谱图

核磁共振 红外光谱 质谱。谱图是声音或其他信号的频谱的视觉表示，其随着时间或其他变量的变化。 而频谱图有时被称为频谱瀑布、声波纹或语音图。

谱图

核磁共振氢谱

原理

有外磁场时,自旋磁矩的取向分为两种:与外磁场平行或方向相反,两种不同取向的自旋态具有不同能量

产生条件:1. 有自旋运动的原子核(I ≠ 0,有磁矩)  2. 有外磁场H(自旋取向不同,产生能级裂分)  3. 有电磁辐射能(hν)= 核跃迁能(△E)

方法:1.扫场法: 改变H (常用); 2.扫频法: 改变ν

屏蔽效应:氢核实际感受到的磁场强度比外加磁场强度小。要发生核磁共振就必须使仪器的外加磁场强度H外加磁场略有增加,抵消核外电子产生的感应磁场的影响

H周围的电子密度越大,H核受到的屏蔽效应越强,共 振信号越移向高场区,去屏蔽则移向低场(右高左低)

1H核化学环境不同,核外电子密度不同,受到核外电子的屏蔽效应不同,核磁共振吸收需要的外加磁场强度也就不同

化学位移 (δ)

测定

常用四甲基硅烷TMS作为标准物质,规定其化学位移为0(谱图最右);其它氢核信号相对此点距离,可直接反映其所处化学环境(电子密度)

TMS只有一种质子,一种信号。硅电负性比碳小,其质子受到的屏蔽效应比大多数有机化合物中的大,其共振吸收出现在高场(右边)

与结构关系

诱导效应

X电负性增大,H核外电子云密度减小(去屏蔽效应增强)信号越移向低场,δ越大

磁各向异性

分子中某些基团电子云排列不呈球形对称,对邻近H核会产生各向异性的磁感应强度,使处于某些空间的核受到正屏蔽,处于另一些空间的核受到去屏蔽

芳环外的氢处于去屏蔽区，环内氢却处于屏蔽区

双键碳上H位于π键环流电子的感应磁场与外加磁场方向一致区域(去屏蔽区),信号移向低磁场;三键上H质子处于屏蔽区,屏蔽效应增强,共振信号移向高磁场

氢键

分子间/内氢键均可使氢受到去屏蔽作用,化学位移加大

氢键的影响较大,δ值可以在一个较大的范围内变化

化学(不)等价质子

化学位移不同的质子称为化学不等价质子

判断方法:用同一个基团取代它们,若得到同一结构,则它们是等价的

信号的数目反映出不等价氢的种类

积分曲线与峰面积(信号强度)

信号强度即每组峰的强度(峰面积,用积分曲线表示),与其质子的数目成正比

自旋偶合-自旋裂分

分子中位置相近的质子之间自旋的相互影响叫做自旋偶合； 由自旋偶合所引起的谱线增多的现象叫自旋裂分

质子信号的分裂情况反映了邻近质子数目

若只有两组相邻质子之间发生偶合裂分,且邻近质子数为n,裂分峰数目符合n+1规则;邻近有多种不等价H发生偶合,裂分峰数目理论上服从(n+1)(n′+1)(n″+1)规律

活泼氢（如醇分子中的羟基氢）和化学等价氢，不产生裂分

应用

结构信息

（1）信号数目:确定分子中有几种不同“种类”质子（2）信号位置：确定每种质子所处的电子环境 （3）信号强度：确定每种质子的个数 （4）信号裂分情况：确定相邻碳上质子的个数

氢谱解析大致顺序

(1)检查谱图（2）识别杂质峰，最常见的是溶剂峰 (3)根据积分曲线确定各峰质子数 (4)根据各峰化学位移确定其归属(先孤后偶先低后高)

碳谱

质子去偶技术,使得13C信号都是单峰

吸收峰的个数 = 不等价碳原子的数目

峰面积跟13C的数目无关（无积分曲线）

(1) 170以上的吸收为羰基(-C=O)碳; (2) 100~160 为其它sp2杂化碳(羰基除外)的吸收; (3) 0~100主要为饱和碳原子（炔除外）的吸收

质谱

原理:高真空条件下使气态分子失去一个电子而成为带正电的分 子离子,分子离子还可能裂分成各种碎片离子,所有正离子在电场和磁场综合作用下按质荷比(m/z)大小依次排列而得到谱图

谱图解析

线的高度代表峰的强度;横坐标为质荷比 m/z;纵坐标为不同质荷比离子的相对强度(丰度)

最高峰称为基峰,高度定为 100%,其它峰高度为与基峰的相对丰度(相对强度),峰越高表示形成的离子越多(谱线强度与离子数成正比)

可以从质谱图中确定相对分子质量及分子结构

离子的主要类型

分子离子和分子离子峰：分子离子峰是 m/z 最大峰(同位素离子除外),其丰度与化合物结构特点应该一致

碎片离子和碎片离子峰

同位素离子和同位素离子峰：分子离子的同位素峰用M+1，M+2等表示。同位素峰相对于分子离子峰的强度取决于分子所含元素的数目及其各同位素的天然丰度

红外光谱

概述原理

分子吸收一定频率的红外光(中红外区),发生振动能级跃迁产生的吸收峰

红外光谱的三要素：峰位、峰强、峰形 取决于分子振动方式、参与振动原子种类与连接(成键)方式

特征谱带区：波数在3800~1400cm-1间的高频区

成键原子质量增加，振动频率减小;键能增大，振动频率增大

碳杂化s成分越多，振动频率越高

基团振动频率与分子结构关系

不同杂化态的C-H键伸缩振动:碳杂化s成分越多，振动频率越高。

OH、NH伸缩振动:3700 ~ 3200 cm -1

碳碳键伸缩振动:1.键越强，振动频率越高;2.共轭效应使振动频率降低

羰基（C=O）伸缩振动：~ 1710 cm -1

一般可用来确定分子中存在的官能团

极性越大，峰越强 对称性越高，峰越弱

若红外图谱在1690~1750cm-1无吸收，肯定不是羰基化合物， 若有吸收，可能是羰基化合物

指纹区可以确定双键上、苯上取代基的个数以及构型

谱图解析

1. 重视红外吸收峰的三要素：位置、强度、峰形 峰位置最重要，辅以峰的强度和形状来综合判断

2. 利用相关峰