《现代波谱学》课程教学大纲
第一部分 课程基本信息
课程名称 |
现代波谱学 |
英文名称 |
Modern Spectroscopy |
课程编号 |
S2190305 |
适应专业(领域) |
有机化学 |
开课学期 |
第 1学期 |
预修课程 |
有机化学 |
课程性质 |
一级学科必修课 |
分析化学 |
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学时/学分 |
36学时/ 2学分 |
仪器分析 |
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考核方式 |
开卷笔试 |
开课单位 |
化学学院 |
课程负责人 |
姓名 |
职称 |
学历/学位 |
李丽/陈瑞战 |
教授 |
研究生/博士 |
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课程负责人所在学院（部门） |
化学学院 |
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课程负责人联系方式 |
13756980569, 13596499458 |
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第二部分 课程概述
1．本门课程在本学科体系中的学科地位。
现代波谱学运用紫外光谱、红外光谱、核磁共振氢谱和质谱的基本原理，解析各类有机化合物的特征谱图，对有机化合物进行结构分析。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。其具有微量、快速、灵敏、准确等特点，是化学工作者必须掌握的一种重要工具。了解波谱解析的基本原理、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，使研究生具有初步的分析和解决问题的能力，为后续专业课打下必要的化学基础。
2．本门课程的教学目标和基本要求。即要求学生通过本门课程的学习在理论基础、学术水平、实践能力等各方面取得哪些进步或达到什么程度。要实现该目标，对学生有哪些基本要求？
教学目的
通过本课程的教学，使学生了解波谱解析的基本原理，掌握图谱解析的基本方法，对有机化合物进行结构分析。内容包括紫外光谱（UV）、红外光谱（IR）、核磁共振氢谱（1H-NMR）、核磁共振碳谱（13C-NMR）、质谱（MS）和综合解析内容。系统地介绍了四大光谱的基本原理、图谱信息及图谱解析技术，以及这些波谱技术的综合应用。培养灵活运用所学知识、综合分析问题、解决问题的能力，为今后从事相关专业工作打下基础。
教学要求
本课程作为有机化学、分析化学及仪器分析后开设的一门专业必修课课程，以讲授为主与引导学生独立进行波谱解析有机结合，使学生掌握波谱解析方法的基本原理和基础知识，各种波谱解析方法的特点和应用，波谱分析的实验方法，具有独立波谱解析的能力。
第三部分 课程主要教学内容
专题一 现代波谱学概述
本专题重点和难点：现代波谱学组成、原理及特点
一、质谱
1、质谱分析
2、质谱法特点
3、质谱分类
4、质谱仪器种类
二、吸收光谱
1、电磁辐射
2、描述电磁波的参数
3、电磁波谱
4、光谱
三、紫外可见吸收光谱
1、产生
2、原理
3、紫外-可见光谱特点
4、应用
四、红外光谱
1、原理
2、产生条件
3、红外光区的划分
4、红外光谱特点和应用
五、核磁共振谱
1、原理
3、特点
本专题主要思考题：现代波谱学主要包括哪些方法？
专题二 质谱分析概述
本专题重点和难点：质谱分析基本概念、组成及裂解方式
一、基本概念
（一）质谱分析法
（二）质谱概念
1.质谱图
2.质荷比
3.基峰
4.相对强度
5.分子离子峰
二、质谱法特点
三、质谱仪性能指标
1.分辨率
2.质量范围
四、质谱发展
五、质谱种类
六、质谱仪组成
（一）进样系统
（二）真空系统
（三）离子源分类和工作原理
1.电子轰击离子化原理
2.化学离子化原理
3.电喷雾电离原理
4.基质辅助激光解吸离子化
（四）质量分析器分类及工作原理
1.磁单聚焦质量分析器
2.磁双聚焦质量分析器
3.四级杆质量分析器
4.飞行时间质量分析器
（五）检测器
本专题主要思考题：质谱离子源分类和工作原理？
专题三 离子的裂解
本专题重点和难点：离子表示法和裂解方式
一、离子表示法
二、裂解方式
（一） 电子转移表示法。
（二） 裂解方式
1.单纯裂解(简单裂解)分类
2.重排裂解分类
三、质谱图中常见离子类型
（一）分子离子
（二）碎片离子
（三）重排离子
（四）同位素离子
（五）奇电子离子和偶电子离子
（六）多电荷离子
（七）母离子和子离子
（八）亚稳离子
四、相对分子质量的测定与分子式的确定
（一）相对分子质量的测定
（二）分子离子峰符合条件
1.分子离子峰含奇数个电子。
2.是谱图中除同位素以外的最高质量数的离子峰。
3.质量数服从氮规律。
4.所假定的分子离子峰与相邻的质谱峰间的质量数差是否有意义。
（三）分子式的确定
1.用高分辨质谱仪确定分子式。
2.用低分辨质谱仪求分子式。
五、结构解析
（一）确定分子离子峰
（二）确定分子式
（三）计算不饱和度
（四）解析某些主要质谱峰的归属和各碎片离子峰间的关系。
（五）推断结构
（六）利用标准质谱图验证
本专题主要思考题：相对分子质量的测定与分子式的确定？
专题四 质谱解析实例分析
本专题重点和难点：如何通过质谱进行结构解析？
一、苯乙醇苷类化合物的质谱分析
（一）车前草
（二）车前子
（三）肉苁蓉
二、黄酮类化合物的质谱分析
（一）红花
（二）葛根
（三）淫羊藿
本专题主要思考题：如何通过质谱进行结构解析？
专题五 液-质联用技术在天然产物分析中的应用
本专题重点和难点：液-质联用技术原理
一、液-质联用技术原理及特点
（一）液-质联用技术原理及发展
（二）工作特点
（三）液质联用技术与结构解析
二、液-质联用技术在天然产物分析中的应用
（一）黄酮类化合物
1.防风中色原酮化合物的液质联用分析
2.土茯苓中黄酮化合物的液质联用分析
3.红花中色素类成分的液质联用分析
（二）人参皂苷类成分
1.三七中皂苷类化合物的液质联用分析
2.人参和西洋参中皂苷类化合物的液质联用分析
本专题主要思考题：如何通过液-质联用分析鉴定化合物结构？
专题六 紫外-可见吸收光谱法
本专题重点和难点：了解电子跃迁类型、发色团类型及其与紫外吸收峰波长的关系。了解紫外光谱的λmax及其主要影响因素；各类有机化合物的紫外吸收光谱特征。
一、吸收定律
（一）比尔定律
（二）吸光度的加和性
二 常用术语
（一）生色团（发色团）
（二）助色团
（三）红移、蓝移（紫移）
三、有机化合物的吸收光谱
（一）有机物电子跃迁类型
1. σ→ σ* 跃迁
2. n → σ* 跃迁
3. π→ π* 跃迁
4. n→ π* 跃迁
（二）饱和化合物
（三）烯烃和炔
（四）羰基化合物
1. 醛和酮
2. 酸和酯
（五）芳香族化合物
四、无机化合物的吸收光谱
五、溶剂
六、紫外-可见分光光度计
（一）基本构造
1. 光源
2. 吸收池
3. 分光
4. 检测
（二）分光光度计类型
1 单波长单光束分光光度计
2. 单波长双光束分光光度计
3. 双波长分光光度计
七 定性分析
（一） 标准谱图对比
（二） 结构分析
八 定量分析
（一） 单波长单组分
（二） 双波长单组分
（三） 同时求双组分
本专题主要思考题：紫外光谱在有机化合物结构分析中的应用
专题七 红外吸收光谱（IR）
本专题重点和难点：利用红外光谱判断常见简单化合物的官能团及结构。常见有机化合物的红外光谱特征；利用红外光谱判断常见简单化合物的官能团及结构。
一、红外吸收光谱的基本原理
二、红外光谱与分子结构的关系
（一）基团频率和红外光谱区域的关系
（二）影响基团频率的因素
（三）影响谱带强度的因素
三、各类有机化合物的特征基团频率
四、红外吸收光谱解析
（一）图谱解析程序
（二）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
（一）官能团定性分析
（二）有机化合物结构分析
（三）纯度的检查
（四）跟踪化学反应
（五）在化学动力学研究中的应用
（六）定量分析
（七）红外吸收光谱解析的辅助方法
本专题主要思考题：
1. 红外光谱产生的条件？
2. 红外光谱能够给出的结构信息？
专题八 氢核磁共振谱（1H-NMR）
本专题重点和难点：掌握氢谱解析的步骤、熟练运用氢谱解析有机分子结构；掌握1H NMR化学位移与结构的关系；掌握1HNMR的偶合裂分、偶合常数。
一、核磁共振基本原理
二、化学位移
（一）化学位移的定义
（二）化学位移的产生
（三）化学位移的表示及测定
（四）基准物质
三、化学位移与分子结构的关系
（一） 影响化学位移的因素；
（二） 诱导效应（电负性）；
四、不同类别质子的化学位移经验值及经验计算
五、自旋偶合、自旋系统、自旋裂分与分子结构的关系
（一） 自旋偶合及自旋裂分的基本原理；
（二） 偶合常数：偕偶；邻偶；远程偶合；
（三）偶合相互作用的规则--n+1规则；
（四）核的等价性；
（五）影响偶合常数的因素；
1.同碳质子间的偶合
2.邻碳质子间的偶合
3.远距离偶合
4.其它核对1H的偶合
（六）常见的自旋系统
六、1H NMR 谱测定技术
七、核磁共振图谱解析及实例应用
（一）氢核磁共振谱解析一般程序
（二）氢核磁共振谱解析示例
（三）氢核磁共振谱图检索
（四）氢核磁共振谱的应用
（五）磁共振的基础知识
本专题主要思考题： 如何通过核磁共振光谱解析化合物结构？
专题九 碳核磁共振谱（13C-NMR）
本专题重点和难点：运用碳谱解析有机分子结构； 13C NMR化学位移与结构的关系；运用碳谱解析有机分子结构。
一、碳核磁简介、碳核磁共振谱（13C）的产生及特点；
二、碳核磁测定方法和实验方法；
三、13C 核的信号裂分及13C-NMR 谱的类型及其特征；
（一）噪音去偶谱
（二）偏共振去偶谱
（三）DEPT、INPT
四、碳谱的化学位移；
（一）化学位移值与基团结构的关系
（二） 影响化学位移的因素
（三）各类碳的化学位移（δ）及经验计算
五、自旋偶合与偶合常数；
六、自旋--晶格弛豫；
七、l3C-NMR谱的测绘技术及注意事项；
（一）样品及溶剂
（二）测定条件
八、l3C-NMR核磁共振图谱解析与实例；
（一）l3C-NMR谱图解析一般程序
（二）l3C-NMR谱图例解。
本专题主要思考题：碳谱的解析步骤？
专题十 综合解析
本专题重点和难点： 利用多种谱图对有机物结构进行解析；利用多种谱图对有机物结构进行解析。
一、综合解析基本程序
（一） 分子式的确定方法：元素分析法、质谱法、核磁共振法
（二） 分子中不饱和单位的计算方法
（三） 结构式的确定：确定分子中的结构碎片；结构碎片的连接；构型的确定
二、综合解析实例
本专题主要思考题：如何应用所学波谱知识进行解析？
专题十一 紫外分光光度法表征共轭有机化合物
本专题重点和难点：掌握有机化合物的紫外光谱测定，通过最大吸收峰位及强度判断共轭体系的类型；了解溶剂极性及体系pH值的大小对吸收光谱的影响；熟悉紫外可见分光光度计的性能指标检查、工作原理及构造。
一、实验仪器
（一）紫外可见分光光度计
（二）分析天平
（三）石英比色皿
二、实验内容
（一）探讨溶剂极性、pH值对吸收峰的影响；
（二）利用标准谱图对照法，确定被测物质的名称；
（三）依据吸收曲线确定测定波长。
（四）绘制标准曲线，计算未知样的含量。
本专题主要思考题：如何绘制吸收光谱及标准曲线方程？
专题十二 苯甲酸和乙酸乙酯的红外光谱测定
本专题重点和难点：红外光谱法的基本原理；通过实验初步掌握各种物态样品制备方法。
一、实验仪器
（一）红外光谱仪
（二）压片机
（三）玛瑙研钵
二、实验内容
（一）固体样品苯甲酸的红外光测定
（二）液体样品乙酸乙酯的红外光谱测定
（三）未知物的红外光谱测定
本专题主要思考题：如何进行红外光谱解析？
第四部分 主要教学参考资料
一、建议教材
1．宁永成（作者），《有机化合物结构鉴定与有机波谱学》（第2版），科学出版社，2000
2. 丛浦珠主编，《天然有机质谱学》，中国医药科技出版社（第1版）， 2005年3月
二、主要参考书
1．宁永成（作者），《有机化合物结构鉴定与有机波谱学》（第2版），科学出版社，2000
2. 易大年，徐光漪，《核磁共振波谱在药物分析中的应用》，上海：上海科学技术出版社，1985
3. 陈洁 宋启泽编，《有机波谱分析》，北京理工大学出版社，2008.7
第五部分 教学进度表
教学周 |
专题名称 |
主要内容 |
授课方式 |
学时分配 |
|
理论学时 |
实践（实验）学时 |
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第一周 |
现代波谱 学概述 |
现代波谱学概述 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第二周 |
质朴分析 概述 |
质谱组成和基本概念 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第三周 |
质谱分析 概述 |
质谱分类及原理 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第四周 |
离子的 裂解 |
离子的裂解 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第五周 |
质谱解析 实例分析 |
质谱解析实例分析 |
专题 报告 |
2 |
|
第六周 |
液质联用技术在天然产物分析中应用 |
液质联用工作原理及应用 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第七周 |
液质联用 技术在天 然产物分析中应用 |
液-质联用技术在天然药物结构 构鉴定中的应用 |
学术 研讨 |
2 |
|
第八周 |
紫外可见 吸收光谱 |
紫外可见光谱原理、基本概念 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第九周 |
紫外可见 吸收光谱 |
紫外光谱在有机化合物结构解析中应用 |
学术 研讨 |
2 |
|
第十周 |
红外吸 收光谱 |
红外吸收光谱的基本原理及红外光谱解析 |
课堂 教授 |
2 |
|
第十一周 |
红外吸 收光谱 |
仪器和实验技术样品制备技术；红外吸收光谱的应用 |
学术 研讨 |
2 |
|
第十二周 |
氢核磁 共振谱 |
核磁共振基本原理；化学位移 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第十三周 |
氢核磁 共振谱 |
1H 核磁共振图谱解析及实例应用分析 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第十四周 |
碳核磁 共振谱 |
碳核磁共振谱（13C）的产生、原理及实验方法 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第十五周 |
碳核磁 共振谱 |
13C 核的信号裂分及13C- NMR 谱的类型及其特征；碳谱的化学位移；自旋偶合与偶合常数； |
课堂 讲授 |
2 |
|
第十六周 |
碳核磁 共振谱 |
l3C-NMR谱的测绘技术及注意事项；l3C-NMR核磁共振图谱解析与实例； |
学术 研讨 |
2 |
|
第十七周 |
综合解析 |
综合解析基本程序；综合解析实例 |
课堂 讲授 |
2 |
|
第十八周 |
苯甲酸和乙酸乙酯的红外光谱测定 |
固体样品苯甲酸的红外光测定；液体样品乙酸乙酯的红外光谱测定；未知物的红外光谱测定； |
实验 |
2 |
|
学院主管领导审核签字：
年 月 日
