现代分离与测试技术课件

传统（经典）提取分离技术溶剂提取法（浸渍、渗漉、煎煮、回流等）水蒸汽蒸馏法溶剂分离法分馏法沉淀法升华法结晶法传统结构测试技术理化性质测定波谱数据化学降解化学转换半合成全合成文献比较现代分离技术色谱技术

吸附、分配、离子交换、分子筛、亲和色谱等类型低压快速、逆流液滴分溶（DCCC）、高效液相（HPLC）等分子蒸馏超临界萃取膜分离毛细管电泳现代测试技术核磁共振（NMR）2D-NMR质谱（MS）HRMS

红外（IR）紫外（UV）旋光（ORD）X射线单晶衍射（X-RayCrystalAnalysis）吗啡（morphine）的研究1804-1806年发现1925年提出确定结构1952年人工全合成合计约150年从发现、确定结构，到人工全合成，仅花4年时间（1952－1956）利血平（reserpine）的研究分离测试联用技术气质联用液质联用(LC-MS)液核联用(LC-NMR)主要内容1.提取分离前的准备工作2.一般原理及常用方法3.活性成分的分离方法4.注意事项1.提取分离前的准备工作1.1考察研究材料的学名、产地、药用部位、采集时间与方法等1.2文献调研，以了解利用前人经验1.3化学成分预试实验1.4确定提取分离方案2.一般原理及常用方法2.1提取溶剂法、水蒸汽蒸馏法、升华法等2.2分离

2.2.1根据物质溶解度2.2.2根据物质在两相溶剂中的分配比2.2.3根据物质的吸附性2.2.4根据物质分子大小2.2.5根据物质解离程度2.2.1根据物质溶解度差别改变温度：结晶、重结晶改变极性：沉淀多糖、蛋白质等改变pH值：酸碱法分离生物碱、黄酮，等电点分离氨基酸等加入沉淀剂2.2.2根据物质在溶剂中的分配比液液萃取分配系数：K=CU/CL分离因子：

=KA/KB

>50逆流分溶：

<50液液分配柱色谱正相色谱与反相色谱加压液相柱色谱液滴逆流色谱（DCCC）及高速逆流色谱（HSCCC）

2.2.3根据物质的吸附性差别固－液吸附、物理吸附和化学吸附吸附规律：相似者易于吸附（吸附剂、溶质、溶剂）简单吸附法进行物质的浓缩与精制吸附柱色谱用于物质的分离硅胶、氧化铝、聚酰胺、大孔吸附树脂等分离材料2.2.4根据物质分子大小差别透析法凝胶法

原理种类：葡聚糖凝胶（Sephadex）和羟丙基葡聚糖凝胶（SephadexLH-20）超滤法超速离心法离子交换法电泳技术2.2.5根据物质解离程度不同3.活性成分的分离方法分离得到纯品后再进行活性测试

分离与活性测试分为两个阶段，结果易判断，但盲目性大，活性成分易丢失（微量成分）活性指导法进行分离

选用简易、灵敏、可靠的活性测试方法作指导，对分离进行活性评估，追踪活性部分和活性成分。能有效地指导分离，排除干扰，调整方案，得到活性成分，但需具备分离和活性测试的知识、设备、经费等。主要内容结构测试的策略结构测试的步骤和技术应用举例注意事项结构测试的策略文献调研判断化合物类型波谱学等技术进行测试

分子式、官能团、结构片断、基本骨架、平面结构和立体结构等

结构测试的步骤和技术鉴定化合物的纯度初步推断化合物的类型测定分子式并计算不饱和度确定官能团、结构片断和基本骨架确定平面结构确定立体结构鉴定化合物的纯度熔点法TLC、PPC法GC、HPLC法初步推断化合物的类型提取分离过程中的行为有关理化性质结合文献测定分子式并计算不饱和度元素定量分析和分子量测定法同位素峰度法高分辨质谱法（HI-MS）不饱和度计算U=Ⅳ-Ⅰ/2+Ⅲ/2+1

确定官能团、结构片断和基本骨架官能团定性及定量相关波谱学测定及解析UVIRMS1HNMR13CNMR确定平面结构提出一个或几个可能结构综合分析波谱测试结果结合文献调研比较已知化合物或化学沟通（化学降解、衍生物制备或化学合成）确定立体结构测定CD或ORD测定NOE或NOESYX－射线单晶衍射人工合成应用举例灰毛浆果楝D（cipadesinsD,24）的结构鉴定HRESIMS确定灰毛浆果楝D的分子式calcdforC33H40Na1O13[M+Na]+,667.2361

IR显示羰基信号

IR吸收峰νmax1749、1738cm-1

灰毛浆果楝D的UV谱图

灰毛浆果楝D的1HNMR谱图

1个β取代的呋喃环4个与季碳相连的甲基3个乙酰基1个甲氧基灰毛浆果楝D的13CNMR谱图

显示33个信号，除1个甲氧基、3个乙酰基外，剩余26个信号，包括1个β取代的呋喃环和4个与季碳相连的甲基，表明24可能为四降三萜类化合物灰毛浆果楝D的HSQC谱图

灰毛浆果楝D的HMBC谱图

HMBC实验推定灰毛浆果楝D的结构ImportantHMBCcorrelationsofcipadesinsD灰毛浆果楝D的NOESY谱图

NOESY实验确定灰毛浆果楝D的相对构型ImportantNOESYcorrelationsofcipadesinsDX-射线单晶衍射实验证明结构ORTEPdiagramof24主要内容概述仪器及其基本原理质谱解析应用概述质谱法（MassSpectrometry,MS）

化合物

离子化质量分析器检测器特点：

范围宽、灵敏度高、速度快、信息直观、确定分子量和分子式仪器及其基本原理质谱仪器离子源及离子化技术质量分析器及质量分离原理进样系统离子检测器TheMassSpectrometer

SampleinletIonsourceMassanalyzerDatasystemdetector离子源及离子化技术离子源离子化技术1.Electronimpactionization(EI)：2.Chemicalionization(CI)3.Fielddesorptionionization(FD)4.Fastatombombardmentionization(FAB)5.Matrixassistedlaserdesorptionionization(MALDI)6.Atmosphericpressureionization(API)(1).Electrosprayionization(ESI)(2).Atmosphericpressurechemicalionization(APCI)不同样品所适用的离子化技术常规样品采取EI法为提高分子离子峰丰度采用CI或FD法难挥发、高极性或分子量大的样品，可采用FAB、MALDI和ESI法等质谱解析质谱中的离子质谱裂解规律质谱解析质谱中的离子MolecularionsFragmentionsIsotopicionsMultiplyionsMetastableionsOddelectronionsEvenelectronions分子离子的识别分子离子峰的强弱取决于分子离子的稳定性N规则合理的中性丢失改变试验条件采用其它离子化方法分子离子的作用给出分子量给出分子式推测化合物的结构类型分子离子峰的相对丰度与分子的结构有关。FormulaC6H12C5H8OC4H8N2Mass84.093984.057584.0688质谱裂解规律裂解的产生：70eV、内部不安定因素电离发生的位置：最低电离电位的电子影响离子丰度的因素：

稳定性、stevenson规则、最大烷基丢失裂解方式：均裂、异裂和半异裂开裂的类型及简单机理：

单纯、重排和复杂开裂质谱解析参考被测样品的其它已知信息所用离子化方法确定分子离子确定分子式推测可能含有的官能团分析基峰及主要碎片离子可能代表的结构单元推测、筛选可能的结构式应用质谱在天然产物分析中的应用质谱在生命科学研究中的应用在天然产物分析中的应用电离方式相关技术超微量样品离子化相关技术现场样品前处理质谱联用技术电离方式相关技术LC／APCI－MS测定了绿茶和红茶中的12种微量儿茶酚检测分析蔬菜汁中多种弱极性分子β胡萝卜素异构体ESI-multi-CHEFSORI-CIDFTMS)法解析muraymycinA1和B1的精确分子量和分子式超微量样品离子化相关技术纳升级电喷雾质谱(nano－ESI)技术的应用和发展使质谱的检测限大为降低,达到nmol级,甚至amol级应用nano－ESI，用前体离子扫描定量分析了amol级的甾族化合物样品应用nano－ESI四极杆飞行时间质谱测定了海藻中的一种单二甲基含砷糖现场样品前处理质谱联用技术应用脉冲超滤质谱，筛选并评价了多种COX2抑制剂应用固相微提取质谱技术,测定了几种挥发和半挥发化学试剂和两种除草剂，检测灵敏度达到ppb级和ppt级在生命科学研究中的应用质谱与蛋白质分析

质谱与核酸研究质谱与临床医学质谱与检测展望质谱与蛋白质分析蛋白质分子量的测定：MALI－MS技术

蛋白质组研究：1.多肽、蛋白质的质量2.肽指纹图谱测定（肽指纹谱的方法比氨基酸组成分析更为可靠）3.氨基酸序列测定等（串联质谱技术）

质谱与核酸研究ESI和MALDI质谱技术与寡核苷酸及其类似物的结构和序列分析

外切酶从3’或5’端进行部分降解，在不同时间内分别取样进行质谱分析

质谱应用于DNA研究领域

M．L．Vestal和邓慧敏等把离子延迟引出技术（lonDelayedExtraction,DE）应用于MALDI－MS中，测定混合碱基DNA，获得了高分辨率的DNA质谱图。

质谱与临床医学对药物代谢产物的动态分析癌细胞蛋白质的鉴定同位素标记物的检测等

用同位素14C标记的14C-尿素呼吸试验和15

N标记的15

N-排泄试验已成为临床检测胃幽门螺杆菌（HP）的有效手段。

质谱与检测生物工程产品与MALDI-TOF-MS

技术蔡耘等用上述技术对重组的人表皮生长因子（hEGF）白细胞介素-3（IL－3）、肿瘤坏死因子（TNF）粒细胞＼巨噬细胞集落刺激因子（GM－CSF）、粒细胞集落刺激因子（G—CSF）碱性成纤维生长因子（bFGF）等六种基因工程产品进行了测定，获得了准确的分子量信息及纯度信息

1.1概述1.2红外光谱与有机化合物结构1.3

分子中基团的基本振动形式1.4影响峰位变化的因素1.红外光谱分析基本原理分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱1.1概述红外光谱图：纵坐标为吸收强度，横坐标为波长λ（μm）和波数1/λ

单位：cm-1可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。应用：有机化合物的结构解析。定性：基团的特征吸收频率；定量：特征峰的强度；1.2红外光谱与有机化合物结构1.红外光谱产生的条件

满足两个条件：

(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；

(2)辐射与物质间有相互偶合作用。

对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。

如：N2、O2、Cl2

等。

非对称分子：有偶极矩，红外活性。偶极子在交变电场中的作用示意图2.分子振动方程式分子的振动能级（量子化）：

E振=（V+1/2）h

V：化学键的振动频率；

：振动量子数。(1)双原子分子的简谐振动及其频率化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧(2)分子振动方程式任意两个相邻的能级间的能量差为：K化学键的力常数，与键能和键长有关，

为双原子的折合质量

=m1m2/（m1+m2）发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。表某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）键类型:—CC—>—C=C—>—C—C—力常数:15

179.5

9.94.5

5.6峰位:4.5m6.0m7.0m化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。1.3

分子中基团的基本振动形式

1．两类基本振动形式伸缩振动亚甲基：变形振动亚甲基例１水分子２．峰位、峰数与峰强（1）峰位化学键的力常数k越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。（2）峰数峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。例2CO2分子（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；（5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰；（3）瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；

1．内部因素（1）电子效应a．诱导效应：吸电子基团使吸收峰向高频方向移动（蓝移）1.4影响峰位变化的因素

化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部因素影响。各种化合物中相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。R-COR

C=01715cm-1;R-COH

C=01730cm-1

；R-COCl

C=01800cm-1;R-COF

C=01920cm-1;F-COF

C=01920cm-1;R-CONH2

C=01928cm-1;ｂ．共轭效应cm-1cm-1cm-1cm-1

共轭效应使共轭体系中的电子云密度平均化，使其吸收频率向低波数方向移动。CHCHCHCH1576cm-11611cm-11644cm-11781cm-11678cm-11657cm-11651cm-1（２）空间效应

场效应；空间位阻；环张力CH3060-3030cm-12900-2800cm-12222（3）氢键效应

氢键(分子内氢键；分子间氢键)：对峰位，峰强产生极明显影响，使伸缩振动频率向低波数方向移动。2．外部因素溶剂效应物质的状态2.1仪器类型与结构2.2制样方法2.3联用技术2.仪器与方法2.1仪器类型与结构

两种类型：色散型干涉型（付立叶变换红外光谱仪）内部结构Nicolet公司的AVATAR360FT-IR傅里叶变换红外光谱仪结构框图干涉仪光源样品室检测器显示器绘图仪计算机干涉图光谱图FTS傅里叶变换红外光谱仪工作原理图迈克尔干涉仪工作原理图2.2制样方法1）气体——气体池2）液体：①液膜法——难挥发液体（bp>80C）②溶液法——液体池溶剂：CCl4，CS2常用。3)固体:①研糊法（液体石腊法）②KBr压片法③薄膜法2.3联用技术GC/FTIR（气相色谱红外光谱联用）LC/FTIR（液相色谱红外光谱联用）PAS/FTIR（光声红外光谱）MIC/FTIR（显微红外光谱）——微量及微区分析3.1红外光谱的特征性3.2有机化合物分子中常见基团吸收峰3.3基团吸收带数据3.红外光谱与分子结构3.1红外光谱的特征性

与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键振动频率——基团特征频率（特征峰）；例：2800

3000cm-1—CH3特征峰；1600

1850cm-1—C=O特征峰；基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：—CH2—CO—CH2—1715cm-1

酮—CH2—CO—O—1735cm-1

酯—CH2—CO—NH—1680cm-1

酰胺红外光谱与分子结构常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000

670cm-1依据基团的振动形式，分为四个区：(1)4000

2500cm-1X—H伸缩振动区（X=O，N，C，S）(2)2500

1900cm-1

三键，累积双键伸缩振动区(3)1900

1200cm-1

双键伸缩振动区(4)1200

670cm-1

X—Y伸缩，

X—H变形振动区3.2有机化合物分子中常见基团吸收峰3.2.1．X—H伸缩振动区（4000

2500cm-1）（1）—O—H3650

3200cm-1

确定醇，酚，酸

在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。（3）不饱和碳原子上的=C—H（

C—H

）

苯环上的C—H3030cm-1

=C—H3010

2260cm-1

C—H3300

cm-1（2）饱和碳原子上的—C—H3000cm-1以上

—CH3

2960

cm-1

反对称伸缩振动2870

cm-1

对称伸缩振动

—CH2—2930

cm-1反对称伸缩振动2850

cm-1

对称伸缩振动

—C—H2890cm-1

弱吸收3000cm-1以下3.2.2．双键伸缩振动区(1200

1900cm-1)（1）RC=CR’1620

1680cm-1

强度弱，

R=R’（对称）时，无红外活性。（2）单核芳烃的C=C伸缩振动出现在1600cm-1和1500cm-1附近，有两个峰，这是芳环的骨架结构，用于确认有无芳核的存在。（3）苯衍生物在1650

2000cm-1出现C-H和C=C键的面内变形振动的泛频吸收（强度弱），可用来判断取代基位置。（4）C=O（1850

1600cm-1）碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。3.2.3．叁键伸缩振动区(2500

1900cm-1)3.2.4.X—Y，X—H变形振动区<1650cm-

指纹区(1350

650cm-1),较复杂。

C-H，N-H的变形振动；

C-O，C-X的伸缩振动；

C-C骨架振动等。精细结构的区分。（1）RCCH（2100

2140cm-1）

RCCR’（2190

2260cm-1）

R=R’时，无红外活性（2）RCN（2100

2140cm-1）非共轭2240

2260cm-1

共轭2220

2230cm-1

3.3基团吸收带数据常见基团的红外吸收带特征区指纹区500100015002000250030003500C-H，N-H，O-HN-HCNC=NS-HP-HN-ON-NC-FC-XO-HO-H（氢键）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HCCC=C

红外光谱法广泛用于有机化合物的定性分析和定量分析。4.1定性分析

4.1.1.已知物的鉴定

将试样的谱图与标准的谱图进行对照，或者与文献上的谱图进行对照。几种标准谱图（1）萨特勒（Sadtler）标准红外光谱图（2）Aldrich红外谱图库（3）SigmaFourier红外光谱图库4.红外光谱法的应用4.1.2.未知物结构的测定测定未知物的结构，是红外光谱法定性分析的一个重要用途。如果未知物不是新化合物，可以通过两种方式利用标准谱图进行查对：（1）查阅标准谱图的谱带索引，与寻找试样光谱吸收带相同的标准谱图；（2）进行光谱解析，判断试样的可能结构，然后在由化学分类索引查找标准谱图对照核实。

在定性分析过程中，除了获得清晰可靠的图谱外，最重要的是对谱图作出正确的解析。所谓谱图的解析就是根据实验所测绘的红外光谱图的吸收峰位置、强度和形状，利用基团振动频率与分子结构的关系，确定吸收带的归属，确认分子中所含的基团或键，进而推定分子的结构。简单地说，就是根据红外光谱所提供的信息，正确地把化合物的结构“翻译”出来。往往还需结合其他实验资料，如相对分子质量、物理常数、紫外光谱、核磁共振波谱及质谱等数据才能正确判断其结构。4.1.3谱图的解析准备工作

在进行未知物光谱解析之前，必须对样品有透彻的了解，例如样品的来源、外观，根据样品存在的形态，选择适当的制样方法；注意视察样品的颜色、气味等，它们住往是判断未知物结构的佐证。还应注意样品的纯度以及样品的元素分析及其它物理常数的测定结果。样品的相对分子质量、沸点、熔点、折光率、旋光率等物理常数，可作光谱解释的旁证，并有助于缩小化合物的范围。根据未知物不饱和度判断

当

=0时，表示分子是饱和的，应在链状烃及其不含双键的衍生物。当

=1时，可能有一个双键或脂环；当

=2时，可能有两个双键和脂环，也可能有一个叁键；当

=4时，可能有一个苯环等。

根据上表可以粗略估计可能存在的基团，并推测其可能的化合物类别，然后进行红外的图谱解析。官能团分析根据官能团的初步分析可以排除一部分结构的可能性，肯定某些可能存在的结构，并初步可以推测化合物的类别。小结

图谱的解析主要是靠长期的实践、经验的积累，至今仍没有一一个特定的办法。一般程序是先官能团区，后指纹区；先强峰后弱峰；先否定后肯定。首先在官能团区（4000~1300cm-1）搜寻官能团的特征伸缩振动，再根据指纹区的吸收情况，进一步确认该基团的存在以及与其它基团的结合方式。如果是芳香族化合物，应定出苯环取代位置。最后再结合样品的其它分析资料，综合判断分析结果，提出最可能的结构式，然后用已知样品或标准图谱对照，核对判断的结果是否正确。如果样品为新化合物，则需要结合紫外、质谱、核磁等数据，才能决定所提的结构是否正确。4.2定量分析

红外光谱定量分析是通过对特征吸收谱带强度的测量来求出组份含量。其理论依据是朗伯-比耳定律。

由于红外光谱的谱带较多，选择的余地大，所以能方便地对单一组份和多组份进行定量分析。此外，该法不受样品状态的限制，能定量测定气体、液体和固体样品。因此，红外光谱定量分析应用广泛。但红外光谱法定量灵敏度较低，尚不适用于微量组份的测定。红外谱图解析示例1．烷烃2.烯烃对比烯烃顺反异构体3.醇氢键缔合

基于物质光化学性质而建立起来的分析方法称之为光化学分析法。分为:光谱分析法和非光谱分析法。光谱分析法是指在光（或其它能量）的作用下，通过测量物质产生的发射光、吸收光或散射光的波长和强度来进行分析的方法。

吸收光谱分析发射光谱分析分子光谱分析原子光谱分析１.基本原理

在光谱分析中，依据物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法称为吸光光度法,主要有:

红外吸收光谱：分子振动光谱，吸收光波长范围2.51000m,主要用于有机化合物结构鉴定。

紫外吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围200400nm（近紫外区），可用于结构鉴定和定量分析。

可见吸收光谱：电子跃迁光谱，吸收光波长范围400750nm，主要用于有色物质的定量分析。

１.２.1．光的基本性质

光是一种电磁波，具有波粒二象性。光的波动性可用波长

、频率

、光速c、波数（cm-1）等参数来描述：

=c

；波数=1/

=

/c

光是由光子流组成，光子的能量：

E=h=hc/

（Planck常数：h=6.626×10-34J×S)

光的波长越短（频率越高），其能量越大。白光(太阳光)：由各种单色光组成的复合光

单色光：单波长的光(由具有相同能量的光子组成)

可见光区：400-750nm

紫外光区：近紫外区200-400nm

远紫外区10-200nm（真空紫外区）１.２紫外可见吸收光谱

１.２.2.物质对光的选择性吸收及吸收曲线M+热M+荧光或磷光

E=E2-

E1=h

量子化；选择性吸收;

分子结构的复杂性使其对不同波长光的吸收程度不同；用不同波长的单色光照射，测吸光度—吸收曲线与最大吸收波长

max；M+

h

M*

光的互补：蓝

黄基态激发态E1

（△E）E2

（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。吸光度最大处对应的波长称为最大吸收波长λmax

（2）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似λmax不变。而对于不同物质，它们的吸收曲线形状和λmax则不同。

（3）③吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物质定性分析的依据之一。（4）不同浓度的同一种物质，在某一定波长下吸光度A有差异，在λmax处吸光度A的差异最大。此特性可作为物质定量分析的依据。（5）在λmax处吸光度随浓度变化的幅度最大，所以测定最灵敏。吸收曲线是定量分析中选择入射光波长的重要依据。吸收曲线的讨论１.２.3.电子跃迁

物质分子内部三种运动形式：

（1）电子相对于原子核的运动（2）原子核在其平衡位置附近的相对振动（3）分子本身绕其重心的转动分子具有三种不同能级：电子能级、振动能级和转动能级三种能级都是量子化的，且各自具有相应的能量分子的内能：电子能量Ee

、振动能量Ev

、转动能量Er

即E＝Ee+Ev+ErΔΕe>ΔΕv>ΔΕr

紫外-可见光谱属于电子跃迁光谱。

电子能级间跃迁的同时总伴随有振动和转动能级间的跃迁。即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁产生的若干谱线而呈现宽谱带。能级跃迁讨论：（1）转动能级间的能量差ΔEr：0.005～0.050eV，跃迁产生吸收光谱位于远红外区。远红外光谱或分子转动光谱；（2）振动能级的能量差ΔEv约为：0.05～１eV，跃迁产生的吸收光谱位于红外区，红外光谱或分子振动光谱；（3）电子能级的能量差ΔEe较大1～20eV。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外—可见光区，紫外—可见光谱或分子的电子光谱

（4）吸收光谱的波长分布是由产生谱带的跃迁能级间的能量差所决定，反映了分子内部能级分布状况，是物质定性的依据。（5）吸收谱带强度与分子偶极矩变化、跃迁几率有关，也提供分子结构的信息。通常将在最大吸收波长处测得的摩尔吸光系数εmax也作为定性的依据。不同物质的λmax有时可能相同，但εmax不一定相同；（6）吸收谱带强度与该物质分子吸收的光子数成正比，定量分析的依据。讨论：１.３分子吸收光谱与电子跃迁

有机化合物的紫外—可见吸收光谱，是其分子中外层价电子跃迁的结果（三种）：σ电子、π电子、n电子。

分子轨道理论：一个成键轨道必定有一个相应的反键轨道。通常外层电子均处于分子轨道的基态，即成键轨道或非键轨道上。

外层电子吸收紫外或可见辐射后，就从基态向激发态(反键轨道)跃迁。主要有四种跃迁所需能量ΔΕ大小顺序为：n→π＊

<π→π＊

<n→σ＊

<σ→σ＊

⑴

σ→σ＊跃迁

所需能量最大，σ电子只有吸收远紫外光的能量才能发生跃迁。饱和烷烃的分子吸收光谱出现在远紫外区(吸收波长λ<200nm，只能被真空紫外分光光度计检测到)。如甲烷的λ为125nm,乙烷λmax为135nm。

⑵

n→σ＊跃迁

所需能量较大。吸收波长为150～250nm，大部分在远紫外区，近紫外区仍不易观察到。含非键电子的饱和烃衍生物(含N、O、S和卤素等杂原子)均呈现n→σ*跃迁。如一氯甲烷、甲醇、三甲基胺n→σ*跃迁的λ分别为173nm、183nm和227nm。

⑶π→π＊跃迁

所需能量较小，吸收波长处于远紫外区的近紫外端或近紫外区，摩尔吸光系数εmax一般在104L·mol－1·cm－1以上，属于强吸收。不饱和烃、共轭烯烃和芳香烃类均可发生该类跃迁。如：乙烯π→π*跃迁的λ为162nm，

εmax为:1×104L·mol-1·cm－1。

⑷n→π＊跃迁

需能量最低，吸收波长λ>200nm。这类跃迁在跃迁选律上属于禁阻跃迁，摩尔吸光系数一般为10～100L·mol-1·cm-1，吸收谱带强度较弱。分子中孤对电子和π键同时存在时发生n→π＊跃迁。丙酮n→π＊跃迁的λ为275nmεmax为22L·mol-1·cm-1（溶剂环己烷)。生色团与助色团生色团：

最有用的紫外—可见光谱是由π→π＊和n→π＊跃迁产生的。这两种跃迁均要求有机物分子中含有不饱和基团。这类含有π键的不饱和基团称为生色团。简单的生色团由双键或叁键体系组成，如乙烯基、羰基、亚硝基、偶氮基—N＝N—、乙炔基、腈基—C㆔N等。助色团：

有一些含有n电子的基团(如—OH、—OR、—NH２、—NHR、—X等)，它们本身没有生色功能(不能吸收λ>200nm的光)，但当它们与生色团相连时，就会发生n—π共轭作用，增强生色团的生色能力(吸收波长向长波方向移动，且吸收强度增加)，这样的基团称为助色团。

有机化合物的吸收谱带常常因引入取代基或改变溶剂使最大吸收波长λmax和吸收强度发生变化:

λmax向长波方向移动称为红移，向短波方向移动称为蓝移(或紫移)。吸收强度即摩尔吸光系数ε增大或减小的现象分别称为增色效应或减色效应，如图所示。红移与蓝移影响吸收峰位置的因素溶剂效应

由于溶剂对溶质分子基态和激发态的稳定化不同，溶剂极性增大，最大吸收峰位置改变：R带蓝移，K带红移。溶剂若形成氢键，则R带蓝移。结构共轭体系的共轭程度增高导致红移。1.4.1朗伯—比耳定律

布格(Bouguer)和朗伯(Lambert)先后于1729年和1760年阐明了光的吸收程度和吸收层厚度的关系。A∝b

1852年比耳(Beer)又提出了光的吸收程度和吸收物浓度之间也具有类似的关系。A∝c

二者的结合称为朗伯—比耳定律，其数学表达式为：

A＝lg（I0/It)=εbc

A：吸光度；描述溶液对光的吸收程度；

b：液层厚度(光程长度)，通常以cm为单位；

c：溶液的摩尔浓度，单位mol·L－１；

ε：摩尔吸光系数，单位L·mol－１·cm－１１.４光的吸收定律1.4.2摩尔吸光系数ε的讨论

（1）吸收物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数；

（2）不随浓度c和光程长度b的改变而改变。在温度和波长等条件一定时，ε仅与吸收物质本身的性质有关，与待测物浓度无关；（3）可作为定性鉴定的参数；

（4）同一吸收物质在不同波长下的ε值是不同的。在最大吸收波长λmax处的摩尔吸光系数，常以εmax表示。εmax表明了该吸收物质最大限度的吸光能力，也反映了光度法测定该物质可能达到的最大灵敏度。

（5）εmax越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。ε>105：超高灵敏；

ε=(6～10）×104

：高灵敏；

ε<2×104：不灵敏。（6）ε在数值上等于浓度为1mol/L、液层厚度为1cm时该溶液在某一波长下的吸光度。1.4.3.偏离朗伯—比耳定律的原因

标准曲线法测定未知溶液的浓度时，发现：标准曲线常发生弯曲（尤其当溶液浓度较高时），这种现象称为对朗伯—比耳定律的偏离。引起这种偏离的因素（两大类）：（1）物理性因素，即仪器的非理想引起的；（2）化学性因素。

可见分光光度计2.仪器

紫外-可见分光光度计光源单色器样品室检测器显示2.1.1.光源

在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。

可见光区：钨灯作为光源，其辐射波长范围在320～2500nm。紫外区：氢、氘灯。发射185～400nm的连续光谱。2.1基本组成

2.1.2.单色器

将光源发射的复合光分解成单色光并可从中选出一任波长单色光的光学系统。①入射狭缝：光源的光由此进入单色器；②准光装置：透镜或返射镜使入射光成为平行光束；③色散元件：将复合光分解成单色光；棱镜或光栅；

④聚焦装置：透镜或凹面反射镜，将分光后所得单色光聚焦至出射狭缝；⑤出射狭缝。2.1.3.样品室

样品室放置各种类型的吸收池（比色皿）和相应的池架附件。吸收池主要有石英池和玻璃池两种。在紫外区须采用石英池，可见区一般用玻璃池。2.1.4.检测器

利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号，常用的有光电池、光电管或光电倍增管。2.1.5.结果显示记录系统检流计、数字显示、微机进行仪器自动控制和结果处理2.2分光光度计的类型

2.2.1.单光束

简单，价廉，适于在给定波长处测量吸光度或透光度，一般不能作全波段光谱扫描，要求光源和检测器具有很高的稳定性。2.2.2.双光束自动记录，快速全波段扫描。可消除光源不稳定、检测器灵敏度变化等因素的影响，特别适合于结构分析。仪器复杂，价格较高。2.2.3.双波长

将不同波长的两束单色光(λ1、λ2)快束交替通过同一吸收池而后到达检测器。产生交流信号。无需参比池。△

=1～2nm。两波长同时扫描即可获得导数光谱。3有机化合物紫外光谱解析

了解共轭程度、空间效应、氢键等；可对饱和与不饱和化合物、异构体及构象进行判别。

紫外—可见吸收光谱中有机物发色体系信息分析的一般规律是：

⑴若在200～750nm波长范围内无吸收峰，则可能是直链烷烃、环烷烃、饱和脂肪族化合物或仅含一个双键的烯烃等。⑵若在270～350nm波长范围内有低强度吸收峰(ε＝10～100L·mol-1·cm-1),（n→π跃迁），则可能含有一个简单非共轭且含有n电子的生色团，如羰基。

⑶若在2５0～300nm波长范围内有中等强度的吸收峰则可能为芳香族化合物。

⑷若在210～250nm波长范围内有强吸收峰，则可能含有2个共轭双键；若在260～300nm波长范围内有强吸收峰，则说明该有机物含有3个或3个以上共轭双键。⑸若该有机物的吸收峰延伸至可见光区，则该有机物可能是长链共轭或稠环化合物。△E=hν高能态低能态氢原子在外加磁场子中的取向r为旋磁比，h为Planck常数当E射=

hν射=△E

时，质子吸收电磁辐射的能量，从低能级跃起迁至高能级，这种现象即称为核磁共振。凡是自旋量子数不等于零的原子核，都可发生核磁共振。常用1HNMR和13CNMR。第一节核磁共振基本原理共振条件(1)核有自旋(磁性核)(2)外磁场,能级裂分;(3)照射频率与外磁场的比值

0/H0=

/(2)在1950年，Proctor等人研究发现：质子的共振频率与其结构（化学环境）有关。在高分辨率下，吸收峰产生化学位移和裂分，如右图所示。由有机化合物的核磁共振图，可获得质子所处化学环境的信息，进一步确定化合物结构。四、核磁共振波谱仪1．永久磁铁：提供外磁场，要求稳定性好，均匀，不均匀性小于六千万分之一。扫场线圈。2．射频振荡器：线圈垂直于外磁场，发射一定频率的电磁辐射信号。3．射频信号接受器（检测器）：当质子的进动频率与辐射频率相匹配时，发生能级跃迁，吸收能量，在感应线圈中产生毫伏级信号。4．样品管：外径5mm的玻璃管,测量过程中旋转,磁场作用均匀。第二节化学位移屏蔽作用与化学位移

理想化的、裸露的氢核；满足共振条件：

0=

H0/(2

)产生单一的吸收峰；实际上，氢核受周围不断运动着的电子影响。在外磁场作用下，运动着的电子产生相对于外磁场方向的感应磁场，起到屏蔽作用，使氢核实际受到的外磁场作用减小：

H=（1-

）H0

：屏蔽常数。

越大，屏蔽效应越大。

化学位移：

0=[

/(2)]（1-

）H0由于屏蔽作用的存在，氢核产生共振需要更大的外磁场强度（相对于裸露的氢核），来抵消屏蔽影响。

在有机化合物中，各种氢核周围的电子云密度不同（结构中不同位置）共振频率有差异，即引起共振吸收峰的位移，这种现象称为化学位移。化学位移的表示方法1．位移的标准没有完全裸露的氢核，没有绝对的标准。相对标准：四甲基硅烷Si(CH3)4（TMS）（内标）

位移常数

TMS=02．为什么用TMS作为基准?(1)12个氢处于完全相同的化学环境，只产生一个尖峰；（2）屏蔽强烈，位移最大。与有机化合物中的质子峰不重迭；（3）化学惰性；易溶于有机溶剂；沸点低，易回收。位移的表示方法

与裸露的氢核相比，TMS的化学位移最大，但规定

TMS=0，其他种类氢核的位移为负值，负号不加。

=[（样-TMS)/

TMS]106(ppm)

小，屏蔽强，共振需要的磁场强度大，在高场出现，图右侧；

大，屏蔽弱，共振需要的磁场强度小，在低场出现，图左侧；常见结构单元化学位移范围各种基团的δ值（1）δ

值从R-CH3,R2CH2,R3C-H

依次增加（2）δ

值从烃基、烯基、芳基依次增加；芳环中的π电子在外磁场作用下产生环流，使环上的H原子周围产生感应磁场，其方向与外磁场相同，增强了外磁场，所以在外磁场强度还没有达到H0

时，就发生能级跃迁，它的δ值特别大，称为反屏蔽作用。乙炔分子中π电子环流，产生的感应磁场对抗外加磁场，故质子受到屏蔽。其δ值较烯烃的小。（3）δ

值随着邻近原子电负性的增加而增加：（4）δ

值随着H原子与电负性基团距离的增大而减小，如：CH3CH3<CH3NH2

<CH3OH<CH3FR-O-C-C-C-H<R-O-C-C-H<R-O-C-H电负性与质子相连元素的电负性越强，吸电子作用越强，价电子偏离质子，屏蔽作用减弱，信号峰在低场出现。-CH3，

=1.6~2.0，高场；-CH2I，

=3.0~3.5,-O-H，-C-H，

大

小低场高场

价电子产生诱导磁场，质子位于其磁力线上，与外磁场方向一致，去屏蔽。

价电子产生诱导磁场，质子位于其磁力线上，与外磁场方向一致，去屏蔽。

苯环上的6个

电子产生较强的诱导磁场，质子位于其磁力线上，与外磁场方向一致，去屏蔽。一、自旋偶合与自旋裂分二、峰裂分数与峰面积第三节自旋偶合与自旋裂分一、自旋偶合与自旋裂分

每类氢核不总表现为单峰，有时多重峰。