波普分析3 NMR 1
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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。
核磁共振波谱法核磁共振(NMR)波谱是一种基于特定原子核在外磁场中吸收了与其裂分能级间能量差相对应的射频场能量而产生共振现象的分析方法。
核磁共振波谱通过化学位移值、谱峰多重性、偶合常数值、谱峰相对强度和在各种二维谱及多维谱中呈现的相关峰,提供分子中原子的连接方式、空间的相对取向等定性的结构信息。
核磁共振定量分析以结构分析为基础,在进行定量分析之前,首先对化合物的分子结构进行鉴定,再利用分子特定基团的质子数与相应谱峰的峰面积之间的关系进行定量测定。
带正电荷的原子核在作自旋运动时,可产生磁场和角动量,其磁性用核磁矩µ表示,角动量P的大小与自旋量子数I有关(核的质量数为奇数,I为半整数;核的质量数为偶数,I为整数或0),其空间取向是量子化的;µ也是一个矢量,方向与P的方向重合,空间取向也是量子化的,取决于磁量子数m的取值(m=I, I-1,……-I,共有2I+1个数值)。
对于1H、13C 等I =1/2 的核,只有两种取向,对应于两个不同的能量状态,粒子通过吸收或发射相应的能量在两个能级间跃迁。
当自旋量子数I≠0的磁核处于一个均匀的外磁场H0中时,磁核因受到磁场的作用力而围绕着外磁场方向作旋转运动,同时仍然保持本身的自旋。
这种运动方式称为拉摩进动。
原子核的进动频率由下式决定:其中γ为旋磁比,是原子核的基本属性之一。
不同原子核的γ值不同,其值越大,核的磁性越强,在核磁共振中越容易被检测。
如果提供一个射频场,其ν满足:其中h为普朗克常数,则:即射频场的频率正好等于在磁场H0中的核进动频率,那么核就能吸收这一射频场的能量,导致在两个能级间跃迁,产生核磁共振现象。
核磁共振波谱是一专属性较好但灵敏度较低的分析技术。
低灵敏度的主要原因是基态和激发态的能量差非常小,通常每十万个粒子中两个能级间只差几个粒子(当外磁场强度约为2 T 时)。
核磁共振波谱仪常见的有两类核磁共振波谱仪:经典的连续波(CW)波谱仪和现代的脉冲傅里叶变换(PFT)波谱仪,目前使用的绝大多数为后者。
7.1.2 常见的波谱分析方法
☐常用结构鉴定手段:
核磁共振波谱(Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy, NMR);
质谱(Mass Spectroscopy, MS);
红外光谱(Infrared Spectroscopy, IR);
紫外可见光谱(Ultraviolet and Visible Absorption Spectroscopy, UV-Vis);
X线衍射;
折射率; 电诱导率; 熔点;
☐有机波谱分析主要包括:
NMR;MS; IR; UV-Vis
核磁共振技术(NMR)
利用带有核自旋的原子核产生的
磁共振现象来鉴别原子核所处的
不同化学环境,从而帮助推测未
知化合物结构。
质谱技术(MS)
通过各种电离方法获得分子离子
峰或准分子离子峰,从而测量有
机化合物的相对分子质量及分子
组成式。
红外光谱技术(IR)
通过检测分子内共价键的振动所
引起电磁辐射的吸收来确定分子
内所含共价键及官能团的种类。
波谱分析应用
化学,生物,化工,冶金,医药,临床,
食品,环境,军事,体育,考古,……。
核磁共振波谱扫描方式核磁共振波谱扫描方式是一种广泛应用于化学、生物和物理领域的高效分析方法。
通过这种方法,可以揭示物质中特定原子的结构与性质。
核磁共振波谱扫描主要依赖于外加磁场和射频信号的相互作用,以获取有关原子核的信息。
在本篇文章中,我们将详细讨论核磁共振波谱扫描的几种主要方式。
1.氢谱(1H-NMR):氢谱是核磁共振波谱中最常用的一种扫描方式。
它通过检测氢原子的信号来获取有关化合物结构的信息。
氢谱图中的信号强度与氢原子的数量成正比,因此,可以通过分析氢谱来确定化合物中氢原子的种类和相对数量。
2.碳谱(13C-NMR):碳谱用于检测化合物中的碳原子信号。
与氢谱相比,碳谱具有更高的分辨率,可以提供更详细的结构信息。
碳谱图中的信号强度与碳原子的数量成正比,因此,可以通过分析碳谱来确定化合物中碳原子的种类和相对数量。
3.氟谱(19F-NMR):氟谱用于检测化合物中的氟原子信号。
由于氟原子具有较小的原子尺寸和较高的电负性,氟谱在有机化合物结构分析中具有较高的灵敏度和分辨率。
氟谱图中的信号强度与氟原子的数量成正比,因此,可以通过分析氟谱来确定化合物中氟原子的种类和相对数量。
4.磷谱(31P-NMR):磷谱用于检测化合物中的磷原子信号。
磷谱在生物大分子和有机磷化合物分析中具有重要应用价值。
磷谱图中的信号强度与磷原子的数量成正比,因此,可以通过分析磷谱来确定化合物中磷原子的种类和相对数量。
5.二维核磁共振波谱(2D-NMR):二维核磁共振波谱是一种高级的核磁共振技术,可以在两个相互垂直的频率轴上同时获取有关原子核的信息。
二维核磁共振波谱广泛应用于蛋白质结构分析、代谢物指纹图谱构建等领域。
6.固体核磁共振波谱(Solid-State NMR):固体核磁共振波谱主要用于分析固态材料中的原子核信息。
与液态核磁共振波谱相比,固体核磁共振波谱具有更高的分辨率和灵敏度。
固体核磁共振波谱应用于材料科学、地质学和生物物理等领域。