nmr(nmr谱图分析)

化学分析中主要有四种分析仪器:红外光谱、质谱、核磁共振光谱和紫外光谱。分析仪器的使用对于科研人员来说并不陌生，但我们可能并不熟悉它们的工作机理。本文通过简单的动图分析了红外光谱、质谱、核磁谱、紫外光谱的工作机理，给大家一个明确的机会。

红外光谱

近红外光谱仪是由光源、单色仪、探测器和计算机信息处理系统组成的检测仪器。红外吸收光谱是分子中成键原子振动能级跃迁产生的吸收光谱。只有引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收。红外分析原理:吸收红外能量，可引起分子的振动和转动能级跃迁，伴随偶极矩变化；光谱的表示方法:相对透射光能量随透射光频率变化；提供的信息:峰的位置、强度和形状，提供官能团或化学键的特征振动频率。红外吸收光谱主要用于结构分析、定性鉴别和定量分析。

分子的振动模式分为两种，即伸缩振动和形变振动，如图所示:

亚甲基振动模式

甲基振动模式

红外光谱测试

红外光谱的特征吸收峰对应于分子基团，因此可以从红外光谱推断分子结构式。

红外分析的样品要求:1)样品必须预先净化，保证足够的纯度；2)样品必须提前脱水干燥，以免损坏仪器，同时避免水峰对样品谱图的干扰；3)对于易潮解的样品，请自备干燥器。4)对于易挥发、升华、对热不稳定的样品，请将其放入有密封盖或塞的容器中并盖紧，同时必须在样品分析任务单上注明；5)对于有毒和腐蚀性样品，用户必须将其包装在密封容器中。送样时，必须在瓶标和分析任务单的明显位置注明。红外样品的制备方法:1。固体样品:压片法、粉末法、薄膜法、粘贴法；2.液体样品:液体样品和液膜法。

以下是甲醇红外光谱的分析过程:

甲醇红外光谱结构的分析过程

红外分析公式:

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红外可分为远、中、近、中红色特征指纹区，

300，注意横轴划分。

看图认识红外仪，了解物质液态固态气态。

源样品的制备方法，物理和化学性质是相关的。

先学饱和烃，看3000以下的峰形。

2960和2870是甲基，2930和2850是亚甲基峰。

170碳氢化合物弯曲，1380甲基显示。

两个碳相同的甲基，1380分两个半。

摇摆720面内，长链甲也可以区分。

烯烃延伸超过3000，不包括倍频和卤代烷。

这个末端烯烃峰很强，但只有一个氢不明显。

化合物，有键偏，会出现~ 1650。

氢容易发生面外形变，在1000以下有一个很强的峰。

910末端氢，然后是990单氢。

顺式二氢690，反式转移到970；

氢的单个峰为820，干扰顺式难以确定。

乙炔拉伸3300，峰值强度很高。

三个键伸展2200，炔氢摆动680。

芳烃很有特点，从1600到1430不等。

650 ~ 2000，更换方式各不相同。

90 ~ 650，面外弯曲为芳氢。

五氢吸收有两个峰，700和750；

四氢只有750，二氢邻近830；

两个取代的三个峰，700，780，880孤立氢。

酚羟基容易缔合，在3300位有很强的峰。

C-O有很大的伸展性和吸收性，一级和二级叔醇不一样。

1050是伯醇，1100是仲醇，

150叔醇，1230苯酚。

110醚扩链，注意排除酯酸醇。

如果它与π键紧密相连，这两个吸收应该是准确的，

1050对称峰，1250反对称。

如果苯环上有甲氧基，则烃分支为2820。

亚甲基双氧苯环，在930有强峰，

环氧乙烷有三个峰，1260环振动，

九百反对称，八百左右最有特点。

缩醛，特殊醚，1110非缩酮。

酸酐也有C-O键，开环酸酐不一样。

开链宽度为1100，环酐移至1250。

羰基伸展1700，2720个醛基。

电吸收效应波数高，共轭向低频移动。

张力可以使振动变快，环外双键可以比较。

从2000到3300，羧酸氢键的峰形很宽，

90，钝峰，羧基可定义的二聚酸，

八千酸酐偶合，两个峰相隔60。

链酸酐的高频强，环酸酐的高频弱。

羧酸盐，偶合生成，羰基拉伸双峰，

600反对称，1400对称峰值。

740酯羰基，碳氧展能看到什么酸。

180甲酸盐，1190丙酸，

220醋酸，1250芳香酸。

600兔耳峰，常邻苯二甲酸。

氮绵延3400，每个氢峰都很明显。

羰基延伸酰胺I，1660有一个强峰；

N-H变形酰胺II，1600分相等。

伯胺频率高且易重叠，仲酰基固态为1550；

碳延伸酰胺III，1400强峰。

胺经常互相干扰，N-H伸展3300，

叔胺无峰，仲胺单一，伯胺有小而尖的峰。

600烃弯，芳香仲胺1500偏差。

800左右摇一摇，确定最好能变成盐。

彼此靠近延伸，伯胺盐的峰宽为3000强，

仲胺盐，叔胺盐，2700上下可以区分，

亚胺，更可怜，2000左右才能看到。

硝基伸缩吸收大，连接的基团可以搞清楚。

350，1500，分为对称和反对称。

氨基酸，形成内盐，3100 ~ 2100峰宽。

600，1400酸根，1630，1510烃弯。

盐酸盐，羧基，钠盐蛋白3300。

矿物成分杂乱，振动光谱远红色。

钝盐，相对简单，吸收峰少且宽。

注意羟基水和铵，先记住一些常见的盐。

100是硫酸盐，1380是硝酸盐，

450碳酸盐，1000左右取决于磷酸。

硅酸盐，一峰宽，1000是壮观的。

好好学习多练习，红外阅读不难。

质谱分析

质谱是一种分析方法，先将物质电离，根据离子的质荷比进行分离，然后测量各种离子峰的强度，达到分析的目的。质谱原理:分子在true 空中被电子轰击，形成离子，按照不同的m/e被电磁场分离；光谱的表示方法:以柱状图的形式表示离子相对峰度随m/e的变化；提供的信息:分子离子和碎片离子的质量数和相对峰度，以及分子量、元素组成和结构的信息，可用于确定化合物的相对分子质量、分子式和结构式。

质谱:适用于分析相对分子质量为50~2000 μ的液态和固态有机物，样品尽量为纯单一组分。

以下是FT-ICR质谱仪的工作过程:

离子生产

离子收集

离子转运

FT-ICR质谱的分析器是一个空腔，具有均匀(超导)磁场，离子在垂直于磁场的圆形轨道上运动。回旋频率只与磁场强度和离子的质荷比有关，因此可以分离不同质荷比的离子，得到质荷比相关的谱。

离子回旋运动

傅里叶变换

常见有机化合物的质谱:

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1.饱和脂肪烃

A.直链碳氢化合物

直链烃显示出弱的分子离子峰，

◆有M/Z: m/z :M-29，29，43，57，71，… CNH2N+1系列峰(σ-断裂)。

◆伴有M/Z的弱峰:27，41，55，69，…CNH2N-1系列。

B.支链碳氢化合物

◆分子离子峰丰度降低。

C.环烷烃

◆随着分子离子峰强度的增加，会出现m/z=41，55，56，69等一系列碎片离子峰。

◆烷基取代的环烷烃容易失去烷基，优先失去最大基团，正电荷留在环上。

2.烯烃

烯丙基断裂容易发生，

它产生一系列27、41、55、69，…CNH2N-1，而41往往是基峰。

3.芳香烃

分子离子峰强，容易断裂Cα-Cβ键，生成的苄基m/z91为基峰。n-烷基取代的链越长，m/z91的丰度越大。

如果基峰是14n大于91，说明苯环的α碳上还有一个烷基取代。

会有39，51，65，77，91，105，119，…

含γ-H的侧链会产生重排离子峰，m/z=92。

4.酒精和苯酚

酒精的分子离子峰经常观察不到，但M-H有时可以观察到。

饱和醇羟基的C α-Cα-Cβ键容易断裂，产生(31+14n)特征系列离子峰，伯醇的m/z31更强。

麦克拉弗蒂重排也可能发生在初始链醇中，同时发生脱水和脱烷基(M-18-28)。

苯酚的分子离子峰较强，有(M-28)(-CO)和(M-29)(-CHO)峰。

5.醛和酮

直链醛酮呈现特征离子系列峰，通式为CnH2n+1CO，如m/z 29、43、57等。

6.羧酸

脂肪羧酸的分子离子峰很弱，m/z 60是丁酸以上α-碳原子上无支链的脂肪羧酸的最特征离子峰，由mclafferty重排裂解产生。

低级脂肪酸也具有M-17 (OH损失)、M-18 (H2O损失)和M-45 (CO2H损失)的离子峰。

7.酯类

羧酸α-裂解产生的(M-R)或(M-OR)离子在质谱中常成为强峰(有时是碱性峰)。

核磁共振波谱(NMR)

自旋核在外磁场的作用下，吸收电磁波的能量，然后从低自旋能级跃迁到高自旋能级，得到的吸收谱就是核磁共振谱。核磁共振分析原理:在外磁场中，具有核磁矩的原子核吸收射频能量，导致核自旋能级跃迁；光谱的表示方法:吸收的光能随化学位移的变化；提供的信息:峰的化学位移、强度、裂解分数和偶合常数、核的数目、化学环境和几何构型，可用于研究分子结构、构型和构象、分子动力学等。

核磁样品要求:1)一般情况下，送检样品纯度应>:95%，无铁屑、灰尘、滤纸毛等杂质。一般必须提供有机质的样品量:1H谱>:5mg，13C谱>:15mg，聚合物所需样品量应适当增加；2)仪器配置只能用于液体样品分析。要求样品在某些氘代溶剂中具有良好的溶解性，送样者应首先选择使用的溶剂。本室常备氘代溶剂包括氯仿、重水、甲醇、丙酮、DMSO、苯、邻二氯苯、乙腈、吡啶、乙酸、三氟乙酸；3)请样本发送方尽可能提供样本可能的结构或来源。如果你有什么特殊的要求(例如，探测温度，光谱宽度等。)，请具体说明。

以下是核磁共振仪(Bruker 950 US2)的工作过程:

核磁共振结构

进样

在样品的磁场中

当施加的RF场的频率与核自旋进动的频率相同时，RF场的能量可以被有效地吸收。因此，对于给定的原子核，在给定的外加磁场中，只能吸收特定频率的射频场提供的能量，从而形成核磁共振信号。

核磁共振和数据输出

氢光谱的常见化学位移范围:

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9-10.5 ppm的醛

6-9.5 ppm的芳香环和苯环

4.5-7.5 ppm的氢气

3.0-5.5ppm与氧原子相连的氢

2.0-3.5ppm连接到氮原子上的氢

1.6-3.4 ppm的乙炔

0-2.5 ppm脂肪

活性氢:0.5-5.5ppm的酒精

苯酚4.0-12.0 ppm

酸:9-13.0 ppm

氨活性氢:酰胺5-8.5ppm

芳香氨3.0-5.0ppm

脂肪0.6-3.5 ppm。

碳谱的三个区域:

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◆高δ值区δ >: 165 ppm，属于羰基和烯区:a .分子结构中，如果有重叠峰，除了烯中δ值高的信号峰外，烯两端的碳在双键区也应该有信号峰，两个峰同时存在说明烯的存在；b .δ& gt；190 ppm信号，只能属于醛酮类；c . c . 160-180 ppm的信号峰属于酸、酯、酸酐等化合物的羰基。

◆ 90-160ppm δ值区(一般δ为100-150ppm)。烯烃、芳香环、除了烯烃的中心碳原子和碳氮三键碳原子之外的其他SP2杂化碳原子都在该区域出现峰值。

◆低δ值区域δ

紫外光谱

物质分子吸收一定波长的紫外光时，分子中的价电子从低能级跃迁到高能级，吸收光谱高于紫外光。紫外吸收光谱分析原理:吸收紫外能量，引起分子内电子能级跃迁；光谱的表示方法:相对吸收光能随吸收光波长的变化；提供的信息:吸收峰的位置、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息，主要用于测定共轭分子、组分和平衡常数。