波谱原理与解析教学大纲

《波谱原理及解析》课程理论教学大纲

课程名称（中文）：波谱原理及解析 课程编号：

课程属性：材料化学专业、应用化学专业、环境科学专业、化学（师范）专业选修课。 教材指导书名称、主编及出版社：《波谱原理及解析》，常建华，董绮功编著，科学出版社 第

二版 2005

学时学分：总学时 36 总学分 2 开设学期：三或四 年级 六或七 学期

适用专业：化学、应用化学、材料化学、环境科学

先修课程：无机化学、分析化学、有机化学、物理化学、物理学、 执笔人：吉庆刚

编写日期：2006.10.29

一、说明

课程性质：《有机波谱分析》是高等院校化学系高年级学生的一门选修课。是解析有机化合物主要方法。本课程是学生在学完《无机化学》、《有机化学》、《分析化学》、及《仪器分析》后开设 的一门专业课程。波谱分析是由紫外吸收光谱、红外吸收光谱、核磁共振光谱和质谱分析法组成的鉴别有机化合物分子结构的定性分析方法，具有微量、快速、灵敏、准确等特点，是当代化学工作者必须掌握的一种重要工具。 开设本课程的基本目的是要让学生了解波谱分析法的基本原理、实验技术、谱图解析基本程序及其在有机结构分析中的实际应用。

课程任务和内容：本课程的主要任务是让学生了解波谱分析法的概念、作用及各谱之间的互相联系；掌握紫外吸收光谱、红外吸收光谱、核磁共振光谱和质谱分析法的基本原理和典型有机化合物的四谱特征；熟悉常见基团、化学键等的特征频率、化学位移等；了解常见有机化合物的裂解规律；掌握应用四谱进行结构解析的基本程序；了解有关实验技术。 培养目标：学生在学习有机化学的基础上，通过该课程的学习，了解波谱分析法的基本原理，掌握图谱解析的基本方法，培养灵活运用所学知识、综合分析问题的能力。 课时安排：总学时36学时，均为讲授学时。 参考书目：

《波谱分析法》（第二版）， 于世林等编，重庆大学出版社，1994年。

《有机化合物结构鉴定与有机波谱学》（第二版），宁永成编， 科学出版社，2000年。

二、教学内容、基本要求

第一章：绪论和紫外吸收光谱 4

基本要求：

1、了解波谱的产生和应用

2、了解波谱分析法在测定有机化合物分子结构中的特点

3、掌握电磁波与能量的关系，分子运动形式和对应吸收光谱的波长范围

4、分子中电子能级及电子跃迁规律，轨道及跃迁与分子结构的关系，电子跃迁产生吸收带波长及其光谱特征

5、分子结构变化及取代基对吸收光谱的影响，共轭体系对吸收波长的影响 6、各类有机化合物的紫外吸收光谱特征、共轭二烯、不饱和羰基化合物及酰基苯衍生物的K吸收带波长计算方法

7、紫外吸收光谱测定有机化合物结构的方法 教学内容：

一、 有机分析

1、 有机化合物结构测定的经典方法 2、 波谱分析法 二、 电磁波与辐射能 1、电磁波与能量的关系

2、分子运动形式及对应的光谱范围 三、 波谱的产生 1、吸收光谱与发射光谱 四、紫外吸收光谱的基本原理 1、紫外吸收光谱的产生

2、紫外光谱的特征：紫外光谱曲线的形状，紫外光吸收的量度

五、紫外吸收光谱与电子跃迁：分子轨道与电子跃迁类型；发色团、生色团，吸收带；共轭体系与吸收带波长的关系

六、影响紫外吸收光谱主要因素

溶剂的影响；分子结构改变的影响；分子离子化的影响；取代基的影响；氢键的影响 七、有机化合物的紫外吸收光谱 饱和有机化合物

不饱和烃、共轭烯烃：共轭烯烃化合物吸收波长的计算（链状、环状）——伍德瓦尔德——赛塞尔规则

羰基化合物：含羰基的共轭系统化合物的波长的计算——伍德瓦尔德规则 芳香族化合物：苯，取代苯，酰基苯衍生物，稠环芳烃，杂环芳香族化合物 八、紫外吸收光谱的应用

鉴定物质 纯度检查

推测化合物的分子结构：共轭体系的判断 分子骨架的推定 区分化合物的构型构象 互变异构体的测定

定量分析：单组分物质的定量分析（工作曲线法，对照法）

第二章 红外吸收光谱法 6学时

基本要求：

1、掌握红外吸收光谱产生的条件及吸收峰的位置、峰数、峰强取决那些因素 2、掌握主要有机化合物的红外吸收光谱特征、吸收频率与基团的关系以及影响吸收频率的一些因素，能够确定八个主要的光谱区域，并能鉴别在这些区域里引起吸收的键振动的类型，能够利用红外吸收光谱鉴别各类异构体，并且能够解析简单化合物的结构。

3、了解红外吸收光谱的实验技术。 基本内容：

一、红外吸收光谱的基本原理

红外吸收与振转光谱：红外吸收，纯振动光谱，纯转动光谱，振转光谱 振动方程 分子振动的形式

红外光谱图中吸收峰的位置和强度

红外吸收光谱中常用的几个术语分子振动的能级 二、红外光谱与分子结构的关系 基团频率和红外光谱区域的关系

影响基团频率的因素：内部因素；外部因素 影响谱带强度的因素

三、各类有机化合物的特征基团频率

烷烯，烃烃，炔烃，芳烃，卤化物，羟基化合物——醇和酚，醚和其它化合物，羰基化合物，胺类，硝基化合物，有机卤化合物，高分子化合物

四、红外吸收光谱解析 图谱解析程序 图谱解析程序示例 五、仪器和实验技术 样品制备技术 六、红外吸收光谱的应用

官能团定性分析；有机化合物结构分析；纯度的检查；跟踪化学反应；在化学动力学研究中的应用；定量分析，红外吸收光谱解析的辅助方法

第三章：质谱法 8学时

基本要求：

1、掌握质谱法的基本原理，了解不同质量的阳离子在质谱中分离的原因。 2、了解质谱机的基本组成和主要性能指标，正确选择进样方式和离子源。 3、了解质谱中的离子类型，正确识别分子离子并根据同位素峰确定分子式。 4、初步了解离子断裂机理和影响离子断裂的因素，掌握阳离子的开裂类型，并能应用开裂规律初步解析一些主要类型化合物的质谱。

5、了解各类常见有机化合物的质谱特征 6、了解利用亚稳峰确证开裂过程的方法

7、了解质谱解析的一般程序，并根据质谱数据推断化合物结构 基本内容：

一、质普法的基本原理

质谱机的一般原理；质谱的基本方程 二、质谱仪简介

仪器简介，离子源与质量分析器

质谱仪的主要性能指标——分辨率，进样方式和离子源的种类 三、质谱的表示法——质谱图 四、质谱中离子的主要类型和离子峰

同位素离子和同位素离子峰，碎片离子和碎片离子峰，亚稳离子和亚稳离子峰，重排离子和重排离子峰，多电荷离子，离子-分子相互作用产生的离子，负离子

五、有机质谱的裂解机理及影响因素 1、有机质谱的裂解机理

开裂的表示方法，键的裂解方式，离子中电子数目和离子质量数之间的关系 2、影响解裂的因素

六、常见有机化合物的裂解方式与规律

碳氢化合物，羟基化合物，醚类化合物，羰基化合物，酸和酯类化合物，胺和酰胺类化合物，腈类化合物，硝基化合物，含卤化合物，有机硫化合物，杂环化合物

七、质谱的应用与解析

解析质谱的一般程序；标准质谱的图集和质谱计算机检索，质谱解析实例

第四章 核磁共振波谱法 16学时

基本要求：

1、了解核磁共振的基本原理：什么是核磁共振？发生核磁共振的必要条件。 2、了解什么是化学位移，影响化学位移的各种因素：屏蔽效应、诱导效应、各向异性效应等

3、了解核与核之间的相互作用：自旋-自旋偶合及自旋-自旋偶合干扰而产生的裂分。 4、了解核磁共振的基本实验技术和常用的各种去偶方法。

5、要求在学习核磁共振基本知识后，会辨认和计算裂分图象类型，能利用化学位移、偶合常数、积分面积来确定分子结构。

6、碳谱原理与测定方法。

7、各类碳的化学位移及碳谱的解析。 8、二维核碰共振原理、相关谱简介。 基本内容：

一、核磁共振基本原理 原子核的自旋与磁矩 核磁共振 驰豫过程

核磁共振的谱线宽度 二、化学位移

化学位移的产生；化学位移的表示及测定 三、化学位移与分子结构的关系 影响化学位移的因素；诱导效应 化学键的各向异性 共轭效应

Van der waols 效应 浓度、温度、溶剂

不同类别质子的化学位移及经验计算 化学位移与分子结构的关系

四、自旋偶合及自旋裂分与分子结构的关系 自旋偶合及自旋裂分的基本原理 偶合常数

偶合相互作用的一般规则——（n+1）规则 核的等价性

影响偶合常数的因素：同碳质子间的偶合 邻碳质子间的偶合 远距离偶合 其它核对1H的偶合

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