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材料研究方法复习笔记第一章红外光谱(IR) Infra-red spectroscopy (见课木 P261)(分子振动和转动能级的跃迁)1. 红外区是电磁总谱中的一部分，波长在0.7-1000U m之间，红外区又可分为 三个区域：⑴近红外区：0.75-2.5 u m(2) 'P红外区：2.5 -25 u m,分子的基频振动(3) 远红外区：25-1000 um,分子转动及晶体的晶格振动2. 为什么红外光谱称为振转光谱？当分子经光照射吸收后，运动状态将从基态跃迁到高能量的激发态由于 粒子运动的能量是量子化的，它不能占有任意能量，被分子吸收的光子，其能量 必须等于分子动能的两个能级之差，否则不能被吸收E = hv = h —分了吸收光了能量后，根据能量大小可引起转动、振动和电了能阶的跃迁等 红外光谱就是由于分子的振动和转动引起的，故称为振一转光谱3 •红外光谱产生的条件产生红外吸收满足两个条件：(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> 02、C12等 非对称分子：有偶极矩，红外活性红外吸收谱带的强度与分了数有关，但也与分了振动时偶极矩变化率有关, 变化率越大，吸收强度也越大，因此极性基团如拨基、胺基等。

4.若以波数的形式来表示双原子分子的振动频率，贝山K为化学键的力常数，与键能和键长有关,“为双原子的折合质量，“ =m)m2/ (m|+m2)发生振动能级跃迁需要能量的人小取决于键两端原子的折合质童和键的力常数，即取决 丁-分子的结构特征化学键键强越强(即键的力常'数K越大)，原子折合的质量越小，化学键的 振动频率越人，吸收峰将出现在高波数区5 •基团特征频率(1) X—H 伸缩振动区(4000 -—2500 cm4 )酚,(a ) —O—H 3650 —3200 cm1 确定在非极性溶剂中，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b)饱和碳原子上的一C—H—CH3—CH2——C—H2960 cm'12870 cm-12930 cm42850 cm-12890 cm-1反对称伸缩振动 对称伸缩振动反对称伸缩振动对称伸缩振动3000 cm-弱吸收苯环上的c—H 3030 cm1=C—H 3010-2260 cm1 3000 cm-1 以上C—H 3300 cm1(2) .双键伸缩振动区(1200 -1900 cm1)(a) RC=CR, 1620-1680 cm1强度弱，R=R‘(对称)时，无红外活性。

b) 单核芳炷的C=C键伸缩振动(1626 -1650 cm4 )苯衍生物在1650-2000 cm1出现C・H和C二C键的面内变形振动的泛频吸收(强度弱)，可用來判断取代基位置c) C=O (1850 -1600 cm1 )OO酉同c11 -C -c 1715 cm-1酉旨C11 -C -OR 1725 — 1750 cm-1oo1 11820 cm-1c —一 c 一NT 1 680 cm-1c-1 1-c -OH 1750 cm-1⑶•参键(C三C)伸缩振动区(2500—1900 cm1)(1) RC =CH (2100-2140 cm'1 )RC 三CR' (2190-2260 cm1 )R二R时，无红外活性(2) RC (2100—2140 cm'1 ) 非共辘 2240-2260 cm1共辘 2220-2230 cm-(4) X—Y, X—H 变形振动区 v 1650 cm" 指纹区(1350 -650 cm'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6 •红外光谱图解析不饱和度U：有机分子中碳原子的不饱和程度如CmHnOqNrXs苯环的不饱和程度为4o7 •影响峰位变化的因素（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）b・共轨效应规律：共轨效应使共轨体系中的电子云密度平均化，结果使原来的双键（如拨基） 上的电子云密度降低，力常数降低，结果振动频率降低。

2） 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定性分析红外解谱四要素1 •峰位 2 •峰强 3 •峰形 4 •关联峰峰位：各种特征基团的吸收峰位要记清峰强：不同基团的峰：极性较强的基团（如C=O, C・X）振动，吸收强度较人；极 性较弱的基团（如C=C, N・C等）振动，吸收强度较弱峰形：不同基团在同一频率范围内都可能有红外吸收，如・0H、小1出的伸缩振动 峰都在3400-3200 cm'1,但二者峰形状有显著的不同此时峰形的不同有助 于基团的鉴別如：在3200-3600cm_I存在吸收峰，宽而钝的峰常是-OH,而尖峰可能是氨基 关联峰：指由一个基团引起的一组具有和互依存关系的特征峰一个有机基团有 时具有多个特征吸收峰，反Z若谱图小同时有这些吸收峰都指证某一个有机基 团，则分析结果更可靠！ 第二章紫外光谱（UV） Ultra Voilet Spectroscopy （见课木 P252）1 •紫外产生的原因（原子核外层电子的跃迁）紫外光谱的产生是由于有机分子在入射光的作用下，发生了价电子的跃迁， 使分子中的价电子由基态E跃迁到激发态E。

电子能级跃迁所需的能量较大， 其能量一般在l-20eVo几乎所有的UV吸收光谱都是由n-Ji *跃迁或*跃迁所产生的，且m 兀*跃迁一般都是弱吸收（£ <100）o2 •专业术语（a） 发色团：引起电子跃迁的不饱和基团，般为带有兀电子的基团b） 助色团：本身并无近紫外吸收，但与发色团相连时，常常要影响Xmax和£max的基团特点：助色团一般是带有p电子的基团c）红移与蓝移红移——由取代基或溶剂效应引起的入max向长波方向移动的现彖蓝移由取代基或溶剂效应引起的入max向短波方向移动的现象d）增色效应与减色效应增色效应 使最人吸收强度（£ max） t的效应 减色效应 使最大吸收强度（£ max） I的效应3 •应用紫外■可见分光光度计是在UV-Vis光区内可任意选择不同波长的光测定吸光 度的仪器主要应用定性分析，有机化合物分子结构的推断，纯度检查和定量测 定紫外光谱主要用来研究共轨体系的化合物第三章核磁共振(NMR)Nuclear Magnetic Resonance (见课本 P317)1.核磁共振波谱是吸收光谱的一种，在NMR中，是用频率为兆赫数量级的电 磁波照射于强磁场下的原子核，使其能级发生分裂。

当吸收的能量与原子核能级 差相等时，就会发生原子能级的跃迁，从而产生-•种吸收光谱…核磁共振光谱自旋量子数等于零的原子核有16O,12C,32S,28Si等,这些原子核没有自旋现象, 因而没有磁矩，不产生共振吸收光谱，故不能用核磁共振来研究自旋量子数不为零的原子核由于自旋而具有磁矩2 •发生核磁共振的条件发生共振时射屯频率V与磁场强度Ho之间的关系讨论：(1) 在相同的磁场中，不同原子核发生共振时的频率各不相同，根据这一点可以 鉴别各种元素及同位素2) 对于同一种核，了值一定当外加磁场一定时，共振频率也一定3. 屏蔽作用与化学位移(1)屏蔽作用在外磁场作用下，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“-6Hqa：屏蔽常数，b越大，屏蔽效应越大在外磁场H()的作用下核的共振频率为：卩=羽1一㈢了为磁旋比2兀(2)化学位移在有机化合物中，各种氧核周围的电子云密度不同(结构中不同位置)共振 频率有差界，即引起共振吸收峰的位移，这种现象称为化学位移通常以四甲基 硅烷(TMS)为基准进行衡量与裸露的氢核相比，TMS的化学位移最小规定爲林=0,其他种类的氢核 位移为正值。

人为样品吸收峰的频率与林为四甲基硅烷吸收峰的频率注：化学位移无量纲5 •影响化学位移的因素a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b电子环流效应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 在低场髙位移处出现苯环上的6个龙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c氢键和溶剂效应除了以上讨论的影响质子位移的主要因素之外，由于NMR试验样品配成溶 液或采用纯液体，因此溶质和溶剂分子之间的相互作用（溶剂效应）和氢键的形 成，对化学位移的影响有时也很明显6•自旋偶合和自旋分裂自旋核与自旋核的相互作用称为自旋一自旋耦合，简称自旋耦合自旋耦合作用的结果使得共振峰形发生变化，引起峰的裂分，使谱线増多称 为自旋一自旋裂分，简称自旋裂分分裂峰数是曲相邻碳原子上的氢数决定的分裂峰数:n+1规律；n为邻碳原子 上的氢数；峰的相对面积比等于二项展开式系数7 •谱图解析应用NMR鉴定化学结构时，可采用下列步骤进行：（1） 探询或者用元素分析、分子量测定；或用质谱决定分子式：（2） 计算不饱和度U：有机分子中碳原子的不饱和程度，如CmHnOqNrXs2m + 2 — （舁一厂 + s）U 二 2（3） 计算各峰的数目和相对面积，求出不同基团间的H原子数之比；（4） 确定化学位移大约代表什么基团，在氢谱中要特别注意孤立的单峰，然后 再解析耦合峰；（5） 对于一些较复杂的图谱，仅仅靠核磁共振谱來确定结构会有困难，还要与 其他分析手段配合。

第四章色谱分析1・色谱法的共同特点：任何色谱法都存在两个相，即流动相和固定相；流动和可以是气体或液体， 固定相为固体或涂渍在固体表面的高沸点液体；流动相对固定相作相对运动，它携带样品通过固定和；被分离样品中齐组分与色谱两和间具有不同的作用力，这种作用力一般表 现为吸附力或溶解能力，正是这种作用力的差异导致通过各组分通过固定相时达 到彼此分离2 •相关概念固定相（stationary phase）:色谱法中，填入柱管内静止不动的一相（固体或液体） 称为固定相如离子交换树脂法中的树脂相流动相（mobile phase）:携带样品流过网定相的流体（一般是气体或液体）称为流动相色谱柱(chromatography column):装有固定相的管子称为色谱柱基线：无试样通过检测器时，检测到的信号即为基线基线漂移：基线随时间定向缓慢地变化峰高h (peak hight )：峰的顶点到峰底之间的垂直距离 峰面积A (peak。