红外光谱、拉曼和紫外作业
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生物分子的光谱学分析光谱学是一门研究物质在电磁波谱区吸收、发射、散射等现象的学科。
在生物科学领域,光谱学是一项重要的手段,可以帮助研究者了解生物分子的结构和功能。
本文将介绍几种常见的生物分子光谱学分析方法,包括红外光谱、拉曼光谱、荧光光谱和紫外光谱。
一、红外光谱红外光谱是研究物质分子振动和转动的光谱学方法。
红外光谱图能够反映出不同波数下样品分子中的振动和转动状态,从而确定分子结构和化学键的类型。
在生物分子研究中,红外光谱技术广泛应用于蛋白质、核酸、多糖和其他生物分子的研究。
通过红外光谱,可以确定生物分子的结构、构象和组成。
例如,红外光谱可用来确定蛋白质的二级结构,通过测量蛋白质的频率区域来捕捉螺旋、折叠和延伸构象所产生的光谱特征。
同时,红外光谱还可以用来检测分子内的氢键以及某些氨基酸的含量。
这些信息对于了解蛋白质的折叠、稳定性和功能至关重要。
二、拉曼光谱拉曼光谱是一种反映物质分子振动和转动信息的非破坏性光谱学方法。
拉曼光谱通过测量样品与激光光束相互作用的散射光谱来研究样品的分子结构与化学键的类型。
与红外光谱不同,拉曼光谱使用可见或近红外激光与样品相互作用,故有更好的空间分辨率和更小的选型效应。
在生物分子研究中,拉曼光谱可用来确定蛋白质、核酸和多糖的三维结构、二级结构及其组成成分。
最近,拉曼光谱已成为生物分子高效直观的表征方法之一。
拉曼光谱可以消除流的影响,即对生物分子进行研究时分子固定位置不变时的分子振动行为,这与其他方法不同。
此外,由于可见和近红外光是拉曼光谱的激发源,所以样品的浓度不影响其结果,这使得拉曼光谱成为一种理想的组成分析技术。
三、荧光光谱荧光光谱是生物分子的激发发射光谱,指的是在样品受到辐射时,样品吸收光能量并排放出发光,常被用于研究DNA、RNA、蛋白质和细胞等生物大分子的结构、功能和活性。
荧光光谱是一种比较灵敏的分析技术,荧光分子对光的响应很敏锐。
在荧光光谱中,荧光发生最强的波长,也就是荧光峰的位置和强度是研究者需要关注的重点。
拉曼光谱跟红外光谱的区别
拉曼光谱和红外光谱是两种不同的光谱技术,有以下几个主要区别:
1. 基本原理:红外光谱是通过测量分子吸收红外光的能量来分析样品的功能团信息,而拉曼光谱则是通过测量样品中分子振动引起的光散射来分析样品的化学结构。
2. 分析范围:红外光谱通常适用于分析样品中的官能团、化学键类型和某些结构特征,而拉曼光谱则可以提供更详细和全面的关于样品分子振动模式和化学结构信息。
3. 样品要求:红外光谱需要样品具有一定的吸收能力,因此大多数有机化合物和无机物都可以进行红外光谱测试。
而拉曼光谱对样品的要求相对较低,可以测试几乎所有类型的样品,包括固体、液体和气体。
4. 干扰因素:红外光谱对水分和二氧化碳有较强的吸收能力,因此在测试液体或气体样品时需要特别注意这些干扰因素。
而拉曼光谱对水和二氧化碳的干扰较小。
5. 仪器配置:红外光谱需要使用红外光源和红外检测器,且样品通常需要准备成KBr片或涂布在红外透明基板上。
而拉曼光谱则需要使用激光光源和拉曼散射检测器。
总的来说,虽然红外光谱和拉曼光谱都可以用于化学分析,但它们的原理、应用范围和仪器配置等方面有着一定的区别。
在
实际应用中,选择使用哪种光谱技术取决于需要分析的样品类型和所关注的分析信息。
光谱分析技术及应用光谱分析技术是一种通过研究物质的光谱特征来分析、识别和测量物质成分的重要手段。
光谱分析技术广泛应用于物质科学、材料科学、生命科学、环境科学等领域,并在许多实际应用中取得了重要成果。
本文将介绍几种常见的光谱分析技术及其应用。
一、紫外可见吸收光谱技术(UV-Vis)紫外可见光谱技术是一种基于物质对紫外可见光吸收的特征来分析物质的方法。
该技术可用于分析物质的结构、测量物质的浓度,并广泛应用于药物分析、环境监测、食品安全等领域。
例如,在药物分析中,紫外可见光谱可用于分析药物的纯度、活性成分的含量以及药物的降解程度;在环境监测中,通过测量水中有机物的紫外吸收谱,可以快速准确地评估水质的污染程度。
二、红外光谱技术(IR)红外光谱技术是一种通过物质对红外光吸收和散射的特性来识别和分析物质的方法。
红外光谱技术广泛应用于有机物和无机物的结构分析、化学反应机理研究、生物医药等领域。
在有机物的结构分析方面,红外光谱技术可以通过分析有机物中特定基团的红外吸收峰,来确定有机物的结构和化学键类型;在药物研发中,红外光谱技术可用于快速鉴别和定量分析药物成分。
三、拉曼光谱技术(Raman)拉曼光谱技术是一种通过测量物质散射光中弱的拉曼散射来分析物质的方法。
与红外光谱相比,拉曼光谱技术不需要特殊的处理样品,可以直接对样品进行测量。
因此,拉曼光谱技术广泛应用于材料科学、生命科学、环境科学等领域。
例如,在材料科学中,拉曼光谱技术可用于表征材料的晶格结构、物质的化学组成和分子振动模式;在生命科学中,拉曼光谱技术可用于分析和识别生物体内的成分、了解细胞生理和病理变化。
四、质谱技术(MS)质谱技术是一种通过测量和分析物质在质谱仪中产生的离子谱图来确定物质组成和结构的方法。
质谱技术广泛应用于有机质分析、环境科学、食品安全等领域。
在有机质分析中,质谱技术可用于定性鉴别未知有机化合物的结构和成分;在环境科学中,质谱技术可用于分析大气中的有机物、水中的有机污染物等;在食品安全中,质谱技术可用于检测食品中的农药残留、添加剂以及其他有害物质。
光谱作业指导书一、引言光谱是研究物质结构和性质的重要手段之一。
本指导书旨在匡助学生了解光谱的基本原理和常见的光谱分析方法,以及如何正确进行光谱实验操作。
通过本指导书的学习,学生将能够掌握光谱分析的基本知识和技能,提高实验操作的准确性和实验结果的可靠性。
二、光谱基本原理1. 光谱的定义:光谱是将光按照波长或者频率进行分解和显示的结果。
2. 光的组成:光是由不同波长或者频率的电磁波组成的,包括可见光、红外线和紫外线等。
3. 光谱的分类:根据波长范围的不同,光谱可分为可见光谱、红外光谱和紫外光谱等。
4. 光谱的分析:通过测量光谱的特征,可以获取物质的结构和性质信息,如吸收光谱、发射光谱和拉曼光谱等。
三、光谱分析方法1. 紫外-可见吸收光谱:该方法通过测量物质对紫外或者可见光的吸收情况,分析物质的化学组成和浓度。
2. 红外光谱:红外光谱可以用来研究物质的份子结构和化学键的类型,通过测量物质对红外光的吸收情况得到信息。
3. 质谱:质谱是通过对物质进行离子化和质量分析,得到物质的份子结构和相对份子质量等信息。
4. 核磁共振光谱:核磁共振光谱可以用来研究物质的份子结构、化学键的类型和环境等信息。
5. 拉曼光谱:拉曼光谱可以用来研究物质的份子振动模式和结构信息。
四、光谱实验操作指南1. 仪器准备:根据实验需要选择合适的光谱仪器,如紫外可见分光光度计、红外光谱仪等,并确保仪器处于良好的工作状态。
2. 样品制备:根据实验要求准备样品,如溶液、固体样品或者气体样品等。
注意样品的纯度和浓度要求。
3. 光谱测量:按照仪器操作手册的指导,进行光谱测量。
注意调节仪器参数,如光路长度、波长范围、积分时间等,以获得准确的光谱数据。
4. 数据处理:根据实验目的,对测得的光谱数据进行处理和分析,如峰位的测量、峰面积的计算等。
可以使用专业的光谱分析软件进行数据处理。
5. 结果分析:根据光谱数据的特征,分析样品的结构和性质信息。
可以与已知的标准光谱进行比对,进行定性和定量分析。
光谱分析方法光谱分析是一种通过分析物质吸收、发射或散射光的波长和强度来确定物质成分和结构的方法。
它是一种非常重要的分析技术,广泛应用于化学、生物、环境和材料等领域。
在光谱分析中,常用的方法包括紫外可见光谱、红外光谱、拉曼光谱、质谱等。
下面将分别介绍这些光谱分析方法的原理和应用。
紫外可见光谱是通过测量样品对紫外可见光的吸收来确定样品的成分和浓度。
紫外可见光谱广泛应用于有机化合物、药物、食品和环境监测等领域。
其原理是物质分子在吸收光能后,电子从基态跃迁到激发态,从而产生吸收峰。
根据吸收峰的位置和强度,可以确定物质的结构和浓度。
红外光谱是通过测量样品对红外光的吸收来确定样品的成分和结构。
红外光谱广泛应用于有机化合物、聚合物、药物和生物分子等领域。
其原理是物质分子在吸收红外光后,分子振动和转动产生特定的吸收峰。
根据吸收峰的位置和强度,可以确定物质的结构和功能基团。
拉曼光谱是通过测量样品对激光光的散射来确定样品的成分和结构。
拉曼光谱广泛应用于无机化合物、材料和生物分子等领域。
其原理是激光光与样品发生相互作用后,产生拉曼散射光,其频率和强度与样品的分子振动和转动有关。
根据拉曼光谱的特征峰,可以确定物质的结构和晶体形态。
质谱是通过测量样品离子的质量和丰度来确定样品的成分和结构。
质谱广泛应用于有机化合物、生物分子和环境样品等领域。
其原理是样品分子经过电离后,产生离子,经过质谱仪的分析,可以得到样品分子的质量和丰度信息。
根据质谱图谱的特征峰,可以确定物质的分子量和结构。
综上所述,光谱分析方法是一种非常重要的分析技术,它可以通过测量样品对光的吸收、发射或散射来确定样品的成分和结构。
不同的光谱分析方法具有不同的原理和应用领域,可以相互补充和验证,为科学研究和工程应用提供了重要的手段。
希望本文对光谱分析方法有所帮助,谢谢阅读!。
一、红外吸收光谱法概念:分子的振动或转动引起偶极矩的变化,产生分子振动能级和转动能级从基态到激发态的跃迁,得到振动-转动光谱,又称红外光谱(infrared spectroscopy)属于分子吸收光谱的范畴。
红外又分为近红外(0.75-2.5um)、中红外(2.5-50um)和远红外(50-1000um)红外光谱仪发展:棱镜IR→光栅IR→傅里叶变换IR。
与光谱有关的三种振动形式:1.分子内价电子相对于原子核的运动:可见紫外或者更短波长2.分子内原子的振动:跃迁需要中红外区波长3.分子绕起重心转动:远红外或者微波。
红外光谱图:纵坐标:透过率或吸光度T=I/I0*100% A=-lgT横坐标:波数或频率分子振动类型:伸缩振动和变形振动。
伸缩振动分为对称伸缩和反对称伸缩振动;变形振动分为面内变形和面外变形。
光源:Nernst灯、硅碳棒光源检测器:热检测器、光检测器。
试样的处理和试样方法:原则是是大多数吸收峰的透过率在0.1到0.8之间。
制样方法:气体:在两端粘有KBr或NCl窗片的气体池内测量液体:液体池内测量、液膜法固体:压片法:和干燥固体和KBr(质量比1:100左右)混合均匀,压成透明薄片。
石腊糊法:与液体石蜡混合,调成糊状,夹在两盐片见形成液膜进行测量薄膜法:熔融后涂制或压制成膜或溶解在低沸点易挥发溶剂中涂在盐片上,待溶剂挥发成膜后测定。
二、拉曼1.产生原因:分子对光光的散射,分为Rayleigh散射和Raman散射。
Rayleigh散射:相当于弹性碰撞,光子能量没有变化,仅仅改变方向,Rayleigh散射与入射光频率相同,是强度最大的散射现象。
Raman散射:非弹性碰撞,产生Raman位移,负位移为Stokes线,正位移为Anti-Stokes线。
Stokes线:从振动基态→受激虚态→第一振动能级。
Anti-Stokes线:第一振动能级→受激虚态→振动基态振动基态分子数>振动激发态,故Stokes线强度高。
拉曼光谱、红外光谱、XPS的原理及应用拉曼光谱的原理及应用原理拉曼光谱是一种非常重要的光谱技术,它通过测量物质受紫外光或激光照射后,散射光中的频率变化,来获得物质的结构和化学成分信息。
其原理是基于拉曼散射的现象,当光线经过物质散射时,一小部分光子的能量会发生频率变化,在散射光中产生弱的频移光信号,这就是拉曼光谱。
应用•化学分析:拉曼光谱可用于快速、非破坏性地分析和鉴别化学物质,包括有机化合物、药物、食品、环境样品等,由于其高灵敏度和选择性,广泛应用于质量控制、检测和研究领域。
•生物医学领域:拉曼光谱可用于检测和鉴别生物分子,如蛋白质、核酸和药物等,有助于研究疾病诊断、分子发育和药物疗效等方面。
•材料科学:拉曼光谱可用于研究材料的晶体结构、应力分布、成分分析以及化学反应等,对于材料的表征和性能评估具有重要意义。
红外光谱的原理及应用原理红外光谱是通过测量物质吸收、反射或散射红外光的能量分布来研究物质的结构和化学组成的一种分析方法。
它基于分子的振动和转动,不同功能团的振动频率在红外光区域产生特征峰,由此可以确定物质的化学键和分子结构。
应用•化学分析:红外光谱可用于鉴别和分析化学物质,包括有机和无机化合物,如聚合物、药物、化妆品、环境样品等。
通过红外光谱的指纹谱图,可以快速、准确地确定物质的成分和结构。
•生物医学领域:红外光谱可用于研究和诊断生物分子,如蛋白质、核酸、细胞和组织等,对于研究疾病的发生机制、生物标志物的发现和药物研发等具有重要意义。
•材料科学:红外光谱可用于研究材料的结构和组成,包括聚合物、涂层、陶瓷、金属等材料的表征和性能评估,有助于材料的研发和应用。
XPS的原理及应用原理XPS(X射线光电子能谱)是一种分析表面和界面化学组成、电子态和化学状态的表征方法。
它通过利用X射线照射样品,测量样品表面或界面散射出的电子能量和数目,来分析样品的元素和化学状态。
应用•表面化学分析:XPS可以检测并定量分析固体材料表面的元素组成和化学状态,包括金属、氧化物、陶瓷、半导体等。
文章标题:红外光谱、拉曼和紫外作业 发文时间:2012-12-03 10:12:49要求于12月10日前提交。
--------------------------------------------1.简述紫外—可见光谱选择溶剂的基本原则。
答:(1) 溶剂应能很好地溶解被测样品,溶剂对溶质应是惰性的,所组成的标准溶液应具有良好的化学和光化学稳定性。
(2) 在溶解度允许的范围内,尽量选择极性较小的溶剂。
(3) 溶剂在样品的吸收光谱区应无明显吸收。
2.乙烷、甲醚和环戊烯的λmax 分别为135、185和190nm ,它们各由何跃迁引起的?答:乙烷: σσ*;甲醚: n σ*; 环戊烯:π π*。
3.由某挥发油中分出一种纯物质,在己烷中测得λmax=242nm ,其它分析方法初步确定该化合物的结构可能为如下(A )或(B )。
试根据紫外光谱数据推断为那种结构。
可知,结构(A )的估算值与实测值接近。
所以为(A )。
4.在紫外—可见吸收光谱中,电子跃迁发生在键连原子的__成键分子___轨道或__非键分子___轨道和反键分子轨道之间。
5.下列两个化合物的红外光谱有何不同?答:苯乙胺的红外光谱中N-H伸缩振动产生双峰νas(-NH2)为3500cm-1和νs(-NH2)为3400cm-1;并且在>3000 cm-1处有吸收峰;在1600cm-1和1500cm-1有苯环骨架振动吸收峰,690~710cm-1和690~710cm-1处有苯环单取代吸收峰。
而DMF中只有ν(C=O)在1650~1670 cm-1的谱带;而在3000 cm-1以上无吸收峰。
6.C—H键与C—Cl键的伸缩振动峰那个要强一些,为什么?答:红外光谱吸收带的强度决定于跃迁概率,概率越大的吸收越强。
反映过来是谱强度与振动时偶极矩变化的大小有关。
偶极矩变化越大,吸收越强。
而偶极矩与分子结构的对称性有关。
振动的对称性越高,震动中分子偶极矩变化越小,谱带的强度也就越弱。
1.比较C=C和C=O键的伸缩振动,谱带强度更大的是C=O。
2.何谓基团频率?它有什么重要性及用途?
答:
不同分子中同一类型的化学基团,在红外光谱中的吸收频率总是出现在一个较窄的范围内,这种吸收谱带的频率称为基团频率。
它们不随分子构型的变化而出现较大的改变,可用作鉴别化学基团。
基团频率区在4000~1300厘米-1,其中4000~2500厘米-1为单键伸缩振动区,2500~1900厘米-1为叁键和累积双键区,1900~1300厘米-1为双键伸缩振动区和单键弯曲振动区。
3.某化合物C8H9NO2,试根据如下谱图推断其结构,并说明依据。
答:U=8-(1-9)/2 + 1 =5,推断有苯环和C=C或C=O
δ=3.8,单峰,归属CH3,推测为O-CH3
δ=7.1,7.8,均是双峰,归属Ar-H,是苯环对位取代特征峰
δ=7.2,双峰,推测可能为-NH2
3392cm-1,3172cm-1,N-H伸缩振动,双峰说明可能是-NH2
1651cm-1,N-H变形振动
1618cm-1,1574cm-1,1516cm-1,1423cm-1,芳环C=C伸缩振动
1397cm-1,甲基变形振动
1254cm-1,C-O-C伸缩振动吸收峰
853cm-1,苯环相邻两个H原子=C-H的面外变形振动,苯环对位取代的特征
故推测结构为
4.紫外吸收光谱有哪些基本特征?
答:
(1)紫外吸收光谱所对应的电磁波长较短,能量大,它反映了分子中价电子能级跃迁情况。
主要应用于共轭体系(共轭烯烃和不饱和羰基化合物)及芳香族化合物的分析。
(2)由于电子能级改变的同时,往往伴随有振动能级的跃迁,所以电子光谱图比较简单,但峰形较宽。
一般来说,利用紫外吸收光谱进行定性分析信号较少。
(3)紫外吸收光谱常用于共轭体系的定量分析,灵敏度高,检出限低。
5.光度分析误差的主要来源有哪些?如何降低光度分析的误差?
1对朗伯-比尔定律的偏离:
(1)非单色光引起的偏离。
◎使用比较好的单色器,从而获得纯度较高的“单色光”,使标准曲线有较宽的线性范围。
◎人射光波长选择在被测物质的最大吸收处,保证测定有较高的灵敏度,此处的吸收曲线较为平坦,在此最大吸收波长附近各波长的光的?值大体相等,由于非单色光引起的偏离要比在其他波长处小得多。
◎测定时应选择适当的浓度范围,使吸光度读数在标准曲线的线性范围内。
(2)介质不均匀引起的偏离。
故在光度法中应避免溶液产生胶体
或混浊。
(3)由于溶液本身的化学反应引起的偏离。
在分析测定中,要控制溶液的条件,使被测组分以一种形式存在,以克服化学因素所引起的对朗伯-比尔定律的偏离。
2吸光度测量的误差: 在吸光光度分析中,仪器测量不准确也是误差的主要来源。
任何光度计都有一定的测量误差。
这些误差可能来源于光源不稳定,实验条件偶然变动,读数不准确等。
在光度计中,透射比的标尺刻度均匀。
吸光度标尺刻度不均匀。
对于同一仪器,读数的波动对透射比为一定值;而对吸光度读数波动则不再为定值。
吸光度越大,读数波动所引起的吸光度误差也越大。
透射比很小或很大时,浓度测量误差都较大。
即光度测量最好选吸光度读数在刻度尺的中间而不落两端。
待测溶液的透射比T在5%~65%之间,或使吸光度 A 在0.2~0.8之间,才能保证测量的相对误差较小。
当 A =0.434( 或透射比 T =36.8%) 时,测量的相对误差最小。
6.某化合物C9H10,试根据如下谱图推断其结构,并说明依据。
答:不饱和度U=9-5+1=4,可能有苯环和C=C
3087cm-1,=C-H伸缩振动
3007 cm-1,2922 cm-1,Ar-H,C-H伸缩振动
1629 cm-1,1609 cm-1,1571 cm-1,1513 cm-1,进一步推测有苯环 1378 cm-1,甲基的对称变形特征峰
990 cm-1,904 cm-1,=C-H面外变形振动特征峰
824 cm-1,对苯特征峰
故推测结构为
7.化合物C7 H14,根据如下红外光谱图回答问题。
(1)指出该化合物的类型;
(2)归属各谱峰,并说明该谱峰反映的结构特征;
(3)指出该化合物的结构特征。
答:不饱和度U=7-14/2+1=1
(1) (CH)<3000,故无 (C=C),为满足U=1 ,只能是环烷烃n (2)2949cm-1,饱和C-H伸缩振动
2923cm-1,2854cm-1,分别是环己烷内CH2的不对称伸缩振动和对称伸缩振动。
1456cm-1,1376cm-1,是甲基的变形振动吸收峰
该化合物的结构可能是
(3)结构特征是有一个
8.指出下列振动形式那种是拉曼活性振动。
答:(b)、(c)是拉曼活性振动。
9.化合物C5 H10,根据如下Raman光谱图回答问题。
a) 该化合物是饱和化合物还是不饱和化合物;
b) 2916 cm-1谱峰对应化合物中什么基团的何种振动形式;
c) 1680 cm-1谱峰对应化合物中什么基团的何种振动形式;
d) 1387 cm-1谱峰对应化合物中什么基团的何种振动形式;
答:不饱和度U=5-10/2+1=1,故是不饱和物
2916cm-1,甲基C-H伸缩振动
1680cm-1,C=C伸缩振动
1387cm-1,甲基对称变形振动
10.某化合物分子式为C5H10O,根据如下IR和1H NMR谱图推断其结构.
答:不饱和度U=5-10/2+1=1,可推测有C=C或C=O 2964cm-1,2878cm-1,CH3的伸缩振动
1712cm-1,C=O伸缩振动
1412cm-1,1365cm-1,C-H变形振动
1179cm-1,C-C()伸缩振动
δ=0.92,H3,三峰,推断CH2-CH3*
δ=1.6,H2,多峰,推断CH3-CH2*-C
δ=2.1,H3,单峰,推断O=C-CH3*
δ=2.4,H2,三峰,推断-CH2-CH2*-C=O
故推断其结构为
11.一个化合物可能有A或B两种结构。
在该化合物的光谱中。
其在乙醇中的最大吸收波长为352nm。
该化合物可能是哪一种结构?
答:λA=215+30+39+10+12+18*2+5*2=352
λB=215+30+39+10+12+18+5*2=334.
所以可能是化合物A
12. 化合物CH3-Cl在172nm的吸收谱带归属于n®s*跃迁;CH3-I在258nm的吸收带是由于n®s*跃迁;CH3-Br在204nm的吸收带是n®s*跃迁引起。
13.试解释为什么化合物A的νC=O频率大于化合物B。
答:对位加上基团,N-,形成分子内氢键,C=O的伸缩振动频率减小,向低波数位移。