仪器分析技术光谱法

关于仪器分析技术光谱法第一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日Part1光谱分析法

Spectroscopy1、光谱分析法的诞生2、光谱分析的基本知识光的性质a.光的波动性波动性参数：λ（波长）;（频率）;C（光速）

＝1／λ（波数）

关系式＝C／λ＝C

单色光--只含一种频率或波长的光;

复合光--多种频率或波长的光;

散射光--由于光子与物质分子相互碰撞，使光子的运动

方向发生改变而向不同角度散射。第二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

紫

兰

绿黄橙

红

300400500600700800nm

可见光区

宇宙射线γ射线X射线远紫外

红外微波区无线电波

10-610-310-11011031051091012

E

λ

<10nm

10nm－1mm

>1mm

>124ev102ev－10-3ev<10-3ev

能谱分析光谱分析波谱分析

X－衍射分析紫外、可见核磁共振穆斯堡尔谱红外、原子吸收顺磁共振

第三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

光谱区

波长范围

常用单位E

射线10-4-10-3nm

nm

>102eV

X射线10-3–10nmnm远紫外10-200nmAornm

124-6.2ev紫外

200-400nmAornm6.2-3.26ev

可见光400-760nmAornm3.26-1.59ev

近红外760-2500nmAornm1.59-0.50ev中红外2.5-50μm

μmorv

0.50-0.025ev远红外50-1000μmμmorv

0.025-0.004ev微波0.1mm-1mmmcmm

<10-3eV

无线电波

1–1000m第四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日b、光的粒子性

粒子性的参数：E

E=h=hC/λ

h--普朗克常数

h=4.14×10-15ev.sec=6.626×10-27erg.secC=3×1010cm/sec

则每个光子的能量为:E=1240/λ(ev)；λ的单位为

nm第五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日原子与分子的能级及电子在能级间的跃迁（1）原子能级及电子在能级间的跃迁

Li原子示意图

3s基态电子2p激发态电子2s1s原子核第六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

E’3E2’

激发态E’1h

=△E

E0•••基态原子能级及电子在能级间的跃迁示意图

原子能级差：ΔE1--20ev在紫外可见光谱区第七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日（2）原子光谱的特征电子能级间的跃迁,属电子光谱,线状光谱。

A

2003004005006007008009001000nm第八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日（3）分子的能级及电子在能级间的跃迁

v’3J‘

v’2J‘

电子v1’激发态能级v’oJ

v3

v2J

电子

v1J

基态能级

v0J转动能级振动能级电子能级之间跃迁之间跃迁之间跃迁

分子的能级及电子在能级间的跃迁示意图

第九页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日分子能级能级差反映的信息

电子能级

△E1--20ev反映价电子能量状

（紫外可见波区）

况等信息可给出物质的化学性质的信息。(主要用于定量测定)振动能级

△E0.05--1ev反映价键特性等结（红外波区）构信息。主要用于定性，定量比UV/Vis差。

转动能级

△E0.05-0.005ev反映分子大小、键（远红外区）长度、折合质量等分子特性的信息。

第十页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日（4）分子光谱的特征

带状光谱,在一些特定条件下,能反映振动能级的精细结构。

A

UVVisInfraredFarInfrared

200200020000波长(nm)理想和真实吸收光谱示意图

第十一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日2.3物质发光的量子解释

当一束光照射到物体上时,除透过部分光与分子没有作用外,物质将吸收和散射一部分光。(1)物质吸收光的过程分子吸收光能,吸收时间极短,只有10-15sec.,电子由基态跃迁到较高能态的激发态。

X+hv→X*

激发态的寿命很短,约为10～8sec，然后以发生光物理和光化学反应后,以下列形式回到基态。第十二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日A.激发分子与其它分子相碰，损失能量产生热能回到基态,称无辐射退激。

X*→X+热能B.激发分子发射光子直接回到基态:X*→X+hv

如发射光的波长等于入射光的波长,这种发射称共振发射,其谱线称共振谱线。对分子来说,这种可能性很少,对原子来说,可能性较大。第十三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日C.激发分子与其它分子相碰,一部分能量转化为热能后,下降到第一激发态的最低振动能级,然后再回到基态的其它振动能级并发射光子,这种发射光称荧光。

X*→X+hv+热能荧光的发射波长比入射光的波长长。D.激发分子与其它分子相碰,一部分能量转化为热能后,下降到第一激发态的最低振动能级,它不直接跃迁回到基态而是转入到亚稳的三重态,分子在三重态的寿命较长(从10～4sec.到10sec.),然后再回到基态的其它振动能级并发射光子,这种发射光称磷光。第十四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日(2)物质散射光的过程《拉曼(raman)散射》

入射光与分子碰撞后,可发生弹性散射或非弹性散射。弹性散射时,光子与分子无能量交换,仅光子方向改变,这种散射称瑞利散射。非弹性散射不仅方向改变,而且光子与分子有能量交换。此时有两种情况:第十五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日A.斯托克斯散射入射光与基态分子碰撞后,将一部分能量给了分子,于是散射光的能量比入射光的能量下降,即波长变长。散射光谱中的谱线称斯托克斯谱线。B.反斯托克斯散射入射光与振动能级处于较高能态的分子发生非弹性碰撞后,被碰撞分子由较高的振动能级跃回较低能级,其能量的差值给了光子,于是,光子能量增加,产生的谱线波长比入射光的波长更短,此谱线称反斯托克斯线。散射光的能量比入射光的能量下降,即波长变长。散射光谱中的谱线称斯托克斯谱线。第十六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日物质吸收和散射光的过程示意图

第二激发态第一激发态

h=△E

三重态

振动能级基态

吸收无辐射退激荧光

磷光共振发射A

BC

[注]拉曼散射：A斯托克斯散射，B瑞利散射，C反斯托克斯散射

第十七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

物质吸收和散射光的过程示意图

第二激发态第一激发态

h=△E

三重态

振动能级基态

吸收无辐射退激荧光磷光共振发射ABC

[注]拉曼散射：A斯托克斯散射，B瑞利散射，C反斯托克斯散射

第十八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日物质的光谱与光谱分析

光谱的基本类型按照光谱产生的方式可分:

1.吸收光谱

原子吸收光谱(如AA)

分子吸收光谱(如UV/VI,IR等)

2.发射光谱原子发射光谱(原子发射,原子荧光)

分子发射光谱(分子荧光,磷光)

3.散射光谱(拉曼散射光谱)

第十九页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日光谱分析法

利用各种光谱包含着原子或分子能级结构和含量的信息,作定性和定量分析的方法。主要光谱分析法有：

1、吸收光谱法原子吸收光谱法(AA)

分子吸收光谱法(如UV/VI,IR等)

2、发射光谱法原子发射光谱法(原子发射,原子荧光)

分子发射光谱法(分子荧光,磷光)

3、散射光谱法(拉曼散射光谱法)第二十页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

分子吸收法:可见与紫外分光光度法、红外光谱法分子光谱

分子发射法:分子荧光光度法光谱技术原子吸收法：原子吸收法原子光谱原子发射法：发射光谱分析法、原子荧光法等

第二十一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日常用光谱分析仪器紫外-可见分光光度计原子吸收分光光度计红外光谱仪原子发射光谱仪荧光分析仪原子荧光分析仪等第二十二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日光谱仪的作用:

通过分析过程的信息传递链,取得样品的真实光谱。光谱仪的基本构成:

1、*:光源(Souse)2、△:单色器(Monochromator)3、□:样品池(Samplecell)

或⊙:原子化器(Atomiser)

4、◎:检测器(Detector)5、∽:信号转换、处理器(Transmodulator)6、■:显示器(Display)第二十三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

吸收光谱

发射光谱荧光光谱磷光光谱散射光谱分子光谱仪

A.*→△→□→◎→∽→■

C.□→△→◎→∽→■

↑△

↑

*原子光谱仪

B.

*

→⊙→△→◎→∽→■

D.

⊙→△→◎→∽→■

↑

△

↑

*

光谱仪的几种基本模式

*:光源△:单色器□:样品池◎:检测器

(Souse)(Monochromator)(Samplecell)(Detector)

∽:信号转换、处理器■:显示器⊙:原子化器

(Transmodulator)(Display)(Atomiser)第二十四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日紫外可见吸收光谱分析法

UltravioletVisibleSpectrophotometer

简称UV-Vis第二十五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日分子吸收光谱

分子吸收光谱的产生是由于能级间的跃迁。分子内部运动有三种形式：电子围绕原子核的运动即价电子运动；内部原子在平衡位置的振动；分子绕其质心的转动。所以分子的能量是上述三种能量之和:

E分子＝E电+E振+E转其中E电>E振>E转因为这些能量是量子化的，所以只有光子的能量恰好等于两能级之间的能量差时才能被吸收。第二十六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

分子的转动能级差ΔE转一般为0.005～0.05eV，则产生此能级跃迁所需吸收电磁辐射的波长可用公式计算:λ=hC/△E=6.626×10-27×3×1010/0.005=248μm(1eV=1.6×10-12erg)当ΔE转＝0.05ev，λ＝24.8μm

所以，产生转动能级跃迁需吸收波长约为：25～250μm的远红外光，它所形成的吸收光谱称转动光谱或远红外光谱。第二十七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

分子的振动能级差ΔE振一般在0.05～1ev，对应所需吸收波长为1.25～25μm的红外光才能产生跃迁。在分子振动时同时有分子的转动，所以分子振动所产生的吸收光谱中包括转动光谱，故常称为振转光谱，此吸收能量在红外区，故称红外光谱。

第二十八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

电子跃迁所需能量最大，多在1～20eV，对应所需吸收的波长为1.25～0.06μm（1250nm～60nm），此吸收能量主要在紫外-可见光区，故称紫外-可见光谱。其中10nm～200nm叫远紫外区；200nm～400nm叫近紫外区；400nm～760nm叫可见光区。第二十九页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

空气中的氧、二氧化碳、水等都吸收远紫外光，所以要研究物质分子对远紫外光的吸收必须在真空条件下进行，所以远紫外区又叫真空紫外区，鉴于真空紫外分光光度计结构复杂，造价昂贵，使用受到限制。通常我们所说的紫外吸收法仅指近紫外吸收法。紫外可见吸收光谱就是指在200～760nm区域内分子对光辐射选择性吸收引起电子跃迁产生的。紫外光谱法、可见光光谱法和红外光谱法一起统称为分子吸收光谱法。第三十页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

分子吸收光谱在微观上体现为分子由较低能级跃迁到较高能级，在宏观上则体现为透射光的强度变弱。若用一连续辐射的电磁波照射分子，将照射前后光强度的变化转变为电信号并记录下来就可得到一张光强度变化对波长的关系曲线，即分子吸收光谱图。第三十一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

1A34

2

λ1：最大吸收λmax；2:最小吸收；3:肩峰；4：末端吸收第三十二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

吸收曲线的横坐标一般用波长表示，一定的波长---一定的能量，不同物质的分子由于结构不同，发生跃迁时吸收光的能量也不同，即吸收峰的位置不同。所以吸收曲线在横坐标的位置可作为分子结构的表征，是定性的主要依据，λmax是化合物中电子能级跃迁时吸收的特征波长，对鉴定化合物尤为重要，整个吸收光谱的形状决定于物质性质，反映分子内部能级分布状况是物质定性的依据。

第三十三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

吸收曲线的纵坐标用光强表示，强度参数可用透光率T（％），吸光度A，吸光系数ε等表示。透光率T（％）：为透过光强度I与入射光强度I0之比T=100%*I/I0吸光度A（也称消光值E，光密度OD,D）：表示单色光通过溶液时被吸收的程度，等于入射光强度I0与透射光强I之比的对数值，即A=lg(I/I0)T与A的关系为：A=-lgT第三十四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日根据朗伯—比尔定律：A=εbc它的意义是：溶液的吸光度与溶液中的吸光物质的浓度及液层厚度的乘积成正比。其中：ε--摩尔吸光系数（Lmol-1cm-1）

B--液层厚度，即样品池厚度（cm）

C--溶液中被测物质的浓度（mol/L）如将C单位换成g/100mL，则吸光系数用符号E1%1CM表示,称百分吸光系数E1%1CM=10ε/M。

M--被测物质的摩尔质量。

通常将在最大的吸收波长处测得的吸收系数用εmaxorE1amλmax表示作为定性的依据。因为不同的物质λmax可能相同，但εmax却不一定相同。所得吸收峰的强度作为定量的依据。第三十五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日基本原理紫外可见吸收光谱与分子结构的关系1、电子跃迁类型

紫外可见光吸收光谱是分子中价电子能级跃迁产生的，所以这种吸收光谱决定于分子中价电子分布和结合情况，在有机化合物中，有三种不同性质的价电子：即σ成键与σ*反键轨道电子,π成键与π*反键轨道电子,ｎ非键轨道电子。第三十六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日Hσπｎ

COHσ

σｎ第三十七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日2、分子电子能级和跃迁

σ*

激发态

π*

ｎ

π基态

σ分子电子能级和跃迁分子跃迁有六种类型,常见的有四种类型,即:σ→σ*，ｎ→σ*，ｎ→π*,π→π*

跃迁。第三十八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日A.σ→σ*跃迁

△E较大,跃迁发生在远紫外区,波长范围低于200nm。如甲烷(125nm),乙烷(135nm)。B.ｎ→σ*跃迁△E较σ→σ*跃迁要小,跃迁发生在150--250nm波长范围内。如含有杂原子饱和烃衍生物。摩尔吸收系数一般在100-300范围内。由ｎ→σ*跃迁而产生吸收的一些例子

化合物最大波长摩尔吸收系数化合物最大波长摩尔吸收系数

(nm)(nm)

H2O1671480(CH3)2S229140CH3OH184150(CH3)2O1842520CH3Cl173200CH3NH2

215600CH3Br204200(CH3)2NH

220100

CH3I258365(CH3)3N227900第三十九页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

C.ｎ→π*和π→π*跃迁这两类跃迁是最有用的。△E比较少,最大吸收波长均大于200nm。这两类跃迁的差别在于吸收峰的强度不同。ｎ→π*跃迁摩尔吸收系数很少,仅在10-100范围内。而π→π*跃迁摩尔吸收系数很大,比ｎ→π*跃迁大100-1000倍,达到1000-100000。

ｎ→π*和π→π*跃迁的吸收特征

生色团

例

子

溶

剂

最大波长(nm)摩尔吸收系数

跃迁类型

烯烃C6H13CH＝CH2

正庚烷17713000π→π*

17810000

炔C5H11≡CCH3

正庚烷1962000π→π*

225165

酮(CH3)2C=O

28016n→π*

醛CH3CH=O

29312n→π*

其它CH3C(NH2)=O

21460n→π*

CH3NO2

28022n→π*

CH3N=NCH3

3395

n→π*第四十页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日3.影响分子中电子能级结构的因素

分子轨道的能量状态还受分子内外环境的影响,这些影响规律也可用作分析的信息。

A.当分子含有多个π键,并且被单键隔开时,共轭效应增加,π→π*跃迁能量更低,吸收光谱最大吸收峰向长波方向移动,摩尔吸收系数增大。称红移效应。

如:

最大吸收波长(nm)摩尔吸收系数

C＝C180-20010000C＝C－C＝C21721000C＝C－C＝C－C＝C25835000第四十一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

B.含有π电子芳香体系,最大吸收向紫外方向移动。称蓝移效应。

如:

NSNOH254nm250nm232nm217nm210nm第四十二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

C.一些助色团的引入,能使生色团的最大吸收向长波或短波方向移动。向长波方向移动的,一般摩尔吸收系数增加,称红移效应。向短波方向移动的,一般摩尔吸收系数减少,称蓝移效应。助色团:一些原子和原子团不吸收200-800nm范围内的光,但与生色团结合后,具有能使生色团的吸收峰向长波或短波方向移动的作用,这样的原子或原子团称为助色团。如:

OH

NH2

λmax256nm270nm280nm

εmax20014501430

第四十三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日定量分析的基础－Beer-Lambert定律

1.T与C的关系

I0I

←L→

I

───＝TT透过率(Transmittance)I0

第四十四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

设T＝0.5＝50%100Photons→

→50photons100→

→50→

→25→

→12.5→

→6.25

T100

50

1234cellnumber

即T与C成对数关系。第四十五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日2.Beer-Lambert定律

I＝I0

e-kCL

I

───

＝e-kCL

＝10-0.4343kCL

＝10-KCL

I0

∵I／I0＝T，∴－logT＝KCL

A＝－logT＝KCLA--吸光度(absorbance)

A

A与C成线性关系

C第四十六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

K---吸收系数当C为摩尔浓度时,K用ε表示,ε称摩尔吸收系数。

ε单位为:升/摩尔.厘米。

当C为mg/ml时,用K表示，K单位为ml/mg.cm。K的常用单位还有:

K1%1cm或E1%1cm即：表示1%样品浓度在一厘米比色池中比色时的K值。

T与A的关系当T以T%表示时,

A＝－logT＝log100/T＝2-logT例:当T＝50%,则A＝2-log50＝2-1.699＝0.301列出A与T的关系表:

T100%50%25%10%1.0%0.1%0.01%0.001%0%A00.3010.6021.002.03.04.05.0

上述说明：T值为0％至100％内的任何值。

A值可以取任意的正数值。第四十七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日3.浓度测量中相对误差与透光率和吸光度的关系

A既然可取任何数值,究竟取何数值最为合适?这要由相对误差的大小决定。

-logT＝KCL.......①

左边换成自然对数后,求导得:-0.4343.dT/T＝KLdC........②

②/①得:dC/C＝0.4343dT/TlogT

即:△C/C＝0.4343△T/TlogT

设T的测量误差△T为0.005，则浓度相对误差与T和A的关系见下表:TA（△C/C）×1000.950.022±10.20.800.097±2.80

0.700.155±2.00测测量最理想范围为：

0.600.222±1.63量T＝70%-15%0.400.399±1.36最A＝0.150-0.8000.3680.434±1.36理

此时相对误差少于±2.00％

0.200.699±1.55想

0.300.523±1.38范

0.150.824±1.76围

0.101.000±2.17

0.012.000±10.850.0013.000±72.33第四十八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日定性和定量分析

一.仪器条件的选择

1.测量波长的选择A.优先选择最大吸收波长B.最大波长受到共存杂质干扰时,选择次强波长。C.最大波长的吸收峰太尖锐,测量波长难以重复时,选择次强波长。

2.透过率或吸光度的范围的选择选择T＝15%--70%或A＝0.150-0.800之间。

3.狭缝宽度的选择定性分析：选择较小的狭缝,以尽量保留振动能级跃迁的精细结构。定量分析：在吸光度稳定的情况下,选用最少狭缝。

4.样品池选择根据测定波长、溶液浓度(选择L)等选择。第四十九页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日定性分析1.未知试样检定根据光谱形状(极大、极小和拐点波长)吸收峰数目,位置与标准试样比较。2.有机化合物分子结构的推测

eogε

65π＞200nmπ*4ππ*3σ少于200σ*2n150-250nmσ*1ππ*>200nm

100200300400500600700800nm

第五十页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日3.同份异构体鉴别

己二酮(调配白脱、乳酪、奶油、焦糖、菠萝蜜、荔枝等，食用香精）异构体鉴别

O

OH3C-C-CH2-CH2-C-CH3λmax270nm

OOH3C-CH2-C--C-CH2-CH3λmax400nm第五十一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日4.纯度的检查

3

2211

甲醇被苯污染容器塞子对乙醇污染1－合成维生素A2

1－甲醇1－乙醇2－天然维生素A2

2－被苯污染的甲醇2－乙醇被软木塞污染

3－乙醇被橡皮塞污染第五十二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日定量分析依据：Beer-Lambert定律

A=εbc一、一般定量分析法1、单一组分的测定试样中只一种组分，or在待测组分波长最大处λmax无其他共存物质吸收，多采用标准曲线法，在λmax处定量。A=0.15～0.8，最佳0.34第五十三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日２、多组分的测定a.若各种吸光物质吸收曲线互不重叠，则可按单一组分的测定方法。第五十四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日b.若各种吸光物质吸收曲线相互重叠，则可根据加和性，通过解联立方程测定。

Aλ1A+B=ελ1AbcA

+ελ1BbcB

Aλ2A+B=ελ2AbcA

+ελ2BbcB

解方程可求cA，cB。当溶液中有多个组分时也可用上述方法。第五十五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日二、双波长分光光度法

此法适合于浑浊试样及吸收光谱相互重叠的混合物。

λ1λ2

Aλ1=H

+ελ1BbcB

Aλ2=H

+ελ2BbcB第五十六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日应用举例蛋白酶的测定：在一定T、pH下，蛋白酶作用于底物酪蛋白，则酪蛋白水解成酪氨酸，酪氨酸和福林试剂(Na2WO4.2H2O,Na2MoO4.2H2O)反应显色。酶活力高，则酪氨酸多，则颜色深，在680nm下测定。酶液提取：大豆粉，用pH7.5缓冲液溶解定容过滤滤液定容。第五十七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日AABλ1λ2c第五十八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日红外光谱法Infraredabsorptionspectrographicanalysis第五十九页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日红外区按波长分成三个波区:A.近红外区

0.76～2.5um(760nm～2500nm)

C-H,N-H,O-H振动能级跃迁所产生的吸收或能量较低的电子能级的跃迁发生在此波区。主要用于蛋白质、脂肪、水分、淀粉、纤维、半纤维、木质素等的定性定量分析。B.中红外区

2.5～25um

绝大部分的有机化合物和许多无机化合物的化学键的振动基频都出现在此区,是红外分析最重要的区域。此区又分二个区:官能团区:2.5～7.7um反映分子中特征基团的振动,受分子骨架影响小,基团的波数位置较固定。鉴别基团结构。指纹区:7.7～25um反映分子结构的细微变化,每一种化合物在该区的谱带位置、形状、强度都不一样,相当于人的指纹,故称指纹区。鉴别分子结构细微变化及异构体。C.远红外区

25～1000um

纯转动能级的跃迁。主要是鉴别气体分子纯转动能级的跃迁及卤素、硫等原子的伸缩振动引起。第六十页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日定性分析1.利用已知物与未知物图谱比较对照鉴定。

2.未知物的结构测定步骤：

A.用元素分析仪测定未知物的C,H,O,N等元素的比例,求取分子式。

B.测定红外光谱。第六十一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

有机分子红外吸收光谱与分子结构之间的关系

OHNH

C=O

C-O

C-H脂肪

C=N

C-H伸，O-H弯曲

C-H烯烃

C=C烯烃

C-C

C-H炔烃

C=C芳烃

N-H

C=NC=C

N-H弯曲

C-H

C-H

平面内弯曲

平面内弯曲

官能团区

指纹区4000

3000

2500200015001000700670cm-1

X-H伸缩振动区

双键伸缩振动区

叁键和积累双键区

部分单键振动和指纹区第六十二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日第六十三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日C.计算不饱和度

U＝1+n4+(n3-n1)/2n1、n3、n4分别是价数为1、3、4的原子数通常:双键和饱和环状化合物的U为1，叁键U为2，苯环U为4。D.先找官能团区,后找指纹区证实。第六十四页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日例：C4H8O2的红外图谱如下，推断其结构式。

1460

2800－300017401375

1239400032002400200018001600140012001000800600

结构式的推断：1.U=1+4+(0-8)/2=1,意味着有双键或环状化合物。2.图谱解释：A.1740cm-1强吸收可能为C=O。再看指纹区：1239cm-1有吸收，为C-O，故认为有-C00H存在。B.3000-2800cm-1有C-H伸缩振动，可能有CH2-、CH3-，再看指纹区，1375cm-1、1460cm-1有C-H弯曲振动，证实有此基团。第六十五页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日3.结构式的推断：据分子式，可能存在下列结构：HOOC-CH2CH2CH3CH3-COO-CH2CH3

丁酸乙酸乙酯CH3-CH2-COOCH3

丙酸甲酯由于1239cm-1最强，可断定为乙酸乙酯。第六十六页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日A

c

第六十七页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日原子吸收光谱法Atomicabsorptionspectrophotometry，AAS第六十八页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日原子吸收光谱法，又称为原子吸收分光光度法、原子吸收法：是基于物质的原子蒸气对同种原子发射的特征辐射（谱线）的吸收作用而建立起来的分析方法。基态原子吸收其共振辐射，外层电子由基态跃迁至激发态而产生原子吸收光谱。原子吸收光谱位于光谱的紫外区和可见区。分析过程：用(锐线光源)同种原子发射的特征辐射照射(原子蒸气)试样溶液被雾化和原子化的焰层，测量(特征辐射)透过的光强或吸光度，根据吸光度对浓度的关系计算试样中被测元素的含量。第六十九页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日原子吸收光谱分析基础1.原子的能级与跃迁

基态第一激发态,吸收一定频率的辐射能量。产生共振吸收线（简称共振线）

吸收光谱

激发态基态发射出一定频率的辐射。产生共振吸收线（也简称共振线）

发射光谱2.元素的特征谱线

（1）各种元素的原子结构和外层电子排布不同，基态第一激发态:跃迁吸收能量不同——具有特征性。

（2）各种元素的基态第一激发态

最易发生，吸收最强，最灵敏线——特征谱线。

（3）利用特征谱线可以进行定量分析。3.能够测定的基础

原子是否处于基态；原子吸收线的宽度太窄，如何测量；能否制备出比吸收线更窄的锐线光源。第七十页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日原子是否处于基态？在一定的温度下,原子达到热平衡时,基态原子数No与激发原子数Ni的比值符合波尔曼分布:Niq

──＝──ｅ-E/KT

Noqo

E--激发电位；T--绝对温度；K--波兹曼常数,1.38×10-16尔格/度；q/qo--分别为激发态和基态的统计权重。

第七十一页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

不同温度下的Ni/No的值元素

共振线（nm）

qi/qo

激发能（ev）Ni/No2000K2500K3000K

Cs852.1121.4554.31×10-42.33×10-37.19×10-3

K766.4921.6171.68×10-41.10×10-33.84×10-3

Na589.0022.1040.99×10-51.44×10-45.83×10-4

Ba553.5632.2896.83×10-43.19×10-55.19×10-4

Ca422.6732.9321.22×10-73.67×10-63.55×10-5

Fe371.99-3.3822.29×10-91.04×10-71.31×10-6

Ag328.0723.7786.03×10-104.84×10-88.99×10-7

Cu324.7523.8174.82×10-104.04×10-86.65×10-7

Mg285.2134.3463.35×10-115.20×10-81.50×10-7

Zn213.8635.7957.45×10-156.22×10-115.50×10-10

从表中可看出,在原子吸收的测量条件下(T=3000°K),是以基态原子存在的,因此测量基态原子就成为可能。

第七十二页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日谱线轮廓和宽度与谱线变宽及原子谱线的测量3.谱线半宽度(10-2Å)1.谱线中心频率2最大吸收系数0KvK0K0/20

原子能级分布决定的受原子内部和外部因素的影响原子谱带半宽度为10-2A（分子谱带半宽度为102A）。第七十三页，共一百一十四页，编辑于2023年，星期日

原子吸收与原子浓度之间的关系

根据电动力学理论,在给定的频率范围内的积分吸收值为:

e2