四大谱图解析
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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。
四大名谱(光谱、质谱、色谱、波谱)四大名谱(光谱、质谱、色谱、波谱)在检测领域,有四大名谱,分别为色谱、光谱、质谱、波谱,四大名谱都有各自的优缺点,为了能够最大限度的发挥每种分析仪器的最大优势,可将两种或三种仪器进行联用来分析样品,联用技术能够克服仪器单独使用时的缺陷。
是未来分析仪器发展的趋势所在。
四大名谱简介:质谱:分析分子或原子的质量,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:是一种分离、定性分析与定量分析的手段,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)。
1、质谱分析法质谱阐发法是将不同质量的离子按质荷比(m/z)的大小顺序收集和记录下来,得到质谱图,用质谱图进行定性、定量分析及结构分析的方法。
➢质谱分析法是物理分析法,早期主要用于相对原子质量的测定和某些复杂化合物的鉴定和布局阐发。
随着GC和HPLC等仪器和质谱仪联机成功以及计算机的飞速发展,使得质谱法成为阐发、鉴定复杂混合物的最有用工具。
质谱仪种类非常多,工作原理和应用范围也有很大的不同。
从应用角度,质谱仪可以分为下面几类:有机质谱仪:由于应用特点不同又分为:①气象色谱-质谱联用仪(GC-MS)在这类仪器中,由于质谱仪工作原理不同,又有气相色谱-四极质谱仪,气相色谱-飞行时间质谱仪,气相色谱-离子阱质谱仪等。
②液相色谱-质谱联用仪(LC-MS)一样,有液相色谱-四极质谱仪,液相色谱-离子阱质谱仪,液相色谱-飞行时间质谱仪,以及各种各样的液相色谱-质谱-质谱联用仪。
③其它有机质谱仪,主要有:基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪(MALDI-TOFMS),傅里叶变换质谱仪(FT-MS)。
5 某未知物的IR、1H NMR、MS谱图及13C NMR数据如下,紫外光谱在210 nm 以上无吸收峰,推导其结构。
未知物碳谱数据序号δc(ppm)碳原子个数序号δc(ppm)碳原子个数1 204.0 1 5 32.0 12 119.0 1 6 21.7 13 78.0 1 7 12.0 14 54.5 1 10.0 1[解] (1)分子式的推导MS:分子离子峰为m/z125,根据氮律,未知物分子中含有奇数个氮原子;13C NMR:分子中由7个碳原子;1H NMR:各质子的积分高度比从低场到高场为1:2:2:6,以其中9.50 ppm1个质子作基准,可算出分子的总氢数为11。
IR:1730 cm-1 强峰结合氢谱中9.5 ppm 峰和碳谱中204ppm峰,可知分子中含有一个-CHO;由相对分子量125-12×7-1×11-16×1=14,即分子含有1个N原子,所以分子式为C7H11NO。
(2)计算不饱和度Ω=3(该分子式为合理的分子式)(3)结构式推导IR:2250 cm-1有1个小而尖的峰,可确定分子中含一个R-CN基团;13C NMR:119 ppm处有一个季碳信号;UV:210 nm 以上没有吸收峰,说明腈基与醛基是不相连的。
1H NMR:H 数 峰型 结构单元6 单峰 CCH 3CH 32 2 多重峰对称 多重峰—CH 2—CH 2— (A 2B 2系统)1单峰—CHO可能组合的结构有:计算两种结构中各烷基 C 原子的化学位移值,并与实例值比较:从计算值与测定值的比较,可知未知物的正确结构式应为 B 。
(4)各谱数据的归属:IR :~ 2900cm -1 为CH 3 、CH 2 的υCH ,~ 1730 cm -1 为醛基的υC=O ,~ 2700 cm -1 为醛基的υCH ,~ 1450 cm -1为CH 3,CH 2的δCH ,~ 2250 cm -1为υC ≡N 。
13C-NMR谱图解析13C-NMR谱图解析流程1.分于式的确定2.由宽带去偶语的谱线数L与分子式中破原子数m比较,判断分子的对称性.若L=m,每一个碳原子的化学位移都不相同,表示分子没有对称性;若L<m,表示分子有一定的对称性,L值越小,分子的对称性越高。
3.标出各谙线的化学位移Qc,确定谙线的归属在结构鉴定中,常用的13C-NMR技术是宽带去偶和偏共振去偶。
根据宽带去偶谱测定的化学位移,偏共振去偶谱中各类碳的偶合谱线数,以及峰高相对和对称状况,对各谱线作大体归属,从而辨别碳核的类型和可能的官能团。
结构比较复杂的化合物,根据上述方法对13C-NMR谱线归属碰到困难时,可借助测定T1值作进一步的辨别,特别在归属不同季碳的谱线时,T1值的测定更有其实用价值。
另外,在1H-NMR谱线归属明确的情况下,还可采用质子选择去偶技术来归属难以辨认的13C-NMR 谱线。
在偏共振去偶时出现的虚假远程偶合现象也可以为归属某些特殊结构单元提供有用的信息,1H谱与13C谱相结合,有利于彼此信号归属。
各类碳核的化学位移范围如下图所示:表1基团类型Qc/ppm烷0-60炔60-90烯,芳香环90-160羰基1604.组合可能的结构式在谱线归属明确的基础上,列出所有的结构单元,并合理地组合成一个或几个可能的工作结构。
5.确定结构式用全部光谱材料和化学位移经验计算公式验证并确定惟一的或可能性最大的结构式,或与标准谱图和数据表进行核对。
经常使用的标准谱图和数据表有:经验计算参数1.烷烃及其衍生物的化学位移一般烷烃灸值可用Lindeman-Adams经验公式近似地计算:∑Qc5.2=nA-+式中:一2.5为甲烷碳的化学位移九值;A为附加位移参数,列于下表,为具有某同一附加参数的碳原子数。
表2注:1(3).1(4)为分别与三级碳、四级碳相连的一级碳;2(3)为与三级碳相连的二级碳,依此类推。
取代烷烃的Qc为烷烃的取代基效应位移参数的加和。
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。
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。
四大谱的原理与应用1. 什么是四大谱四大谱是指波形谱、频谱、时间域谱和功率谱,它们是信号处理中常用的四种分析方法。
这些谱图能够将信号的特征以图像的方式展示出来,从而方便对信号进行分析和处理。
2. 波形谱波形谱是将信号的波形图形与时间轴相对应的一种谱图。
它可以直观地展示信号的振幅、频率和相位等特征。
波形谱主要通过经典的示波器进行实时观测,适用于对信号的时域特性进行分析。
在应用中,波形谱常用于音频、视频信号的分析,能够帮助我们观察信号是否存在失真、噪声等问题,并进行相关的调整和处理。
3. 频谱频谱是将信号的频域特性以图形化的方式展示出来的谱图。
它可以分析信号中各个频率分量的强度、相位和分布情况。
频谱分析常用的方法有傅里叶变换、快速傅里叶变换等。
频谱分析在通信领域、音频处理等方面有着广泛的应用。
例如,通过频谱分析可以判断信号的带宽、频率偏移等问题,在无线电通信中可以有效地进行频谱分配和干扰分析。
4. 时间域谱时间域谱是将信号在时间轴方向上的波形图与信号强度相对应的一种谱图。
它主要用于分析信号中的时序关系、时域波形的延时、相位等特性。
时间域谱分析一般通过采用数字存储示波器等仪器进行处理。
在很多领域中,时间域谱常用于对信号的时域特性进行分析。
例如,在音频领域中,时间域谱能够直观地反映音频信号的声音强度、响度等特征,从而进行声音的增强、降噪等处理。
5. 功率谱功率谱是频谱的一种,它主要用于表示信号在各个频率范围上的功率。
功率谱分析在信号处理和通信领域中广泛应用。
通过功率谱分析,我们可以了解信号的频谱特性,判断信号的平均功率以及频率分布情况。
在实际应用中,功率谱分析可以用于调制解调、噪声分析等场景。
例如,在通信领域中,功率谱分析可以帮助我们了解信道的利用率,设计合理的载波分配方案等。
6. 总结四大谱是信号处理中常用的四种分析方法,它们分别是波形谱、频谱、时间域谱和功率谱。
这些谱图能够将信号的特征直观地展示出来,方便我们进行分析和处理。
四大光谱介绍⑴光具有波粒二象性E=hν=hc/λ,λ=c/ν,V=1/ λ。
熟悉波长λ、频率ν、波数、能量E的概念、单位及相互关系。
⑵熟悉电磁波谱图,包括紫外光区、红外光区的划分。
⑶了解分子总的能量E的组成,它包括E平动能,电子运动能E电、分子振动能量E振和分子转动能量E转。
电磁波(光波)照射物质时,分子要吸收一部分辐射,但是,吸收是量子化的,即只吸收某些特定频率的辐射,吸收的能量可以激发电子到较高的能级或增加分子振动能级和转动能级,从而产生特征的分子吸收光谱。
其中电子能级差最大、振动能级差次之,转动能级差最小。
只有恰好等于某个能级差时,分子才能吸收。
⑷了解吸收光谱与分子结构的关系。
分子中不同的基团表现出不同的吸收特征,因此,确定分子的吸收光谱可以推测分子可能存在的官能团。
⑸了解分子能级裂化与光谱的关系。
读者要了解吸收光谱的分类,以及电磁波谱区域与相应波谱方法的对应关系。
①紫外光谱法:波长在200—400nm的近紫外光,激发n及π电子跃迁②红外光谱法:波长在2.5—15μm激发振动与转动③核磁共振波谱法:波长在无线电波1—1000m激发原子核自旋能级。
质谱不同于以上三谱,不属于吸收光谱。
它不是描述一个分子吸收不同波长电磁波的能力,而是记录化合物蒸汽在高真空系统中,受到能量很小的电子束轰击后生成碎片正离子的情况。
⑹光吸收定律透射率T=透射光/入射光=I/I0,吸光度A=-logT=εbc(L-B定律)⑺物质吸收谱带的特征主要特征:位置(波长)及强度(几率)1、分子轨道形成与ζ,π及n轨道。
读者应习惯于用分子轨道表示分子结构。
处在分子轨道中的价电子主要涉及ζ,π,n,价电子的跃迁产生uv:ζ→ζ* π→π* n→n* 其能量次序大致为ζ<π<n<π*<ζ*据此,可以比较不同类型能级跃迁所需能量的大小,以及与吸收峰波长的关系。
2、电子能级和跃迁类型ζ→δ* 200nm以下,远红外区,饱和碳氢化合物,例如,CH4λmax=125nm。
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。