仪器分析课后答案解析

紫外一可见分光光度法

思考题和习题

1.名词解释：吸光度、透光率、吸光系数〈摩尔吸光系数、百分吸光系数〉、发色团、助色

团、红移、蓝移。

吸光度：指光线通过溶液或某一物质前的入射光强度与该光线通过溶液或物质后的透射光

强度比值的对数，用来衡量光被吸收程度的一个物理量。吸光度用A表示。

透光率：透过透明或半透明体的光通量与其入射光通量的百分率。

吸光系数：单位浓度、单位厚度的吸光度

摩尔吸光系数：一定波长下C为lmol/L,l为1cm时的吸光度值

百分吸光系数：一定波长下C为1%<W/V>,1为1cm时的吸光度值

发色团：分子中能吸收紫外或可见光的结构单元，含有非键轨道和n分子轨道的电子体系，能引

起兀一兀*跃迁和n-兀*跃迁，

助色团：一种能使生色团吸收峰向长波位移并增强其强度的官能团，如-OH、-NH3、-SH及一

些卤族元素等。这些基团中都含有孤对电子，它们能与生色团中n电子相互作用，使兀一兀*跃迁

跃迁能量降低并引起吸收峰位移。

红移和蓝移：由于化合物结构变化1共血、引入助色团取代基或采用不同溶剂后，吸收峰位置

向长波方向的移动,叫红移（长移；吸收峰位置向短波方向移动，叫蓝移（紫移，短移

2.什么叫选择吸收？它与物质的分子结构有什么关系？

物质对不同波长的光吸收程度不同，往往对某一波长〈或波段〉的光表现出强烈的吸收。这

时称该物质对此波长（或波段）的光有选择性的吸收。

由于各种物质分子结构不同，从而对不同能量的光子有选择性吸收,吸收光子后产生的吸

收光谱不同,利用物质的光谱可作为物质分析的依据。

3.电子跃迁有哪几种类型？跃迁所需的能量大小顺序如何？具有什么样结构的化合物产生紫

外吸收光谱？紫外吸收光谱有何特征？

电子跃迁类型有以下几种类型：。一。*跃迁,跃迁所需能量最大；n-O*跃迁，跃迁所需能

量较大，兀一无*跃迁,跃迁所需能量较小；n-兀*跃迁，所需能量最低。而电荷转移跃迁吸收峰可

延伸至可见光区内,配位场跃迁的吸收峰也多在可见光区内。

分子结构中能产生电子能级跃迁的化合物可以产生紫外吸收光谱。

紫外吸收光谱又称紫外吸收曲线,为分子光谱,属于连续的带状光谱,是以波长或波数为横坐

标，以吸光度为纵坐标所描绘的图线。在吸收光谱上，一般都有一些特征值,如最大吸收波长<

吸收峰>，最小吸收波长〈吸收谷》、肩峰、末端吸收等。

4.Lambert-Beer定律的物理意义是什么？为什么说Beer定律只适用于单色光？浓度C与吸

光度A线性关系发生偏离的主要因素有哪些？

朗伯一比耳定律的物理意义：当一束平行单色光垂直通过某溶液时,溶液的吸光度A与吸

光物质的浓度c及液层厚度/成正比。

Beer定律的一个重要前提是单色光。也就是说物质对单色光吸收强弱与吸收光物质的浓

度和厚度有一定的关系。物质对不同的单色光选择吸收,具有不同的吸收能力，非单色光吸收强

弱与物质的浓度关系不确定，不能提供准确的定性定量信息。

浓度C与吸光度A线性关系发生偏离的主要因素

（1化学因素：溶液中发生电离、酸碱反应、配位及缔合反应而改变吸光物质的浓度等导致

偏离Beer定律。减免：选择合适的测定条件和测定波长

(2光学因素：

非单色光的影响。减免：选用较纯的单色光；选max的光作为入射光

杂散光的影响。减免：选择远离末端吸收的波长测定

散射光和反射光：减免：空白溶液对比校正。

非平行光的影响：减免：双波长法

(3透光率测量误差：仪器的噪音(电路元件性能不稳定造成的读数的波动

减免：控制适宜的吸光度(读数范围，使0.2<A<0.7

5.紫外一可见分光光度计从光路分类有哪几类？各有何特点？

(1单光束分光光度计：结构简单，操作方便，维修容易，适用于常规分析。

(2双光束分光光度计：能自动记录吸收光谱曲线，自动消除光源强度变化所引起的误差。

(3双波长分光光度计：能提高方法的灵敏度和选择性，能获得导数光谱。可用于多组分混合

物、混浊试样分析，以及存在背景干扰或共存组分吸收干扰的情况下的分析。

(4二极管阵列分光光度计：可全部波长同时检测，可获得时间、光强度和波长三维谱

6.简述紫外一可见分光光度计的主要部件、类型及基本性能。

紫外-可见分光光度计的基本结构是由五个部分组成：即光源、单色器、吸收池、检测器

和信号指示系统。

1.光源：常用的光源有热辐射光源和气体放电光源两类。热辐射光源用于可见光区,如鸨丝

灯和卤铝灯；气体放电光源用于紫外光区，如氢灯和笊灯。

2.单色器：单色器一般由入射狭缝、准光器(透镜或凹面反射镜使入射光成平行光、色散元

件、聚焦元件和出射狭缝等几部分组成。其核心部分是色散元件，起分光的作用,主要有棱镜和

光栅。

3.吸收池：一般有石英和玻璃材料两种。石英池适用于可见光区及紫外光区，玻璃吸收池只

能用于可见光区。

4.检测器：常用的检测器有光电池、光电管和光电倍增管等。

5.信号指示系统：常用的信号指示装置有直读检流计、电位调节指零装置以及数字显示或自

动记录装置等。

7.简述用紫外分光光度法定性鉴定未知物方法。

紫外分光光度法定性鉴定未知物的光谱依据是：吸收光谱的形状、吸收峰的数目和位置

及相应的摩尔吸光系数，而最大吸收波长及相应的匕的是定性分析的最主要参数。

用紫外分光光度法定性鉴定未知物方法有：

对比吸收光谱的一致性；

对比吸收光谱特征数据；

对比吸光度〈或吸光系数〉的比值。

8.举例说明紫外分光光度法如何检查物质纯度。

(1如果一个化合物在紫外区没有吸收峰,而其中的杂质有较强的吸收，就可方便的检该化合物

中是否含有微量的杂质。主成分无吸收，杂质有吸收一直接考察杂质含量

(2如果一个化合物在紫外可见区有较强的吸收带，有时可用摩尔吸收系数来检查其纯度。

主成分强吸收，杂质无吸收/弱吸收一与纯品比国

杂质强吸收>>主成分吸收一与纯品比砌,光谱变形

9.为什么最好在而ax处测定化合物的含量？

根据Beer定律，物质在一定波长处的吸光度与浓度之间有线性关系。因此,只要选择一定

的波长测定溶液的吸光度，即可求出浓度。选被测物质吸收光谱中的吸收峰处，特别是在九max处,

可以提高测定灵敏度并减少测定误差。被测物如有几个吸收峰，可选不易有其它物质干扰的,

较高的吸收峰。

10.说明双波长消去法的原理和优点。怎样选择力和22?

原理：a与b两种物质的吸收光谱完全重叠,欲消除b组分的干扰直接测定a组分。首先要选

择采用两个测定波长入1和入2，测出在两波长处的吸光度，依据吸光度的加和性列式，然后计

算混合物在两个波长入1和入2处的总吸光度的差值来求算出待测组分a的含量。

优点：该方法测混合物时，可不经分离直接测定待测组分。

选择两个测定波长的原则

1使干扰组分(待消除组分在这两个波长具有相同的吸光度Alb、A2b；

2使待测组分a这两个波长△Aa足够大。

11.说明导数光谱的特点。

<1>导数光谱的零阶光谱极小和极大交替出现，有助于对吸收曲线峰值的精确测定。

<2>零阶光谱上的拐点，在奇数阶导数中产生极值，在偶数阶导数中通过零。这对肩峰的鉴

别和分离很有帮助。

<3>随着导数阶数增加,极值数目增加(极值=导数阶数十1>,谱带宽度变小，分辨能力增高,

可分离和检测两个或者以上重叠的谱带。

<4>分子光谱中。往往由于相邻吸收带的重叠.使吸收曲线产生峰位移动，峰形不对称。

出现肩峰等现象、可因相邻吸收带的强弱差别不同,相隔距离远近以及相重叠的部分多少而变

化，这冲变化，有时在吸收光谱曲线上的表现可以是很微弱而不易辨别的。而在导数图上则有明

12.以有Ml化合物的官能团说明各种类型的吸收带,并指出各吸收带在紫外一可见吸收光谱中

的大概位置和各吸收带的特征。

(1R带：由含杂原子的不饱和基团的n-无*跃迁产生，如C=O；C=N；—N=N—，其

入200〜400nm，强度较弱£<100。

(2K带：由共轨双键的兀一兀*跃迁产生，如<—CH=CH—>n,—CH=C—CO—，其

入>200nm,s>104o

(3B带：苯环本身振动及闭合环状共辗双键兀-兀*跃迁而产生的吸收带，是芳香族化合物的主

要特征吸收带，其九256nm，宽带，具有精细结构；s-200o

(4E带：由苯环环形共轨系统的兀-兀*跃迁产生，也是芳香族化合物的特征吸收带其中E1带

180nm,£max>104(常观察不至烟带200nm,£max=7000。

(5电荷转移吸收带：有电子给予体和电子接受体的有机或无机化合物电荷转移跃迁。其X

范围宽,£>10、

(6配位体场吸收带：配合物中心离子d-d或f-f跃迁产生。可延伸至可见光区,£<102。

13.卡巴克洛的摩尔质量为236,将其配成每100ml含0.4962mg的溶液，盛于1cm吸收池中，

4

在；Lax为355nm处测得A值为0.557,试求其同*及Mt。<E1'^I=1123,£=2.65X10>

14.称取维生素C0.05g溶于100ml的0.005mol/L硫酸溶液中，再准确量取此溶液2.00ml稀

释至100ml,取此溶液于1cm吸收池中，在；Imax245nm处测得A值为0.551,求试样中维生素C

的百分含量。(耳;:245nm=560<98.39%>

15.某试液用2.0cm的吸收池测量时T=60%,若用1.0cm、3.0cm和4.0cm吸收池测定时，透光

率各是多少？<72=77.46%,73=46.48%,74=36.00%>

16.有一标准Fe3+溶液，浓度为6四/1矶其吸光度为0.304,而试样溶液在同一条件下测得吸光度

为0.510,求试样溶液中Fe3+的含量(mg/L。<10.07ng/ml>

17.将2.481mg的某碱<BOH>的苦味酸<HA>盐溶于100ml乙醇中，在1cm的吸收池中测得

其380nm处吸光度为0.598,已知苦味酸的摩尔质量为229,求该碱的摩尔质量。〈己知其摩尔

吸光系数£为2xl04><A/=619>

4

18.有一化合物在醇溶液中的;Uax为240nm，其£为1.7xl0，摩尔质量为314.470试问配制什

么样浓度(g/100ml测定含量最为合适。<3.70xl()T~L48xl0-3,最佳8.03x107〉

吸光度在0.2~0.7之间时为分光光度法的最适宜范围。设1=1cm

19.金属离子M+与配合剂X-形成配合物MX,其它种类配合物的形成可以忽略，在350nm处

MX有强烈吸收，溶液中其它物质的吸收可以忽略不计。包含0.000500mol/LM+和

0.200mol/LX-的溶液，在350nm和1cm比色皿中,测得吸光度为0.800；另一溶液由

0.000500mol/LM+和0.0250mol/LX-组成,在同样条件下测得吸光度为0.640。设前一种溶液中

所有M+均转化为配合物，而在第二种溶液种并不如此,试计算MX的稳定常数。<犬稔=163>

20.K2OO4的碱性溶液在372nm有最大吸收。已知浓度为3.00xl0-5mol/L的K2OO4碱性

溶液，于1cm吸收池中，在372nm处测得T=71.6%。求(a该溶液吸光度；(bKzCrCh溶液的

finax；(c当吸收池为3cm时该溶液的T%。<A=0.145,&nax=4833,T=36.73%>

21.精密称取VB12对照品20mg,加水准确稀释至1000ml,将此溶液置厚度为1cm的吸收池中,

在；l=361nm处测得其吸收值为0.414,另有两个试样，一为VB12的原料药，精密称取20mg,加水

准确稀释至1000ml,同样在/=lcm,2=361nm处测得其吸光度为0.4000一为VB12注射液，精

密吸取1.00ml,稀释至10.00ml,同样测得其吸光度为0.518。试分别计算VB12原料药及注射液

的含量。〈原料药=96.62%,注射液含量=0.250mg/ml>

22.有一A和B两化合物混合溶液，已知A在波长282nm和238nm处的吸光系数上禽值分别

为720和270；而B在上述两波长处吸光度相等。现把A和B混合液盛于1.0cm吸收池中,

测得;Imax282nm处的吸光度为0.442；在;Uax238nm处的吸光度为0.278,求A化合物的浓度

(mg/100mlo<0.364mg/100ml>

23.配制某弱酸的HC10.5moi/L、NaOH0.5moVL和邻苯二甲酸氢钾缓冲液(pH=4.00的三

种溶液，其浓度均为含该弱酸O.OOlg/lOOmlo在/皿、=59()11111处分别测出其吸光度如表。求该

弱酸pKao<pKa=4.14>__________________________________________________

pHA(2max590nm主要存在形式

0.430[Hln]与[hr]

1.024[In-]

0.002[Hln]

24.有一浓度为2.00x103mol/L的有色溶液,在一定波长处，于0.5cm的吸收池中测得其吸收度

为0.300,如果在同一吸收波长处，于同样的吸收池中测得该物质的另一溶液的百分透光率为

20%,则此溶液的浓度为多少？

<4.66xlO-3mol/L>

25.含有Fe3+的某药物溶解后，加入显色剂KSCN溶液，生成红色配合物，用1.00cm吸收池在

分光光度计420nm波长处测定，已知该配合物在上述条件下醺为1.8x1*如该药物含Fe3+约

为0.5%,现欲配制50ml试液，为使测定相对误差最小,应称取该药多少克？(Fe=55.85

<0.0135g>

当A=0.434时，测定结果的相对误差最小

26.精密称取试样0.0500g,置250ml量瓶中，加入0.02mol/LHCl溶解,稀释至刻度。准确吸取

2mL稀释至100ml,以0.02mol/LHCl为空白，在263nm处用1cm吸收池测得透光率为41.7%,

其摩尔吸收系数为12000,被测物摩尔质量为100.0,试计算E：*<263nm>和试样的百分含量。

<1200,79.17%>

红外吸收光谱法

思考题和习题

1、红外光区是如何划分的?写出相应的能级跃迁类型.

区域名称波长<|jm〉波数<cm-l>能级跃迁类型

OH、NH、CH键的倍

近红外区泛频区13158-4000

频吸收

基本振动

中红外区2.5-254000-400分子振动，伴随转动

区

分子转动

远红外区25-300400-10分子转动

区

2、红外吸收光谱法与紫外可见吸收光谱法有何不同？

IRUV

外层价电子能级及振动、转动能级

起源分子振动、转动能级跃迁

跃迁

适用所有红外吸收的化合物具n-n*、况-n*跃迁有机化合物

特征性特征性强简单、特征性不强

吸光度或透光率为纵坐标,波长为

光谱描述透光率为纵坐标,波数为横坐标

横坐标

鉴定化合物类别、鉴定官能团、

用途定量、推测有机物共掘骨架

推测结构

红外光谱仪与紫外一可见分光光度计在主要部件上的不同。

IRUV

紫外区使用笊灯，可见区使用鸨

光源Nernst灯和硅碳棒

灯

单色器Michelson干涉仪或光栅棱镜或光栅

紫外区须用石英比色皿

吸收池盐窗做成的气体池或液体池

可见区用石英或玻璃比色皿

真空热电偶、热电型或光电导型

检测器光电倍增管

检测器

3.简述红外吸收光谱产生的条件。

(1辐射应具有使物质产生振动跃迁所需的能量，即必须服从U=AV-K

(2辐射与物质间有相互偶合作用,偶极矩必须发生变化，即振动过程△uW0；

4.何为红外非活性振动？

有对称结构分子中,有些振动过程中分子的偶极矩变化等于零，不显示红外吸收,称为红外非活

性振动。

5、何为振动自由度？为何基本振动吸收峰数有时会少于振动自由度？

振动自由度是分子基本振动的数目，即分子的独立振动数。对于非直线型分子，分子基本振动数

为3n-6。而对于直线型分子，分子基本振动数为3n-5。

振动吸收峰数有时会少于振动自由度其原因可能为：

分子对称，振动过程无偶极矩变化的红外非活性活性。两个或多个振动的能量相同时，产生

简并。吸收强度很低时无法检测。振动能对应的吸收波长不在中红外区。

6.基频峰的分布规律有哪些？

(1折合质量越小，伸缩振动频率越高

(2折合质量相同的基团，伸缩力常数越大，伸缩振动基频峰的频率越高。

(3同一基团，一般v>p>y

7、举例说明为何共趣效应的存在常使一些基团的振动频率降低。

共朝效应的存在，常使吸收峰向低频方向移动。由于臻基与苯环共轨，其兀电子的离域增大,

使埃基的双键性减弱，伸缩力常数减小，故谈基伸缩振动频率降低，其吸收峰向低波数方向移

动。

以脂肪酮与芳香酮比较便可说明。

8.如何利用红外吸收光谱区别烷烧、烯嫌及焕燃？

烷一主要特征峰为七H陷3,陷3»/，其中VCH峰位一般接近3000cm-1又低于

3000cm1o

烯煌主要特征峰为匕c-H，乙=c，7=c-〃，其中v=c-H峰位一般接近3000cm”又高于BOOOcmL

vc=M^位约在1650cm"。y=C-H是烯妙最具特征的峰，其位置约为1000-650cm'o

焕煌主要特征峰为仁c-“，乙，其中唯c-“峰位在3333-3267cm“。峰位在

2260-2100cm-i,是焕煌的高度特征峰。

9.如何在谱图上区别异丙基及叔丁基？

当两个或三个甲基连接在同一个C上时，则吸收峰心，分裂为双峰。如果是异丙基，双峰分

别位于1385cm」和1375cm」左右，其峰强基本相等。如果是叔丁基，双峰分别位于1365cm1

和1395cm-1左右，且1365cm-1峰的强度约为1395cm"的两倍。

10.如何利用红外吸收光谱确定芳香烧类化合物？

利用芳香煌类化合物的主要特征峰来确定：

芳氢伸缩振动(V=C-H,3100~3000cm」〈通常有几个峰〉

泛频峰2000-1667cm-1

苯环骨架振动(Vc=c,1650-1430cm1,-1600cm1及~1500cm"

芳氢面内弯曲振动(P=C-H,1250-1000cm-1

芳氢面外弯曲振动Cy=c-H,910~665cm-1

11.简述傅立叶变换红外光谱仪的工作原理及傅立叶变换红外光谱法的主要特点。

傅里叶变换红外光谱仪是通过测量干涉图和对干涉图进行快速Fourier变换的方法得到

红外光谱。它主要由光源、干涉仪、检测器、计算机和记录系统组成。同色散型红外光谱仪

比较,在单色器和检测器部件上有很大的不同。由光源发射出红外光经准直系统变为一束平行

光束后进人干涉仪系统，经干涉仪调制得到一束干涉光，干涉光通过样品后成为带有样品信息

的干涉光到达检测器，检测器将干涉光讯号变为电讯号，但这种带有光谱信息的干涉信号难以

进行光谱解析。将它通过模/数转换器〈A/D〉送入计算机油计算机进行傅里叶变换的快速计

算，将这一干涉信号所带有的光谱信息转换成以波数为横坐标的红外光谱图，然后再通过数/

模转换器<D/A>送入绘图仪，便得到与色散型红外光谱仪完全相同的红外光谱图。

傅里叶变换红外光谱法的主要特点：

(1灵敏度高,样品量可少到io-9-io-"go

(2分辨率高,波数准确度一般可达0.5cm,有的可达0.005cm」。

(3测定的光谱范围宽，可达10000〜10cm"。

14扫描速度快,一般在1s内即可完成全光谱范围的扫描,比色散型仪器提高数百倍。

12.特征区与指纹区是如何划分的？在光谱解析时有何作用？

习惯上4000-1300cm-'区间称为特征频率区，简称特征区。特征区的吸收峰较硫，易辨认。

此区间主要包括：含有氢原子的单键，各种三键及双键的伸缩振动的基频峰，还包括部分含氢键

的面内弯曲振动的基频峰。

1300-400cm-1的低频区称为指纹区。此区域所出现的谱带起源于各种单键的伸缩振动，以

及多数基团的弯曲振动。此区域的光谱，犹如人的指纹，如两个人的指纹不可能完全相同一样,

两个化合物的红外光谱指纹区也不相同。两个结构相近的化合物的特征频率区可能XX小异,

只要它们的化学结构上存在着细小的差别，指纹区一艇就有明显的不同。

特征区在光谱解析中主要解决：化合物具有哪些官能团；确定化合物是芳香族、脂肋族、

饱和或不饱和化台物。

指纹区在光谱解析中主要解决：指纹区的许多吸收峰与特征峰相关，可以作为化合物含有

某一基团的旁证；可以确定化合构的细微结构。如芳环上的取代位置，判别几何异构体等。

13.正确解析红外光谱必须遵循哪些原则？

(1特征频率区寻找特征峰，如uO-H,uN-H,vC=O

(2寻找对应的相关吸收峰,确定出存在的官能团

(3参考被测样品各种数据,初步判断化合物结构

(4最后查阅标准谱图进行比较、核实

14.试用红外吸收光谱区别竣酸、酯、酸酎。

竣酸的特征吸收峰为VOH、VC=O及YOH峰。VOH(单体~3550cm“〈尖锐〉,VOH<二聚体>3400~2500<

宽而散>,vc=o〈单体>1760cm-1<S>,vasc=o(二聚体>17107700cm-1<S>.竣酸的汽汨峰位在

955〜915cm"范围内为一宽谱带，其形状较独特。

酯的特征吸收峰为vc=o>vc-o-c峰，具体峰位值是：vc=o~1735cm-1<S>；Vc-o-c1300-1000cm-1<S>。

as

vc.o.c峰的强度大而宽是其特征。

酸酎的特征吸收峰为vasc=o、V，c=O双峰。具体峰位值是：vasc=o18507800cml<s>.

vsc=ol780~1740cm-1<s>,两峰之间相距约60cm」,这是酸酎区别其它含默基化合物主要标志。

15.解析红外光谱的顺序是什么？为什么？

为防止片面利用某特征峰来确定官能团而出现"误诊"，遵循四先、四后步骤：先特征(区、

后指纹(区；先最强(峰、后次强(峰；先粗查、后细查；先否定、后肯定的顺序。

16.某物质分子式为CioHioO。测得红外吸收光谱如图(P260o试确定其结构，并给出峰归属。

U=[2+2*10—10/2=6可能含有苯环

波数归属结构信息

3320羟基v(O-HO-H

2985甲基伸缩振动vas(CH3CH3

2165v(C=OC=O

1600,1460芳环骨架C=C伸缩振动v<C=C>芳环

1450甲基变形振动6as(CH3-CH?

1400p(OH-OH

1230叔丁基vC-C-C—

CH3

1092v(C-0C-0

771芳环碳氢变形伸缩振动产C-H

芳环单取代

704环变形振动6s(环

根据以上分析，可知其结构

17.某未知物的分子式为C7H9N,测得其红外吸收光谱如图(P260,试通过光谱解析，推断其分

子结构。

U=12+2*7+1-9/2=4可能含有苯环

波数归属结构信息

胺

3520,3430,3290v(-NH-NH2

3030芳环碳氢伸缩振动v(AR-HAR-H

甲基伸缩振动

2925vas(CH3CH3

1622伯胺面内弯曲B(NH-NH2

1588；1494芳环骨架C=C伸缩振动v<C=C>芳环

甲基变形振动

14713as(CH3-CH3

甲基变形振动

13806s(CH3-CH3

1303,1268胺v(-C-N

748芳环碳氢变形伸缩振动产C-H芳环临二取代

根据以上分析，可知其结构

18.某未知物的分子式为C10H12O,试从其红外光谱图(P261推出其结构。

U=12+2*7+1-9/2=4可能含有苯环

波数归属结构信息

3060,3030芳环碳氢伸缩振动v(AR-HAR-H

2960,2870甲基伸缩振动vas(CH3CH3

2820,2720vC-H(0-CHO

1700vC=O-C=O

1610；1570,1500芳环骨架C=C伸缩振动v<C=C>共胡芳环

1460甲基变形振动6as(CH

3-CH3

1390,1365甲基变形振动6s(CH

3-CH3

830芳环碳氢变形伸缩振动产C-H芳环对位二取代

根据以上分析，可知其结构

第十五章核磁共振波谱法

思考题和习题

1.解释下列各词

(1屏蔽效应和去屏蔽效应(2自旋偶合和自旋分裂

(3化学位移和偶合常数(4化学等价核和磁等价核

(1屏蔽效应：原子核外电子运动在外加磁场H0作用下产生与外加磁场方向相反的次级磁场,

造成核实际受到的磁场强度减弱。

去屏蔽效应：烯烧、醛、芳环中，口电子在外加磁场作用下产生环流，使氢原子周围产生感应磁场,

如果感应磁场的方向与外加磁场相同，即增加了外加磁场，所以在外加磁场还没有达到Ho时,就发生

能级的跃迁，称为去屏蔽效应，该区域称为去屏蔽区。

(2自旋偶合：相邻核自旋产生核磁矩间的相互干扰的现象。

自旋裂分：由自旋偶合引起的共振峰分裂现象。

(3化学位移在一定的辐射频率下，处于不同化学环境的有机化合物中的自旋核,产生核磁共振

的磁场强度或共振吸收频率不同的现象。

偶合常数：多重峰的峰间距；用来衡量偶合作用的大小。

(4化学等价核：化学位移完全相同的核。

磁等价核:分子中的一组化学等价核,若它们对组外任何一个核都是以相同的大小偶合，则这一组

核为磁等价核。

2.下列哪一组原子核不产生核磁共振信号，为什么？

汨、强与、瓮乳、:H[C、g

并不是是所有原子核都能产生核磁共振信号,原子核能产生核磁共振现象是因为具有核

自旋，其自旋量子数须不等于0。质量数和质子数均为偶数的原子核，自旋量子数为0，质量数为

奇数的原子核，自旋量子数为半整数,质量数为偶数，质子数为奇数的原子核，自旋量子数为整

12r16c

数。由此，6°、8°这一组原子核都不产生核磁共振信号。

3.为什么强射频波照射样品，会使NMR信号消失，而UV与IR吸收光谱法则不消失？

自旋核在磁场作用下，能级发生分裂，处在低能态核和处于高能态核的分布服从波尔兹曼

分布定律，当B0=1.409T,温度为300K时，高能态和低能态的1H核数之比为处于低能级的核

数比高能态核数多十万分之一，而NMR信号就是靠这极弱过量的低能态核产生的。若以合适

的射频照射处于磁场的核,核吸收能量后，由低能态跃迁到高能态，其净效应是吸收，产生共振信

号。若用强射频波照射样品,高能态核不能通过有效途径释放能量回到低能态，低能态的核数越

来越少，一定时间后高能态和低能态的核数相等，这时不再吸收,核磁共振信号消失。而UV与

IR吸收光谱法是根据光线被吸收后的减弱程度来判断样品中待测元素的含量的，即使用较强

辐射照射，吸收也不会消失。

4.为什么用5值表示峰位，而不用共振频率的绝对值表示？为什么核的共振频率与仪器的磁场强度

有关，而偶合常数与磁场强度无关？

5.什么是自旋偶合与自旋分裂？单取代苯的取代基为烷基时拜环上的芳氢(5个为单峰，为什么？

两取代基为极性基团(如卤素、一NH2、-OH等逐环的芳氢变为多重峰，试说明原因，并推测是什

么自旋系统。

6.峰裂距是否是偶合常数？偶合常数能提供什么结构信息？

对简单偶合而言峰裂距就是偶合常数。高级偶合需通过计算才能求出偶合常数。

偶合常数是核磁共振谱的重要参数之一，可提供物质结构中核间关系、构型、构像及取代基位置

等信息。

7：花是狭义与广义的〃+1律？

8.HF的质子共振谱中可以看到质子和19F的两个双峰，而HC1的质子共振谱中只能看到质子单峰。

为什么？

9.某化合物三种质子相互偶合构成AM2X2系统JAM=10HZJXM=4HZ。A、M2、X2各为几重峰？为

什么？

10.磁等价与化学等价有什么区别？说明下述化合物中那些氢是磁等价或化学等价及其峰形(单峰、

二重峰…。计算化学位移。

(DCl—CH=CH-C1②③

ClHhCl

④CH3cH=CCb

(①5a=6b=6.36<s>,磁等价；②质5.31、6b5.47、6c6.28；③6a=%=5.50弋>磁等价；④

<5CH,L73<d>、<^cH5.86<qua>

11.ABC与AMX系统有什么区别？

12.氢谱与碳谱各能提供哪些信息？为什么说碳谱的灵敏度约相当于>H谱的1/5800?

核磁共振氢谱化学位移,偶合常数及积分曲线，分别提供含氢官能团,核间关系及氢分布等方面的

信息。

13.试计算①200及400MHz仪器的磁场强度是多少Tesla<T>。②13c共振频率是多少？<(%.6974

及93947；②50.286及100.570MHz>

14.用H-2.3487T的仪器测定,9F及阳,已知它们的磁旋比分别为2.5181Xl胪r&T及1.0841X

i/r试计算它们的共振频率。

(94.128及40.524MHz

15.计算顺式与反式桂皮酸Ha与Hb的化学位移。

桂皮酸

<CH二CHCOOH

〈顺式：&=6.18,如=7.37反式：6a=6.65,5b=7.98>

16.已知用60MHz仪器测得：%=6.72,%=7.26Jab=8.5Hz。求算①二个质子是什么自旋系统？②

当仪器的频率增加至多少时变为一级偶合AX系统？

(AB系统M，157.4MHZ

17.根据下列NMR数据，绘出NMR图谱，并给出化合物的结构式。

(1C14H14：52.89<&4H>及^7.19<s,10H>〈CeHs-CH2cH2—€6Hs>

(2C7H9N：61.52<s2H>,63.85<s2H>及<?7.29<s,5H>〈CHs-CHzNH》

(3C3H7。：61.51<d,6H>及^4.11<sept.,lH><CH3cH<Cl>CHj>

(4C4H8(h：«J1.2<t,3H>,52.3<qua.2H>,及<53.6<s3H><CH3cH2coOCEb〉

(5C10H12O2：<J2.0<s3H>,62.9<t2H>,64.3<L2H>及67.3<s,5H>

(C5H6-CH2-CH2-OCOCH3

(6C9H10O:81.2<t3H>,63.0<qua.,2H>,及67.4~8.0<m，H.苯环峰复杂不必绘出〉

<C6HseOCH2cHa>

18.试对照结构指出图15-22上各个峰的归属。

19.有两个分子式同为C9H9BrO2的化合物,核磁共振谱图(15-26a和15-26b如下。在紫外光谱中

都观察到B带和R带，红外光谱中化合物<a>在指纹区位于840cm1处有一吸收带，化合物<b>在指纹

区800cm-',700cm-'左右有两个吸收峰。试判别各自的结构。

第十五章质谱法

思考题与习题

1.简述质谱仪的组成部分及其作用，并说明质谱仪主要性能指标的意义。

质谱仪，其基本组成是相同的。都包括进样系统、离子源、质量分析器、检测器和真空系

统。

进样系统：把被分析的物质,即样品送进离子源。

离子源：将欲分析样品电离,得到带有样品信息的离子。

质量分析器：将离子源产生的离子按m/z顺序分离开来。

检测器：用以测量、记录离子流强度而得出质增图。

真空系统：保证离子源中灯丝的正常工作，保证离子在离子源和分析器正常运行,消减不

必要的离子碰撞，散射效应,复合反应和离子-分子反应，减小本底与记忆效应，

衡量一台质谱仪性能好坏的指标包括灵敏度,分辨率，质量范围，质量稳定性等。

灵敏度表示在一定的样品(如八氟蔡或六氯苯，在一定的分辨率下，产生一定信噪比的分

子离子峰所需的样品量。

质谱仪的分辨率表示质谱仪把相邻两个质量分开的能力

质量范围是质谱仪所能测定的离子质荷比的范围。

质量稳定性主要是指仪器在工作时质量稳定的情况，

质量精度是指质量测定的精确程度。

2.在质谱图中，离子的稳定性与其相对丰度有何关系？

由于键断裂的位置不同，同一分子离子可产生不同质荷比的碎片离子，而其相对丰度与键

断裂的难易以及化合物的结构密切相关，离子的稳定性越高，其相对丰度越大。因此，碎片离子

的峰位<m/z>及相对丰度可提供化合物的结构信息。

3、指出含有一个碳原子和一个氯原子的化合物，可能的同位素组合有哪几种？它们将提供哪

些分子离子峰？

可能的同位素组合有C12cl35、。3cl35、。2cl37、CI3C137;提供的分子离子峰为M、M+

1、M+2、M+3-

4.某化合物的分子离子峰的m/z值为201,由此可得出什么结论？

由于多数分子易失去一个电子而带一个电荷，分子离子的质荷比是质量数被1除，即m/lo

因此,分子离子峰的质荷比值就是它的分子量。该化合物的分子离子峰的〃流值为201,由此可

得出其分子量为201。

5.某质谱仪能够分开CO+(27.9949和N；(28.0062两离子峰，该仪器的分辨率至少是多少？

6、在邻甲基苯甲酸甲酯C9H10O2(M=150质谱图m/z118处观察到一强峰，试解释该离子的

形成过程。

7.试表示5一甲基庚烯-3的主要开裂方式及产物，说明加〃97和相〃83两个碎片离子的产

生过程。

8.试述在综合解析中各谱对有机物结构推断所起的作用。为何一般采用质谱作结构验证？

一般紫外光谱可判断有无共施体系；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6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。

在质谱中的大多数离子峰均是根据有机物自身裂解规律形成的，各类有机化合物在质谱

中的裂解行为与其基团的性质密切相关。因此一般采用质谱作结构验证

9、某一脂肪胺的分子离子峰为m/z87,基峰为m/z30,以下哪个结构与上述质谱数据相符？为

什么？(A

a位无取代基的伯胺形成的基峰为CH2=NH2<m/z30>

10.初步推断某一酯类(M=116的结构可能为A或B或C,质谱图上m/z87、m/z59、m/z57、

m/z29处均有离子峰，试问该化合物的结构为何？(B

(A(CH3)2CHC00C2H5(BC2H5COOC3H7(CC3H7COOCH3

m/z87.m/z59.m/z57、Wz29分别为C3H7-0-0。+、0C3H7+、C2H5-C三0+、C2H5十。

11、3,3-二甲基己烷在下述质荷比(m/z的峰中，最强峰的质荷比为何值？为什么？(D

A、85B、29C、99D、71

m/z=71

12.下列化合物哪些能发生McLafferty重排？试写出重排过程及重排离子的机〃值。

4A、C

参考教材319McLafferty重排的示例。(B无丫H

13.下列化合物哪些能发生RDA重排？笆写出重排过程及主要碎片离子的机/z值。(BD

参考教材320RDA重排的示例

14.鉴别下列质谱(图15-23是苯甲酸甲酯(C6H5COOCH3,还是乙酸苯酯(CH3COOC6H5,

并说明理由及峰的归属。(C6H5COOCH3

m/z105是苯甲酰(C6H5co+碎片离子峰，与之相对应的应有m/z77和m/z51的碎片离子

峰出现。只有苯甲酸甲酯(C6H5co0C%才能产生m/z105的碎片离子。

峰的归属如下：

m/z136M*m/z1050^(厂。

+

m/z77m/z51□.

15.某未知物的分子式为C8Hl60,质谱如图所示，试推测出其结构并说明峰归属。<3一甲基一

庚酮一2>

解：<1>U=1,可能是酮、醛、烯醇等化合物。

<2>主要离子峰有：m/z128、85、72、57、43、41、29等，基峰m/z43是甲基酮的特征离

子，是由a裂解产生：

未知物为甲基酮已经证明，而己烷基的结构则需由其他碎片离子来证明。m/z72与分子离

子m/z128均为偶数，故m/z72应为McLafferty重排离子，且在3位C上必定有甲基，否则只能

产生m/z58离子。

根据分子式,R'应为乙基，除了3位C有甲基外，其他烷基部分均为直链，这由m/z29、43、

57等直链烷基特征峰可得到证明。故化合物的结构式为：

16、某化合物的质谱如图所示，试推测其结构并说明峰归属。

<1>m/z84<M,100>,85<6.7>、86<0.2>,M为偶数，相对分子质量较小，不大可能含偶数个

N,所以含C、H、0,根据同位素峰强度计算分子式：

2

nc=6.7/l.1=6,no=<0.2-0.006X6>/0.2=0(不含氧〉,皿=84—6X12=12。

分子式为C6H|2。

<2>U=1,未知物含有一个双键，是烯妙。

<3>碎片离子m/z42、56及69可能分别为C3H5+、C4H「及C5H9+。m/z41是烯燃的特征

离子之一，由于未知物的相对分子质量是84,因而只能是1一己烯或2一甲基一1一戊烯。其裂

解情况如下：

m/z41离子可以证明烯键在分子结构式的一端，但不易证明是直接或支链一1一烯；m/z56

离子为基峰，偶数质量单位为重排离子。在上述两种结构中只有2一甲基一1一戊烯经麦氏重排

后能产生m/z为56的重排离子。

m/z69碎片离子峰主要是断掉支链甲基而形成：

m/z84是分子离子M,0

综上所述,2一甲基一1一戊烯。

17.某化合物的紫外光谱：然心。H262nm(fmax15；红外光谱：3330~2500cmT间有强宽吸

收,1715cm-'处有强宽吸收；核磁共振氢谱：6U.0处为单质子单峰,62.6处为四质子宽单峰,

52.12处为三质子单峰，质谱如图16-25所示。参照同位素峰强比及元素分析结果，分子式为

C5H8。3,试推测其结构式。

43

100

80

11600=2.44

60117(MH)0.II

H8(M+2)M).02

40

20

U6(M)

0

7090110130150170

图1625例。,的质讲图(CH3COCH2CH2COOH

(1)U=2

(2)UV262nm(^„15：R带

(3)^3330-2500^-1：V-OH;1715cmv_c=o(峰宽可能是C=O与酸的C=O的吸收重叠〉

第十七章色谱分析法概论

思考题和习题

1.色谱法作为分析方法的最大特点是什么？

色谱法以高超的分离能力为最大特点，具有高灵敏度、高选择性、高效能、分析速度快及

应用广泛等优点。

2.一个组分而石谱峰可用哪些参数描述？这些参数各有何意义？

一个组分的色谱峰可用三项参数即峰高或峰面积、峰位及峰宽说明。其中峰高或峰面积

用于定量；峰位用保留值表示，用于定性；峰宽用于衡量柱效。

3.说明容量因子的物理含义及与分配系数的关系。为什么容量因子〈或分配系数〉不等是

分离的前提？

分配比（容量因子k是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。而分配系数是组分在固定相和流动相中的浓度之比。二者的关系为k=KVs/Vm。

分配比越大的组分在色谱柱中的保留越强,tR=to<l+k>,要使两组分分离,须不等，则它们的

k或K必须不等，这是分离的前提。

4.各类基本类型色谱的分离原理有何异同？

按色谱分离机制不同，可将色谱方法