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1、有机波谱学organic spectroscopyWW有机波谱学概论本课程设置目的n n了解波谱分析的的主要内容和应用领域了解波谱分析的的主要内容和应用领域n n掌握红外光谱、紫外可见光谱、核磁共振光谱和质谱掌握红外光谱、紫外可见光谱、核磁共振光谱和质谱的基本原理和仪器构造的基本原理和仪器构造n n学习掌握应用上述分析方法解决有机材料，特别是高学习掌握应用上述分析方法解决有机材料，特别是高分子材料的结构分析问题，以及该领域的最新发展动分子材料的结构分析问题，以及该领域的最新发展动态。态。 有机波谱学概论n n什么是有机波谱分析？什么是有机波谱分析？n n有机波谱分析的主要任务是什么？有机波谱分
2、析的主要任务是什么？n n有机波谱分析可以解决那些问题？有机波谱分析可以解决那些问题？n n有机波谱分析是采用波谱分析手段对有机物质的分子有机波谱分析是采用波谱分析手段对有机物质的分子结构进行定性分析的方法和原理，是非常重要的现代结构进行定性分析的方法和原理，是非常重要的现代分析手段和方法。分析手段和方法。n n有机波谱分析的主要任务是通过各种有机物质分子的有机波谱分析的主要任务是通过各种有机物质分子的波谱响应规律探索测量其分子结构和组成。波谱响应规律探索测量其分子结构和组成。n n通过有机波谱分析，人们可以了解未知物质的分子结通过有机波谱分析，人们可以了解未知物质的分子结构。（是什么？）构。
3、（是什么？）有机波谱学概论有关分析化学的相关概念和分类1.1.1.1.分析化学分析化学分析化学分析化学: : : : 是化学量测和表征的科学是化学量测和表征的科学是化学量测和表征的科学是化学量测和表征的科学，化学量化学量测测 获取指定体系中有关物质的质、量和结构等各种获取指定体系中有关物质的质、量和结构等各种信息；表征信息；表征是精确地描述其成分、含量、价态、是精确地描述其成分、含量、价态、状态、结构和分布等特征。状态、结构和分布等特征。2. 2.分析化学的目的：分析化学的目的：n n得到被分析体系中分子的结构和组成信息，前者为定得到被分析体系中分子的结构和组成信息，前者为定性分析过程，主要获
4、知物质的结构信息，后者为定量性分析过程，主要获知物质的结构信息，后者为定量分析过程，主要获知物质体系中不同成分之间的量的分析过程，主要获知物质体系中不同成分之间的量的关系。关系。3. 3.分析化学的操作过程分析化学的操作过程 施加分析信号（物理或化学信号）施加分析信号（物理或化学信号）- -获得反馈信号获得反馈信号- -信信号分析（信息处理）号分析（信息处理）- -得到分析结果（是什么，有多少）得到分析结果（是什么，有多少）有机波谱学概论分析化学学科的主要内容：n n分析化学原理分析化学原理分析方法的理论依据、分析方法的理论依据、n n分析化学方法分析化学方法获取化学信息的手段和方式、获取化学
5、信息的手段和方式、n n分析化学仪器和装置分析化学仪器和装置获取化学信息的物质基础，获取化学信息的物质基础，n n分析化学结果的表述分析化学结果的表述对分析结果进行科学准确的处对分析结果进行科学准确的处理和描述理和描述有机波谱学概论分析化学方法分类：n n根据分析目的：根据分析目的：定性分析化学，定量分析化学定性分析化学，定量分析化学n n根据分析原理：根据分析原理：仪器分析（依据分析的物理性质）和化学分析仪器分析（依据分析的物理性质）和化学分析（依据分子的化学性质）（依据分子的化学性质）n n仪器分析方法：仪器分析方法：光学分析法，电化学分析法，色谱分析法，热光学分析法，电化学分析法，色谱分
6、析法，热分析法，质量分析法分析法，质量分析法n n光学分析方法：光学分析方法：发射光谱，吸收光谱，衍射光谱，散射光谱，发射光谱，吸收光谱，衍射光谱，散射光谱，折射光谱，偏振光谱折射光谱，偏振光谱n n有机波谱分析：有机波谱分析：有机质谱，核磁共振谱，红外光谱，激光拉曼有机质谱，核磁共振谱，红外光谱，激光拉曼光谱，紫外可见光谱光谱，紫外可见光谱有机波谱学概论分析分析方法方法化学分析化学分析仪器分析仪器分析定性分析定性分析定量分析定量分析光谱分析法光谱分析法电化学分析法电化学分析法色谱分析色谱分析热分析热分析重量法重量法容量法（酸碱、络合、氧容量法（酸碱、络合、氧化化- -还原、沉淀等滴定法）还原
7、、沉淀等滴定法）有机波谱学概论电化学分析光化学分析色谱分析波谱分析电导、电位、电解、库仑极谱、伏安发射、吸收，荧光、光度气相、液相、离子、超临界、薄层、毛细管电泳红外、核磁、质谱有机波谱学概论光谱分析法光谱分析法原子光谱法原子光谱法分子光谱法分子光谱法其它波谱法其它波谱法原子发射光谱法原子发射光谱法原子吸收光谱法原子吸收光谱法原子荧光光谱法原子荧光光谱法紫外紫外- -可见吸收光谱法可见吸收光谱法红外吸收光谱法红外吸收光谱法分子荧光与磷光光谱法分子荧光与磷光光谱法化学发光光谱法化学发光光谱法拉曼光谱法拉曼光谱法核磁共振波谱法核磁共振波谱法质谱法质谱法有机波谱学概论电化学分析法电化学分析法电导分析
8、法电导分析法电位分析法（电位分析法（pHpH与离子选择性电极）与离子选择性电极）电流分析法（库仑分析和电重量法）电流分析法（库仑分析和电重量法）伏安分析法（极谱和溶出伏安法）伏安分析法（极谱和溶出伏安法）分离法分离法色谱分离法色谱分离法电泳分离法电泳分离法气相色谱法气相色谱法液相色谱法液相色谱法超临界流体色谱法超临界流体色谱法毛细管电泳法毛细管电泳法毛细管电动色谱法毛细管电动色谱法有机波谱学概论 分析化学分析化学主要发展趋向主要发展趋向化学计量学在线分析实时分析原位分析活体分析教育定性传感器固定化接口自动化微型化新原理新技术新仪器分离技术联用技术仪器和计算机其它科技领域生物分析环境分析过程分析
9、表面分析大分子表征化学图象无损分析单细胞分析单分子单聚集体分析有机波谱学概论与分析仪器发明相关的诺贝尔奖获得者与分析仪器发明相关的诺贝尔奖获得者n n19011901Rontgen et alRontgen et al首次发现首次发现首次发现首次发现X X射线存在射线存在射线存在射线存在n n19071907Michelson et alMichelson et al首次制造精密光谱仪器首次制造精密光谱仪器首次制造精密光谱仪器首次制造精密光谱仪器n n19221922Aston et alAston et al发明质谱测定同位素发明质谱测定同位素发明质谱测定同位素发明质谱测定同位素n n192
10、31923Pregl et alPregl et al发明有机物微量分析发明有机物微量分析发明有机物微量分析发明有机物微量分析n n19301930Raman et alRaman et al发现拉曼效应发现拉曼效应发现拉曼效应发现拉曼效应n n19441944Rabi et alRabi et al用共振方法记录原子核磁性用共振方法记录原子核磁性用共振方法记录原子核磁性用共振方法记录原子核磁性n n19481948Tiselius et alTiselius et al用电泳法发现血浆蛋白性质用电泳法发现血浆蛋白性质用电泳法发现血浆蛋白性质用电泳法发现血浆蛋白性质n n19521952Blo
11、ch et alBloch et al发展核磁共振精细测量法发展核磁共振精细测量法发展核磁共振精细测量法发展核磁共振精细测量法n n19521952Martin et alMartin et al发明分配色谱发明分配色谱发明分配色谱发明分配色谱n n19591959Heyrovsky et alHeyrovsky et al发明极谱法发明极谱法发明极谱法发明极谱法n n19811981Siegbahn et alSiegbahn et al发明高分辨电子光谱法发明高分辨电子光谱法发明高分辨电子光谱法发明高分辨电子光谱法n n19811981Bloembergen et alBloemberge
12、n et al发展激光光谱学发展激光光谱学发展激光光谱学发展激光光谱学n n19911991Ernst et alErnst et al对高分辨核磁共振方法发展对高分辨核磁共振方法发展对高分辨核磁共振方法发展对高分辨核磁共振方法发展有机波谱学概论第一章有机波谱学概论有机波谱学概论Indroduction of Orgainic SpectrscopyIndroduction of Orgainic Spectrscopy有机波谱学概论第一章 有机波谱学概述n n有机分析的基本任务有机分析的基本任务n n常见有机分析方法常见有机分析方法n n波谱分析的基本原理波谱分析的基本原理n n常见波谱分析
13、的适用范围常见波谱分析的适用范围有机波谱学概论第一节 有机分析的基本任务n n材料学研究的内容：材料的制备技术，材料学研究的内容：材料的制备技术，材料的分析与材料的分析与材料的分析与材料的分析与表征技术表征技术表征技术表征技术，材料的结构与性能研究，材料的应用研究，材料的结构与性能研究，材料的应用研究 n n材料分子与表征研究内容：材料的性能分析与测定，材料分子与表征研究内容：材料的性能分析与测定，材料的组成和结构分析与测定材料的组成和结构分析与测定材料的组成和结构分析与测定材料的组成和结构分析与测定 n n材料组成与结构分析的内容：组成分析，材料组成与结构分析的内容：组成分析，分子结构分分子
14、结构分分子结构分分子结构分析，材料微观结构分析，析，材料微观结构分析，析，材料微观结构分析，析，材料微观结构分析，表面和界面分析表面和界面分析 有机波谱学概论有机波谱分析在材料学中的位置有机波谱学概论材料的组成与结构n n组成：元素组成，分子（化学物质）组成，晶体组成组成：元素组成，分子（化学物质）组成，晶体组成等等 n n分子结构分子结构分子结构分子结构：高分子的链结构，官能团结构，交连与支：高分子的链结构，官能团结构，交连与支化结构等化结构等 n n材料的微观结构材料的微观结构材料的微观结构材料的微观结构：聚集态结构（晶态、非晶态，玻璃：聚集态结构（晶态、非晶态，玻璃态等），相态结构，取向
15、结构等态等），相态结构，取向结构等 n n表面和界面：为相界面，表面通常指固体材料与真空表面和界面：为相界面，表面通常指固体材料与真空或气态物质的界面，界面指固体材料与固体材料或液或气态物质的界面，界面指固体材料与固体材料或液体材料之间的界面。界面组成、界面结构和界面状态体材料之间的界面。界面组成、界面结构和界面状态是界面分析的主要内容是界面分析的主要内容 有机波谱学概论可用于结构分析的物理性质 n n测定的物理性质测定的物理性质测定的物理性质测定的物理性质相应的分析方法相应的分析方法相应的分析方法相应的分析方法n n质量质量重量分析法重量分析法n n容量（体积）容量（体积） 容量分析法容量分
16、析法n n辐射的吸收辐射的吸收波谱法、比色法，原子吸收波谱法、比色法，原子吸收n n辐射的发射辐射的发射发射光谱法，荧光法，光度法、放射化学法发射光谱法，荧光法，光度法、放射化学法n n辐射的散射辐射的散射比浊法，激光拉曼法比浊法，激光拉曼法n n辐射的折射辐射的折射折射法，干涉法折射法，干涉法n n辐射的衍射辐射的衍射X-X-射线分析，电子射线分析射线分析，电子射线分析n n辐射的旋光辐射的旋光偏振法、旋光法、圆二色法偏振法、旋光法、圆二色法n n电位电位电位法，伏安法电位法，伏安法n n电流电流极谱法，电流滴定法极谱法，电流滴定法n n电导电导电导法电导法n n电量电量库仑法库仑法n n质
17、量质量- -电荷比电荷比质谱法质谱法n n热性质热性质量热法量热法有机波谱学概论第二节 常见有机分析方法n n化学分析：化学分析：GMAGMA，VMAVMA，CM CM n n仪器分析：仪器分析：n n色谱分析（色谱分析（GC, LC, TLC, GPC, ECGC, LC, TLC, GPC, EC）、）、n n波谱分析波谱分析波谱分析波谱分析(UV, IR, NMR, MS, ESR(UV, IR, NMR, MS, ESR(UV, IR, NMR, MS, ESR(UV, IR, NMR, MS, ESR，AAS, AES)AAS, AES)AAS, AES)AAS, AES), , n
18、 n热分析热分析(DTA, DSC, TG)(DTA, DSC, TG)、n n衍射分析（衍射分析（EDED，NDND， XRD) XRD)、n n显微分析（显微分析（microscopymicroscopy，EMEM，SEMSEM）、）、n n电分析（电分析（PMPM、polarographypolarography、CMCM、CMCM、DMDM介电松弛谱等）介电松弛谱等） 有机波谱学概论第三节 波谱分析的基本原理 n n电磁波：电场与磁场相互作用的一种能量传播形式，具有粒子和波电磁波：电场与磁场相互作用的一种能量传播形式，具有粒子和波双重属性。双重属性。n n光的基本属性：吸收、反射、折射
19、、透射、衍射、干涉、偏振等。光的基本属性：吸收、反射、折射、透射、衍射、干涉、偏振等。n n波谱分析：光谱分析法是基于检测能量（电磁辐射）作用于待测物波谱分析：光谱分析法是基于检测能量（电磁辐射）作用于待测物质后产生的辐射信号或所引起的变化的分析方法。这些电磁辐射包质后产生的辐射信号或所引起的变化的分析方法。这些电磁辐射包括从括从 射线到无线电波的所有电磁波谱范围。射线到无线电波的所有电磁波谱范围。n n电磁波的吸收与发射：一种辐射能量耗散与能量输出过程。吸收与电磁波的吸收与发射：一种辐射能量耗散与能量输出过程。吸收与发射具有选择性（共振吸收）发射具有选择性（共振吸收） n n物质结构的能量吸
20、收与弛豫现象：物质可以吸收与其结构变化能量物质结构的能量吸收与弛豫现象：物质可以吸收与其结构变化能量相匹配的辐射，并将吸收能量转化成热、光、电、化学等形式。相匹配的辐射，并将吸收能量转化成热、光、电、化学等形式。n n物质的辐射发射：物质吸收某种能量，并转换成辐射形式输出，发物质的辐射发射：物质吸收某种能量，并转换成辐射形式输出，发射电磁波的能量与物质结构变化能量有关。射电磁波的能量与物质结构变化能量有关。 有机波谱学概论一、光分析法及其特点 optical analysis and its characteristics光光光光分分分分析析析析法法法法：基基基基于于于于电电电电磁磁磁磁辐辐辐
21、辐射射射射能能能能量量量量与与与与待待待待测测测测物物物物质质质质相相相相互互互互作作作作用用用用后后后后所所所所产产产产生生生生的的的的辐辐辐辐射射射射信信信信号号号号与与与与物物物物质质质质组组组组成成成成及及及及结结结结构构构构关关关关系系系系所所所所建建建建立立立立起起起起来来来来的的的的分分分分析析析析方法；方法；方法；方法； 电磁辐射范围：射线无线电波所有范围；电磁辐射范围：射线无线电波所有范围；电磁辐射范围：射线无线电波所有范围；电磁辐射范围：射线无线电波所有范围； 相相相相互互互互作作作作用用用用方方方方式式式式：发发发发射射射射、吸吸吸吸收收收收、反反反反射射射射、折折折折射
22、射射射、散散散散射射射射、干干干干涉、衍射等；涉、衍射等；涉、衍射等；涉、衍射等； 注注注注意意意意：光光光光分分分分析析析析法法法法在在在在研研研研究究究究物物物物质质质质组组组组成成成成、结结结结构构构构表表表表征征征征、表表表表面面面面分分分分析析析析等方面具有其他方法不可区代的地位；等方面具有其他方法不可区代的地位；等方面具有其他方法不可区代的地位；等方面具有其他方法不可区代的地位；有机波谱学概论辐射能量与物质结构之间的相关性有机波谱学概论有机波谱学概论电磁辐射与物质相互作用的三个基本过程：电磁辐射与物质相互作用的三个基本过程：（1 1 1 1）能源提供能量；）能源提供能量；）能源提供
23、能量；）能源提供能量；（2 2 2 2）能量与被测物之间的相互作用；）能量与被测物之间的相互作用；）能量与被测物之间的相互作用；）能量与被测物之间的相互作用；（3 3 3 3）产生信号。）产生信号。）产生信号。）产生信号。 基本特点：基本特点：基本特点：基本特点：（1 1 1 1）所有光分析法均包含三个基本过程；）所有光分析法均包含三个基本过程；）所有光分析法均包含三个基本过程；）所有光分析法均包含三个基本过程；（2 2 2 2）不适合混合物测定（不同于色谱分析）不适合混合物测定（不同于色谱分析）不适合混合物测定（不同于色谱分析）不适合混合物测定（不同于色谱分析）（3 3 3 3）涉及大量光学
24、元器件。）涉及大量光学元器件。）涉及大量光学元器件。）涉及大量光学元器件。有机波谱学概论二、电磁辐射的基本性质 basic properties of electromagnetic radiation电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传播的能量；播的能量；播的能量；播的能量； c c c c = = = = = = = =/ E E E E = = = = h h h h = = = = h c h c h c h c / / / /c
25、c c c：光速；：光速；：光速；：光速；：波长；：波长；：波长；：波长；：频率；：频率；：频率；：频率；：波数：波数：波数：波数 ；E E E E ：能量；：能量；：能量；：能量； h h h h：普朗克常数：普朗克常数：普朗克常数：普朗克常数 电磁辐射具有波动性和微粒性；电磁辐射具有波动性和微粒性；电磁辐射具有波动性和微粒性；电磁辐射具有波动性和微粒性；有机波谱学概论辐射能的特性：(1) (1) (1) (1) 吸收吸收吸收吸收 物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能级跃迁到高能级；能级跃迁到高能级； (2) (2) (2) (2) 发射发射发射发射
26、 将吸收的能量以光的形式释放出；将吸收的能量以光的形式释放出； (3) (3) (3) (3) 散射散射散射散射 瑞利瑞利(Reyleigh)(Reyleigh)散射和拉曼散射和拉曼(laman)(laman)散射；散射； (4) (4) (4) (4) 折射折射折射折射 折射是光在两种介质中的传播速度不同产折射是光在两种介质中的传播速度不同产生的方向变化；生的方向变化； (5) (5) (5) (5) 反射反射反射反射 反射与入射方向相反反射与入射方向相反 (6) (6) (6) (6) 干涉干涉干涉干涉 两束光相互叠加产生干涉现象；两束光相互叠加产生干涉现象； (7) (7) (7) (7
27、) 衍射衍射衍射衍射 光绕过物体而弯曲地向后面传播的现象；光绕过物体而弯曲地向后面传播的现象； (8) (8) (8) (8) 偏振偏振偏振偏振 只在一个固定方向有振动的光称为平面偏只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光振光有机波谱学概论物质辐射的吸收与发射过程有机波谱学概论三、光分析分类 type of optical analysis光谱法光谱法光谱法光谱法基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法
28、；发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法；发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法；发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法； 原子光谱、分子光谱、非光谱法原子光谱、分子光谱、非光谱法原子光谱、分子光谱、非光谱法原子光谱、分子光谱、非光谱法 原子光谱（线性光谱）：最常见的三种原子光谱（线性光谱）：最常见的三种原子光谱（线性光谱）：最常见的三种原子光谱（线性光谱）：最常见的三种 基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（AASAASAASAAS）；）；）；）； 原子发射光谱（原子发射光谱
29、（原子发射光谱（原子发射光谱（AESAESAESAES）、原子荧光光谱（）、原子荧光光谱（）、原子荧光光谱（）、原子荧光光谱（AFSAFSAFSAFS）；）；）；）； 基于原子内层电子跃迁的基于原子内层电子跃迁的基于原子内层电子跃迁的基于原子内层电子跃迁的 X X X X射线荧光光谱（射线荧光光谱（射线荧光光谱（射线荧光光谱（XFSXFSXFSXFS）；）；）；）； 基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；有机波谱学概论光谱分析法可分为光谱分析法可分为光谱分析法可分为光谱分析法可分为光谱法光谱法光谱法光谱法
30、和和和和非光谱法非光谱法非光谱法非光谱法两大类。两大类。两大类。两大类。1.1.1.1.光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。分析的方法。分析的方法。分析的方法。
31、2.2.2.2.光谱法可根据分析对象进一步分为光谱法可根据分析对象进一步分为光谱法可根据分析对象进一步分为光谱法可根据分析对象进一步分为原子光谱法原子光谱法原子光谱法原子光谱法和和和和分子光谱法分子光谱法分子光谱法分子光谱法。3.3.3.3.原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为形式为形式为形式为线光谱线光谱线光谱线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法（。属于这类分析方法的有原子发射光谱法（。
32、属于这类分析方法的有原子发射光谱法（。属于这类分析方法的有原子发射光谱法（AESAESAESAES）、）、）、）、原子吸收光谱法（原子吸收光谱法（原子吸收光谱法（原子吸收光谱法（AASAASAASAAS），原子荧光光谱法（），原子荧光光谱法（），原子荧光光谱法（），原子荧光光谱法（AFSAFSAFSAFS）以及）以及）以及）以及X X X X射线荧射线荧射线荧射线荧光光谱法（光光谱法（光光谱法（光光谱法（XFSXFSXFSXFS）等。）等。）等。）等。4.4.4.4.分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动
33、能级分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级 的变化产生的，的变化产生的，的变化产生的，的变化产生的，表现形式为表现形式为表现形式为表现形式为带光谱带光谱带光谱带光谱。属于这类分析方法的有紫外。属于这类分析方法的有紫外。属于这类分析方法的有紫外。属于这类分析方法的有紫外- - - -可见分光光度法可见分光光度法可见分光光度法可见分光光度法（UV-VisUV-VisUV-VisUV-Vis），红外光谱法（），红外光谱法（），红外光谱法（），红外光谱法（IRIRIRIR），分子荧光光谱法（），分子荧光光谱法（），分子荧光光谱法（），分子荧光光谱法（MFSMFSMFSMFS）和分子）和分子）和分
34、子）和分子磷光光谱法（磷光光谱法（磷光光谱法（磷光光谱法（MPSMPSMPSMPS）等。）等。）等。）等。5.5.5.5.非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质，如非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质，如非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质，如非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。非光谱法不涉折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。非光谱法不涉折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。非光谱法不涉折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。非光谱法不涉及物质内部能级
35、的跃迁，电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些及物质内部能级的跃迁，电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些及物质内部能级的跃迁，电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些及物质内部能级的跃迁，电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性质。物理性质。物理性质。物理性质。 属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光散射法、属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光散射法、属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光散射法、属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光散射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法
36、等。有机波谱学概论分子光谱（带状光谱）：分子光谱（带状光谱）：基于分子中电子能级、振基于分子中电子能级、振基于分子中电子能级、振基于分子中电子能级、振- - - -转能级跃迁；转能级跃迁；转能级跃迁；转能级跃迁； 紫外光谱法（紫外光谱法（紫外光谱法（紫外光谱法（UVUVUVUV）；）；）；）； 红外光谱法（红外光谱法（红外光谱法（红外光谱法（IRIRIRIR）；）；）；）； 分子荧光光谱法（分子荧光光谱法（分子荧光光谱法（分子荧光光谱法（MFSMFSMFSMFS）；）；）；）； 分子磷光光谱法（分子磷光光谱法（分子磷光光谱法（分子磷光光谱法（MPSMPSMPSMPS）；）；）；）； 核磁共振与
37、顺磁共振波谱（核磁共振与顺磁共振波谱（核磁共振与顺磁共振波谱（核磁共振与顺磁共振波谱（N N N N）；）；）；）； 非光谱法：非光谱法：非光谱法：非光谱法： 不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方向等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等；传播方向等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等；传播方向等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等；传播方向等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等；有机波谱学概论光分析法光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法原原子子吸吸收收光光谱谱
38、原原子子发发射射光光谱谱原原子子荧荧光光光光谱谱X X射射线线荧荧光光光光谱谱折射法圆二色性法X射线衍射法干涉法旋光法紫紫外外光光谱谱法法红红外外光光谱谱法法分分子子荧荧光光光光谱谱法法分分子子磷磷光光光光谱谱法法核核磁磁共共振振波波谱谱法法有机波谱学概论光谱分析法吸收光谱法发射光谱法原子光谱法分子光谱法原子发射原子吸收原子荧光X射线荧光原子吸收紫外可见红外可见核磁共振紫外可见红外可见分子荧光分子磷光核磁共振化学发光原子发射原子荧光分子荧光分子磷光X射线荧光化学发光有机波谱学概论第四节 常见波谱分析方法及其适用领域1.1.各种光谱分析方法简介各种光谱分析方法简介2.2.波谱分析的主要特点波谱分
39、析的主要特点3.3.常用光谱分析方法的适用范围常用光谱分析方法的适用范围有机波谱学概论一、各种光谱分析法简介 a brief introduction of optical analysis1.1.1.1.原子发射光谱分析法原子发射光谱分析法原子发射光谱分析法原子发射光谱分析法 以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使气态原子的外层以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使气态原子的外层电子受激发射出特征光谱进行定量分析的方法。电子受激发射出特征光谱进行定量分析的方法。2.2.2.2.原子吸收光谱分析法原子吸收光谱分析法原子吸收光谱分析法原子吸收光谱分析法 利用特殊光源发射出待测元素的共振线，并将溶液中
40、离子利用特殊光源发射出待测元素的共振线，并将溶液中离子转变成气态原子后，测定气态原子对共振线吸收而进行的定量分转变成气态原子后，测定气态原子对共振线吸收而进行的定量分析方法。析方法。有机波谱学概论3.3.原子荧光分析法原子荧光分析法气态原子吸收特征波长的辐射后，外层电子从基态或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，后跃回基态或低能态时，发射低能态跃迁到高能态，后跃回基态或低能态时，发射出特征不同的荧光辐射，在与光源成出特征不同的荧光辐射，在与光源成9090度的方向上，度的方向上，测定荧光强度进行定性和定量分析的方法。测定荧光强度进行定性和定量分析的方法。 4.4.4
41、.4.分子荧光分析法分子荧光分析法分子荧光分析法分子荧光分析法 物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程中发物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程中发射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度和射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度和荧光光谱进行的定量和定量分析方法。荧光光谱进行的定量和定量分析方法。 有机波谱学概论发射、吸收、荧光三种光谱分析过程示意图发射、吸收、荧光三种光谱分析过程示意图有机波谱学概论5. 5. 5. 5. 分子磷光分析法分子磷光分析法分子磷光分析法分子磷光分析法 处于第一最低单重激发态分子以无辐射弛豫方式进入第一处于第一最低单重激发态分子以无辐射弛豫方式进入第一
42、三重激发态，再跃迁返回基态发出磷光。测定磷光强度进行定性三重激发态，再跃迁返回基态发出磷光。测定磷光强度进行定性和定量分析的方法。和定量分析的方法。6. 6. 6. 6. X X X X射线荧光分析法射线荧光分析法射线荧光分析法射线荧光分析法 原子受高能辐射，其内层电子发生能级跃迁，发射出特征原子受高能辐射，其内层电子发生能级跃迁，发射出特征X X射线（射线（ X X射线荧光），测定其强度可进行定性和定量分析。射线荧光），测定其强度可进行定性和定量分析。7. 7. 7. 7. 化学发光分析法化学发光分析法化学发光分析法化学发光分析法 利用化学反应提供能量，使待测分子被激发，返回基态时利用化学反
43、应提供能量，使待测分子被激发，返回基态时发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓度之间的线性关系进发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓度之间的线性关系进行定量分析的方法。行定量分析的方法。有机波谱学概论8. 8. 8. 8. 紫外吸收光谱分析法紫外吸收光谱分析法紫外吸收光谱分析法紫外吸收光谱分析法利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所记录的利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所记录的吸收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收吸收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收波长强度变化可进行定量分析。波长强度变化可进行定量分析。 9. 9. 9. 9.红外吸收光谱分析法红外吸收光谱分析法红
44、外吸收光谱分析法红外吸收光谱分析法 利用分子中基团吸收红外光产生的振动利用分子中基团吸收红外光产生的振动- -转动吸收光转动吸收光谱进行定量和有机化合物结构分析的方法。谱进行定量和有机化合物结构分析的方法。 10. 10. 10. 10.核磁共振波谱分析法核磁共振波谱分析法核磁共振波谱分析法核磁共振波谱分析法 在外磁场的作用下，核自旋磁矩与磁场相互作用而在外磁场的作用下，核自旋磁矩与磁场相互作用而裂分为能量不同的核磁能级，吸收射频辐射后产生能裂分为能量不同的核磁能级，吸收射频辐射后产生能级跃迁，根据吸收光谱可进行有机化合物结构分析级跃迁，根据吸收光谱可进行有机化合物结构分析 。有机波谱学概论1
45、1.11.11.11.顺磁共振波谱分析法顺磁共振波谱分析法顺磁共振波谱分析法顺磁共振波谱分析法 在外磁场的作用下，电子的自旋磁矩与磁场相在外磁场的作用下，电子的自旋磁矩与磁场相互作用而裂分为磁量子数不同的磁能级，吸收微波辐互作用而裂分为磁量子数不同的磁能级，吸收微波辐射后产生能级跃迁，根据吸收光谱可进行结构分析射后产生能级跃迁，根据吸收光谱可进行结构分析 。12.12.12.12.旋光法旋光法旋光法旋光法 溶液的旋光性与分子的非对称结构有密切关溶液的旋光性与分子的非对称结构有密切关系，可利用旋光法研究某些天然产物及配合物的立体系，可利用旋光法研究某些天然产物及配合物的立体化学问题，旋光计测定糖
46、的含量。化学问题，旋光计测定糖的含量。 13. 13. 13. 13.衍射法衍射法衍射法衍射法 X X射线衍射：研究晶体结构，不同晶体具有不同射线衍射：研究晶体结构，不同晶体具有不同衍射图。衍射图。 电子衍射：电子衍射是透射电子显微镜的基础，电子衍射：电子衍射是透射电子显微镜的基础，研究物质的内部组织结构。研究物质的内部组织结构。有机波谱学概论常见的有机波谱分析方法n n核磁共振谱：磁性原子核对射频辐射的吸收特征，辐核磁共振谱：磁性原子核对射频辐射的吸收特征，辐射能量（波长）射能量（波长）3000330003米米n n红外光谱：分子对红外辐射的吸收特征，辐射能量红外光谱：分子对红外辐射的吸收特
47、征，辐射能量0.753000.75300微米（也称为振转光谱）微米（也称为振转光谱）n n紫外可见光谱：原子外层电子对紫外和可见光的吸收紫外可见光谱：原子外层电子对紫外和可见光的吸收特征，辐射能量特征，辐射能量190810190810纳米（也称为电子光谱）纳米（也称为电子光谱）n n质谱：电子轰击分子后，产生荷电碎片组成特征，与质谱：电子轰击分子后，产生荷电碎片组成特征，与辐射无关。辐射无关。n n激光激光RamanRaman光谱法，辐射能量范围和对应分子信息与红光谱法，辐射能量范围和对应分子信息与红外光谱类似。外光谱类似。n nX X射线光电子能谱射线光电子能谱XPSXPS：分子内层电子吸收
48、高能光子后：分子内层电子吸收高能光子后解离成自由电子，电子动能与丰度作图即为光电子能解离成自由电子，电子动能与丰度作图即为光电子能谱，可用来测量原子种类、数量和价态。谱，可用来测量原子种类、数量和价态。有机波谱学概论二、波谱分析的主要特点n n直接与物质的结构相联系，灵敏度高，选择性好，分直接与物质的结构相联系，灵敏度高，选择性好，分析速度快，设备复杂昂贵。析速度快，设备复杂昂贵。n n灵敏度：灵敏度：MS MS n n选择性选择性: NMR : NMR n n分析速度分析速度: (: (响应速度，测试速度响应速度，测试速度) )，UV-VIS, IR, UV-VIS, IR, NMR, MS
49、 NMR, MS n n成本：成本：NMR, MS, IR, UV-VisNMR, MS, IR, UV-Vis 有机波谱学概论三、常见波谱分析方法的适用范围n n核磁共振谱：适合分析分子骨架结构、构象结构、取核磁共振谱：适合分析分子骨架结构、构象结构、取向结构，以及特定元素组成，常见的有向结构，以及特定元素组成，常见的有CNMR,HNMRCNMR,HNMRn n红外光谱：适合分析分子的官能团和化学组成红外光谱：适合分析分子的官能团和化学组成n n紫外可见光谱：适合分析分子的化学键，特别是不饱紫外可见光谱：适合分析分子的化学键，特别是不饱和键结构和键结构n n质谱：适合分析分子的连接次序、分子量和分子组成质谱：适合分析分子的连接次序、分子量和分子组成n n光电子能谱：适合分析物质中原子的种类、数量和价光电子能谱：适合分析物质中原子的种类、数量和价态态有机波谱学概论
