分析化学重点

1、本章小结 1基本概念及术语 准确度：分析结果与真实值接近的程度，其大小可用误差表示。 精密度：平行测量的各测量值之间互相接近的程度，其大小可用偏差表示。 系统误差：是由某种确定的原因所引起的误差，一般有固定的方向（正负）和大小，重复测定时重复出现。包括方法误差、仪器或试剂误差及操作误差三种。 偶然误差：是由某些偶然因素所引起的误差，其大小和正负均不固定。 有效数字：是指在分析工作中实际上能测量到的数字。通常包括全部准确值和最末一位欠准值（有±1个单位的误差）。 2重点和难点 （1）准确度与精密度的概念及相互关系 准确度与精密度具有不同的概念，当有真值（或标准值）作比较时，它们从不同侧

2、面反映了分析结果的可靠性。准确度表示测量结果的正确性，精密度表示测量结果的重复性或重现性。虽然精密度是保证准确度的先决条件，但高的精密度不一定能保证高的准确度，因为可能存在系统误差。只有在消除或校正了系统误差的前提下，精密度高的分析结果才是可取的，因为它最接近于真值（或标准值），在这种情况下，用于衡量精密度的偏差也反映了测量结果的准确程度。 （2）系统误差与偶然误差的性质、来源、减免方法及相互关系 系统误差分为方法误差、仪器或试剂误差及操作误差。系统误差是由某些确定原因造成的，有固定的方向和大小，重复测定时重复出现，可通过与经典方法进行比较校准仪器、作对照试验、空白试验及回收试验等方法，检查及

3、减免系统误差。偶然误差是由某些偶然因素引起的，其方向和大小都不固定，因此，不能用加校正值的方法减免。但偶然误差的出现服从统计规律，因此，适当地增加平行测定次数，取平均值表示测定结果，可以减小偶然误差。二者的关系是，在消除系统误差的前提下，平行测定次数越多，偶然误差就越小，其平均值越接近于真值（或标准值）。 （3）有效数字保留、修约及运算规则 保留有效数字位数的原则是，只允许在末位保留一位可疑数。有效数字位数反映了测量的准确程度，绝不能随意增加或减少。在计算一组准确度不等（有效数字位数不等）的数据前，应采用“四舍六入五留双”的规则将多余数字进行修约，再根据误差传递规律进行有效数字的运算。几个数据

4、相加减时，和或差有效数字保留的位数，应以小数点后位数最少（绝对误差最大）的数据为依据；几个数据相乘除时，积或商有效数字保留的位数，应以相对误差最大（有效数字位数最少）的数据为准，即在运算过程中不应改变测量的准确度。 （7）可疑数据取舍 在一组平行测量值中常常出现某一、两个测量值比其余值明显地偏高或偏低，即为可疑数据。首先应判断此可疑数据是由过失误差引起的，还是偶然误差波动性的极度表现？若为前者则应当舍弃，而后者需用Q检验或G检验等统计检验方法，确定该可疑值与其它数据是否来源于同一总体，以决定取舍。 （8）数据统计处理的基本步骤 进行数据统计处理的基本步骤是，首先进行可疑数据的取舍（Q检验或G检

5、验），而后进行精密度检验（F检验），最后进行准确度检验（t检验）。 （9）相关与回归分析 相关分析就是考察x与y两个变量间的相关性，相关系数r越接近于±1，二者的相关性越好，实验误差越小，测量的准确度越高。回归分析就是要找出x与y两个变量间的函数关系，若x与y之间呈线性函数关系，即可简化为线性回归。 3基本计算 （1）绝对误差： x µ （2）相对误差：相对误差（3）绝对偏差：（4）平均偏差：（5）相对平均偏差：相对偏差（6）标准偏差：S = -（7）相对标准偏差：RSD（8）样本均值与标准值比较的t 检验：（9）两组数据均值比较的t检验：（10）两组数据方差比较的F检验：

6、（11）可疑数据取舍的Q检验： 最小 最大邻近 可疑 （12）可疑数据取舍的G检验： 本章小结 一、主要内容 1基本概念 化学计量点：滴定剂的量与被测物质的量正好符合化学反应式所表示的计量关系的一点。 滴定终点：滴定终止（指示剂改变颜色）的一点。 滴定误差：滴定终点与化学计量点不完全一致所造成的相对误差。可用林邦误差公式计算。 滴定曲线：描述滴定过程中溶液浓度或其相关参数随加入的滴定剂体积而变化的曲线。 滴定突跃和突跃范围：在化学计量点前后±0.1%，溶液浓度及其相关参数发生的急剧变化为滴定突跃。突跃所在的范围称为突跃范围。 指示剂：滴定分析中通过其颜色的变化来指示化学计量点到达的试

7、剂。一般有两种不同颜色的存在型体。 指示剂的理论变色点：指示剂具有不同颜色的两种型体浓度相等时，即In=XIn时，溶液呈两型体的中间过渡颜色，这点为理论变色点。 指示剂的变色范围：指示剂由一种型体颜色变为另一型体颜色时溶液参数变化的范围。 标准溶液：浓度准确已知的试剂溶液。常用作滴定剂。 基准物质：可用于直接配制或标定标准溶液的物质。 2基本理论 （1）溶液中各型体的分布：溶液中某型体的平衡浓度在溶质总浓度中的分数称为分布系数i。 弱酸HnA有n+1种可能的存在型体，而分子依次为其中相应的各项。 能形成n级配合物MLn的金属离子在配位平衡体系中也有n+1种可能的存在型体。各型体的分布系数计算：

8、分母为1+，分子依次为其中相应的各项。（2）化学平衡处理方法： 质量平衡：平衡状态下某一组分的分析浓度等于该组分各种型体的平衡浓度之和。 注意：在质量平衡式中，各种型体平衡浓度前的系数等于1摩尔该型体中含有该组分的摩尔数。 电荷平衡：溶液中荷正电质点所带正电荷的总数等于荷负电质点所带负电荷的总数。 注意:在电荷平衡方程中，离子平衡浓度前的系数等于它所带电荷数的绝对值；中性分子不包括在电荷平衡方程中。 质子平衡：酸碱反应达平衡时，酸失去的质子数与碱得到的质子数相等。 写质子条件式的要点是： a从酸碱平衡体系中选取质子参考水准（又称零水准），它们是溶液中大量存在并参与质子转移反应的物质。 b根据质

9、子参考水准判断得失质子的产物及其得失的质子数，绘出得失质子示意图（包括溶剂的质子自递反应）。 c根据得、失质子数相等的原则写出质子条件式。质子条件式中应不包括质子参考水准，也不含有与质子转移无关的组分。由于水溶液中的水也参与质子转移，所以水是一个组分。 注意：在质子条件式中，得失质子产物平衡浓度前的系数等于其得、失质子数。还可采用质量平衡和电荷平衡导出质子条件式。 3基本计算 （1）滴定分析的化学计量关系：（2）标准溶液配制：（3）标准溶液的标定：× =（两种溶液） （B为固体基准物质） （4） 被测物质质量：（5） 有关滴定度计算： （与物质量浓度的关系） 二、重点和难点 （一）滴

10、定分析 滴定曲线是以加入的滴定剂体积（或滴定百分数）为横坐标，溶液中组分的浓度或其有关某种参数（如pH、电极电位等）为纵坐标绘制的曲线。滴定曲线一般可以分为三段，其中在化学计量点前后±0.1%（滴定分析允许误差）范围内，溶液浓度或性质参数（如酸碱滴定中的pH）的突然改变称为滴定突跃，突跃所在的范围称为突跃范围。一般滴定反应的平衡常数越大，即反应越完全，滴定突跃就越大，滴定越准确。 虽然大部分滴定（酸碱滴定、沉淀滴定、配位滴定）曲线的纵坐标都是溶液中组分（被测组分或滴定剂）浓度的负对数，但为了把氧化还原滴定（以溶液的电极电位为纵坐标）包括在内，因而选用某种“参数”为纵坐标。还应当指出，

11、本章描述的只是滴定曲线的一种形式，即随着标准溶液的加入，“参数”（如pH）升高。实际还有与此相反的滴定曲线，如以酸标准溶液滴定碱时，随着酸的加入，溶液的pH值降低。 （二）滴定分析计算 1滴定分析计算的一般步骤 正确写出滴定反应及有关反应的反应方程式。找出被滴定组分与滴定剂之间的化学计量关系（摩尔数比）。根据计算关系和有关公式进行正确计算。 2滴定分析计算应注意的问题 （1）找准化学计量关系：反应物之间的计量关系是滴定分析计算的基础。对于比较简单的一步反应，由反应式即可看出计量关系。对于步骤比较多的滴定分析，如返滴定、置换滴定和间接滴定，则需逐步分析各反应物间的计量关系，然后确定待分析组分与标

12、准溶液间的计量关系。 （2）各物理量的单位（量纲）：一般，质量m的单位为g，摩尔质量M的单位为g/mol，n的单位为mol，体积V的单位为L，但在滴定分析中常以ml为单位，因此计算时需将ml转换成以L为单位，或将 g转换成以mg为单位。 （3）摩尔数比和物质的量相等两种方法的比较：因为物质的量浓度与物质的基本单元密切相关，因此进行滴定分析计算时要特别注意物质的基本单元。教材采用摩尔数比的计算方法，在此方法中，物质的基本单元就是反应方程式中的分子式，其摩尔质量就是通常的分子量，反应物之间的摩尔数比就是反应式中的系数之比。如果采用物质的量相等（等物质的量）的方法进行计算，即计量点时两反应物的物质的

13、量相等，则需要注意，这时物质的基本单元要根据具体化学反应来决定，一般来说，在酸碱滴定中得失一个质子的单元或氧化还原滴定中得失一个电子的单元为基本单元。 （三）分布系数和化学平衡 1水溶液中溶质各型体的分布和分布系数 在平衡体系中，一种溶质往往以多种型体存在于溶液中。其分析浓度是溶液中该溶质各种型体平衡浓度的总和，平衡浓度是某型体的浓度，以符号 表示。分布系数是溶液中某型体的平衡浓度在该溶质总浓度中所占的分数，又称为分布分数，即：（1）弱酸（碱）分布系数：决定于该酸（碱）的性质（即Ka或Kb）和溶液的酸度，而与总浓度无关。 （2）配位平衡中各型体（各级配合物）的分布系数与配合物本身的性质（累积稳

14、定常数）及L的大小有关。对于某配合物，i 值是一定的，因此，i 值仅是L的函数。M离子各型体MLi 的平衡浓度均可由下式求得： 通过学习学生应该能自己推导出其他体系（如弱碱溶液）中的各型体分布。学习分布系数的目的是为后续几章的副反应系数（如酸效应系数、配位效应系数等）奠定基础。 2化学平衡 包括质量平衡、电荷平衡和质子平衡，其中质子平衡是学习的重点，这为酸碱滴定中溶液pH计算奠定基础。 质子平衡：当酸碱反应达到平衡时，酸失去的质子数与碱得到的质子数相等。 写出质子条件式的要点是：选取溶液中大量存在并参与质子转移反应的物质为质子参考水准（又称零水准）。找出得失质子的产物及其得失质子的物质的量。根

15、据得失质子的量相等的原则写出质子条件式。质子条件式中不包括质子参考水准本身，也不含有与质子转移无关的组分。 本章小结 1基本概念 电磁辐射：是一种以巨大速度通过空间而不需要任何物质作为传播媒介的光子流。 磁辐射性质：波动性、粒子性 电磁波谱：所有的电磁辐射在本质上是完全相同的，它们之间的区别仅在于波长或频率不同。若把电磁辐射按波长长短顺序排列起来，即为电磁波谱。 光谱和光谱法：当物质与辐射能相互作用时，物质内部发生能级跃迁，记录由能级跃迁所产生的辐射能强度随波长（或相应单位）的变化，所得的图谱称为光谱。利用物质的光谱进行定性、定量和结构分析的方法称光谱法。 非光谱法：是指那些不以光的波长为特征

16、讯号，仅通过测量电磁辐射的某些基本性质（反射、折射、干涉、衍射和偏振）的变化的分析方法。 原子光谱法：测量气态原子或离子外层电子能级跃迁所产生的原子光谱为基础的成分分析方法。为线状光谱。 分子光谱法：以测量分子转动能级、分子中原子的振动能级（包括分子转动能级）和分子电子能级（包括振转能级跃迁）所产生的分子光谱为基础的定性、定量和物质结构分析方法。为带状光谱。 吸收光谱法：物质吸收相应的辐射能而产生的光谱，其产生的必要条件是所提供的辐射能量恰好满足该吸收物质两能级间跃迁所需的能量。利用物质的吸收光谱进行定性、定量及结构分析的方法称为吸收光谱法。 发射光谱法：发射光谱是指构成物质的原子、离子或分子

17、受到辐射能、热能、电能或化学能的激发跃迁到激发态后，由激发态回到基态时以辐射的方式释放能量，而产生的光谱。利用物质的发射光谱进行定性定量及结构分析的方法称为发射光谱法。 2基本计算 （1）电磁辐射的频率：（2）电磁辐射的能量 E = h= 3光谱分析仪器组成：辐射源、分光系统、检测系统 第十章本章小结 1基本概念 透光率(T)：透过样品的光与入射光强度之比。吸光系数(E)：吸光物质在单位浓度及单位厚度时的吸光度。根据浓度单位的不同，常有摩尔吸光系数和百分吸光系数电子跃迁类型： (1)®*跃迁：处于成键轨道上的电子吸收光能后跃迁到*反键轨道。饱和烃中电子跃迁均为此种类型，吸收波长150

18、nm。 (2)®*跃迁：处于成键轨道上的电子吸收光能后跃迁到*反键轨道上，所需的能量小于®*跃迁所需的能量。孤立的®*跃迁吸收波长一般在200nm左右，共轭的®*跃迁吸收波长 200nm，强度大。 (3)n®*跃迁：含有杂原子不饱和基团，其非键轨道中的孤对电子吸收能量后向*反键轨道跃迁，这种吸收一般在近紫外区(200400nm)，强度小。 (4) n®*跃迁：含孤对电子的取代基，其杂原子中孤对电子吸收能量后向*反键轨道跃迁，吸收波长约在200nm。 以上四种类型跃迁所需能量®*n®*®*n®*

19、(5)电荷迁移跃迁和配位场跃迁 生色团：有机化合物分子结构中含有®*或n®*跃迁的基团，能在紫外可见光范围内产生吸收的原子团。 助色团：含有非键电子的杂原子饱和基团，与生色团或饱和烃连接时，能使该生色团或饱和烃的吸收峰向长波方向移动，并使吸收强度增加的基团。 红移(长移)：由于化合物的结构改变，如发生共轭作用、引入助色团以及溶剂改变等，使吸收峰向长波方向移动。 蓝移(紫移或短移)：当化合物的结构改变或受溶剂影响使吸收峰向短波方向移动。 增色效应：由于化合物结构改变或其他原因，使吸收强度增加。 减色效应：由于化合物结构改变或其他原因，使吸收强度减小。 强带：化合物的紫外可见吸

20、收光谱中，摩尔吸光系数值大于104的吸收峰。 弱带：化合物的紫外可见吸收光谱中，摩尔吸光系数值小于102的吸收峰。 吸收带及其特点 吸收带符号 跃迁类型 波长(nm) 吸收强度2基本原理 （1）Lambert-Beer定律：当一束平行单色光通过均匀的非散射样品时，样品对光的吸收度与样品的浓度及厚度成正比。A=ECl （2）吸光度的加和原理：溶液中存在多种无相互作用的吸光物质时，体系的总吸光度等于各物种吸光度之和。 A总=Aa+Ab+Ac+ （3）计算分光光度法： 双波长分光光度法：等吸收双波长消去法和系数倍率法均利用使DA干扰=0，DA信号=DA被测原理消去干扰组分的吸光度值。 导数光谱法：利

21、用导数光谱的输出信号更多、更明显(可显示出结构相似的不同化合物的微小差别)及易于辨认等特点定性；利用导数光谱法能消除背景干扰及分离重叠谱带等优势定量。 褶合光谱法：是一种信号处理技术，即通过褶合变换，显示原始光谱在构成上的局部细节特征，对结构相似的物质进行定性鉴别；同时减少了混合物中共存组分之间的数学相关性，因而可以测定共存组分的含量。 3基本计算 （1）Lambert-Beer定律数学表达式： A=lgT=ECl 或 T=10A=10ECl （2）摩尔吸光系数与百分吸光系数的关系： （3）单组分定量： 吸光系数法：CA/El 校正曲线法 等吸收双波长消去法：系数倍率法：A十一章节小结 1基本

22、概念： 荧光的定义：物质分子接受光子能量而被激发，然后从激发态的最低振动能级返回基态时发射出的光称为荧光。 振动弛豫 物质分子吸收能量后，跃迁到电子激发态的几个振动能级上。激发态分子通过与溶剂分子的碰撞而将部分振动能量传递给溶剂分子，其电子则返回到同一电子激发态的最低振动能级的过程。 内部能量转换（简称内转换） 当两个电子激发态之间的能量相差较小以致其振动能级有重叠时，受激分子常由高电子能级以无辐射方式转移至低电子能级的过程。荧光发射 处于激发单重态的分子，通过内转换及振动弛豫，返回到第一激发单重态的最低振动能级，然后再以辐射形式发射光量子而返回至基态的任一振动能级上，这时发射的光量子称为荧光

23、。 外部能量转换（简称外转换） 在溶液中激发态分子与溶剂分子及其他溶质分子之间相互碰撞而以热能的形式放出能量的过程。 体系间跨越 在某些情况下处于激发态分子的电子发生自旋反转而使分子的多重性发生变化，分子由激发单重态跨越到激发三重态的过程。 磷光发射 经过体系间跨越的分子再通过振动弛豫降至激发三重态的最低振动能级，分子在此三重态的最低振动能级存活一段时间后返回至基态的各个振动能级而发出的光辐射。 激发光谱和发射光谱： 激发光谱是荧光强度（F）对激发波长（ex）的关系曲线，它表示不同激发波长的辐射引起物质发射某一波长荧光的相对效率 发射光谱（也称荧光光谱）是荧光强度（F）对发射波长（lem）的关

24、系曲线，它表示当激发光的波长和度保持不变时，在所发射的荧光中各种波长组分的相对强度。 2基本原理 （1）荧光是物质分子接受光子能量被激发后，从激发态的最低振动能级返回基态时发射出的光。荧光分析法具有敏度高、选择性好的优点。 （2）荧光光谱具有如下特征：荧光波长总是大于激发光波长、荧光光谱的形状与激发波长无关、荧光光谱与激发光谱存在“镜像对称”关系。 （3）能够发射荧光的物质应同时具备的两个条件：j物质分子必须有强的紫外-可见吸收。k物质分子必须有一定的荧光效率。 （4）在荧光法测定时常有散射光存在，主要有瑞利散射和拉曼散射：j瑞利散射 光子和物质分子发生弹性碰撞，不发生能量的交换，仅仅是光子运

25、动方向发生改变，其波长与入射光波长相同。k拉曼散射 光子和物质分子发生非弹性碰撞时，在光子运动方向发生改变的同时，光子与物质分子发生能量的交换，发射出比入射光稍长或稍短的光。波长比入射光更长的拉曼散射光对荧光测定有干扰。采取一定的措施（如选择适当的波长或溶剂）可消除拉曼光的干扰。 （5）荧光法常被用于定性和定量分析，但其定量应用更为广泛。荧光分析法定量的依据是：当ECL0.05时，F=2.3KI0ECl=KC 。可采用的定量分析方法有：j校正曲线法k比例法l联立方程式法。 （6）用于荧光法测定的仪器是荧光分光光度计，其主要部件包括：激发光源、激发单色器（置于样品池前）和发射单色器（置于样品池后

26、）、样品池及检测系统（与样品池呈垂直方向）。 （7）为进一步提高荧光分析法灵敏度和选择性，发展了其他的荧光分析技术，主要有激光荧光分析、时间分辨荧光和同步荧光分析等。 十二本章小结 1基本概念 红外吸收光谱法：以连续波长的红外光为光源照射样品引起分子振动能级之间跃迁，而产生红外吸收光谱。红外线（或红外辐射）是指波长在0.761 0 0 0µm范围内的电磁辐射。基频峰：当分子吸收一定频率的红外线，由振动基态(V=0)跃迁至第一激发态(V= 1 )时，所产生的吸收峰。 泛频峰：将倍频峰、合频峰及差频峰统称为泛频峰。 倍频峰 分子吸收一定频率的红外线后，分子振动能级由基态跃 迁至第二激发态

27、、第三激发态等所产生的吸收峰，分别称为二倍频峰、三倍频峰等，这些吸收峰统称为倍频峰。伸缩振动：化学键两端原子沿着键轴方向作规律性的伸缩运动。 弯曲振动：键角发生规律性变化的振动，又称为变形振动。 振动自由度：分子基本振动的数目。 简并：振动形式不同但振动频率相同而合并的现象。 红外活性振动：能引起偶极矩变化而吸收红外线的振动。 红外非活性振动：不能引起偶极矩变化，不吸收红外线的振动。 费米共振：由频率相近的泛频峰与基频峰的相互作用而产生的， 结果使泛频峰的强度增加或发生分裂。 振动偶合：分子中两个或两个以上相同的基团靠得很近时，相同基团之间发生偶合，使其相应特征吸收峰发生分裂。 特征峰：凡是能

28、用于鉴别基团存在的吸收峰。 相关峰：由一个基团产生的一组相互具有依存关系的吸收峰。 特征区：4 0 0 0 1 3 0 0 c m1的区域称为特征区。指纹区：1 3 0 0 4 0 0 c m1区域称为指纹区。 2基本原理 （1）红外吸收光谱法的基本原理，即分子振动能级和振动形式、红外吸收光谱产生的条件和吸收峰强度、吸收峰的位置、特征峰和相关峰； （2）红外吸收光谱产生的条件：EL =Vh 或L=V； 0。 （3）基频峰的分布规律：u 愈小， 愈高。u 相同，K 愈大， 愈高。u相同时，一般。 （4）红外光谱解析的一般步骤 （5）红外光谱解析的一般原则 （6）解析光谱的顺序：先特征区，再指纹区

29、。 （7）有机化合物的典型光谱：掌握脂肪烃类、芳香烃类、醇、 酚及醚类、含羰基化合物、含氮有机化合物等各类化合物的典型光谱特征。 （8）光栅红外光谱仪主要部件、工作原理及傅立叶变换红外光谱法的主要特点。 3主要计算公式 （1）分子振动能级的能量 EV (V+21)h （2）照射频率与基团固有频率的关系 LVn （3）分子的振动自由度 f = 3N（运动自由度）平动自由度转动自由度 线性分子振动自由度 f = 3N -5 非线性分子振动自由度 f =3N -6 （4）基频峰位 （5）由分子式计算不饱和度的经验式 本章小结 1基本概念 共振吸收线：原子从基态激发到能量最低的激发态（第一激发态）产生

30、的谱线。 半宽度：原子吸收线中心频率(0)的吸收系数一半处谱线轮廓上两点之间的频率差。 积分吸收：吸收线轮廓所包围的面积，即气态原子吸收共振线的总能量。 峰值吸收：通过测量中心频率处的吸收系数来测定吸收度和原子总数。 光谱项、原子能级图、空心阴极灯、原子化器、特征浓度、特征质量。 2基本原理 （1）原子吸收光谱分析法是基于原子蒸气对同种元素特征谱线的共振吸收作用来进行定量分析的方法。 （2）吸收线轮廓是指具有一定频率范围和形状的谱线，它可用谱线的半宽度来表征。吸收线轮廓是由自然变宽、热变宽、压力变宽等原子本身的性质和外界因素影响而产生的。 （3）采用测量峰值吸收的方法来代替测量积分吸收，必须满

31、足以下条件：发射线轮廓小于吸收线轮廓；发射线与吸收线频率的中心频率重合。 （4）原子吸收光谱分析法的定量关系式：A=Kc，常用的方法有：标准曲线法、标准加入法、内标法等。 （5）在原子吸收分光光度法中，干扰效应主要有：电离干扰、物理干扰、光学干扰及非吸收线干扰（背景干扰）、化学干扰等。消除方法有：加入缓冲剂、保护剂、消电离剂、配位剂等；采用标准加入法和改变仪器条件（如分辨率、狭缝宽度）或背景扣除等。 3原子吸收分光光度计主要由锐线光源、原子化器、分光系统和检测系统组成。 第十四章 核磁共振波谱法 本章小结 1基本概念 屏蔽效应：核外电子及其他因素对抗外加磁场的现象。 局部屏蔽效应：核外成键电子

32、云在外加磁场的诱导下，产生与外加磁场方向相反的感应磁场，使氢核实受磁场强度稍有降低的现象。 磁各向异性效应：在外加磁场作用下，由化学键产生的感应磁场使在分子中所处的空间位置不同的核屏蔽作用不同的现象。 驰豫历程：激发核通过非辐射途径损失能量而恢复至基态的过程。 化学位移：质子由于在分子中所处的化学环境不同，而有不同的共振频率。 自旋偶合：核自旋产生的核磁矩间的相互干扰。 自旋分裂：由自旋偶合引起核磁共振峰分裂的现象称为自旋-自旋分裂。 偶合常数：由自旋分裂产生的峰裂距，反映偶合作用的强弱。 磁等价：分子中一组化学等价核（化学位移相同的核）与分子中的其它任何一个核都有相同强弱的偶合，则这组核为磁

33、等价。 自旋系统：分子中几个核相互发生自旋偶合作用的独立体系称为自旋系统。 2基本理论 （1）共振吸收条件 0= m=±1 （2）影响化学位移的因素:氢核邻近原子或基团的电负性越大，值增大。磁各向异性效应使处于负屏蔽区的氢核值大，处于正屏蔽区的氢核值小。氢键中质子增大。分子间氢键使化学位移的改变与溶剂的性质和浓度有关。 （3）自旋分裂：一级图谱的裂分一般具有如下规律：裂分峰数目由相邻偶合氢核数目n决定，符合n+1律，多重峰峰高比为二项式展开式的系数比。I1/2 时，符合2nI+1律。有多组偶合程度相等的1H核时，则呈现（n+ n'+）+1个子峰；如果偶合程度不同时，则呈现(n

34、+1 )(n'+1 )个子峰。多重峰的位置，是以化学位移值为中心左右对称，并且各裂分峰间距相等。 3基本计算 （1）进动频率()与外磁场强度(H0)关系式La r mo r方程式： = 20rH（2）屏蔽效应存在时的La rm o r方程式： =2(1-)H0 （3）化学位移： 若固定磁场强度H0，扫频，则： 6 61010 (ppm) 第十五章 质谱法 （三）基本概念及术语 1.质谱分析法:应用多种离子化技术，将物质分子转化为气态离子并按质荷比(mz)大小进行分离并记录其信息，从而进行物质结构分析的方法。质谱法实质上是分离和测定分子、离子或原子质量的一种物理方法。 2.相对丰度：一般

35、将质谱图上最强的离子峰定为基峰并定为相对强度为100%，其余峰按与基峰的比例加以表示的峰强度为相对丰度，又称相对强度。 3.离子源:又称电离源。其功能是将样品导入系统引入的气态样品分子转化 成离子，同时又具有准直和聚集作用，使离子会聚成具有一定几何形状和能量的离子束进入质量分析器。常见的有电子轰击源EI、化学电离源CI、快原子轰击源FAB、大气压电离源API、基质辅助激光解吸电离源MALDI等。 4.质量分析器：依据不同方式将样品离子按质荷比m/z分开，得到按质荷比大小顺序排列的质谱图。质量分析器的主要类型有：磁质量分析器、四极滤质器、飞行时间分析器、离子阱质量分析器和离子回旋共振分析器等。

36、5.分子离子：化合物分子通过某种电离方式，失去一个外层价电子而形成带正电荷的离子称为分子离子，用m+ 表示。 6.碎片离子峰:分子离子产生后可能具有较高的能量，通过进一步碎裂或重 排而释放能量，碎裂后产生的离子形成的峰称为碎片离子峰。 7.亚稳离子：离子（m1+）脱离离子源后，在飞行过程中发生裂解而形成的低质量离子（m2+）表示。，通常用m* 8.同位素离子：有些元素具有一定自然丰度的同位素，所以在质谱图上出现一些Ml，M2的峰，由这些同位素形成的离子峰称为同位素离子峰。 9.单纯开裂：单纯开裂：仅一个键发生开裂并脱去一个游离基，称单纯开裂。 10.重排开裂：质谱中某些离子通过断裂两个或两个以

37、上化学键重新排列形 成，这种裂解称为重排开裂。重排开裂一般脱去一中性分子，同时发生重排，生成重排离子。 二、重点和难点 1质谱仪的基本组成 包括真空系统、样品导入系统、离子源、质量分析器和离子检测系统五个 部分，其中离子源和质量分析器是质谱仪的两个核心部件。 2.离子源种类和工作原理 离子源是质谱仪的心脏，有多种电离源可供选择，如电子轰击源、化学电离源、快原子轰击源、大气压化学电离源、电喷雾电离源及基体辅助激光解吸电离源，无机质谱仪采用的ICP离子源等。 （1）电子轰击电离源（EI）：电加热锑或钨丝到2000,产生高速的电子束， 样品经过气化进入电离室，与电子流撞击，若获得能量高于分子的电离能

38、则分子M失去电子而发生电离或碎裂，通常失去一个电子而形成分子离子。即：轰击电子的能量大于样品分子的电离能，使样品分子电离。电子轰击质谱能提供有机化合物最丰富的结构信息，有较好的重现性，其裂解规律的研究也最为完善，已经建立了数万种有机化合物的标准谱图库可供检索。其主要缺点在于不适用于分析难挥发和热稳定性差的样品。 （2）化学电离源(CI)：化学电离是利用低压样品气与高压的反应气，在高 能电子流(500eV)轰击下，发生离子分子反应来进行。反应气在具有一定能量的电子流的作用下电离或者裂解。生成的离子和反应气分子进一步反应或与样品分子发生离子-分子反应，通过质子交换使样品分子电离。化学电离属于软电离

39、方式，通常准分子离子峰强度大，易获得有关化合物基团的信息。其主要缺点是重现性较差，且不适合于难挥发、热不稳定样品的分析。 3.质谱仪的主要性能指标 （1）质量范围：质谱仪能够进行分析的样品的相对原子质量(或相对分子质量)或m/z最小到最大的质量范围。 （2）分辨率：指质谱仪分开相邻质量离子的能力。 4.质谱中的主要离子及其裂解类型 （1）分子离子峰：化合物分子通过某种电离方式，失去一个外层价电子而 形成带正电荷的离子称为分子离子。 M + e M+· + 2e 分子离子是分子失去一个电子所得的离子，所以其m/z数值等于化合物的相对分子质量，并由此推断化合物的分子式，是有机化合物的重要

40、质谱数据。 分子离子峰位于质谱图中m/z值最大的位置，处于质谱图的最右端。但质谱图中最右端的峰，不一定就是分子离子峰。还应注意：当出现M+n(n=1,2)同位素峰时，同位素峰可能出现在质荷比最高处；某些分子离子不稳定，可能被电子轰击后全部裂解为离子而不出现分子离子峰，这时质谱图中m/z值最大的位置是碎片离子而非分子离子；样品中杂质在高质量端出峰，干扰大。因此确定分子离子峰时需考虑以下几点：分子离子峰的质量必须符合氮数规律；有机化合物分子离子峰稳定性(相对强度)顺序，各类化合物分子离子稳定性规律：芳环>共轭多烯>烯>环状化合物>羰基化合物>直链烷烃>醚>

41、酯>胺>酸>醇>高度分支烷烃。与分子离子化学稳定性一致。分子离子峰与其相邻质荷比较小的碎片离子的质量差应合理。 （2） 碎片离子峰：分子离子产生后可能具有较高的能量，将会通过进一步 碎裂或重排而释放能量，碎裂后产生的离子形成的峰称为碎片离子峰。断裂产生的碎片离子与分子结构密切相关，通过各种碎片离子相对峰高的分析，有可能获得整个分子结构的信息。但由此获得的分子拼接结构并不总是合理的，因为碎片离子并不是只由M+·一次碎裂产生，而且可能会由进一步断裂或重排产生，因此要准确地进行定性分析最好与标准图谱进行比较。 （3） MeM+· 裂解初级碎片离子 裂解或重

42、排 次级碎片离子 （3）亚稳离子：离子（m1+）脱离离子源后并在到达质量分析器前，由于其内能较高或相互碰撞等因素，在飞行过程中可能发生裂解而形成低质量的离子（M2），这种离子的能量比在离子源中产生的m2+ 离子的能量小，且不稳定，在质谱中称其为亚稳离子，通常用m+表示。亚稳离子的特点是：峰位低于m2+峰，其原因是：虽然m2+离子和m+离子均系m1+离子派生的相同质量离子但因m+离子的能量在飞行途中被中性碎片带走了一部分，故m+离子较m2+离子的能量小，其在磁场中的偏转半径R小于m2+离子，因此，其峰位出现在较m2+离子低的质量区 (前体离子)在离子源中裂解m2+(产物离子)+中性碎片在飞行途中

43、裂解m*(亚稳离子)+中性碎片Br的丰度比很大，因此含有S、Cl、Br的分子离子或碎片离子其M+2峰强度较大，故可根据M和M+2两个峰强比推断分子中是否含有S、Cl、Br及其原子数目。单独含有氯或溴的有机化合物，同位素的峰强比可近似按二项展开式计算，其中n是分子中含氯或溴原子的数目，a、b分别为轻同位素和重同位素的丰度比。若采用低分辨率质谱仪，则可通过同位素相对丰度法推导其分子式。由于同位素离子峰的相对强度与其中各元素的天然丰度及存在个数成正比，5 重排开裂机理及主要类型 质谱中某些离子通过断裂两个或两个以上化学键重新排列形成，这种裂解称 为重排开裂。质谱图上相应的峰称为重排离子峰。重排离子峰

44、是分子离子在裂解 成碎片时，某些原子或基团重新排列或转移而形成的离子，称为重排离子。重排 类型很多，最重要的是麦氏重排(Mclafferty重排)和逆狄-阿重排(Retro-Diels-Alder 重排)。 （1）Mclafferty重排 可发生麦氏重排的化合物是酮、醛、酸、酯、酰胺、羰基衍生物、烯、炔及烷基苯等，是一些含有C=O、C=N、C=S、C=C及苯环的化合物，且与该基团相连的键上具有-H原子时，通过六元过渡态，-H转移到杂原子或双键碳原子上，同时发生键的断裂，形成一个中性分子(烯烃)和一个偶质量数的奇电子离子(OE+·)。（2）Retro Diels-Alder重排 不饱和

45、环的开裂遵循反狄尔斯-阿尔德反应，简称RDA。1,3-丁二烯与乙烯化合物裂解产生一个六元环烯的化合物的反应，称为Diels-Alder反应。在质谱中，环己烯裂解成一离子化的共轭双烯化合物(或衍生物)和乙烯分子(或其衍生物)，故称为RDA重排。途径是由单电子引发，经过两次断裂，即反狄-阿反应，形成一个中性分子和离子化双烯衍生物。反狄-阿反应已很好的用于解释具有己烯结构的各种化合物的裂解过程。正电荷优先保留在较低电离电位的碎片上。在环烯化合物、生物碱、萜类、甾体、黄酮及某些邻位二取代芳烃等化合物的质谱中，经常出现由RDA重排产生的碎片离子峰，可为上述化合物的结构分析提供重要信息。 6质谱解析 质谱

46、解析的一般程序如下：确认分子离子峰，确定分子量；根据分子离子峰的丰度，推测化合物的可能类别；根据分子离子峰与同位素峰的丰度比，判断分子中是否含有高丰度的同位素元素，如Cl、Br、S等，并推算这类元素的种类及数目；由同位素峰强比法或精密质量法确定分子式，并由分子式计算不饱和度，了解双键数及环数；分析基峰及主要碎片离子峰可能代表的结构单元，由此确定化合物可能含有的官能团，并参考其他光谱（波谱）数据，推测出所有可能的结构式；根据标准谱图及其他所有信息，进行筛选验证，确定化合物的结构式。 7有机化合物的质谱解析 从质谱可以获得相对分子量、分子式、组成分子的结构单元及连接次序等信息，因此质谱可独立用于确

47、定简单有机物结构。但对于比较复杂的有机物单凭质谱数据推测结构相当困难，需要辅之以其它波谱信息。解释质谱一般步骤如下： （1）由质谱高的m/z值端确定分子离子峰，确定分子量，并从分子离子峰的强弱初步判断化合物的类型及是否含有Cl、Br、S等元素。 （2）根据同位素丰度或高分辨质谱数据确定分子离子和重要碎片离子元素组成，并确定可能分子式。 （3）由分子式计算化合物的不饱和度，确定化合物中双键和芳环的数目。综合波谱解析的一般程序如下： (1)分子式的确定：目前分子式的确定主要有以下几种方法：元素分析法：采用元素分析仪定量测出分子中C、H、N、O、S等元素的含量，据此计算出各元素的原子比，拟定实验式，

48、最后根据相对分子质量和实验式确定分子式；质谱法：由高分辨质谱获得化合物的精确相对分子质量，采用精密质量法确定分子式。若采用低分辨质谱，则可采用同位素相对强度法，由M+1、M+2与M峰的相对丰度比，并利用Beynon表，确定化合物的分子式；核磁共振波谱法：核磁共振碳谱可提供化合物中碳原子数目，辅以氢谱，可方便地推算分子式。只有氢谱时，因峰面积与氢核数成正比，分子中氢核的总数将是这些峰面积最简比例总和的整数倍。如能得到化合物的相对分子质量、元素分析数据及NMR波谱数据，即可计算分子中的C原子数，从而确定分子式。 (2)结构单元确定：计算不饱和度：由分子式计算不饱和度，并结合各图谱，初步推断未知物的

49、类别；利用各谱的特征信息初步确定结构单元：一般紫外光谱可判断有无共轭体系；红外光谱可判断化合物类别和有哪些基团存在，以及该基团与其他基团相连接的信息；NMR氢谱的偶合裂分及化学位移常常是推断相邻基团的重要线索， NMR碳谱的值以及是否表现出分子的对称性，对确定取代基的相互位置十分有用；质谱的主要碎片离子间的质量差值以及重要重排离子等，均可得出基团间相互连接的信息；结构单元的推断：一般先以一种图谱的信息为基础，推断可能属于哪一类化合物及结构单元，然后再以其他图谱加以验证。一般说来，对某一给定的结构单元，必须在各图谱中均能得到印证方可确认。若在某一图谱中未出现，则应重新考虑所推断结构的合理性或在哪

50、个环节发生了错误。采用这种由少至多逐渐增加信息量的方式，可最有效地得出最终结论；考察剩余结构单元：从分子式（或相对分子质量）中扣除已确定的各结构单元的分子式（或相对分子质量），推测出剩余结构单元的不饱和度及可能结构。 (3)未知物结构的确定：以结构单元组成几种可能结构：若所确定结构单元中不饱和基团与分子的不饱和度相等，则可考虑它们之间各种连接顺序的可能性，并将确定的结构单元组成几种可能的分子结构；若所确定结构单元中不饱和基团的不饱和度低于分子的不饱和度，则在组成可能结构时还应考虑分子中环的组成；注意不饱和键及杂原子的位置：在组成分子的可能结构时，应注意安排好不饱和键及杂原子的位置（特别是杂原子

51、的位置），因它们的位置对各谱均会产生重要的影响；推断最可能结构：以各图谱（多采用MS的裂解规律）对初步确定的几种结构进行核对。若所推测的某结构与已知图谱有明显矛盾时，说明该结构不合理，应删去；若所推测的几种结构均与各图谱大致相符时，说明推测的结构基本合理。再对某些碳原子或氢原子的值进行计算，从计算值与实测值相比的结果，以推断最可能的结构；确定最终结构：核对标准光谱或文献光谱，最终确定化合物的结构。 本章小结 一、主要内容 1基本概念 保留时间ttR：从进样到某组分在柱后出现浓度极大时的时间间隔。 死时间t0：分配系数为零的组分即不被固定相吸附或溶解的组分的保留时间。 调整保留时间'tR

52、：某组分由于溶解（或被吸附）于固定相，比不溶解（或不被吸附）的组分在柱中多停留的时间。 相对保留值分配系数K：在一定温度和压力下，达到分配平衡时，组分在固定相与流动相中的浓度之比。 保留因子k：在一定温度和压力下，达到分配平衡时，组分在固定相和流动相中的质量之比。 分离度R：相邻两组分色谱峰保留时间之差与两色谱峰峰宽均值之比。 分配色谱法：利用被分离组分在固定相或流动相中的溶解度差别或分配系数的差别而实现分离的色谱法。 吸附色谱法：利用被分离组分对固定相表面吸附中心吸附能力的差别或吸附系数的差别而实现分离的色谱法。 离子交换色谱法：利用被分离组分离子交换能力的差别或选择性系数的差别而实现分离的

53、色谱法。 分子排阻色谱法：根据被分离组分分子的线团尺寸或渗透系数的差别而进行分离的色谱法。 涡流扩散：在填充色谱柱中，由于填料粒径大小不等，填充不均匀，使同一个组分的分子经过多个不同长度的途径流出色谱柱，使色谱峰展宽的现象。 纵向扩散：由于浓度梯度的存在，组分将向区带前、后扩散，造成区带展宽的现象。 传质阻抗：组分在溶解、扩散、转移的传质过程中所受到的阻力称为传质阻抗。 保留指数I：在气相色谱法中，常把组分的保留行为换算成相当于正构烷烃 2 的保留行为，也就是以正构烷烃系列为组分相对保留值的标准，即用两个保留时间紧邻待测组分的基准物质来标定组分的保留，这个相对值称为保留指数，又称Kovats指

54、数。 保留体积VR：是从进样开始到某组分在柱后出现浓度极大时，所需通过色谱柱的流动相体积。 调整保留体积'RV：是由保留体积扣除死体积后的体积。 保留比R'：设流动相的线速度为u，组分的移行速度为v，将二者之比称为保留比。 2基本理论 （1）色谱分离的原理：组分在固定相和流动相间进行反复多次的“分配”，由于分配系数K(或容量因子k)的不同而实现分离。各种色谱法的分离机制不同。 （2）塔板理论：塔板理论描述组分在色谱柱中的分配和转移行为，由塔板理论导出的流出曲线方程为： 塔板理论有如下基本假设：在色谱柱内一小段长度即一个塔板高度H内，组分可以在两相中瞬间达到分配平衡。分配系数在各

55、塔板上是常数。试样和新鲜流动相都加在第0号塔板上。流动相不是连续地而是间歇式地进入色谱柱，且每次只进入一个塔板体积。试样在柱内的纵向扩散可以忽略。 塔板理论在解释流出曲线的形状和位置、组分的分离及评价柱效等方面是成功的。 （3）速率理论：速率理论解释了影响塔板高度或使色谱峰展宽的各种因素，包括涡流扩散、纵向扩散、传质阻抗和流动相线速度。 1色谱过程 色谱过程是组分的分子在流动相和固定相间多次分配的过程。若两组分的分配系数存在微小的差异，经过反复多次的分配平衡，使微小的差异积累起来，其结果就使分配系数小的组分被先洗脱，从而使两组分得到分离。色谱分离的前提是分配系数或保留因子不等。 2有关概念及计

56、算公式 这是本章的重点，一定要深入理解，牢固掌握。 3基本类型色谱方法及其分离机制 （1）分配色谱法：利用被分离组分在固定相或（和）流动相中的溶解度差别，即分配系数的差别而实现分离。包括气液分配色谱法和液液分配色谱法。 （2） 吸附色谱法：利用被分离组分对固定相表面吸附中心吸附能力的差别，即吸附系数的差别而实现分离。包括气固吸附色谱法和液固吸附色谱法。 在硅胶液固吸附色谱中，极性强的组分吸附力强。常见化合物的吸附能力有下列顺序：烷烃烯烃卤代烃醚硝基化合物叔胺酯酮醛酰胺醇酚伯胺羧酸。 4 （3）离子交换色谱法：利用被分离组分离子交换能力的差别即选择性系数的差别而实现分离。按可交换离子的电荷符号又

57、可分为阳离子交换色谱法和阴离子交换色谱法。 （4）分子排阻色谱法：根据被分离组分分子的线团尺寸，即渗透系数的差别而进行分离。 分配色谱法是基础，而且在GC和HPLC中都还会有讨论。在TLC一章重点讨论吸附色谱法。后两种方法只存在于液相色谱法中，但在后续章中都没有专门讨论，故在本章加以介绍。 值得注意的是在实际色谱过程中各种分离机制极少单独发生，常常是几种机制同时发生，只是某种机制起主导作用而已。 4塔板理论 塔板理论沿用分馏塔中塔板的概念来描述组分在两相间的分配行为。认为在每个塔板的间隔内，试样组分在两相中达到分配平衡，经过多次的分配平衡后，分配系数小的组分先流出色谱柱。同时还引入塔板数作为衡量柱效的指标。而理论塔板数n可理解为在色谱柱内溶质平衡