分析儀器的使用對實驗室人員并不陌生，但是談及其圖譜解析未必熟悉。下面，我們就來認識一下超詳細的紅外、質(zhì)譜、核磁圖譜解析步驟。

紅外光譜圖解析

1、解析步驟

a、根據(jù)分子式計算不飽和度公式：

不飽和度 Ω＝n4+1+(n3-n1)/2，其中：

n4：化合價為4價的原子個數(shù)(主要是C原子)

n3：化合價為3價的原子個數(shù)(主要是N原子)

n1：化合價為1價的原子個數(shù)(主要是H,X原子)

b、分析3300~2800cm-1區(qū)域C-H伸縮振動吸收；以3000cm-1為界：高于3000cm-1為不飽和碳C-H伸縮振動吸收，有可能為烯，炔，芳香化合物；而低于3000cm-1一般為飽和C-H伸縮振動吸收。

c、若在稍高于3000cm-1有吸收,則應(yīng)在 2250~1450cm-1頻區(qū)，分析不飽和碳碳鍵的伸縮振動吸收特征峰，其中炔 2200~2100cm-1，烯1680~1640cm-1 ，芳環(huán)1600、1580、1500、1450cm-1，若已確定為烯或芳香化合物，則應(yīng)進一步解析指紋區(qū)，即1000~650cm-1的頻區(qū)，以確定取代基個數(shù)和位置(順、反，鄰、間、對)。

d、碳骨架類型確定后，再依據(jù)官能團特征吸收，如 C=O，O-H，C-N 等特征吸收來判定化合物的官能團。

e、解析時應(yīng)注意把描述各官能團的相關(guān)峰聯(lián)系起來，以準確判定官能團的存在，如2820、2720和1750~1700cm-1的三個峰，說明醛基的存在。

2、常用鍵值

? 烷烴

C-H伸縮振動(3000~2850cm-1)C-H彎曲振動(1465~1340cm-1)，一般飽和烴C-H伸縮均在3000cm-1以下，接近3000cm-1的頻率吸收。

? 烯烴

C-H伸縮(3100~3010cm-1)，C=C伸縮(1675~1640cm-1)，烯烴C-H面外彎曲振動(1000~675cm-1)。

? 炔烴

C-H伸縮振動(3300cm-1附近)，C≡C伸縮振動(2250~2100cm-1)。

? 芳烴

芳環(huán)C-H伸縮振動(3100~3000cm-1)，C=C 骨架振動(1600~1450cm-1)，C-H面外彎曲振動(880~680cm-1)。芳烴重要特征：在1600、1580、1500和1450cm-1可能出現(xiàn)強度不等的4個峰。C-H面外彎曲振動吸收880~680cm-1，依苯環(huán)上取代基個數(shù)和位置不同而發(fā)生變化，在芳香化合物紅外譜圖分析中，常用此來判別異構(gòu)體。

? 醇和酚

主要特征吸收是O-H和C-O的伸縮振動吸收，自由羥基O-H的伸縮振動：3650~3600cm-1,為尖銳的吸收峰；分子間氫鍵O-H伸縮振動：3500~3200cm-1，為寬的吸收峰；C-O 伸縮振動：1300~1000cm-1，O-H 面外彎曲：769-659cm-1；

? 醚特征吸收

1300~1000cm-1的伸縮振動；脂肪醚：1150~1060cm-1一個強的吸收峰；芳香醚：1270~1230cm-1(為Ar-O伸縮)，1050~1000cm-1(為R-O伸縮)。

? 醛和酮

醛的特征吸收：1750~1700cm-1(C=O伸縮)，2820、2720cm-1(醛基C-H伸縮)；脂肪酮：1715cm-1，強的C=O伸縮振動吸收，如果羰基與烯鍵或芳環(huán)共軛會使吸收頻率降低。

? 羧酸

羧酸二聚體：3300~2500cm-1寬而強的O-H伸縮吸收，1720~1706cm-1 C=O伸縮吸收，1320~1210cm-1 C-O伸縮吸收，920cm-1成鍵的O-H鍵的面外彎曲振動。

? 酯

飽和脂肪酸酯(除甲酸酯外)的C=O吸收譜帶：1750~1735cm-1區(qū)域；飽和酯C-O譜帶：1210~1163cm-1區(qū)域為強吸收。

? 胺

N-H伸縮振動吸收3500~3100cm-1；C-N 伸縮振動吸收1350~1000cm-1；N-H變形振動相當于CH2的剪式振動吸收：1640~1560cm-1；面外彎曲振動吸收900~650cm-1。

? 腈

三鍵伸縮振動區(qū)域，有弱到中等的吸收，脂肪族腈2260~2240cm-1，芳香族腈2240~2222cm-1。

? 酰胺

3500~3100cm-1 N-H伸縮振動；1680~1630cm-1 C=O伸縮振動1655~1590cm-1 N-H彎曲振動 1420~1400cm-1 C-N伸縮振動。

? 有機鹵化物

脂肪族C-X 伸縮：C-F 1400~730cm-1，C-Cl 850~550cm-1，C-Br 690~515cm-1，C-I 600~500cm-1。

質(zhì)譜圖的解析

解析未知樣品的質(zhì)譜圖，大致按以下步驟進行：

1、解析分子離子區(qū)

a、標出各峰的質(zhì)荷比，尤其注意高質(zhì)荷比區(qū)的峰。

b、識別分子離子峰。首先在高質(zhì)荷比區(qū)假定分子離子峰，判斷該假定分子離子峰與相鄰碎片離子峰關(guān)系是否合理，然后判斷其是否符合氮律。若二者均相符，可認為是分子離子峰。

c、分析同位素峰簇的相對強度比及峰與峰間的Dm值，判斷化合物是否含有CI、Br、S、Si等元素及F、P、I等無同位素的元素。

d、推導(dǎo)分子式，計算不飽和度。由高分辨質(zhì)譜儀測得的精確分子量或由同位素峰簇的相對強度計算分子式。若二者均難以實現(xiàn)時，則由分子離子峰丟失的碎片及主要碎片離子推導(dǎo)，或與其它方法配合。

e、由分子離子峰的相對強度了解分子結(jié)構(gòu)的信息。分子離子峰的相對強度由分子的結(jié)構(gòu)所決定，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性大，相對強度就大。對于分子量約200的化合物，若分子離子峰為基峰或強蜂，譜圖中碎片離子較少，表明該化合物是高穩(wěn)定性分子，可能為芳烴或稠環(huán)化合物。

例如：萘分子離子峰m/z 128為基峰，蒽醌分子離子峰m/z 208也是基峰。分子離子峰弱或不出現(xiàn)，化合物可能為多支鏈烴類、醇類、酸類等。

2、解析碎片離子

a、由特征離子峰及丟失的中性碎片了解可能的結(jié)構(gòu)信息。

若質(zhì)譜圖中出現(xiàn)系列CnH2n+1峰，則化合物可能含長鏈烷基。若出現(xiàn)或部分出現(xiàn)m/z 77、66、65、51、40、39等弱的碎片離子蜂，表明化合物含有苯基。若m/z 91或105為基峰或強峰，表明化合物含有芐基或苯甲酰基。若質(zhì)譜圖中基峰或強峰出現(xiàn)在質(zhì)荷比的中部，而其它碎片離子峰少，則化合物可能由兩部分結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，其間由容易斷裂的弱鍵相連。

b、綜合分析以上得到的全部信息，結(jié)合分子式及不飽和度，提出化合物的可能結(jié)構(gòu)。

c、分析所推導(dǎo)的可能結(jié)構(gòu)的裂解機理，看是否與質(zhì)譜圖相符，確定其結(jié)構(gòu)，并進一步解釋質(zhì)譜，或與標準譜圖比較，或與其它譜(1H NMR、13C NMR、IR)配合，確證結(jié)構(gòu)。

核磁譜圖的解析

1、1H NMR譜圖解析步驟

a、根據(jù)分子式計算化合物的不飽和度f。

b、測量積分曲線的高度，進而確定各峰組對應(yīng)的質(zhì)子數(shù)目。

c、根據(jù)每一個峰組的化學(xué)位移值、質(zhì)子數(shù)目以及峰組裂分的情況推測出對應(yīng)的結(jié)構(gòu)單元。

d、計算剩余的結(jié)構(gòu)單元和不飽和度。

e、將結(jié)構(gòu)單元組合成可能的結(jié)構(gòu)式。對所有可能結(jié)構(gòu)進行指認，排除不合理的結(jié)構(gòu)。

f、如果依然不能得出明確的結(jié)論，則需借助于其他波譜分析方法，如紫外或紅外光譜，質(zhì)譜以及核磁共振碳譜等。

g、注意事項

*注意區(qū)分雜質(zhì)峰、溶劑峰和旋轉(zhuǎn)邊帶等非樣品峰。

*注意分子中活潑氫產(chǎn)生的信號。OH、NH、SH 等活潑氫的核磁共振信號比較特殊，在解析時應(yīng)注意：

(1)活潑氫多數(shù)能形成氫鍵，其化學(xué)位移值不固定，隨測定條件在一定區(qū)域內(nèi)變動。

(2)活潑氫在溶液中會發(fā)生交換反應(yīng)。當交換反應(yīng)速度很快時，體系中存在的多種活潑氫(如樣品中既含羧基，又含胺基、羥基或者含有幾個不同化學(xué)環(huán)境的羥基，樣品和溶劑中含活潑氫等)在核磁共振譜圖上只顯示一個平均的活潑氫信號，而且它們與相鄰含氫基團的譜峰不再產(chǎn)生耦合裂分現(xiàn)象。如果使用DMSO 為溶劑，，因羥基能與它強烈締合而使交換速度大大降低，此時可以觀察到樣品中不同羥基的信號以及羥基與鄰碳上的質(zhì)子耦合裂分的信息。根據(jù)裂分峰的個數(shù)可以區(qū)分伯、仲、叔醇。

(3)當樣品很純(不含痕量酸或堿)時，交換速度也很慢，羥基同樣會被鄰碳質(zhì)子裂分(應(yīng)注意羥基與鄰碳質(zhì)子的耦合是相互的，所以此時鄰碳質(zhì)子也會被羥基耦合，原來的裂分情況會有相應(yīng)的變化)。

2、13C NMR譜圖解析步驟

a、區(qū)分譜圖中的溶劑峰和雜質(zhì)峰

(1)除D2O等少數(shù)不含碳的氘代溶劑外，溶劑中的碳原子在碳譜中均有相應(yīng)的共振吸收峰，并且由于氘代的緣故在質(zhì)子噪聲去耦譜中往往呈現(xiàn)為多重峰，裂分數(shù)符合2nI+1，由于氘的自旋量子數(shù)I=1，故裂分數(shù)為2n +1規(guī)律。

(2)碳譜中雜質(zhì)峰的判斷可參照氫譜解析時雜質(zhì)峰的判別。一般雜質(zhì)峰均為較弱的峰。當雜質(zhì)峰較強而難以確定時，可用反轉(zhuǎn)門控去耦的方法測定量碳譜，在定量碳譜中各峰面積(峰強度)與分子結(jié)構(gòu)中各碳原子數(shù)成正比，明顯不符合比例關(guān)系的峰一般為雜質(zhì)峰。

b、分析化合物結(jié)構(gòu)的對稱性

在質(zhì)子噪聲去耦譜中每條譜線都表示一種類型的碳原子，故當譜線數(shù)目與分子式中碳原子數(shù)目相等時，說明分子沒有對稱性，而當譜線數(shù)目小于分子式中碳原子數(shù)目時，則說明分子中有某種對稱性，在推測和鑒定化合物分子結(jié)構(gòu)時應(yīng)加以注意。但是，當化合物較為復(fù)雜，碳原子數(shù)目較多時，則應(yīng)考慮不同類型碳原子的化學(xué)位移值的偶然重合。

c、按化學(xué)位移值分區(qū)確定碳原子類型

碳譜按化學(xué)位移值一般可分為下列三個區(qū)，根據(jù)這三個區(qū)域可大致歸屬譜圖中各譜線的碳原子類型。

(1)飽和碳原子區(qū)(δ＜100)，飽和碳原子若不直接和雜原子(O、S、N、F等)相連，其化學(xué)位移值一般小于55。

(2)不飽和碳原子區(qū)(δ90-160)，烯碳原子和芳碳原子在這個區(qū)域出峰。當其直接與雜原了相連時，化學(xué)位移值可能會＞160。疊烯的中央碳原子出峰位置也＞160。炔碳原子則在其它區(qū)域出峰，其化學(xué)位移值范圍為70-100。

(3)羰基或疊烯區(qū)(δ＞150)該區(qū)域的基團中碳原子的δ值一般＞160。其中酸、酯和酸酐的羰基碳原子在160-180出峰，酮和醛在200以上出峰。

d、碳原子級數(shù)的確定

測定化合物的DEPT譜并參照該化合物的質(zhì)子噪聲去耦譜，對DEPT-45、DEPT-90和DEPT-135 譜進行分析，由此確定各譜線所屬的碳原子級數(shù)。根據(jù)碳原子的級數(shù)，便可計算出與碳相連的氫原子數(shù)。若此數(shù)目小于分子式中的氫原子數(shù)，則表明化合物中含有活潑氫，其數(shù)目為二者之差。

e、對碳譜各譜線進行歸屬。通過以上步驟，可大致推測出化合物的結(jié)構(gòu)。

f、若分子中含有較為接近的基團或骨架時，按上述步驟很難將所有譜線一一歸屬，可以結(jié)合二維核磁碳-氫相關(guān)譜進行解析。