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有机化学/分析技巧/光谱分析

维基教科书,自由的教学读本

UV/可见光谱[编辑]

  分析的原理为朗伯比尔定律(Lambert-Beer's law):测定一束平行的单色光穿过样品溶液后,被吸收的光量。样品中的待测成分会影响透过溶液的光量,即待测成分会吸收紫外光或可见光,而影响样品溶液的相对透光率或吸光度,以此作为样品溶液中待测成分浓度的测定指标。
  化合物必须有πbond或lone pair(孤对电子对或称为为共用电子对)。
  当UV/VIS light通过分子时,其上之πbond 或 lone pair电子吸收辐射能而跃迁至较高能阶,可利用不同物质在不同波长下有最大吸收值之特性,于相同波长下,该物质越多,吸收也越多,借此定量之用。如检测液态样品中蛋白质浓度,可以280nm紫外光检测。

NMR光谱[编辑]

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)光谱,

Aromatics in H-NMR Electron Donating Groups vs. Electron Withdrawing Groups[编辑]

双取代基苯环[编辑]

化学位移(Chemical shift)[编辑]

化学位移是各种有机分子中,质子所受到的屏蔽效应程度不同,导致在核磁共振谱上所产生的吸收峰位置不同的现像。

由于屏蔽效应导致的差异非常小,难以精确测量其绝对值,在实际应用中,经常用四甲基硅烷((CH3)4Si)作为参照物,将其吸收峰的位置设为零,即 δ = 0 ppm。

在某些情况下,有机物残留溶剂的吸收峰也可被作为参照物,例如三氯甲烷(CHCl3) δ = 7.27。

常见的氢化学位移距离[编辑]

化学位移(δ,单位ppm) 化学式
0~2 H与sp3的碳键结
2~2.8 H与sp3的碳键结,且该碳为丙烯基(allylic)或苄基(benzylic)位置
2~4.5 H与sp3的碳键结,且该碳与阴电性高的元素,比方说N、O或者卤素连接。如果与阴电性高的元素连接,该H的化学位移越大。
4.6~5.7 H与烯类的sp2碳键结
6.5~8.5 H与芳香性化合物的sp2碳键结
9.5~10.1 H与C=O做键结
10~13 羧基(COOH)的氢

另一种表示法

化学位移(δ,单位ppm) 化学式
1~2 CHn
2~3 ≡C-H,Ph-CHn,CO-CHn
3~4 H与sp3的碳键结,且该碳与阴电性高的元素,比方说N、O或者卤素连接。如果与阴电性高的元素连接,该H的化学位移越大。
5~6 C=C-H
7~8 H与芳香性化合物的sp2碳键结
9~10 H与C=O做键结
11~12 羧基(COOH)的氢

含N的有

化学位移(δ,单位ppm) 含N化学式
~1 R-NH
~3 Ar-NH
~7 O=C-NH

常见的碳化学位移[编辑]

化学位移(δ,单位ppm) 化学式
0~50 sp3碳(3°>2°>1°)
50~80 sp3碳且和N、O或者卤素的等阴电性高的元素键结。阴电性越大,化学位移越大。
100~160 烯或者芳香性化合物的sp2
160~180 羧酸或其衍生物的羰基碳
180~210 酮或醛的羰基碳

Mass光谱[编辑]

Mass光谱用来测量离子的质量数与电荷比值。多数时候我们会先做一些初步的分离,让进行检测的样本相对纯净。然后将该有机分子离子化之后置入Mass光谱仪,这个过程的同时也会将该分子打碎成较小的离子碎片。

mass光谱显示了:

  1. 分子本身的质量数(最重的离子其质量)。
  2. 在光谱内出现的其他质量数,为其他离子碎片的质量。这些质量数可以提供我们有机分子结构的线索。常见的碎片质量为:
种类 化学式 质量
甲基 CH3+ 15
乙基 C2H5+ 29
苯基(phenyl) C6H5+ 77

远红外线光谱[编辑]

有机分子键结吸收光谱摘要[编辑]

键结 最小波长 (cm-1) 最大波长 (cm-1) 官能基 (注解)
C-O 1000 1300 醇或者酯
N-H 1580 1650 胺或者酰胺
C=C 1610 1680
C=O 1650 1760 醛,酮,酸,酯,酰胺
O-H 2500 3300 酸(非常宽的吸收光谱)
C-H 2850 3000
C-H 3050 3150 烯类(Compare intensity to alkane for rough idea of relative number of H atoms involved.)
O-H 3230 3550 醇的氢键
N-H 3300 3500 胺或酰胺
O-H 3580 3670 醇类的–OH(需要溶在非极性溶剂里面)

吸收光谱均是以 cm-1为单位


方法[编辑]

Typical apparatus

A beam of infra-red light is produced and split into two separate beams. One is passed through the sample, the other passed through a reference which is often the substance the sample is dissolved in. The beams are both reflected back towards a detector, however first they pass through a splitter which quickly alternates which of the two beams enters the detector. The two signals are then compared and a printout is obtained.

A reference is used for two reasons:

  • This prevents fluctuations in the output of the source affecting the data
  • This allows the effects of the solvent to be cancelled out (the reference is usually a pure form of the solvent the sample is in).

参考资料[编辑]