波谱分析(完成)

波谱分析波谱分析是一种重要的科学技术方法，它在多个领域有着广泛的应用。

本文将为读者介绍波谱分析的原理、方法以及其在不同领域中的应用，希望能够带给读者一些有关波谱分析的基础知识。

波谱分析是一种通过对信号频谱的分析，来研究信号特性的方法。

它主要通过将信号转化为频域来进行分析，以便更好地理解信号的频率成分。

波谱分析通常包括以下步骤：信号采样、转换为频域信号、频域信号分析以及结果展示。

在波谱分析中，最基础的是信号采样。

信号采样即将连续的模拟信号转化为离散的数字信号。

通过采样，我们获得了离散的信号数据，为后续的分析提供了基础。

转换为频域信号是波谱分析的关键步骤。

这一步骤主要通过傅里叶变换来实现，将时域信号转化为频域信号。

傅里叶变换能够将信号分解成一系列频率成分，使得我们能够更加清晰地了解信号的频率特征。

在波谱分析的频域信号分析阶段，我们可以使用不同的方法来对信号进行进一步的分析。

常见的方法包括功率谱分析、相位谱分析、自相关分析等。

功率谱分析可以帮助我们了解信号各个频率成分对总体信号功率的贡献程度，相位谱分析可以揭示信号的相位变化规律，自相关分析则是通过计算信号与其自身的相关性来分析信号的周期性变化。

波谱分析在不同的领域中都有广泛的应用。

在通信领域中，波谱分析可以用于信号传输中的频率选择性衰减的检测和修复；在音频领域中，波谱分析可以用于声音信号的处理和音乐分析；在医学领域中，波谱分析可以用于心电图和脑电图的分析，帮助医生进行诊断和治疗。

此外，波谱分析在材料科学、地震学、天文学等领域也有广泛应用。

在材料科学中，波谱分析可以用于材料结构的研究和分析；在地震学中，波谱分析可以用于地震波的研究和地震活动的监测；在天文学中，波谱分析可以用于星体的研究和宇宙的探索。

总结起来，波谱分析是一种基于信号频谱的分析方法，它通过将信号转化为频域信号来研究信号的特性。

波谱分析包括信号采样、转换为频域信号、频域信号分析以及结果展示等步骤。

一、概述元素分析：C.H.N.X.S.P ℅含量，经典分析：m.p ，b.p ，折光率 官能团特征反应：生成衍生物 缺点：繁琐，费时，不准确，有干扰现代有机分析的两大支柱 1.色谱分析：GC, HPLC, TLC 裂解色谱成分分析2.波谱分析：UV,IR,NMR,MS （有机）结构分析 色谱分析:具有高效分离能力可以把复杂有机混合物分离成单一的纯组分。

为有机结构分析服务波谱分析：纯样品进行结构分析 微量化 测量快 结果准确 重复性好 除MS 之外，可回收样品 1.灵敏度：MS ＞UV ＞IR ＞1HNMR ＞13CNMR MS:微克级 UV: ppb 级 IR ：毫克级（可微克级，FTIR ）（ 1HNMR ：0.5mg 13CNMR ： 0.5mg ）可回收 质谱（MS ）—分子量及部分结构信息、红外光谱（IR ）—官能团种类、紫外—可见光谱（UV / Vis ）—共轭结构、核磁共振谱（NMR ）—C-H 骨架及所处化学环境 第二章 紫外-可见吸收光谱有机化合物的UV 吸收位于200-400nm 之间（近紫外），V 吸收位于400-800nm 之间（可见），真空（远）U V :< 200 n m σ→ σ*跃迁吸收，石英器皿应用范围 ：2 0 0 – 3 0 0 n m 、玻璃器皿应用范围 ：> 3 0 0 n m 郎伯-比耳（Beer-Lambert)定理 A = l o g I 0 / I = l o g 1 / T = εc L四种主要跃迁所需能量ΔΕ大小顺序:n →π＊<π→π＊< n →σ＊< σ→σ＊π→π＊ K 带（跃迁允许）ε 10 4~5 n →σ＊R 带（跃迁禁阻） ε≯2 0 0 0溶剂效应 溶剂极性增大，π—π*跃迁向红移，ΔE = h ν=h/λ、n —π*跃迁向蓝移，精细结构消失有机化合物的电子吸收光谱：饱和烃 仅有σ→σ＊跃迁 吸收光谱 λ<200nm 含杂原子饱和烃 含O 、S 、 N 和卤素等的饱和烃衍生物则有σ→σ＊ 及n →σ＊跃迁需能量大。

波谱分析现代波谱分析现代波谱分析摘要：1、引言早在19世纪50年代，人们就开始应用目视比色法。

19世纪末就已经开始了红外和紫外光谱测定，进入20世纪，随着科学技术的发展，仪器性能大大提高，实验方法不断改进和革新，特别是计算机的应用，使波谱法得到了突飞猛进的发展。

近年来，新应用以及新方法不断涌现。

波谱分析主要是以光学理论为基础，以物质与光相互作用为条件，建立物质分子结构与电磁辐射之间的相互关系，进行物质分子几何异构、立体异构、构象异构和分子结构分析和鉴定的方法。

波谱法主要包括红外光谱、紫外光谱、核磁共振和质谱，简称为四谱。

除此之外还包含有拉曼光谱、荧光光谱、旋光光谱和圆二色光谱、顺磁共振谱。

波谱法的种类也越来越多。

由于波谱分析法具有快速、灵敏、准确、重现性好等优点，使其应用范围广泛，涉及到化学、化工、材料科学、医学、生命科学、环保、食品安全等领域。

2、波谱分析进展从19世纪中期至现在，波谱分析经历了一个漫长的发展过程。

进入20世纪的计算机时代后，波谱分析得到了飞跃的发展，不断地完善和创新，在方法、原理、一起设备以及应用上都在突飞猛进。

2、1、四谱四谱是现代波谱分析中最主要也是最重要的四种基本分析方法。

四谱的发展直接决定了现代波谱的发展。

在经历了漫长的发展之后四谱的发展以及应用已渐成熟，也使波谱分析在化学分析中有了举足轻重的地位。

2、1、1、紫外-可见光谱现代波谱分析20世纪30年代，光电效应应用于光强度的控制产生第一台分光光度计并由于单色器材料的改进，是这种古老的分析方法由可见光区扩展到紫外光区和红外光区。

紫外光谱具有灵敏度和准确度高，应用广泛，对大部分有机物和很多金属及非金属及其化合物都能进行定性、定量分析，且仪器的价格便宜，操作简单、快速，易于普及推广，所以至今它仍是有机化合物结构鉴定的重要工具。

近年来，由于采用了先进的分光、检测及计算机技术，使仪器的性能得到极大的提高，加上各种方法的不断创新与改善，使紫外光谱法成为含发色团化合物的结构鉴定、定性和定量分析不可或缺的方法之一。

核磁共振波谱分析1946 年美国科学家布洛赫(Bloch) 和珀塞尔( Purcell )两位物理学家分别发现在射频* (无线电波*0.1〜1OOMHZ,10〜109卩m的电磁波能与暴露在强磁场中的磁性原子核相互作用, 引起磁性原子核在外磁场中发生磁能级的共振跃迁, 从而产生吸收信号，他们把这种原子对射频辐射的吸收称为核磁共振(NMR> NMR 和红外光谱，可见—紫外光谱相同之处是微观粒子吸收电磁波后在不同能级上跃迁。

引起核磁共振的电磁波能量很低, 不会引起振动或转动能级跃迁, 更不会引起电子能级跃迁。

.根据核磁共振图谱上吸收峰位置、强度和精细结构可以研究分子的结构。

化学家们发现分子的环境会影响磁场中核的吸收，而且此效应与分子结构密切相关。

1950年应用于化学领域，发现CHCHOH中三个基团H吸收不同。

从此核磁共振光谱作为一种对物质结构 (特别是有机物结构) 分析的确良非常有效的手段得到了迅速发展。

1966 年出现了高分辨核共振仪，七十年代发明了脉冲傅立叶变换核磁共振仪，以及后来的二维核磁共振光谱( 2D-NMR,从测量1H到13C 31P、15N,从常温的1〜2.37到超导的5T以上，新技术和这些性能优异的新仪器都核磁共振应用范围大大扩展，从有机物结构分析到化学反应动力学，高分子化学到医学、药学、生物学等都有重要的应用价值。

§ 4-1 核磁共振原理一、原子核自旋现象我们知道原子核是由带正电荷的原子和中子组成，它有自旋现象原子核大都围绕着某个轴作旋转运动，各种不同的原子核，自旋情况不同。

原子核的自旋情况在量子力学上用自旋量子数I 表示，有三种情况：①1=0,这种原子核没有自旋现象，不产生共振吸收(质量数为偶数(M),电子数,原子数为偶数(z) 为12G,16O,32S)②1=1、2、3、…、n,有核自旋现象，但共振吸收复杂，不便于研究。

③匸n/2 (n=1、2、3、5、…)有自旋现象，n〉1时，情况复杂，n=1时，1=1/2，这类原子核可看作是电荷均匀分布的球体，这类原子核的磁共振容易测定，适用于核磁共振光谱分析，其中尤以1H最合适。

波谱分析完成精编W O R D版IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】一、名词解释（每小题5分，共30分）1.化学位移：化学位移是用核磁共振仪可以记录到有关信号，处在不同化学环境中的氢原子因产生共振时吸收电磁波的频率不同，在谱图上出现的位置也不同，各类氢原子的这种差异被称为化学位移。

2.屏蔽效应：由于其他电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷对该电子的吸引力，从而引起有效核电荷的降低，削弱了核电荷对该电子的吸引，这种作用称为屏蔽作用或屏蔽效应。

3.相对丰度：相对丰度又称同位素丰度比，指气体中轻组分的丰度C与其余组分丰度之和的比值。

在生态中相对丰度：群落内物种数目的多少。

不同的群落中物种丰度是不同的，从赤道到南北极，群落的物种丰度逐渐减少。

4.氮律：氮律是质谱分析中判断分子离子峰质量数的规律。

5.分子离子：分子失去一个电子所形成的正离子称为分子离子，它的质荷比值即代表了试样分子所对应的分子量数值。

6.助色团：本身在200 nm以上不产生吸收，但其存在能增强生色团的生色能力（改变分子的吸收位置和增加吸收强度）的一类基团。

预知后题如何，请下载！二、简答题（每小题8分，共40分）1.色散型光谱仪主要有几部分组成及其作用；答：由光源、分光系统、检测器三部分组成。

光源产生的光分为两路：一路通过样品，一路通过参比溶液。

切光器控制使参比光束和样品光束交替进入单色器。

检测器在样品吸收后破坏两束光的平衡下产生信号，该信号被放大后被记录。

2.紫外光谱在有机化合物结构鉴定中的主要贡献；答：在有机结构鉴定中，紫外光谱在确定有机化合物的共轭体系、生色团和芳香性等方面有独到之处。

3.在质谱中亚稳离子是如何产生的？以及在碎片离子解析过程中的作用是什么？答：离子m1在离子源主缝至分离器电场边界之间发生裂解，丢失中性碎片，得到新的离子m2。

这个m2与在电离室中产生的m2具有相同的质量，但受到同m1一样的加速电压，运动速度与m1相同，在分离器中按m2偏转，因而质谱中记录的位置在m*处，m*是亚稳离子的表观质量，这样就产生了亚稳离子。

第一章 绪论第二章 质谱习题及答案 第三章 紫外习题及答案 第四章 红外课后习题及答案 第五章 核磁课后习题及答案第一章 绪论第二章 质谱习题及答案解：A 、C 2H 3Cl ，B 、C 2H 6S分子离子峰为偶数表明含有偶数个氮或不含氮。

C x H y N z O w S S不含氮 含氮22RI(M+1)100 1.10.370.8RI(M)RI(M+2)(1.1)1000.2 4.4RI(M)200x z sx w s ⨯=++⨯=++22RI(M+1)100 1.10.370.8RI(M)RI(M+2)(1.1)1000.2 4.4RI(M)200x z sx w s⨯=++⨯=++A 、RI(M+1) 4.8100 1.10.37100RI(M)100x z ⨯=+=⨯，设z=1，则x=4.02，C 4N 分子量＞62，不合理。

所以无氮元素。

同理B ，设z=1，则x=3.11，C 3N 分子量＞62，不合理。

所以无氮元素。

同位素相对丰度表，p26表2.3。

对于A ，RI 相对丰度，M ：(M+2)=3:1，则A 中有氯原子，推断其分子式为CH 2=CHCl 对于A ，RI 相对丰度，M ：(M+2)=25:1，则A 中有硫原子，推断其分子式CH 3CH 2SH解：C 2H 2Cl 2，ClCH=CHClm/z=98分子离子峰，M ：(M+2)=6:1，有两个氯。

同位素相对丰度表，p26表2.3。

M-35=98-Cl ，M-36=98-HCl ，M-37=98-HCl-H解：m/z 142=M -43(⋅C 3H 7)，m/z 142=C 9H 20N ，(n-C 4H 9)3N, 分子离子峰为奇数表明含有奇数个氮。

C x H y N z O w S SRI(M+1)10100 1.10.37100RI(M)100x z ⨯=+=⨯，设z=1，则x=8.75，若z=3，则x=8.08，不合理。

波谱分析(spectra analysis)波谱分析的内涵与外延：定义：利用特定的仪器，测试化合物的多种特征波谱图，通过分析推断化合物的分子结构。

特定的仪器：紫外，红外，核磁，质谱，（X-射线，圆二色谱等）特征波谱图: 四大谱；X-射线单晶衍射，圆二色谱等化合物：一般为纯的有机化合物分子结构：分子中原子的连接顺序、位置；构象，空间结构仪器分析（定量），波谱分析（定性）综合性、交叉科学（化学、物理、数学、自动化、计算机）作用：波谱解析理论原理是物理学，主要应用于化学领域（天然产物化学和中药化学、有机化学、药物化学等），在药物、化工，石油，食品及其它工业部门有着广泛的应用；分析的主要对象是有机化合物。

第一章紫外光谱（ultraviolet spectra,UV)一、电磁波的基本性质和分类1、波粒二象性光的三要素：波长（λ），速度（c），频率 (v)电磁波的波动性电磁波的粒子性光速 c：c=3.0×10^10 cm/s 波长λ ：电磁波相邻波峰间的距离。

用nm,μm,cm,m 等表示频率v：v=c/ λ，用 Hz 表示。

光子具有能量，其能量大小由下式决定：E = hν = hc/λ (式中E为光子的能量，h为普朗克常数，其值为6.624× 10-34j.s )2、分子的能量组成（能级图）E 分子= E平＋ E转＋ E振＋E电子能量大小： E转< E振< E电子X-射线衍射紫外－可见光谱红外光谱微波吸收谱核磁共振谱内层电子能级跃迁外层电子分子振动与转动分子转动电子自旋核自旋X-射线远紫外近紫外可见近红外中红外远红外微波无线电波0.1~1nm 4~200nm 200~400nm400~800nm0.8~2.5um25~400um0.04~25cm25~1000cm 紫外光谱远紫外（4～200nm）：又叫真空紫外区近紫外（200～400nm）：又叫石英紫外区，最为常用。

电子跃迁类型的影响σ→σ*跃迁：150nm左右，真空紫外区n→σ*跃迁：一般小于200nm 弱吸收，ε约100π→π*跃迁：160～180nm（孤立双键），>200nm (共轭双键）强吸收，ε约104n→π*跃迁：200～400nm 弱吸收，ε约1002.3.表示方法和常用术语发色团：广义上讲，是分子中能吸收紫外光或可见光的结构系统。

《波谱分析》试题及答案(word版可编辑修改)
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波谱分析试题
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到高能态所需的能量是如何变化的？。

有机化合物波谱分析首先是红外光谱（IR）。

红外光谱是通过测量有机化合物在不同波长的红外光下吸收或散射的强度，来确定化合物中基团的种类和取代位置。

红外光谱仪可以测量有机化合物在红外光谱范围内的吸收频率和强度。

每个有机化合物都有独特的红外光谱图谱，这些图谱可以用来识别和鉴定化合物。

在红外光谱中，常见的吸收峰对应于不同的化学键和官能团，如C-H拉伸振动、O-H伸缩振动、C=O伸缩振动等。

其次是质谱（MS）。

质谱是一种测量分子的质量和分子结构的方法。

通过质谱仪，可以将有机化合物分子转化为带电粒子，然后测量这些带电粒子的质量和相对丰度。

质谱的主要结果是质谱图，其中质谱图的横坐标表示有机化合物的质量，纵坐标表示相对丰度。

通过质谱图，可以确定有机化合物的分子量和分子式。

此外，还可以通过分析质谱图中的碎片峰来推测有机化合物的结构和分子间的连接方式。

最后是核磁共振（NMR）。

核磁共振是一种通过测量有机分子中核自旋的性质来确定化合物结构的方法。

核磁共振谱仪可以测量有机化合物中不同核自旋的共振频率。

有机化合物中常见的核磁共振谱有氢谱（1HNMR）和碳谱（13CNMR）。

通过分析核磁共振谱图，可以确定有机化合物中不同氢原子或碳原子的化学位移、耦合常数和相对丰度。

这些信息可以用来推断有机分子的结构和取代位置。

综上所述，有机化合物的波谱分析是一种重要的方法，可以用于确定有机化合物的结构和组成。

红外光谱、质谱和核磁共振谱可以提供有机化合物的不同信息，互相补充，为化学家提供了强有力的工具来解析有机化合物的结构和性质。

通过熟练掌握这些波谱分析技术，化学家可以更准确地确定和鉴定有机化合物，推动有机化学的发展。