
液膜厚度的选择： 脂肪族碳氢化合物 ~0.02mm 卤化物、芳香族化合物 ~0.01mm 含氧、氮的有机物 ~0.005mm 含硅、氟的有机物 ~0.03mm ② 溶液法
(完整版)四大波谱基本概念以及解析
四大谱图基本原理及图谱解析一.质谱1.基本原理：用来测量质谱的仪器称为质谱仪，可以分成三个部分：离子化器、质量分析器与侦测器。
其基本原理是使试样中的成分在离子化器中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。
在质量分析器中，再利用电场或磁场使不同质荷比的离子在空间上或时间上分离，或是透过过滤的方式，将它们分别聚焦到侦测器而得到质谱图，从而获得质量与浓度(或分压)相关的图谱。
在质谱计的离子源中有机化合物的分子被离子化。
丢失一个电子形成带一个正电荷的奇电子离子(M+·)叫分子离子。
它还会发生一些化学键的断裂生成各种碎片离子。
带正电荷离子的运动轨迹：经整理可写成：式中：m／e为质荷比是离子质量与所带电荷数之比；近年来常用m／z表示质荷比；z表示带一个至多个电荷。
由于大多数离子只带一个电荷，故m／z就可以看作离子的质量数。
质谱的基本公式表明：（1）当磁场强度(H)和加速电压(V)一定时，离子的质荷比与其在磁场中运动半径的平方成正比(m／z ∝r2m)，质荷比(m／z)越大的离子在磁场中运动的轨道半径(rm)也越大。
这就是磁场的重要作用，即对不同质荷比离子的色散作用。
（2）当加速电压(V)一定以及离子运动的轨道半径(即收集器的位置)一定时，离子的质荷比(m／z)与磁场强度的平方成正比(m／z∝H2)改变H即所谓的磁场扫描，磁场由小到大改变，则由小质荷比到大质荷比的离子依次通过收集狭缝，分别被收集、检出和记录下来。
（3）若磁场强度(H)和离子的轨道半径(rm)一定时，离子的质荷比(m／z)与加速电压(V)成反比(m／z∝1／V)，表明加速电压越高，仪器所能测量的质量范围越小。
就测量的质量范围而言，希望质量范围大一些，这就必须降低加速电压。
从提高灵敏度和分辨率来讲，需要提高加速电压。
这是一对矛盾，解决的办法是在质量范围够用的情况下尽量提高加速电压，高分辨质谱计加速电压为8kV，中分辨为4～3kV。
四大谱图解析
常用术语
吸收带:由相同的电子跃迁产生的吸收峰，叫.. R带:由化合物n→π* 跃迁产生的吸收带，它具有杂 原子和双键的共轭基团（醛、酮）。例：＞C＝O, —N＝N—。 特点：a. 吸收峰出现区域在250nm～500nm。 b.摩尔吸光系数小，吸收强度在10 ～100，属 于禁阻跃迁。
影响紫外吸收的因素-溶剂效应
（2） * 跃迁，溶剂极性增加，吸收红移。
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△Ep小于在非极 性溶剂中的跃迁能△En。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。
影响紫外吸收的因素-溶剂效应
1. 在极性溶剂和非极性溶剂中测试，非极性化合物λ max无 明显差异。 2.在极性溶剂和非极性溶剂中测试，极性化合物λmax一般有变 化. 溶剂效应：在不同的溶剂中谱带产生的位移称为溶剂效应。 是由于不同极性的溶剂对基态和激发态样品分子的生色团 作用不同或稳定化程度不同所致。 极性溶剂使R带(250~500nm)蓝移，使K带(210~250)红移。
紫外吸收与分子结构关系 • （2）、简单的不饱和化合物:
• 简单烯烃、炔烃 • 简单醛酮 • n—π*跃迁在紫外区，为弱吸收
紫外吸收与分子结构关系
简单烯烃、炔烃 孤立的 * 跃迁在近紫外区无吸收。 例：CH2=CH2 max= 165nm HC≡CH max= 173nm
位于真空紫外区，助色基团的存在可以使波长红移 当烯烃双键上引入助色基团时，π→π* 吸收将发生红移， 甚至移到近紫外光区。原因是助色基团中的n电子可以产 生p-π共轭，使π→π* 跃迁能量降低，烷基可产生超共轭效 应，也可使吸收红移，不过这种助色作用很弱
IR1
分子能级图
E电 =1 ~ 20ev λ = 0.06 ~1.25m 紫外 可见吸收光谱 E振 = 0.05 ~1ev λ = 25 ~1.25m 红外吸收光谱 E转 = 0.005 ~ 0.05ev λ = 250 ~ 25m 远红外吸收光谱
红外光区划分
近红外(泛频） 近红外 泛频） 泛频 (0.75~2.5 m) 红外光谱 (0.75~1000m) 中红外(振动区) 中红外(振动区) 振动区 (2.5~25 m) 远红外(转动区 远红外 转动区) 转动区 (25-1000 m) 分区及波长范围
1.样品要求： 纯度＞98% 。 样品应不含水分。 2.测定方法： 测定IR光谱的样品可以是液、固、气状态。 固态样品：常用压片法、糊剂法或薄膜法制样测定。 液态样品：液态样品可注入吸收池内测定。 气态样品：一般灌入特制的气体池内测定。
红外光谱特点
1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低； 红外吸收只有振-转跃迁，能量低； 应用范围广：除单原子分子及单核分子外， 2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎 所有有机物均有红外吸收； 所有有机物均有红外吸收； 分子结构更为精细的表征： 谱的波数位置、 3）分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、 波峰数目及强度确定分子基团、分子结构； 波峰数目及强度确定分子基团、分子结构； 定量分析； 4）定量分析； 气态样均可用，且用量少、不破坏样品； 5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品； 分析速度快； 6）分析速度快； 与色谱等联用（GC具有强大的定性功能。 7）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。
弯曲振动
– 对称弯曲振动 – 不对称弯曲振动
所以，多原子分子的振动类型可分为两大类：
伸缩振动（υ） 弯曲振动（δ） 面内弯曲振动(δi. p) 剪式振动(以δs表示) 平面摇摆(以ρ表示) 面外弯曲振动(δo.o.p) 非平面摇摆(以ω表示) 扭曲振动(以τ表示) 对称与不对称弯曲振动 其中，以对称伸缩、不对称伸缩、剪式振动、 其中，以对称伸缩、不对称伸缩、剪式振动、非平面摇摆 出现较多。 对称伸缩(以υs表示) 不对称伸缩(以υas表示)
波谱解析
乳酸环丙沙星的波谱综合解析
• 1） 1H—NMR：δ 7 左右有峰说明用苯环的存在， δ 4.2 有四重峰，和δ 1.4有二重峰，可推断 出—CH3CH，这个结构与乳酸中的结构是一致的。 3.5~3.9是与氮相连碳上的氢； • 2）13C—NMR ： 有16种碳存在，其中有四个碳和两 个碳位移相同； • 3 ） IR ： 1720cm-1 说 明 有 C=O ， 3060cm-1 ， 3020cm-1,1600cm-1,1550cm-1 说 明 有 苯 环 ， 3500~3300cm-1说明有羟基； • 4） MS ： m/z332是环丙沙星（M+1）准分子离子峰； • 5）UV： λ max为277.5 nm，表明化合物是芳烃；
四大波谱解析分子结构的方法
1、了解样品 来源天然，合成，三废样品等。 2、质谱 获得的分子离子峰的精密质量分数或 同位素峰强比确定分子式。 3、计算不饱和度 由分子式计算化合物不饱和度， 推测未知化合物的类别 4、紫外可见吸收光谱 由未知物的紫外吸收光谱 上吸收峰的位置，推共轭情况及未知物的类别 5、红外吸收光谱 用未知物的红外吸收光谱主要 推测其类别及可能具有的官能团等 6、核磁共振波谱 提供分子中碳、氢的信息
3）核磁共振的研究对象，是具有自旋运动的原 子核，研究主要集中在1H（氢谱）和13C（碳谱） 两类原子核的波谱。 核磁谱图： 氢谱：1）化学位移：推断质子所 处的化学环境；2）自旋-自旋偶合裂分模式： 鉴别相邻的质子环境；3）积分线高度：推断 质子数目。 碳谱：是对氢谱的补充，可以检测无氢官能团 所以碳谱可以完整地反映出分子中各类碳核的 信息。
四谱的应用
四谱的应用
四谱分析，即核磁共振波谱（NMR）、紫外吸收光谱（UV）、红外吸收光谱（IR）和质谱（MS），是现代化学分析中常用的四种技术。
这四种技术在化学领域，尤其是在有机化学和生物化学领域，具有广泛的应用。
首先，核磁共振波谱（NMR）是一种通过测量原子核在外加的电磁场中的共振频率来确定分子结构的分析方法。
NMR可以提供分子的详细结构信息，对于解析分子的化学位移、偶合常数、分子对称性等有很高的分辨率。
因此，NMR被广泛应用于有机化合物的结构鉴定，特别是在药物化学、有机合成等领域。
其次，紫外吸收光谱（UV）是利用化合物在紫外区域内的吸收特性，通过测量吸收光的强度来推断化合物的分子结构。
UV可以提供关于分子中π电子系统的信息，如共轭系统的大小、电子迁移性等，对于鉴定分子中的芳香环、双键等具有很高的灵敏度。
UV在药物分析、食品分析等领域有广泛的应用。
再次，红外吸收光谱（IR）是通过测量化合物在特定波长红外光下的吸收强度，来推断化合物的分子结构和化学环境的一种技术。
IR可以提供关于分子中化学键的振动信息，对于鉴定分子中的功能团、化学键类型等具有很高的准确性。
因此，IR在化学、石油、材料等领域有广泛的应用。
最后，质谱（MS）是通过对分子进行质量分析，来推断分子的
结构和化学组成的一种技术。
MS可以提供关于分子的分子量、分子式、结构信息等，对于鉴定未知化合物、分析复杂样品等具有很高的效能。
因此，MS在药物分析、环境科学、生物化学等领域有广泛的应用。
总的来说，四谱分析是现代化学分析的重要手段，它们各有其独特的分析能力和应用领域，但又相互补充，共同为化学研究提供了强大的工具。
有机四大谱(稻谷书苑)
教学运用
40
化学位移的表示方法：相对数值(/ppm)
ppm =
H样 - H标 H仪
x 106
=
样 - 标 仪
x 106
教学运用
41
2、影响化学位移的因素：诱导效应和各向异性效应 诱导效应：电负性大的原子或基团，吸电子能力强，使邻近 1H的质子峰移向低场（左侧），反之移向高场（右侧）。
各向异性效应：烯、炔、芳香化合物。
教学运用
5
2.分子振动与红外光谱
振动方程式：
v振
1
2
k m1 m2 m1m2
k:力常数，与化学键的强度有关（键长越短，键能 越小，k越大）
m1和m2分别为化学键所连的两个原子的质量， 单位为克
即：化学键的振动频率（红外吸收峰的频 率）与键强度成正比，与成键原子质量成 反比。
教学运用
6
亚甲基的振动模式：
100
0.834
31P
100
0.066
教学运用
38
核磁共振波谱仪：连续波扫描NMR和FT-NMR
教学运用
39
二、质子的化学位移
1、 化学位移的起 化学位因移源于核外电子在磁场中运动产生的感应磁场的屏蔽 或去屏蔽效应。质子发生核磁共振的真正条件应为：
射 = H有效/ 2
其中：H有效= H0(1-s) = H0 - H感应
教学运用
51
O
c-H
b-H
CH3COCH2CH3
a
bc
Jbc
121
1331
教学运用
52
教学运用
53
成键原子杂化方式
C CH
CCH
C CH
3000-2850 3100-3000
四大波谱分析总复习
18
-OH α
35
β
30
λ 以上，
50
δγ βα
C C C C CO
Woodward’s 规则
•官能团对λmax的影响
△λ/nm
-OR α
35
β
30
λ
17
δ
31
-SR β
85
-OAC α、 β、 λ
6
-NRR，β
95
-Cl α
15
β
12
-Br α
25
β
30
δγ βα C C C C CO
Woodward’s 规则应用实例
自旋多重性：根据Pauli原理，处于分子同一轨道
的两个电子自旋方向相反，用+1/2和-1/2表示，其代 数和S=0。 自旋多重性(2S+1)=1 ，称单重态,用S表示。 自旋多重性(2S+1)=3 ，为激发的三重态，用T表示。 第一激发态用S1或T1表示。 更高的激发态用S2, S3, …T2, T3, …表示。
或位单烷基取代 ， 或， 位双烷基取代 ，， 位三烷基取代
λmax /nm 207 202 215 193
208 217 225
δγ βα C C C C CO
Woodward’s 规则
•官能团对λmax的影响
△λ/nm
同环共轭双烯
39
扩展共轭双烯30源自环外双键5取代基
烷基 α
10
β
12
λ 以上，
O A
Aλmax=215+30+39+3×5+ 10+12+18+18=357nm
O B
B λmax=215+30+10+12+18+39=324nm
四大谱图详解
CH3 CH3
O
O
ψ 0 ～10o λmax 466nm
NO2
O C
C O
90 o 370nm
NO2O
CC
CH3 O CH3
180 o 490nm
NO2
t C4H 9 NO2
C2H5
t C4H 9
K带εmax 8900
6070
5300
640
CH3 CH3
影响紫外吸收的因素-构型影响
增色效应与减色效应 吸收峰吸收强度增加的现象叫增色 效应。 吸收峰吸收强度减小的现象叫减色 效应。
常用术语
吸收带:由相同的电子跃迁产生的吸收峰，叫..
R带:由化合物n→π* 跃迁产生的吸收带，它具有杂原 子和双键的共轭基团（醛、酮）。例：＞C＝O, —N＝N—。 特点：a. 吸收峰出现区域在250nm～500nm。
共轭体系中个因素要成为有效的生色因子，各生色因子应处于同一平面，若 生色团之间，生色团和助色团之间太拥挤，会使共轭程度降低。
λmax 295.5nm
ε
29000
280nm 10500
影响紫外吸收的因素-溶剂效应
（1）n* 跃迁，溶剂极性增加，吸收蓝移。 因为具有孤对电子对的分子能与极性溶剂发生氢键缔合，
分类： E1 带：180nm，ε＝60000; E2 带：203nm，ε=8000
特点： a. 苯环上有助色团取代时，E 带长移，但吸收带波长一般不
超过210nm。 b. 苯环上有发色团取代并和苯环共轭时，E2 带长移与 发色
团的K带合并，统称K带，同时也使B带长移。
影响紫外吸收的因素
返回
• 共轭效应：红移 • 助色团的影响 • 超共轭效应 ：烷基与共轭体系相连时，可以使波长产生少
(完整版)四大波谱基本概念以及解析
四大谱图基本原理及图谱解析一质谱1. 基本原理：用来测量质谱的仪器称为质谱仪，可以分成三个部分：离子化器、质量分析器与侦测器。
其基本原理是使试样中的成分在离子化器中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。
在质量分析器中，再利用电场或磁场使不同质荷比的离子在空间上或时间上分离，或是透过过滤的方式，将它们分别聚焦到侦测器而得到质谱图，从而获得质量与浓度(或分压)相关的图谱。
在质谱计的离子源中有机化合物的分子被离子化。
丢失一个电子形成带一个正电荷的奇电子离子(M+J叫分子离子。
它还会发生一些化学键的断裂生成各种r =£碎片离子。
带正电荷离子的运动轨迹：经整理可写成：m _ rjH2电"2比2式中：口/e为质荷比是离子质量与所带电荷数之比；近年来常用m/z 表示质荷比；z表示带一个至多个电荷。
由于大多数离子只带一个电荷，故m/z就可以看作离子的质量数。
质谱的基本公式表明：(1)当磁场强度(H)和加速电压(V)一定时，离子的质荷比与其在磁场中运动半径的平方成正比(m/z x r2m)，质荷比(m/z)越大的离子在磁场中运动的轨道半径(rm)也越大。
这就是磁场的重要作用，即对不同质荷比离子的色散作用。
(2)当加速电压(V) 一定以及离子运动的轨道半径(即收集器的位置)一定时，离子的质荷比(m/z)与磁场强度的平方成正比(m/z x H2)改变H即所谓的磁场扫描，磁场由小到大改变，则由小质荷比到大质荷比的离子依次通过收集狭缝，分别被收集、检出和记录下来。
(3)若磁场强度(H)和离子的轨道半径(rm)一定时，离子的质荷比(m/z)与加速电压(V)成反比(m/z x 1/V)，表明加速电压越高，仪器所能测量的质量范围越小。
就测量的质量范围而言，希望质量范围大一些，这就必须降低加速电压。
从提高灵敏度和分辨率来讲，需要提高加速电压。
这是一对矛盾，解决的办法是在质量范围够用的情况下尽量提高加速电压，高分辨质谱计加速电压为8kV，中分辨为4〜3kV。
色谱、光谱、质谱、波谱
四大名谱在检测领域，有四大名谱，也是检测领域的“四大天王”分别为色谱、光谱、质谱、波谱，在检测特色和适用范围上各有不同，但总有一款适合你!质谱分析分子、原子、或原子团的质量的，可以推测物质的组成，一般用于定性分析较多，也可定量。
色谱是一种兼顾分离与定量分析的手段，可分辨样品中的不同物质。
光谱定性分析，确定样品中主要基团，确定物质类别。
从红外到X射线，都是光谱，其应用范围差别很大，是对分子或原子的光谱性质进行分析解析的。
波谱通常指四大波谱，核磁共振(NMR),物质粒子的质量谱-质谱(MS),振动光谱-红外/拉曼(IR/Raman),电子跃迁-紫外(UV)。
01光谱分析法光谱分析由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成和相对含量。
光谱分析时，可利用发射光谱，也可以利用吸收光谱。
这种方法的优点是非常灵敏而且迅速。
某种元素在物质中的含量达10皮克，就可以从光谱中发现它的特征谱线，因而能够把它检查出来。
光谱的分类按波长区域不同，光谱可分为红外光谱、可见光谱和紫外光谱。
按产生的本质不同，可分为原子光谱和分子光谱。
按产生的方式不同，可分为发射光谱、吸收光谱和散射光谱。
按光谱表现形态不同，可分为线光谱、带光谱和连续光谱。
分光光谱技术可用于：通过测定某种物质吸收或发射光谱来确定该物质的组成;通过测量适当波长的信号强度确定某种单独存在或其他物质混合存在的一种物质的含量;通过测量某一种底物消失或产物出现的量同时间的关系，示踪反应过程。
鉴定分子式、结构式的方法紫外光谱：反应分子中共轭体系状况;红外光谱：光能团鉴定、分子中环、双键数目。
光谱法的优缺点(1)分析速度较快原子发射光谱用于炼钢炉前的分析，可在l～2分钟内，同时给出二十多种元素的分析结果。
(2)操作简便有些样品不经任何化学处理，即可直接进行光谱分析，采用计算机技术，有时只需按一下键盘即可自动进行分析、数据处理和打印出分析结果。
光谱色谱质谱4大谱
光谱色谱质谱4大谱
光谱、色谱、质谱是化学分析中常用的三种分析方法，它
们各自有不同的原理和应用领域。
以下是对这四大谱的详
细解释：
1. 光谱谱学（Spectroscopy）：光谱谱学是研究物质与电
磁辐射相互作用的科学。
它通过测量物质对不同波长（或
频率）的电磁辐射的吸收、发射、散射等现象，来确定物
质的结构、组成、浓度等信息。
常见的光谱谱学包括紫外
可见光谱（UV-Vis）、红外光谱（IR）、拉曼光谱等。
2. 色谱谱学（Chromatography）：色谱谱学是一种基于物
质在固定相和流动相之间分配行为的分离技术。
它通过物
质在固定相和流动相之间的相互作用力的差异，使得样品
中的组分能够在固定相中以不同的速度移动，从而实现分
离和分析。
常见的色谱谱学包括气相色谱（GC）、液相色
谱（LC）、高效液相色谱（HPLC）等。
3. 质谱谱学（Mass Spectrometry）：质谱谱学是一种通
过测量物质中离子的质量和相对丰度来确定物质的结构和
组成的分析技术。
它通过将样品中的分子转化为离子，并
对离子进行分析和检测，从而得到物质的质谱图谱。
质谱
谱学可以提供物质的分子量、分子结构、元素组成等信息。
常见的质谱谱学包括气相质谱（GC-MS）、液相质谱（LC-MS）、飞行时间质谱（TOF-MS）等。
综上所述，光谱谱学、色谱谱学和质谱谱学是化学分析中
非常重要的三种分析方法，它们在不同的应用领域中发挥着重要的作用。
四大谱图详解
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影响紫外吸收的因素-空间位阻
CH3 CH3
O
O
ψ 0 ～10o λmax 466nm
NO2
O C
C O
90 o 370nm
NO2
CH3
CH3
CH3
CH3 CH3
O
CC
CH3 O CH3
180 o 490nm
NO2
t C4H 9 NO2
C 2H 5
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影响紫外吸收的因素-溶剂效应
（2） * 跃迁，溶剂极性增加，吸收红移。
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△Ep小于在非极 性溶剂中的跃迁能△En。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。
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紫外吸收光谱的产生
分子的三种运动状态: •（1）电子相对于原子核的运动
•（2）核间相对位移引起的振动
•（3）………………….. …..转动。这三种运动能量是量子化的， 并对应有一定能级。
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A
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电子能级间的能量差一 般为1~20电子伏特 （eV）
择极性小的溶剂。在报道紫外数据时应标出 所用试剂。
2) 常用溶剂：
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溶剂
95％乙醇 水
环己烷 甲醇 氯仿
四氯化碳
透明范围(nm)-截止波 长
＞210
有机四大谱的原理及应用
有机四大谱的原理及应用1. 什么是有机四大谱有机四大谱，指的是质谱、红外光谱、紫外光谱和核磁共振谱这四种常用的有机化合物分析技术。
它们通过不同的原理和方法，可对有机化合物的结构、功能和性质进行分析和表征。
2. 质谱质谱是一种通过测量分子或原子在电离后的质荷比，从而获得样品中化合物的信息的技术。
其原理是将样品分子电离生成离子，并根据其在磁场中的运动轨迹和质荷比进行分析。
质谱可用于确定分子的分子量、元素组成以及化合物的结构等。
在有机化学中，质谱常用于鉴定有机化合物的结构和分析有机反应的机理。
通过质谱，可以准确地确定化合物的分子量，并确定分子中含有的各种官能团和基团。
此外，质谱还可用于分析复杂混合物中的组分和确定有机化合物的相对含量。
在质谱实验中，常用的方法有电子轰击质谱（EI质谱）和化学电离质谱（CI质谱）等。
3. 红外光谱红外光谱是通过测量有机化合物与红外辐射的相互作用来获得有机化合物的结构信息的一种技术。
红外光谱的原理是有机化合物分子中的各种化学键在特定频率范围内的振动吸收。
通过比较样品吸收红外辐射的频率和强度与标准库中的数据，可以确定化合物中含有的官能团和基团。
红外光谱广泛应用于有机化学研究中，可用于鉴定和确认有机化合物的结构、官能团以及含氢基团的位置。
此外，红外光谱还可以用于分析化学反应的机理和动力学以及确定有机化合物的组分和含量。
4. 紫外光谱紫外光谱是一种通过测量有机化合物在紫外光区的吸收和散射来获得有关分子结构和功能的信息的技术。
紫外光谱的原理是有机化合物中的π电子跃迁所引起的吸收。
通过分析吸收的波长和强度，可以确定化合物的电子结构、键合特性以及共轭体系的存在。
在有机化学中，紫外光谱可用于确定有机分子的电荷转移性质、键合长度以及溶剂和温度对电子特性的影响。
此外，紫外光谱还广泛应用于生物化学、药物化学和环境分析等领域，可用于定量分析、药物研发和环境监测等。
5. 核磁共振谱核磁共振谱是通过测量有机分子中原子核在外加磁场下的共振吸收信号来获得分子结构和官能团信息的一种技术。
四大波谱的原理应用
四大波谱的原理应用1. 简介波谱技术是一种通过测量物质与电磁波的相互作用来获取信息的方法。
根据电磁波的不同特性以及与物质的相互作用方式，可以将波谱分为四大类，包括紫外可见（UV-Vis）光谱、红外（IR）光谱、核磁共振（NMR）光谱和质谱。
本文将介绍这四大波谱的原理、应用以及在科学研究和工业生产中的重要性。
2. 紫外可见光谱 (UV-Vis)紫外可见光谱是一种用于分析物质的吸收和荧光特性的波谱技术。
其原理是通过测量物质对紫外和可见光的吸收或发射来研究物质的结构和性质。
UV-Vis光谱广泛应用于化学、生物化学、环境科学等领域。
在化学分析中，可以利用紫外可见光谱确定样品的化合物类型、浓度以及分子结构。
例如，在药物分析中，可以通过测量药物在特定波长下的吸光度来快速确定药物的质量和纯度。
此外，在环境科学领域，通过测量水样品中有机物质的吸收率，可以评估水的质量和污染程度。
3. 红外光谱 (IR)红外光谱是一种用于分析物质的分子结构和化学键特性的波谱技术。
其原理是通过测量物质对红外辐射的吸收来研究物质的官能团和键的类型。
红外光谱广泛应用于有机化学、材料科学、生物化学等领域。
在有机化学中，红外光谱常用于确定化合物中的官能团和分子结构。
例如，通过分析某化合物在红外光谱中的峰位和峰型，可以判断化合物中是否存在酯、醇、醚等官能团。
另外，在材料科学中，红外光谱可以用于研究材料的组分、结构和性质。
4. 核磁共振光谱 (NMR)核磁共振光谱是一种用于分析物质的分子结构和化学环境的波谱技术。
其原理是通过测量物质在磁场中的核自旋状态的变化来研究物质的结构和性质。
核磁共振光谱广泛应用于有机化学、生物化学、药物研究等领域。
在有机化学中，核磁共振光谱可以用于确定化合物的结构和确定化合物中的官能团。
通过分析化合物在核磁共振光谱中的峰位和峰型，可以判断分子中的键的类型以及它们相对于邻近原子的化学环境。
此外，核磁共振光谱还可以用于研究天然产物的结构和反应机理。
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四大谱图基本原理及图谱解析一.质谱1.基本原理：用来测量质谱的仪器称为质谱仪，可以分成三个部分：离子化器、质量分析器与侦测器。
其基本原理是使试样中的成分在离子化器中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。
在质量分析器中，再利用电场或磁场使不同质荷比的离子在空间上或时间上分离，或是透过过滤的方式，将它们分别聚焦到侦测器而得到质谱图，从而获得质量与浓度(或分压)相关的图谱。
在质谱计的离子源中有机化合物的分子被离子化。
丢失一个电子形成带一个正电荷的奇电子离子(M+·)叫分子离子。
它还会发生一些化学键的断裂生成各种碎片离子。
带正电荷离子的运动轨迹：经整理可写成：式中：m／e为质荷比是离子质量与所带电荷数之比；近年来常用m／z表示质荷比；z表示带一个至多个电荷。
由于大多数离子只带一个电荷，故m／z就可以看作离子的质量数。
质谱的基本公式表明：（1）当磁场强度(H)和加速电压(V)一定时，离子的质荷比与其在磁场中运动半径的平方成正比(m／z ∝r2m)，质荷比(m／z)越大的离子在磁场中运动的轨道半径(rm)也越大。
这就是磁场的重要作用，即对不同质荷比离子的色散作用。
（2）当加速电压(V)一定以及离子运动的轨道半径(即收集器的位置)一定时，离子的质荷比(m／z)与磁场强度的平方成正比(m／z∝H2)改变H即所谓的磁场扫描，磁场由小到大改变，则由小质荷比到大质荷比的离子依次通过收集狭缝，分别被收集、检出和记录下来。
（3）若磁场强度(H)和离子的轨道半径(rm)一定时，离子的质荷比(m／z)与加速电压(V)成反比(m／z∝1／V)，表明加速电压越高，仪器所能测量的质量范围越小。
就测量的质量范围而言，希望质量范围大一些，这就必须降低加速电压。
从提高灵敏度和分辨率来讲，需要提高加速电压。
这是一对矛盾，解决的办法是在质量范围够用的情况下尽量提高加速电压，高分辨质谱计加速电压为8kV，中分辨为4～3kV。
2.解析方法：质谱的表示方法有质谱图和质谱表两种，最常用的为质谱图。
质谱图的横座标是离子的质荷比(m／z)。
当离子所带的电荷z=l时，质荷比就是离子的质量质谱的纵坐标表示相对强度或相对丰度。
以质谱图中最强峰的强度为100％，称为基峰。
质谱中的分子离子(M+·)和碎片离子(A+)都是由天然丰度最大的轻同位素组成的。
比分子离子(M+·)或碎片离子(A+)峰高1～3质量数处可观察到一些小峰，它们来自重同位素的贡献，称为同位素峰。
由于各种元素同位素的天然丰度不同，它们同位素峰的强度也不相同，同位素峰的强度不仅与重同位素天然丰度有关，还与分子所含元素的数目有关。
所以，由质谱确定相对分子质量、分子式比其他方法准确度高，测定速度快、样品量少。
分子离子峰的质荷比(m／z)就是该化合物的相对分子质量，再根据同位素峰的相对强度就可以确定分子式。
3.实例解析：根据图谱，该化合物分子量应为129，且其相对丰度较低及稳定性较差，114处应该是发生α-断裂裂解一个甲基，再根据氮律，可推测其为胺类化合物。
因为仲、叔胺发生α-断裂后能形成带正电荷的碎片离子，常进一步发生H重排，及进一步裂解。
根据谱图的质荷比可推测其发生的裂解如下（数字表示质荷比）：NN HN HN129864458所以其结构应该为N-甲基-N-异丙基-1-丁胺。
二.核磁共振谱1.基本原理：根据量子力学原理，与电子一样，原子核也具有自旋角动量，其自旋角动量的具体数值由原子核的自旋量子数I决定，原子核的自旋量子数I由如下法则确定：（1）中子数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为0；（2）中子数加质子数为奇数的原子核，自旋量子数为半整数（如，1/2, 3/2, 5/2)；（3）中子数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整数（如，1, 2, 3）。
由于原子核携带电荷，当原子核自旋时，会产生一个磁矩。
这一磁矩的方向与原子核的自旋方向相同，大小与原子核的自旋角动量成正比。
将原子核置于外加磁场中，若原子核磁矩与外加磁场方向不同，则原子核磁矩会绕外磁场方向旋转，这一现象类似陀螺在旋转过程中转动轴的摆动，称为进动。
进动具有能量也具有一定的频率。
进动频率又称Larmor频率：υ=γB/2πγ为磁旋比，B是外加磁场的强度。
磁旋比γ是一个基本的核常数。
可见，原子核进动的频率由外加磁场的强度和原子核本身的性质决定，也就是说，对于某一特定原子，在已知强度的的外加磁场中，其原子核自旋进动的频率是固定不变的。
原子核发生进动的能量与磁场、原子核磁矩、以及磁矩与磁场的夹角相关，根据量子力学原理，自旋量子数为I的核在外加磁场中有2I+1个不同的取向，原子核磁矩的方向只能在这些磁量子数之间跳跃，而不能平滑的变化，这样就形成了一系列的能级。
这些能级的能量为：E= -γhmB/2π式中，h是Planck常数（普朗克常数）（6.626x10-34）；m 是磁量子数，取值范围从-I到+I，即m= -I, -I+1, … I-1, I。
当原子核在外加磁场中接受其他来源的能量输入后，就会发生能级跃迁，也就是原子核磁矩与外加磁场的夹角会发生变化。
根据选择定则，能级的跃迁只能发生在Δm=±1之间，即在相邻的两个能级间跃迁。
这种能级跃迁是获取核磁共振信号的基础。
根据量子力学，跃迁所需要的能量变化：ΔE=γhB/2π为了让原子核自旋的进动发生能级跃迁，需要为原子核提供跃迁所需要的能量，这一能量通常是通过外加射频场来提供的。
当外加射频场的频率与原子核自旋进动的频率相同的时候，即入射光子的频率与Larmor频率γ相符时，射频场的能量才能够有效地被原子核吸收，为能级跃迁提供助力。
因此某种特定的原子核，在给定的外加磁场中，只吸收某一特定频率射频场提供的能量，这样就形成了一个核磁共振信号。
2.解析方法：H NMR是目前研究得最充分的波谱，已得到许多规律用于研究分子结构。
从1H NMR谱中可以得到四方面的结构信息：①从峰的数目判断分子中氢的种类；②从化学位移判断分子中存在基团的类型；③从积分线（峰面积）计算每种基团中氢的相对数目；④从偶合裂分关系（峰形状）判断各基团是如何连接起来的。
在核磁共振谱中，共振峰下面的面积与产生峰的质子数成正比，因此，峰面积比即为不同类型质子数目的相对比值。
n+1规律：由于相邻核的偶合而产生的谱带裂分数遵循2nI+1规律。
对于1H、13C 等原子核，I=1/2则变成n+1规律。
如在氯乙烷的例子中，CH3相邻的CH2有二个氢核，裂分成2+1=3重峰。
CH3则使CH2裂分成3+1=4重峰。
图谱分析步骤：（1）标识杂质峰，最主要的杂质峰是溶剂峰。
（2）根据峰(组峰)的数目确定氢核的种类。
（3）根据峰的化学位移确定它们的归属。
（4）根据积分曲线计算各组峰的相应氢核数（现在的图谱上已标出）。
（5）根据峰的形状和偶合常数确定基团之间的互相关系。
（6）采用重水交换的方法识别-OH、-NH2、-COOH上的活泼氢。
（7）综合各种分析，推断分子的结构并对结论进行核对。
3.实例解析：3，7-二氯-8-羧基喹啉的环上有4个H，结构式为其中相邻的H5和H6可看作AB 系统，四条谱带的共振频率分别为711.96 ，703.07 ，685.30和676.41Hz ，J=711.96-703.07=685.30-676.41=8.89Hz δA=（703.07+685.30）/（2*89.55）+ 0.28/2=7.89cm对应H5δB=（703.07+685.30）/（2*89.55）- 0.28/2=7.61cm对应H6H2和H4互为间位偶合，化学位移分别为8.34和8.84ppm由此可见下图所标H从左往右分别为H4，H2，H5，H6三.紫外光谱1.基本原理：紫外- 可见吸收光谱(UV-Vis) 的范围是100 到800nm。
所有的有机化合物均在这一区域有吸收带。
100～200nm称为远紫外或真空紫外区，由于大气中的氧、氮、二氧化碳、水等在这一区域有吸收，因此在测定这一范围的光谱时，必须将光学系统抽成真空，然后充以一些惰性气体，如氦、氖、氩等。
鉴于真空紫外吸收光谱的研究需要昂贵的真空紫外分光光度计，故在实际应用中受到一定的限制。
200～400nm范围称为近紫外区，许多化合物在这一区域产生特征吸收。
400～800nm为可见光区，有些较大的共轭体系的吸收延伸至该区。
我们通常所说的紫外-可见光谱，实际上是指近紫外和可见光区，这些吸收带的位置和强度能够提供有用的结构信息。
分子内部的运动有转动、振动和电子运动，相应状态的能量（状态的本征值）是量子化的，因此分子具有转动能级、振动能级和电子能级。
通常，分子处于低能量的基态，从外界吸收能量后，能引起分子能级的跃迁。
电子能级的跃迁所需能量最大，大致在1～20 eV(电子伏特）之间。
根据量子理论，相邻能级间的能量差ΔE、电磁辐射的频率ν、波长λ符合下面的关系式ΔE=hν=h×c/λ式中h是普朗克常量，为6.624×10^-34J·s=4.136×10^-15 eV·s；c是光速，为2. 998×10^10 cm/s。
应用该公式可以计算出电子跃迁时吸收光的波长。
许多有机分子中的价电子跃迁，须吸收波长在200～1000 nm范围内的光，恰好落在紫外-可见光区域。
因此，紫外吸收光谱是由于分子中价电子的跃迁而产生的，也可以称它为电子光谱。
2.解析方法：根据图谱的信息来判断可能存在的生色团，助色团，同时要考虑红移蓝移现象以及增色减色效应。
同时紫外吸收带通常是宽带，影响吸收带形状的因素有：被测化合物的结构、测定的状态、测定的温度、溶剂的极性等。
π电子共轭体系增大，λmax红移，εmax增大。
空间阻碍使共轭体系破坏，λmax蓝移，εmax减小。
另外，不同性质的溶剂与样品分子的作用可能改变有关分子轨道的能级，因而改变最大吸收波长。
溶剂极性增大，π→π*跃迁吸收带红移n→π*跃迁吸收带蓝移。
3.实例解析：分子式C5H4O2透光度nm共轭双键的吸收峰在217，羰基属于n→π*跃迁，应该在270-300之间，其中可能有共轭双键和羰基之间存在共轭，致使双键吸收峰发生红移217→228.而278那个是醛基的吸收峰。
所以该样品应该为糠醛。
四.红外光谱1.基本原理：物质分子运动近似可分为平动、转动、振动和分子内电子相对于原子核的运动。
与产生红外光谱有关的运动方式是原子的振动和分子的转动。
用红外光照射化合物分子，分子吸收红外光的能量使其振动能级和转动能级产生跃迁。
分子吸收能量后在振动运动状态发生改变的同时必然伴随着若干转动能量的变化，故红外光谱亦称为振-转光谱。