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实验室各种仪器的分析原理,测试方法动图详解

1.紫外分光光谱UV

分析原理:吸收紫外光能量,引起分子中电子能级的跃迁

谱图的表示方法:相对吸收光能量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

物质分子吸收一定的波长的紫外光时,分子中的价电子从低能级跃迁到高能级而产生的吸收光谱较紫外光谱。紫光吸收光谱主要用于测定共轭分子、组分及平衡常数。

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光线传输

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光衍射

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探测

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数据输出

2.红外吸收光谱法IR

分析原理:吸收红外光能量,引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃迁

谱图的表示方法: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,提供功能团或化学键的特征振动频率

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红外光谱测试

红外光谱的特征吸收峰对应分子基团,因此可以根据红外光谱推断出分子结构式。

以下是甲醇红外光谱分析过程:

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甲醇红外光谱结构分析过程

核磁共振波谱法NMR

分析原理:在外磁场中,具有核磁矩的原子核,吸收射频能量,产生核自旋能级的跃迁

谱图的表示方法:吸收光能量随化学位移的变化

提供的信息:峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数,提供核的数目、所处化学环境和几何构型的信息

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NMR结构

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进样

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样品在磁场中

当外加射频场的频率与原子核自旋进动的频率相同时,射频场的能量才能被有效地吸收,因此对于给定的原子核,在给定的外加磁场中,只能吸收特定频率射频场提供的能量,由此形成核磁共振信号。

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核磁共振及数据输出

质谱分析法MS

分析原理:分子在真空中被电子轰击,形成离子,通过电磁场按不同m/e的变化

提供的信息:分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度,提供分子量,元素组成及结构的信息

FT-ICR质谱仪工作过程:

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离子产生

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离子收集

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离子传输

FT-ICR质谱的分析器是一个具有均匀(超导)磁场的空腔,离子在垂直于磁场的圆形轨道上作回旋运动,回旋频率仅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,并得到质荷比相关的图谱。

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离子回旋运动

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傅立叶变换

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气相色谱法GC

分析原理:样品中各组分在流动相和固定相之间,由于分配系数不同而分离

谱图的表示方法:柱后流出物浓度随保留值的变化

提供的信息:峰的保留值与组分热力学参数有关,是定性依据

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气相色谱仪检测流程:

气相色谱仪,主要由三大部分构成:载气、色谱柱、检测器。每一模块具体工作流程如下。

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注射器

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色谱柱

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检测器

凝胶色谱法GPC

分析原理:样品通过凝胶柱时,按分子的流体力学体积不同进行分离,大分子先流出

谱图的表示方法:柱后流出物浓度随保留值的变化

提供的信息:高聚物的平均分子量及其分布

根据所用凝胶的性质,可以分为使用水溶液的凝胶过滤色谱法(GFC)和使用有机溶剂的凝胶渗透色谱法(GPC)。

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只依据尺寸大小分离,大组分最先被洗提出

色谱固定相是多孔性凝胶,只有直径小于孔径的组分可以进入凝胶孔道。大组分不能进入凝胶孔洞而被排阻,只能沿着凝胶粒子之间的空隙通过,因而最大的组分最先被洗提出来。

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直径小于孔径的组分进入凝胶孔道

小组分可进入大部分凝胶孔洞,在色谱柱中滞留时间长,会更慢被洗提出来。溶剂分子因体积最小,可进入所有凝胶孔洞,因而是最后从色谱柱中洗提出。这也是与其他色谱法最大的不同。

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依据尺寸差异,样品组分分离

体积排阻色谱法适用于对未知样品的探索分离。凝胶过滤色谱适于分析水溶液中的多肽、蛋白质、生物酶等生物分子;凝胶渗透色谱主要用于高聚物(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯)的分子量测定。

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