第一章有机波谱学概论

第一章有机波谱学概论第1页，课件共38页，创作于2023年2月第一章有机波谱学概论IndroductionofOrgainicSpectrscopy第2页，课件共38页，创作于2023年2月有关分析化学的相关概念和分类1.分析化学:是化学量测和表征的科学，化学量测—获取指定体系中有关物质的质、量和结构等各种信息；表征——是精确地描述其成分、含量、价态、状态、结构和分布等特征。2.分析化学的目的：得到被分析体系中分子的结构和组成信息，前者为定性分析过程，主要获知物质的结构信息，后者为定量分析过程，主要获知物质体系中不同成分之间的量的关系。3.分析化学的操作过程施加分析信号（物理或化学信号）-获得反馈信号-信号分析（信息处理）-得到分析结果（是什么，有多少）第3页，课件共38页，创作于2023年2月分析化学学科的主要内容：分析化学原理—分析方法的理论依据、分析化学方法—获取化学信息的手段和方式、分析化学仪器和装置—获取化学信息的物质基础，分析化学结果的表述—对分析结果进行科学准确的处理和描述第4页，课件共38页，创作于2023年2月分析化学方法分类：根据分析目的：定性分析化学，定量分析化学根据分析原理：仪器分子（依据分析的物理性质）和化学分析（依据分子的化学性质）仪器分析方法：光学分析法，电化学分析法，色谱分析法，热分析法，质量分析法光学分析方法：发射光谱，吸收光谱，衍射光谱，散射光谱，折射光谱，偏振光谱有机波谱分析：有机质谱，核磁共振谱，红外光谱，激光拉曼光谱，紫外可见光谱第5页，课件共38页，创作于2023年2月分析方法化学分析

仪器分析定性分析定量分析光谱分析法电化学分析法色谱分析热分析重量法容量法（酸碱、络合、氧化-还原、沉淀等滴定法）第6页，课件共38页，创作于2023年2月仪器分析电化学分析光化学分析色谱分析波谱分析电导、电位、电解、库仑极谱、伏安发射、吸收，荧光、光度气相、液相、离子、超临界、薄层、毛细管电泳红外、核磁、质谱第7页，课件共38页，创作于2023年2月光谱分析法原子光谱法分子光谱法其它波谱法原子发射光谱法原子吸收光谱法原子荧光光谱法紫外-可见吸收光谱法红外吸收光谱法分子荧光与磷光光谱法化学发光光谱法拉曼光谱法核磁共振波谱法质谱法第8页，课件共38页，创作于2023年2月电化学分析法电导分析法电位分析法（pH与离子选择性电极）电流分析法（库仑分析和电重量法）伏安分析法（极谱和溶出伏安法）分离法色谱分离法电泳分离法气相色谱法液相色谱法超临界流体色谱法毛细管电泳法毛细管电动色谱法第9页，课件共38页，创作于2023年2月

分析化学主要发展趋向化学计量学在线分析实时分析原位分析活体分析教育定性传感器固定化接口自动化微型化新原理新技术新仪器分离技术联用技术仪器和计算机其它科技领域生物分析环境分析过程分析表面分析大分子表征化学图象无损分析单细胞分析单分子单聚集体分析第10页，课件共38页，创作于2023年2月与分析仪器发明相关的诺贝尔奖获得者1901 Rontgenetal 首次发现X射线存在1907 Michelsonetal 首次制造精密光谱仪器1922 Astonetal 发明质谱测定同位素1923 Pregletal 发明有机物微量分析1930 Ramanetal 发现拉曼效应1944 Rabietal 用共振方法记录原子核磁性1948 Tiseliusetal 用电泳法发现血浆蛋白性质1952 Blochetal 发展核磁共振精细测量法1952 Martinetal 发明分配色谱1959 Heyrovskyetal 发明极谱法1981 Siegbahnetal 发明高分辨电子光谱法1981 Bloembergenetal 发展激光光谱学1991 Ernstetal 对高分辨核磁共振方法发展第11页，课件共38页，创作于2023年2月本课程设置目的了解波谱分析的的主要内容和应用领域掌握红外光谱、紫外可见光谱、核磁共振光谱和质谱的基本原理和仪器构造学习掌握应用上述分析方法解决有机材料，特别是高分子材料的结构分析问题，以及该领域的最新发展动态。第12页，课件共38页，创作于2023年2月第一章有机波谱学概述有机分析的基本任务常见有机分析方法波谱分析的基本原理常见波谱分析的适用范围第13页，课件共38页，创作于2023年2月第一节有机分析的基本任务材料学研究的内容：材料的制备技术，材料的分析与表征技术，材料的结构与性能研究，材料的应用研究材料分子与表征研究内容：材料的性能分析与测定，材料的组成和结构分析与测定

材料组成与结构分析的内容：组成分析，分子结构分析，材料微观结构分析，表面和界面分析第14页，课件共38页，创作于2023年2月材料的组成与结构组成：元素组成，分子（化学物质）组成，晶体组成等分子结构：高分子的链结构，官能团结构，交连与支化结构等材料的微观结构：聚集态结构（晶态、非晶态，玻璃态等），相态结构，取向结构等表面和界面：为相界面，表面通常指固体材料与真空或气态物质的界面，界面指固体材料与固体材料或液体材料之间的界面。界面组成、界面结构和界面状态是界面分析的主要内容

第15页，课件共38页，创作于2023年2月可用于结构分析的物理性质

测定的物理性质 相应的分析方法质量 重量分析法容量（体积） 容量分析法辐射的吸收 波谱法、比色法，原子吸收辐射的发射 发射光谱法，荧光法，光度法、放射化学法辐射的散射 比浊法，激光拉曼法辐射的折射 折射法，干涉法辐射的衍射 X-射线分析，电子射线分析辐射的旋光 偏振法、旋光法、圆二色法电位 电位法，伏安法电流 极谱法，电流滴定法电导 电导法电量 库仑法质量-电荷比 质谱法热性质 量热法第16页，课件共38页，创作于2023年2月有机波谱分析在材料学中的位置第17页，课件共38页，创作于2023年2月第二节常见有机分析方法化学分析：GMA，VMA，CM仪器分析：色谱分析（GC,LC,TLC,GPC,EC）、波谱分析(UV,IR,NMR,MS,ESR，AAS,AES),热分析(DTA,DSC,TG)、衍射分析（ED，ND，XRD)、显微分析（microscopy，EM，SEM）、电分析（PM、polarography、CM、CM、DM介电松弛谱等）

第18页，课件共38页，创作于2023年2月第三节波谱分析的基本原理

电磁波：电场与磁场相互作用的一种能量传播形式，具有粒子和波双重属性。光的基本属性：吸收、反射、折射、透射、衍射、干涉、偏振等。波谱分析：光谱分析法是基于检测能量（电磁辐射）作用于待测物质后产生的辐射信号或所引起的变化的分析方法。这些电磁辐射包括从射线到无线电波的所有电磁波谱范围。电磁波的吸收与发射：一种辐射能量耗散与能量输出过程。吸收与发射具有选择性（共振吸收）

物质结构的能量吸收与弛豫现象：物质可以吸收与其结构变化能量相匹配的辐射，并将吸收能量转化成热、光、电、化学等形式。物质的辐射发射：物质吸收某种能量，并转换成辐射形式输出，发射电磁波的能量与物质结构变化能量有关。

第19页，课件共38页，创作于2023年2月一、光分析法及其特点

opticalanalysisanditscharacteristics光分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法；电磁辐射范围：射线～无线电波所有范围；相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等；光分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他方法不可区代的地位；第20页，课件共38页，创作于2023年2月第21页，课件共38页，创作于2023年2月第22页，课件共38页，创作于2023年2月三个基本过程：（1）能源提供能量；（2）能量与被测物之间的相互作用；（3）产生信号。基本特点：（1）所有光分析法均包含三个基本过程；（2）不适合混合物测定（不同于色谱分析）（3）涉及大量光学元器件。第23页，课件共38页，创作于2023年2月二、电磁辐射的基本性质

basicpropertiesofelectromagneticradiation电磁辐射（电磁波）：以接近光速（真空中为光速）传播的能量；

c=λν=ν/σ

E=hν=hc/λc：光速；λ：波长；ν：频率；σ：波数；E：能量；h：普朗克常数电磁辐射具有波动性和微粒性；第24页，课件共38页，创作于2023年2月辐射能的特性：(1)吸收物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能级跃迁到高能级；

(2)

发射将吸收的能量以光的形式释放出；

(3)散射丁铎尔散射和分子散射；

(4)折射折射是光在两种介质中的传播速度不同；

(5)反射

(6)干涉干涉现象；

(7)衍射光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象；

(8)偏振只在一个固定方向有振动的光称为平面偏振光第25页，课件共38页，创作于2023年2月辐射的吸收与发射过程第26页，课件共38页，创作于2023年2月三、光分析分类

typeof

opticalanalysis光谱法——基于物质与辐射能作用时，分子发生能级跃迁而产生的发射、吸收或散射的波长或强度进行分析的方法；原子光谱、分子光谱、非光谱法原子光谱（线性光谱）：最常见的三种基于原子外层电子跃迁的原子吸收光谱（AAS）；原子发射光谱（AES）、原子荧光光谱（AFS）；基于原子内层电子跃迁的X射线荧光光谱（XFS）；基于原子核与射线作用的穆斯堡谱；第27页，课件共38页，创作于2023年2月光谱分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。1.光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度进行分析的方法。2.光谱法可根据分析对象进一步分为原子光谱法和分子光谱法。3.原子光谱法是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为线光谱。属于这类分析方法的有原子发射光谱法（AES）、原子吸收光谱法（AAS），原子荧光光谱法（AFS）以及X射线荧光光谱法（XFS）等。4.分子光谱法是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，表现形式为带光谱。属于这类分析方法的有紫外-可见分光光度法（UV-Vis），红外光谱法（IR），分子荧光光谱法（MFS）和分子磷光光谱法（MPS）等。5.非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质，如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。非光谱法不涉及物质内部能级的跃迁，电磁辐射只改变了传播方向、速度或某些物理性质。属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光散射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。第28页，课件共38页，创作于2023年2月分子光谱（带状光谱）：基于分子中电子能级、振-转能级跃迁；紫外光谱法（UV）；红外光谱法（IR）；分子荧光光谱法（MFS）；分子磷光光谱法（MPS）；核磁共振与顺磁共振波谱（N）；非光谱法：不涉及能级跃迁，物质与辐射作用时，仅改变传播方向等物理性质；偏振法、干涉法、旋光法等；第29页，课件共38页，创作于2023年2月光分析法光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法原子吸收光谱原子发射光谱原子荧光光谱X射线荧光光谱折射法圆二色性法X射线衍射法干涉法旋光法紫外光谱法红外光谱法分子荧光光谱法分子磷光光谱法核磁共振波谱法第30页，课件共38页，创作于2023年2月光谱分析法吸收光谱法发射光谱法原子光谱法分子光谱法原子发射原子吸收原子荧光X射线荧光原子吸收紫外可见红外可见核磁共振紫外可见红外可见分子荧光分子磷光核磁共振化学发光原子发射原子荧光分子荧光分子磷光X射线荧光化学发光第31页，课件共38页，创作于2023年2月四、各种光分析法简介

abriefintroductionofopticalanalysis1.原子发射光谱分析法

以火焰、电弧、等离子炬等作为光源，使气态原子的外层电子受激发射出特征光谱进行定量分析的方法。2.原子吸收光谱分析法

利用特殊光源发射出待测元素的共振线，并将溶液中离子转变成气态原子后，测定气态原子对共振线吸收而进行的定量分析方法。第32页，课件共38页，创作于2023年2月3.原子荧光分析法气态原子吸收特征波长的辐射后，外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，后跃回基态或低能态时，发射出特征不同的荧光辐射，在与光源成90度的方向上，测定荧光强度进行定性和定量分析的方法。

4.分子荧光分析法

物质被紫外光照射激发后，在回到基态的过程中发射出比原激发波长更长的荧光，通过测量荧光强度和荧光光谱进行的定量和定量分析方法。

第33页，课件共38页，创作于2023年2月发射、吸收、荧光三种光谱分析过程示意图第34页，课件共38页，创作于2023年2月5.分子磷光分析法

处于第一最低单重激发态分子以无辐射弛豫方式进入第一三重激发态，再跃迁返回基态发出磷光。测定磷光强度进行定性和定量分析的方法。6.X射线荧光分析法

原子受高能辐射，其内层电子发生能级跃迁，发射出特征X射线（X射线荧光），测定其强度可进行定性和定量分析。7.化学发光分析法利用化学反应提供能量，使待测分子被激发，返回基态时发出一定波长的光，依据其强度与待测物浓度之间的线性关系进行定量分析的方法。第35页，课件共38页，创作于2023年2月8.紫外吸收光谱分析法利用溶液中分子吸收紫外和可见光产生跃迁所记录的吸收光谱图，可进行化合物结构分析，根据最大吸收波长强度变化可进行定量分析。

9.红外吸收光谱分析法利