第一章电磁辐射与谱学基础

有机波谱分析(Organic-SpectroscopicAnalysis)教师：手机：邮箱：学时：32，学分：2期末成绩：平时成绩30%，考试成绩70%。波谱分析的应用临床医学：疾病诊断（核磁共振）环境污染：纯度检查、定量分析和结构鉴定（UV）食品安全：食品中残留痕量物质的分析检测（HPLC-MS/MS）药物分析：成分分析，鉴定了解各谱仪的一般原理、实验方法及数据处理。

本课程的基本要求掌握每一谱中各类化合物的谱学信息及影响因素，运用谱学信息，推导并阐明化合物的结构。

综合运用各类化合物谱学信息，解决较复杂的结构问题。有机波谱分析在有机结构鉴定中的重要性1.20世纪中期（1950年）以前主要的分析手段为化学分析方法为主①样品制备②分离纯化③物理常数相对分子质量测定④元素分析分子式测定⑤溶解度分组

⑥分类实验⑦衍生物制备⑧降解合成

例如:吗啡的结构鉴定。1803年就已经从鸦片中离析得到纯品，直到1925年，人们才得到吗啡的分子式。吗啡的结构鉴定用了147年2.20世纪中期以后以仪器分析为主，经典化学方法为辅主要是采用仪器，从光谱学的角度来确定化合物的结构，例如红外、紫外、核磁共振、质谱以及X单晶衍射等手段。

优点：快速、所需样品量少。18β-(3,4,5-三甲氧基甲酰氧基)-11,17α-二甲氧基-3β,20α-育亨烷-16β-甲酸甲酯

利血平结构的快速确定，说明仪器分析的威力。还有一些例子，分子结构并不很复杂，但长期用经典的化学方法迟迟不能解决，随着仪器分析技术的发展，才得以确定。例如杜鹃植物中提取得到的萜类化合物杜鹃酮最后确定为：C129H223N3O5

海葵毒素Yoshito

Kishi研究或鉴定一个有机化合物的结构，需对该化合物进行结构表征。

分离提纯→物理常数测定→元素分析→确定分子式→确定其可能的构造式→结构表征有机化合物的结构表征——从分子水平认识物质的基本手段，是有机化学的重要组成部分。解析结构基本程序：结构表征的方法化学方法现代仪器分析方法（1）需要较多试样（半微量分析，用样量为10－100mg）；（2）耗费大量时间；（3）需要熟练实验技巧，高超智慧和坚韧不拔的精神；（4）损坏样品；（5）分子有时重排，导致错误结论；（6）＊C及C＝C的构型确定困难。化学方法的特点吗啡的结构鉴定用了147年。波谱分析——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，从而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。现代仪器分析方法结构表征最常用的仪器分析方法质谱（MS）紫外光谱（UV）红外光谱（IR）核磁共振谱（NMR）属于光波谱——不属于光波谱①质谱(最好用元素分析仪验证)——分子式；②各种谱图(UV、IR、NMR、MS)——官能团及部分结构片断；③拼凑——完整结构；④标准谱图——确认。质谱（分子量）、元素分析、1H-NMR、晶体结构光谱法已成为有机结构分析的常规方法，但是化学方法仍不可少，它与光谱法相辅相成，相互补充，互为佐证。现代仪器分析方法特点样品用量少(<10mg)；不损坏样品(质谱除外)；分析速度快；对*C及C＝C的构型确定比较方便。

省时、省力、省钱、快速、准确光:是一种电磁波,具有波动性和粒子性.

波动性–传播运动过程中突出,表现在光的偏振,

干涉,衍射粒子性–与物质相互作用时突出,表现在光电效应,光的吸收和散射衍射干涉折射第一章电磁辐射与谱学基础

1.1电磁辐射基础光是由可见光和不可见光组成的。电磁波具有波粒二象性

电磁辐射是高速通过空间传播的光子流，具有波动性和微粒性。

Planck认为，辐射能的发射或吸收不是连续的，而是量子化的。辐射能的最小单位即为“光子”。从这个式子中可以看出，一定波长的光具有一定的能量，且波长越短能量越高。关键：能量∝频率；能量∝1/波长1.2电磁辐射能与波谱技术光是一种电磁波，遵守Planck理论：

EL=hν=hc/λ(1.1)电磁辐射就其能量由高到低可分为γ射线区，X射线区，远紫外、紫外、可见光区，近红外、红外、远红外光区，微波区和射频区。（1）高能辐射区：包括射线区和X射线区。（2）中能辐射区：紫外区、可见光区和红外区。由于对这部分辐射的研究和应用要使用一些共同的光学试验技术，例如，用透镜聚焦，用棱镜或光栅分光等，故又称此光谱区为光学光谱区。（3）低能辐射区：微波区和射频区。又称波谱区。电磁波谱的分区：1)光谱学（spectroscopy）涉及电磁辐射与物质量子化的能态间的相互作用。实质是量子化的能量从辐射场向物质转移（或由物质向辐射场转移）。波谱技术与电磁辐射能相对强度ν1ν有机物分子用频率连续变化的单色光照射选择性吸收与能级跃迁相对应的特定频率的光光谱仪器记录吸收光谱透过吸收波谱分析原理:一定波长的电磁波（光波），作用于被研究物质的分子，引起分子内某种物理量的改变（能级跃迁）.物理量核能级电子能级分子振动-转动能级电子自旋能级核自旋能级光与物质的相互作用1.分子能级每一种运动状态都有一定能量分子不断运动分子平移运动分子绕轴旋转物质由分子组成分子内化学键的振动价电子的轨道运动EtEνEeEr平动能振动能电子能转动能E=Et

+

Eν

+

Ee

+

Er

+···分子的总能量分子具有的能量多少不是连续变化的,而是”台阶”式不连续变化,即能量的变化是量子化的.每一个”台阶”称做一个能级,能量由低到高依次称为基态,第一激发态,第二激发态等等.能量变化-量子化EEν1Eν3Eν2ΔE1ΔE2ΔE3分子能级跃迁与吸收频率的关系吸收跃迁发射跃迁低能极高能极(能级)(跃迁能)分子各能级状态是分立的，故ΔE也只能取某些分立的值。能级跃迁——

电子基态电子激发态电子跃迁振动跃迁转动跃迁2341平动能Et:能级差小,近似地看成能量变化是连续的转动能Er:能级差(3.5×10-3~5×10-2eV)振动能Eν:能级差(5×10-2~1eV)电子能Ee:能级差(1~20eV)能量变化-量子化由上面的示意图可以观察到，电子能级间的间隔最大，如果以5ev为例，我们来计算一下电子能级间的跃迁产生的光谱产生在哪一个分区：位于紫外及可见光区电磁波波长跃迁类型波谱类型γ射线0.001~0.01nm核跃迁穆斯保尔谱X射线0.01~10nm内层电子X射线光谱紫外-可见光远紫外10~200nm外层电子紫外吸收光谱近紫外200~400nm外层电子紫外吸收光谱可见光400~800