為了解決材料測試的小伙伴們一看到譜圖分析腦袋就大的問題,小編為大家整理了四大波譜(紅外光譜IR、質譜分析MS、核磁共振譜NMR、紫外光譜UV)測試動態圖,以期對大家有所幫助。
1、紅外光譜IR
紅外吸收光譜是分子中成鍵原子振動能級躍遷而產生的吸收光譜,只有引起分子偶極矩變化的振動才能產生紅外吸收。紅外吸收光譜主要用于結構分析、定性鑒別及定量分析。
分子的振動模式分為兩種,即伸縮振動和變形振動,以下是亞甲基和甲基的兩種振動模式。
亞甲基振動模式
甲基振動模式
紅外光譜測試
紅外光譜的特征吸收峰對應分子基團,因此可以根據紅外光譜推斷出分子結構式。
以下是甲醇紅外光譜分析過程:
甲醇紅外光譜結構分析過程
點擊查看詳情:1分鐘學會紅外光譜圖分析(內附23首紅外分析順口溜)
2、質譜分析MS
質譜分析是先將物質離子化,按離子的質荷比分離,然后測量各種離子譜峰的強度而實現分析目的的一種分析方法。質譜儀可以用于測定相對分子質量、化合物分子式及結構式。
以下是FT-ICR質譜儀工作過程:
離子產生
離子收集
離子傳輸
FT-ICR質譜的分析器是一個具有均勻(超導)磁場的空腔,離子在垂直于磁場的圓形軌道上作回旋運動,回旋頻率僅與磁場強度和離子的質荷比有關,因此可以分離不同質荷比的離子,并得到質荷比相關的圖譜。
離子回旋運動
傅立葉變換
常見有機化合物的質譜:
(1)飽和脂肪烴
a、直鏈烴
直鏈烴顯示弱的分子離子峰,
有m/z:M-29,29,43,57,71,…CnH2n+1系列峰(σ—斷裂)
伴有m/z:27,41,55,69,……CnH2n-1系列較弱峰
b、支鏈烴
分子離子峰豐度降低
c、環烷烴
分子離子峰強度增加,會出現m/z=41,55,56,69等系列碎片離子峰。
烷基取代的環烷烴易丟失烷基,優先失去最大基團,正電荷保留在環上。
?。?)烯烴
容易發生烯丙基斷裂,
產生一系列27,41,55,69,…CnH2n-1峰,41常是基峰
?。?)芳烴
分子離子峰強,易發生Cα-Cβ鍵的裂解,生成的芐基m/z91是基峰。正構烷基取代鏈越長,m/z91豐度越大。
若基峰比91大14n,表明苯環α碳上另有烷基取代。
會出現39,51,65,77,91,105,119,…等一系列峰。
側鏈含γ-H的會產生重排離子峰,m/z=92
(4)醇和酚
醇的分子離子峰往往觀察不到,M-H有時可以觀察到
飽和醇羥基的Cα-Cβ鍵易發生斷裂,產生(31+14n)特征系列離子峰,伯醇的m/z31較強。
開鏈伯醇還可能發生麥氏重排,同時脫水和脫烯(M-18-28)。
酚的分子離子峰較強,出現(M-28)(-CO),(M-29)(-CHO)峰。
(5)醛、酮
直鏈醛、酮顯示有CnH2n+1CO為通式的特征離子系列峰,如m/z29、43、57……等。
(6)羧酸
脂肪羧酸的分子離子峰很弱,m/z60是丁酸以上α-碳原子上沒有支鏈的脂肪羧酸最特征的離子峰,由麥氏重排裂解產生;
低級脂肪酸還常有M-17(失去OH)、M-18(失去H2O)、M-45(失去CO2H)的離子峰。
(7)酯
羧酸酯進行α-裂解所產生(M-R)或(M-OR)的離子常成為質譜圖中的強峰(有時為基峰)。
3、核磁共振譜NMR
在外加磁場的作用下,自旋核吸收電磁波的能量后從低自旋能級躍遷到高自旋能級,所得到的的吸收圖譜為核磁共振譜。核磁共振譜可用于研究分子結構、構型構象、分子動態等。
以下是NMR儀工作過程(Bruker950US2):
NMR結構
進樣
樣品在磁場中
當外加射頻場的頻率與原子核自旋進動的頻率相同時,射頻場的能量才能被有效地吸收,因此對于給定的原子核,在給定的外加磁場中,只能吸收特定頻率射頻場提供的能量,由此形成核磁共振信號。
常見氫譜化學位移值范圍:
醛氫9-10.5ppm
芳環及苯環6-9.5ppm
烯氫4.5-7.5ppm
與氧原子相連的氫3.0-5.5ppm
與氮原子相連的氫2.0-3.5ppm
炔氫1.6-3.4ppm
脂肪氫0-2.5ppm
活潑氫:醇類0.5-5.5ppm
酚類4.0-12.0ppm
酸類:9-13.0ppm
氨活潑氫:酰胺5-8.5ppm
芳香氨3.0-5.0ppm
脂肪氨0.6-3.5ppm。
碳譜三大區:
高δ值區δ>165ppm,屬于羰基和疊烯區:a.分子結構中,如存在疊峰,除疊烯中有高δ值信號峰外,疊烯兩端碳在雙鍵區域還應有信號峰,兩種峰同時存在才說明疊烯存在;b.δ>190ppm的信號,只能屬于醛、酮類化合物;c.160-180ppm的信號峰,則歸屬于酸、酯、酸酐等類化合物的羰基。
中δ值區δ90-160ppm(一般情況δ為100-150ppm)烯、芳環、除疊烯中央碳原子外的其他SP2雜化碳原子、碳氮三鍵碳原子都在這個區域出峰。
低δ值區δ<100ppm,主要脂肪鏈碳原子區:a.與單個氧、氮、氟等雜原子相連的飽和的δ值一般處于55-95ppm,不與氧、氮、氟等雜原子相連的飽和的δ值小于55ppm;b.炔碳原子δ值在70-100ppm,這是不飽和碳原子的特例。
4、紫外光譜UV
物質分子吸收一定的波長的紫外光時,分子中的價電子從低能級躍遷到高能級而產生的吸收光譜較紫外光譜。紫光吸收光譜主要用于測定共軛分子、組分及平衡常數。
常見有機化合物的紫外吸收光譜
(1)飽和烴
飽和單鍵碳氫化合物只有σ電子,因而只能產生σ→σ*躍遷。由于σ電子最不容易激發,需要吸收很大的能量,才能產生σ→σ*躍遷,因而這類化合物在200nm以上無吸收。所以它們在紫外光譜分析中常用作溶劑使用,如正已烷、環乙烷、庚烷等。
(2)不飽和脂肪烴
含孤立不飽和鍵的烴類化合物。具有孤立雙鍵或三鍵的烯烴或炔烴,它們都產生π→π*躍遷,但多數在200nm以上無吸收。如已烯吸收峰在171nm,乙炔吸收峰在173nm,丁烯在178nm。若烯分子中氫被助色團如-OH、-NH2、-Cl等取代時,吸收峰發生紅移,吸收強度也有所增加。
含共軛體系的不飽和烴。具有共軛雙鍵的化合物,相間的π鍵相互作用生成大π鍵,由于大π鍵各能級之間的距離較近,電子易被激發,所以產生了K吸收帶,其吸收峰一般在217~280nm。K吸收帶的波長及長度與共軛體系的長短、位置、取代基種類等有關,共軛雙鍵越多,波長越長,甚至出現顏色。因此可據此判斷共軛體系的存在情況。
(3)芳香化合物
苯的紫外吸收光譜是由π→π*躍遷組成的三個譜帶,即E1、E2、具有精細結構的B吸收帶。當苯環上引入取代苯時,E2吸收帶和B吸收帶一般產生紅移且強度加強。稠環芳烴母體吸收帶的最大吸收波長大于苯,這是由于它有兩個或兩個以上共軛的苯環,苯環數目越多,λmax越大。例如苯(255nm)和萘(275nm)均為無色,而并四苯為橙色,吸收峰波長在460nm。并五苯為紫色,吸收峰波長為580nm。
(4)雜環化合物
在雜環化合物中,只有不飽和的雜環化合物在近紫外區才有吸收。以O、S或NH取代環戊二烯的CH2的五元不飽和雜環化合物,如呋喃、噻吩和吡咯等,既有π→π*躍遷引起的吸收譜帶,又有n→π*躍遷引起的譜帶。
資料來源:測了么
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