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1、质谱质谱圆二色圆二色谱谱元素分元素分析析核磁共核磁共振振紫外可见光谱紫外可见光谱旋光光旋光光谱谱红外和拉曼光谱红外和拉曼光谱X-X-射线单射线单晶衍晶衍射射化合物组成和结构的确定研究化合物要经过以下几个步骤研究化合物要经过以下几个步骤:粗粗产产品品分离分离提纯提纯定性定性分析分析定量分析定量分析除除杂杂质质确定确定组成组成元素元素质质量量分分析析测测定定分分子子量量结结构构分分析析实验式或最简式实验式或最简式分子式分子式结构结构式式元素分析元素分析定性分析定性分析有机物的组成元素分析；有机物的组成元素分析；定量分析定量分析分子内各元素原子的质量分数分子内各元素原子的质量分数现代元素分析法现代元
2、素分析法数据经处理后即可确定有机物的实验式：数据经处理后即可确定有机物的实验式：分析方法分析方法:例如：从刺果甘草根中分得某白色晶体，元例如：从刺果甘草根中分得某白色晶体，元素定性分析表明该白色晶体只含素定性分析表明该白色晶体只含C C、H H、O O三三元素元素,元素定量分析的结果如下元素定量分析的结果如下,C:79.35%;,C:79.35%;H:10.21%H:10.21%。O O元素的含量元素的含量=(100-79.35-10.21)%=10.44%=(100-79.35-10.21)%=10.44%三种元素在分子结构中所占比例为：三种元素在分子结构中所占比例为：C C：79.3512
3、=6.61 79.3512=6.61 H:10.211=10.21 H:10.211=10.21 O:10.4416=0.65 O:10.4416=0.65 化合物分子结构中原子个数比为：化合物分子结构中原子个数比为：6.61:10.21:0.65=10.16:15.58:1 6.61:10.21:0.65=10.16:15.58:1 10 10：1616：1 1 该化合物实验式为：该化合物实验式为：C C1010H H1616O O 分子式为：分子式为：(C(C1010H H1616O)n n=1,2,3.O)n n=1,2,3.n的确定为的确定为:实验最简式量实验最简式量相对分子质量相对分
4、子质量n=分子量的测定：质谱法（最常用）分子量的测定：质谱法（最常用）1.气体扩散2.直接进样3.气相色谱1.电子轰击2.化学电离3.场致电离4.激光 1.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行时间4.四极杆 质谱仪需要在高真空下工作：离子源（质谱仪需要在高真空下工作：离子源（1010-3-3 1010-5-5 PaPa ）质量分析器（质量分析器（1010-6-6 PaPa ）1 1大量氧会烧坏离子源的灯丝；大量氧会烧坏离子源的灯丝；2 2用作加速离子的几千伏高压会引起放电；用作加速离子的几千伏高压会引起放电；3 3引起额外的离子分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。引起额外的离子分子反应，改变裂解模型，
5、谱图复杂化。质谱分析原理质谱分析原理在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行；在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行；离心力离心力=向心力；向心力；m 2/R=H0 e V曲率半径：曲率半径：R=（m ）/e H0 质谱方程式：质谱方程式：m/e=(H02 R2)/2V离子在磁场中的轨道半径离子在磁场中的轨道半径R取决于：取决于：m/e、H0、V改变加速电压改变加速电压V,可以使不同可以使不同m/e 的离子进入检测器。的离子进入检测器。质谱分辨率质谱分辨率=M/M （分辨率与选定分子质量有关（分辨率与选定分子质量有关）加速后离子的动能加速后离子的动能:(1/2)m 2=e V =(2V)/(m/e)
6、1/2质量分析器原理质量分析器原理四极杆质量分离器仪器内部结构联用仪器联用仪器M/Z分子离子峰分子离子峰 分子电离一个电子形成的离子所产生的峰。分子电离一个电子形成的离子所产生的峰。分子离子的质量与化合物的分子量相等。分子离子的质量与化合物的分子量相等。化合物分子离子峰的稳定性顺序：化合物分子离子峰的稳定性顺序：芳香化合物共轭链烯烯烃脂环化合物直芳香化合物共轭链烯烯烃脂环化合物直链烷烃酮胺酯醚酸支链烷烃醇链烷烃酮胺酯醚酸支链烷烃醇 质谱图是以质荷比(m/z)为横坐标、相对强度为纵坐标构成,一般将原始质谱图上最强的离子峰定为基峰并定为相对强度1O0%,其他离子峰以对基峰的相对百分值表示。例如：采
7、用电子轰击质谱（例如：采用电子轰击质谱（EI-MSEI-MS）测得上述）测得上述化合物的分子离子峰为化合物的分子离子峰为456456。那么，那么，n=456152=3n=456152=3 结合实验式结合实验式 C C1010HH1616O O 得上述化合物的分子式为：得上述化合物的分子式为：C C3030HH4848O O3 3.（C C3030HH4848OO3 3 代表刺果甘草皂苷元）代表刺果甘草皂苷元）分子离子峰的特点分子离子峰的特点 一般质谱图上一般质谱图上质荷比最大的峰为质荷比最大的峰为分子离子峰；有例分子离子峰；有例外。外。形成分子离子形成分子离子需要的能量最低，需要的能量最低，一
8、般约电子伏一般约电子伏特。特。质谱图上质荷比最大的峰质谱图上质荷比最大的峰一定为分子离子峰一定为分子离子峰吗？如何确定分子离子峰？吗？如何确定分子离子峰？高分辨率质谱仪可将物质的质量精确到小数高分辨率质谱仪可将物质的质量精确到小数点后第三位。点后第三位。例如：例如：C C8 8HH1212N N4 4、C C9 9HH1212N N2 2OO、C C1010H H1212O O2 2、C C1010H H1616N N2 2 四个化合物的分子量同为四个化合物的分子量同为164164，但精，但精确质量则并不相同，在高分辨率质谱仪中很容确质量则并不相同，在高分辨率质谱仪中很容易进行区别。易进行区别
9、。高分辨率质谱高分辨率质谱序号序号分子式分子式 精确质量精确质量 MM1 1C C8 8HH1212N N4 4 164.1063 164.1063 MM2 2C C9 9HH1212N N2 2O O 164.0950 164.0950 MM3 3C C1010HH1212OO2 2 164.0837 164.0837 MM4 4C C1010HH1616N N2 2 164.1315 164.1315 例如：例如：CH4 M=1612C+1H4=164=16 M13C+1H4=17 M+14=17 M+112C+2H+1H3=17 M+13=17 M+113C+2H+1H3=18 M+23
10、=18 M+2同同位位素素峰峰分子离子峰分子离子峰同位素离子峰同位素离子峰由于同位素的存在，可以看到比分子离子峰大一个质量单由于同位素的存在，可以看到比分子离子峰大一个质量单位的峰；有时还可以观察到位的峰；有时还可以观察到M+1,M+2，M+3。；。；组组成成有有机机化化合合物物的的主主要要元元素素C C、H H、O O、N N等均由相对丰度比一定的同位素所组成。等均由相对丰度比一定的同位素所组成。大大多多数数MSMS图图中中，如如能能见见到到稳稳定定的的分分子子离离子子峰峰MM+，则则在在高高出出其其1-21-2个个质质荷荷比比处处可可见见到到M+1M+1+与与M+2M+2+的同位素峰。的同
11、位素峰。对对于于一一定定的的化化合合物物，分分子子离离子子峰峰与与其其同同位位素素峰的相对强度为一确定值。峰的相对强度为一确定值。同位素丰度比法同位素丰度比法同位素同位素原子质量原子质量丰度比（丰度比（%）1 1HH1.0078251.00782599.985599.98552 2HH2.014102.014100.01450.01451212C C12.00000012.00000098.829298.82921313C C13.0033513.003351.10801.10801414N N14.0030714.0030799.63599.6351515N N15.0001115.0001
12、10.03650.0365碎片离子峰碎片离子峰 一般有机化合物的电离能为一般有机化合物的电离能为713电子伏特，质电子伏特，质谱中常用的电离电压为谱中常用的电离电压为70电子伏特，使结构裂解，产电子伏特，使结构裂解，产生各种生各种“碎片碎片”离子。离子。正正己己烷烷碎片离子峰碎片离子峰正癸烷正癸烷直链烷烃直链烷烃饱合烃的质谱图饱合烃的质谱图支链烷烃支链烷烃环烷烃环烷烃醚的质谱图醚的质谱图光谱区与能量相关图1924年泡利提出核自旋的假设-实验证实。1932年，发现中子后，认识到：核自旋是质子自旋与中子自旋之和。核磁矩：质子数和中子数两者或其一为奇数时，核才有非零的核磁矩产生核磁共振.核核磁共振磁
13、共振(nuclear magnetic resonance，NMR)是指自旋磁矩不为零的原子核，在外磁场中，其核能级将发生分裂。若再有一定频率的电磁波作用于它，分裂后的核能级之间将发生共振跃迁的现象。核磁共振核磁共振 核磁共振核磁共振是1946年由美国斯坦福大学布洛赫(F.Block)和哈佛大学珀赛尔()各自独立发现的，两人因此获得1952年诺贝尔物理学奖。50多年来，核磁共振已形成为一门有完整理论的新学科。核磁共振的方法与技术核磁共振的方法与技术作为分析物质的手段，由于其可深入物质内部而不破坏样品，并具有迅速、准确、分辨率高等优点而得以迅速发展和广泛应用，已经从物理学渗透到化学、生物、地质、
14、医疗以及材料等学科，在科研和生产中发挥了巨大作用。1952年诺贝尔物理学奖年诺贝尔物理学奖：布洛赫布洛赫(Felix Bloch)&珀赛尔珀赛尔(Edward Purcell)因发展了核磁精密测量的新方法及由此所作的发现因发展了核磁精密测量的新方法及由此所作的发现核磁共振。核磁共振。布洛赫布洛赫(Felix Block)珀赛尔珀赛尔(Edward Purcell)Related Nobel Prize12位因对核磁共振做出贡献而获得诺贝尔奖的科学家 1944年 I.Rabi 1952年 F.Block 1952年 1955年 1955年 P.Kusch 1964年 1966年 A.Kastle
15、r 1977年 J.H.Van Vleck 1981年 N.Bloembergen 1983年 H.Taube 1989年 1991年 原子核的自旋原子核的自旋 若原子核存在自旋，产生核磁矩：自旋角动量：I：自旋量子数；h：普朗克常数；核磁子=eh/2M c；自旋量子数（I）不为零的核都具有磁矩，原子的自旋情况可以用（I）表征：质量数 原子序数 自旋量子数I偶数 偶数 0 偶数 奇数 1，2，3.奇数 奇数或偶数 1/2；3/2；5/2.核 磁 矩：核磁矩核磁矩：I:核自旋量子数、因子、：核的玻尔磁子（常数）在外磁场Bz下：宏观物质：体磁化强度1 I=0 的原子核 O(16)；C（12）；S（
16、22）等，无自旋，没有磁矩，不产生共振吸收。2 I=1 或 I 1的原子核 这类原子核的核电荷分布可看作一个椭圆体，电荷分布不均匀，共振吸收复杂，研究应用较少；31/2的原子核 1H，13C，19F，31P 原子核可看作核电荷均匀分布的球体，并象陀螺一样自旋，有磁矩产生，是核磁共振研究的主要对象，C，H也是有机化合物的主要组成元素。核磁矩 在外磁场中，原子核能级产生裂分，由低能级向高能级跃迁，需要吸收能量。能级量子化。射频振荡线圈产生电磁波。对于氢核，能级差：E=H0 （磁矩）产生共振需吸收的能量：E=H0=h 0由拉莫进动方程：0=2 0=H0 ;共振条件：0=H0/(2)共振条件共振条件(
17、1)核有自旋(磁性核)(2)外磁场,能级裂分;(3)照射频率与外磁场的比值0/H0=/(2)I=0 无自旋现象无自旋现象 I 0 有自旋现象。有自旋现象。核磁共振基本原理核磁共振基本原理 原子核的自旋与磁距原子核的自旋与磁距=（h/2h/2)I I（I I）自旋核在自旋核在H0中的自旋取向：中的自旋取向：2I+1 1H：I=1/2 m=+1/2m=+1/2（顺磁排列）（顺磁排列）E=-HE=-H0 0（低能态）（低能态）m=-1/2m=-1/2（反磁排列）（反磁排列）E=+HE=+H0 0（高能态）（高能态）两者能量差：两者能量差：E=2HE=2H0 0NSBoB1DetectorFreque
18、ncyGeneratorRecorderMagnet核磁共振原理图核磁共振仪核磁共振仪1 1永久磁铁永久磁铁：提供外磁场，要求稳定性好，均匀，不均匀性小于六千万分之一。扫场线圈。2 2 射频振荡器射频振荡器：线圈垂直于外磁场，发射一定频率的电磁辐射信号。3 3 射频信号接受器射频信号接受器（检测器）：当质子的进动频率与辐射频率相匹配时，发生能级跃迁，吸收能量，在感应线圈中产生毫伏级信号。4样品管样品管：外径5mm的玻璃管,测量过程中旋转,磁场作用均匀。观察共振现象通常有两种方法：一：调频二：调场聚四氟乙烯样品的共振曲线聚四氟乙烯样品的共振曲线水样品的共振曲线水样品的共振曲线扫描过程中的共振吸收
19、图：核磁共振波谱核磁共振波谱所谓核磁共振所谓核磁共振波谱，实际上波谱，实际上是吸收率（纵是吸收率（纵坐标）对化学坐标）对化学位移（横坐标）位移（横坐标）的关系曲线。的关系曲线。乙醇中三个核磁共振吸收谱 屏蔽效应和化学位移屏蔽效应和化学位移:核外电子在外磁场作用下核外电子在外磁场作用下,在与外磁场垂直的平面上绕在与外磁场垂直的平面上绕 核环流核环流,形成环电流同时产生与外加磁场相对抗的感应磁形成环电流同时产生与外加磁场相对抗的感应磁 场场.感应磁场减弱外磁场对磁核的作用。感应磁场减弱外磁场对磁核的作用。1H有效有效=H0(1-)=H0-H0=H0-H感应感应 处于不同化学环境的质子处于不同化学环
20、境的质子,核外电子云分布不同核外电子云分布不同,值不同。值不同。1H氢谱氢谱(PMR)提供的提供的结构信息：结构信息：化学位移化学位移、峰的裂分情况峰的裂分情况与与偶合常数偶合常数、峰面积峰面积(积分曲线积分曲线)1.屏蔽效应屏蔽效应(shielding effect)=106=106 2.化学位移化学位移高电子密度区域的核高电子密度区域的核,屏蔽效应增强屏蔽效应增强:H=Ho+H感应感应低电子密度区域的核低电子密度区域的核,屏蔽效应降低屏蔽效应降低:H=Ho-H感应感应 不同化学环境中的氢核，受到的屏蔽或去屏蔽作用不同，不同化学环境中的氢核，受到的屏蔽或去屏蔽作用不同，它们的共振吸收出现在不
21、同磁场强度下。它们的共振吸收出现在不同磁场强度下。表示表示：/ppm。样品样品-标准标准 仪器仪器(HZ)仪器仪器(MHZ)核磁共振技术应用核磁共振技术应用核磁共振方法适合于液体、固体。如今的高分辨技术，还将核磁用于了半固体及微量样品的研究。核磁谱图已经从过去的一维谱图（1D）发展到如今的二维（2D）、三维（3D）甚至四维（4D）谱图，陈旧的实验方法被放弃，新的实验方法迅速发展，它们将分子结构和分子间的关系表现得更加清晰。在世界的许多大学、研究机构和企业集团，都可以听到核磁共振这个名词。而且它在化工、石油、建材、食品、冶金、地质、国防、环保及其它工业部门用途日益广泛。在我国，其主要应用在基础研
22、究，企业和商业应用普及率不高，主要原因是产品开发不够、使用成本较高。但在石油化工、医疗诊断方法应用较多。（增大增大）标准物标准物:四甲基硅烷四甲基硅烷(CH3)4 Si，TMS =0（单峰）单峰）CHCl3：=437Hz/60MHz 106=7.28 ppm （减减小）小）电负性大的原子（或基团）与电负性大的原子（或基团）与 1H邻接时，其吸电子作用邻接时，其吸电子作用 使氢核周围电子云密度降低，屏蔽作用减少，共振吸收使氢核周围电子云密度降低，屏蔽作用减少，共振吸收 在较低场，在较低场，即质子的化学位移向低场移动，即质子的化学位移向低场移动，值增大；值增大；H/ppm 值小，屏蔽作用大；值小，
23、屏蔽作用大；值大，屏蔽作用小；值大，屏蔽作用小；影响化学位移的主要因素影响化学位移的主要因素:1.诱导效应的影响诱导效应的影响 给电子基团则增加了氢核周围的电子云密度，使屏蔽效给电子基团则增加了氢核周围的电子云密度，使屏蔽效 应增加，共振吸收在较高场，即质子的化学位移向高场应增加，共振吸收在较高场，即质子的化学位移向高场 移动，移动，值减小。值减小。/ppm /ppm 试比较下面化合物分子中试比较下面化合物分子中 Ha Hb Hc 值的大小。值的大小。b a c 电负性较大的原子电负性较大的原子,可减小可减小H原子受到的屏蔽作用原子受到的屏蔽作用,引起引起 H原子向低场移动原子向低场移动.向低
24、场移动的程度正比于原子的电向低场移动的程度正比于原子的电 负性和该原子与负性和该原子与H之间的距离。之间的距离。2.共轭效应的影响共轭效应的影响使氢核周围电子云密度增加，则磁屏蔽增加，共振吸收使氢核周围电子云密度增加，则磁屏蔽增加，共振吸收移向高场；反之，共振吸收移向低场。移向高场；反之，共振吸收移向低场。7.78 3.磁各向异性效应磁各向异性效应具有多重键或共轭多重键分子，在外磁场作用下，具有多重键或共轭多重键分子，在外磁场作用下，电子电子沿分子某一方向流动，产生感应磁场。此感应磁场与外沿分子某一方向流动，产生感应磁场。此感应磁场与外加磁场方向加磁场方向在环内相反（抗磁），在环外相同（顺磁）
25、，在环内相反（抗磁），在环外相同（顺磁），即对分子各部位的磁屏蔽不相同。即对分子各部位的磁屏蔽不相同。1）双键与三键化合物的磁各向异性效应）双键与三键化合物的磁各向异性效应 2）芳环的磁各向异性效应）芳环的磁各向异性效应 苯环平面上下方：屏蔽区；侧面：去屏蔽区。苯环平面上下方：屏蔽区；侧面：去屏蔽区。H=7.26 18-轮烯：轮烯：内氢内氢=-1.8ppm 外氢外氢=8.9ppm4.氢键的影响氢键的影响 具有氢键的质子其化学位移比无氢键的质子大具有氢键的质子其化学位移比无氢键的质子大.氢键的形成氢键的形成 降低了核外电子云密度。降低了核外电子云密度。随样品浓度的增加，羟基氢信号移向低场。随样品
26、浓度的增加，羟基氢信号移向低场。分子内氢键分子内氢键,其化学位移变化与溶液浓度无关其化学位移变化与溶液浓度无关,取决于分子取决于分子 本身结构。本身结构。高温使高温使OH、NH、SH等氢键程度降低等氢键程度降低,信号的共振位置移信号的共振位置移 向较高场。向较高场。识别活泼氢可采用重水交换。识别活泼氢可采用重水交换。活泼氢的活泼氢的 值与样品的浓度温度及所用溶剂的化学性质有关。值与样品的浓度温度及所用溶剂的化学性质有关。偶合常数偶合常数:1.自旋自旋-自旋偶合与自旋自旋偶合与自旋-自旋裂分自旋裂分自旋核与自旋核之间的相互作用自旋核与自旋核之间的相互作用.自旋自旋-自旋偶合引起谱自旋偶合引起谱带
27、增多带增多。如果邻近不同的核与所研究的核之间有着接近或相同的偶合如果邻近不同的核与所研究的核之间有着接近或相同的偶合常数常数,那么谱线分裂的数目为那么谱线分裂的数目为(n+n+1)。积分曲线与峰面积积分曲线与峰面积 有几组峰，则表示样品中有几种不同类型的质子；有几组峰，则表示样品中有几种不同类型的质子；每一组峰的强度每一组峰的强度(面积面积)，与质子的数目成正比。，与质子的数目成正比。各个阶梯的高度比表示不同化学位移的质子数之比。各个阶梯的高度比表示不同化学位移的质子数之比。例：一化合物分子式例：一化合物分子式C9H12O，根据其，根据其1HNM谱谱(下图下图)，试推测，试推测 该化合物结构。
28、该化合物结构。7.2(5 H,s)4.3(2 H,s)3.4(2 H,q)1.2(3 H,t)MRI is used for imaging of all organs in the body.人体各组织含水比例不同（人体各组织含水比例不同（%）肝肝(71)肾肾(81)心心(80)脾脾(79)肺肺(81)脑白脑白(72)肌肉肌肉(79)人体不同组织水的弛豫时间人体不同组织水的弛豫时间T1和和T2 常见有机化合物的化学位移范围常见有机化合物的化学位移范围NaCl晶体的三维空间点阵X射线的应用射线的应用单晶单晶:基本由同一空间点阵所贯穿形成的晶块基本由同一空间点阵所贯穿形成的晶块.多晶多晶:由许多
29、很小的单晶体按不同取向聚集而成的晶块由许多很小的单晶体按不同取向聚集而成的晶块.微晶微晶:只有几百个或几千个晶胞并置而成的微小晶粒只有几百个或几千个晶胞并置而成的微小晶粒(粉末粉末).晶体晶体X 射 线 原子或离子中的电子受迫振动。振动着的电子成为次生X射线的波源，向外辐射与入射 X 射线同频率的电磁波，称为散射波。这规定了这规定了X衍射分析的下限：衍射分析的下限：对对于于一一定定波波长长的的X X射射线线而而言言，晶晶体体中中能能产产生生衍衍射射的晶面数是有限的。的晶面数是有限的。对对于于一一定定晶晶体体而而言言，在在不不同同波波长长的的X X射射线线下下，能能产生衍射的晶面数是不同的。产生
30、衍射的晶面数是不同的。入射线波长与面间距关系入射线波长与面间距关系 所以要产生衍射，必须有所以要产生衍射，必须有d /2采用单晶体采用单晶体,特征特征x射线射线.回转法的摄取情况如下图所示回转法的摄取情况如下图所示.回转法回转法l=0lHl转动转动单晶单晶R lx射线射线底片底片图中图中R为相机的半径为相机的半径,Hl 为为 l 层线与中央层线的距离层线与中央层线的距离,由图可得由图可得故有故有 同样同样,若使晶体分别绕若使晶体分别绕 a 或或 b 轴旋转轴旋转,则有则有l=0lHl转动转动R lx射线射线底片底片 分别求得分别求得晶胞参数晶胞参数a,b,c后后,便可计算便可计算晶胞的体积晶胞
31、的体积,普遍普遍的计算公式为的计算公式为在此基础上可进一步计算晶胞中所含在此基础上可进一步计算晶胞中所含原子或原子或“分子分子”数数式中式中 为密度为密度,M 为分子量为分子量,N0为为 阿弗加得罗常数阿弗加得罗常数.目前使用最为广泛的方法是目前使用最为广泛的方法是CCD面探法面探法.测定物质测定物质结构最为有效的方法是生长出单晶结构最为有效的方法是生长出单晶,测定其结构测定其结构.CCD面探法在数小时内可测出晶体结构（四圆衍射法可能需面探法在数小时内可测出晶体结构（四圆衍射法可能需要数天完成要数天完成,而更早时期的照相法可能需要数年才能而更早时期的照相法可能需要数年才能完成的工作）完成的工作
32、）.应特别指出的是应特别指出的是X射线衍射不能定出化射线衍射不能定出化合物中合物中H原子的位置原子的位置.因因 H的核外只有一个电子的核外只有一个电子,对对X射线的衍射非常微弱射线的衍射非常微弱.H原子的位置要用中子原子的位置要用中子,电子等电子等衍射来确定衍射来确定.CCD面探法面探法(或四圆衍射法或四圆衍射法)多晶粉末多晶粉末;使用特征使用特征X X射线射线;测定时使晶体保持转动测定时使晶体保持转动单晶单晶(a)和多晶和多晶(b)产生衍射情况产生衍射情况多晶衍射法（也称多晶粉末多晶衍射法（也称多晶粉末衍射衍射法）法）2 x2 x2(a)(b)当用照相法时当用照相法时粉末法原理示意图粉末法原
33、理示意图衍射仪主要由X射线机、测角仪、X射线探测器、信息记录与处理装置组成。X射线射线样品台样品台探测器探测器 2 测角仪测角仪样品转过角，其某组晶面满足Bragg条件，探测器必须转动2才能感受到衍射线，所以两者转动角速度之比为1:2X射射线线管管发发出出单单色色X射射线线照照射射在在样样品品上上，所所产产生生的的衍衍射射由由探探测测器器测测定定衍衍强强度度，由由测测角角仪仪确确定定角角度度2，得得到到衍衍射射强强度度随随2 变化的图形。变化的图形。强度强度111200220311222400331420422511,333440531600,44220 30 40 50 60 70 80 9
34、0 100 1102 NaCl的粉末衍射图的粉末衍射图定性分析定性分析-材料种类、晶型的确定材料种类、晶型的确定 每种物质都有特定的晶格类型和晶胞尺寸，每种物质都有特定的晶格类型和晶胞尺寸，而这些又都与衍射角和衍射强度有着对应关而这些又都与衍射角和衍射强度有着对应关系，所以可以象根据指纹来鉴别人一样用衍系，所以可以象根据指纹来鉴别人一样用衍射图像来鉴别晶体物质，即将未知物相的衍射图像来鉴别晶体物质，即将未知物相的衍射花样与已知物相的衍射花样相比较。射花样与已知物相的衍射花样相比较。如样品为几种物相的混合物，则其衍射图形如样品为几种物相的混合物，则其衍射图形为这几种晶体的衍射线的加和。一般各物相
35、为这几种晶体的衍射线的加和。一般各物相衍射线的强度与其含量成正比。衍射线的强度与其含量成正比。强度强度111200220311222400331420422311,333440531600,44220 30 40 50 60 70 80 90 100 1102 平面偏振光平面偏振光(Plane polarized light)EM平面偏振光平面偏振光振动方向保持不变振动方向保持不变振幅发生周期性变化振幅发生周期性变化PolarizerE vectors旋光色散(Optical rotatory dispersion)一束平面偏振光通过光学活性分子后，由于左、右圆偏振光的折射率不同，偏振面将旋转
36、一定的角度，这种现象称为旋光(Optical rotation)，偏振面旋转的角度称为旋光度。朝光源看，偏振面按顺时针方向旋转的，称为右旋，用“+”号表示；偏振面按逆时针方向旋转的，称为左旋，用“-”号表示旋光度 =lc是旋光物质的比旋光率，单位是度厘米2 10克-1对同一物质，对同一物质，值与波长有关值与波长有关旋光率与波长的关系称为旋光色散(Optical rotatory dispersion,ORD)旋光色散旋光色散常用摩尔比旋表示。=*M/100M为旋光介质的分子量.旋光光谱（ORD）用不同波长的偏振光照射光学活性化合物，并用波长对比旋 10-2 或分子比旋10-2作图，得到的曲线即
37、为旋光光谱。圆偏振光(Circular polarized light)振幅保持不变，而方向周期变化，电场矢量绕传播方向螺旋前进圆偏振光圆偏振光朝光源看，朝光源看，电场矢量方向按顺时针方向旋转的，称为右圆偏振光；电场矢量方向按逆时针方向旋转的，称为左圆偏振光。圆二色性(circular dichroism,CD)光学活性分子对左、右圆偏振光的吸收也不同，使左、右圆偏振光透过后变成椭圆偏振光，这种现象称为圆二色性。圆二色性的表示吸收吸收(率率)差差 =L-R A=AL AR 椭圆度椭圆度，摩尔，摩尔椭圆度椭圆度 =2.303(AL AR)/4 =3298(L-R)3300(L-R)在蛋白质研究中
38、，常用平均残基摩尔椭圆度叠加原理一束自然光自然光可以分解或看作两束相互垂直而没有相位关系的平面偏振光的加和。平面偏振光平面偏振光可以分解成两束相位相等而旋转方向相反的圆偏振光的加和。当振幅相等，并同步的左、右圆偏振光相加，则产生平面偏振光；如果这两束圆偏振光圆偏振光的振幅不等则产生椭圆偏振光椭圆偏振光(elliptically polarized light)两束相互垂直而相位相差1/4波长的平面偏振光可以加和成一束圆偏振光圆偏振光CD signal of a protein depends on its 2ndary structure chymotrypsin(all)lysozyme(+)triosephosphate isomerase(/)myoglobin(all)