苯甲酸的红外光谱测定.ppt

苯甲酸的红外光谱测定现在学习的是第1页，共23页一、实验目的一、实验目的v1、掌握、掌握FTIR-650傅里叶变换红外光谱仪的使用方法。傅里叶变换红外光谱仪的使用方法。v2、掌握溴化钾压片法制备固体样品的方法。、掌握溴化钾压片法制备固体样品的方法。v3、初步了解红外吸收光谱图的解析。、初步了解红外吸收光谱图的解析。现在学习的是第2页，共23页 卤化物压片法卤化物压片法压片法也叫碱金属卤化物锭剂法。由于碱金属卤化物（如压片法也叫碱金属卤化物锭剂法。由于碱金属卤化物（如KCI、KBr、KI以及以及CsI等）加压后变成可塑物，并在中红外区完等）加压后变成可塑物，并在中红外区完全透明，因而被广泛用于固体样品的制备。全透明，因而被广泛用于固体样品的制备。一般将固体样品一般将固体样品 l3.8mg放在玛瑙研钵中，加放在玛瑙研钵中，加 100300.mg的的KBr或或KCl，混合研，混合研磨均匀，使其粒度达到磨均匀，使其粒度达到 2.5um以下。将磨好的混合物小心倒入压模以下。将磨好的混合物小心倒入压模中，加压成型，就可得到厚约中，加压成型，就可得到厚约0.8mm的透明薄片。的透明薄片。KBr的吸湿性较强，即使在红外灯烘烤下或在干燥箱中研磨，的吸湿性较强，即使在红外灯烘烤下或在干燥箱中研磨，也不可避免地会吸收空气中的游离水。为了除去游离水的干扰。也不可避免地会吸收空气中的游离水。为了除去游离水的干扰。常在相同条件下制备另一个纯常在相同条件下制备另一个纯KBr透明薄片，作为补偿，放在参透明薄片，作为补偿，放在参比光路中。比光路中。现在学习的是第3页，共23页 压片法的优点：压片法的优点：没有溶剂和糊剂的干扰，能一次完整地获得样品的红外吸没有溶剂和糊剂的干扰，能一次完整地获得样品的红外吸收光谱。收光谱。可以通过减小样品的粒度来减少杂散光。从而获得尖锐的吸收带。可以通过减小样品的粒度来减少杂散光。从而获得尖锐的吸收带。只要样品能变成细粉，并且加压下不发生结构变化，都可用压只要样品能变成细粉，并且加压下不发生结构变化，都可用压片法进行测试。片法进行测试。由于薄片的厚度和样品的浓度可以精确控制，因而可用于定由于薄片的厚度和样品的浓度可以精确控制，因而可用于定量分析。量分析。压成的薄片便于保存。压成的薄片便于保存。值得注意的是：值得注意的是：压片法对样品中的水分要求严格，因为，样品压片法对样品中的水分要求严格，因为，样品含水不仅影响薄片的透明度，而且影响对化合物的判定。因此，含水不仅影响薄片的透明度，而且影响对化合物的判定。因此，要尽量采用加热、冷冻或其它有效方法除水。样品粉末的粒度要尽量采用加热、冷冻或其它有效方法除水。样品粉末的粒度对吸光度有影响，粒度越小，吸光度越大。因此，特别是做定对吸光度有影响，粒度越小，吸光度越大。因此，特别是做定量分析时，要求样品粉末有均一的分散性和尽可能小的粒度。量分析时，要求样品粉末有均一的分散性和尽可能小的粒度。现在学习的是第4页，共23页二、测定原理二、测定原理 红外光谱（红外光谱（IR谱）是一种分子振动谱）是一种分子振动转动光谱，它是由于分子转动光谱，它是由于分子的振动、转动、分子间的能级跃迁产生的。的振动、转动、分子间的能级跃迁产生的。纯转动纯转动 40033 251000 远红外远红外 分子振动分子振动分子振动分子振动-转动转动转动转动（基本振动区）（基本振动区）（基本振动区）（基本振动区）40004004000400 2.525 2.525 中红外中红外中红外中红外OH、NH、CH及及SH倍频倍频吸收区吸收区 128204000 0.762.5 近红外近红外能级跃迁类型能级跃迁类型波数波数 (cm-1)波长波长(m)区域区域红外光谱区域的划分红外光谱区域的划分红外光谱区域的划分红外光谱区域的划分现在学习的是第5页，共23页变形或弯曲振动面内变形振动（面内变形振动（）面外变形振动（面外变形振动（）剪式振动（剪式振动（）面内摇摆振动（面内摇摆振动（）面外摇摆振动（面外摇摆振动（）扭曲变形振动（扭曲变形振动（）变形振动又称变角振动。它是指基团键角发生周期变化而键长变形振动又称变角振动。它是指基团键角发生周期变化而键长不变的振动。不变的振动。伸缩振动对称伸缩振动对称伸缩振动 反对称伸缩振动反对称伸缩振动 伸缩振动是指原子沿着价键方向来回运动，即振动时键长发生变化，伸缩振动是指原子沿着价键方向来回运动，即振动时键长发生变化，键角不变。键角不变。基本振动形式分类基本振动形式分类:伸缩振动；变形振动伸缩振动；变形振动现在学习的是第6页，共23页现在学习的是第7页，共23页非线型分子：H2O 振动自由度振动自由度振动自由度振动自由度=3N-6=33-6=3=3N-6=33-6=3线型分子：CO2振动自由度振动自由度振动自由度振动自由度=3N-5=33-5=4=3N-5=33-5=4现在学习的是第8页，共23页H2O的红外光谱的红外光谱 asOH3756cm-1 sOH3652cm-1 OH1595cm-1 当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某个基团的振当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某个基团的振动频率和它一样，二者就会产生共振。此时光的能量通过分动频率和它一样，二者就会产生共振。此时光的能量通过分子偶极矩的变化而传递给分子，这个基团就吸收一定频率的子偶极矩的变化而传递给分子，这个基团就吸收一定频率的红外光产生共振跃迁。红外光产生共振跃迁。现在学习的是第9页，共23页理论上计算的一个振动，在红外光谱上相应产生一个基频吸收带。理论上计算的一个振动，在红外光谱上相应产生一个基频吸收带。实际上，绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数，远小于理论实际上，绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数，远小于理论上计算的振动数，这是由如下原因引起的：上计算的振动数，这是由如下原因引起的：（1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收，即非红外活）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收，即非红外活性；性；（2）相同频率的振动吸收重叠，即简并；）相同频率的振动吸收重叠，即简并；（3）仪器不能区别那些频率十分相近的振动，或因吸收带很弱，）仪器不能区别那些频率十分相近的振动，或因吸收带很弱，仪器检测不出；仪器检测不出；（4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。）有些吸收带落在仪器检测范围之外。现在学习的是第10页，共23页例如，线性分子例如，线性分子CO2，理论上计算其基本振动数为：，理论上计算其基本振动数为：3N-5=4。其具体振动形式如下：。其具体振动形式如下：O C O对称伸缩（无吸收峰）O C O反对称伸缩（2349 cm-1）O C O 面内变形（667 cm-1）O C O 面外变形（667 cm-1）但在红外图谱上，只出现但在红外图谱上，只出现667 cm-1和和2 349 cm-1两个基频吸收峰。这两个基频吸收峰。这是因为对称伸缩振动偶极矩变化为零，不产生吸收。而面内变形是因为对称伸缩振动偶极矩变化为零，不产生吸收。而面内变形和面外变形振动的吸收频率完全一样，发生简并。和面外变形振动的吸收频率完全一样，发生简并。现在学习的是第11页，共23页CO2的红外光谱的红外光谱 asC=O 2349cm-1 弯曲振动弯曲振动666cm-1 现在学习的是第12页，共23页 每种化合物都可绘制出具有自身特征的红外光谱图。从而反映出每种化合物都可绘制出具有自身特征的红外光谱图。从而反映出整个分子的特征。据此我们可利用已知标准物对照或标准图普查对法整个分子的特征。据此我们可利用已知标准物对照或标准图普查对法进行定性分析。进行定性分析。对于某一特定的官能团或相关的化学键，不论分子中其他的结构对于某一特定的官能团或相关的化学键，不论分子中其他的结构如何，它总是在相同或几乎相同的频率或波数处产生特征的吸收如何，它总是在相同或几乎相同的频率或波数处产生特征的吸收谱带。我们可以根据谱带。我们可以根据IR谱图上各种化学键及官能团在某一相对固定的谱图上各种化学键及官能团在某一相对固定的波长范围内显示其特征吸收峰的位置来鉴别分子所含有的特征官能团和波长范围内显示其特征吸收峰的位置来鉴别分子所含有的特征官能团和化学键的类型，进而确定化合物分子的结构。化学键的类型，进而确定化合物分子的结构。C=C 1600cm-1,1580cm-1(双峰),1500cm-1(s),1450cm-1 鉴定有无芳环存在现在学习的是第13页，共23页特征区与指纹区&特征区：特征区：40001300cm-1(2.57.69m)包括：包括：X-H伸缩振动区伸缩振动区(40002500cm-1)三键及累积双键伸缩振动区三键及累积双键伸缩振动区(25001900cm-1)双键伸缩振动区双键伸缩振动区(19001200cm-1)X-H弯曲振动区弯曲振动区(16501350cm-1)该区是进行官能团定性的主要依据该区是进行官能团定性的主要依据&指纹区：指纹区：1300400cm-1(7.6925m)包括：单键的伸缩振动；多数基团的弯曲振动包括：单键的伸缩振动；多数基团的弯曲振动 查找相关吸收峰查找相关吸收峰现在学习的是第14页，共23页三、主要试剂及规格三、主要试剂及规格溴化钾（光谱纯）溴化钾（光谱纯）苯甲酸（分析纯）苯甲酸（分析纯）四、主要仪器四、主要仪器FTIR-650傅里叶变换红外光谱仪傅里叶变换红外光谱仪 玛瑙研钵玛瑙研钵 压片机压片机 压片压片机模具机模具 红外灯红外灯现在学习的是第15页，共23页现在学习的是第16页，共23页现在学习的是第17页，共23页五、实验步骤五、实验步骤1、开机步骤（1）按主机后侧的电源开关，开启主机，加电后，开始有一个自检过程（约30秒），主机加电后至少要等待15分钟，等电子部分和光源稳定后，才能进行测量。（2）开启电脑，运行操作软件，检查电脑与主机通讯是否正常。（3）红外光谱仪仪器需在每天使用前进行较正，较正方法是：单击“采集”菜单下的“实验设置”选择“诊断”观察各项指标是否正常。选择“光学台”观察增益值是否在可接受范围内。现在学习的是第18页，共23页现在学习的是第19页，共23页T-曲线曲线前密后疏前密后疏T-曲线曲线前疏后密前疏后密现在学习的是第20页，共23页2、测量步骤（1）将样品（2mg）置于玛瑙研钵中。再加入100200mg干燥的KBr粉末，充分磨细混匀（向同一方向研磨）。（2）将磨好的粉末移置压片模具中，使其分布均匀，中心可以高一点，并轻轻转动几周。将模具置于压片机上，在20MPa压力下压制，保持3分钟，制成透明式样薄片。（3）拆除样膜，将试样薄片装在试样架上，放在红外光谱仪光路中，扫描图谱。注意：扫描前先粗测透光率是否大于40%。若大于或等于40%，按仪器操作方法扫描图谱。若未达到40%，则需重新压片。（4）打印所得图谱及吸收峰的数据（波数和透光率）。（5）退出FTIR软件系统；按仪器后侧电源开关，关闭主机。（6）实验结束后，取下试样架，取出薄片，按要求将模具、试样架等擦净收好。现在学习的是第21页，共23页苯甲酸红外谱图苯甲酸红外谱图现在学习的是第22页，共23页六、测定结果分析六、测定结果分析查阅文献资料，根据实验数据推测苯甲酸分子中各官能团或化查阅文献资料，根据实验数据推测苯甲酸分子中各官能团或化学键相应的吸收峰的情况及位置，推断分子结构。学键相应的吸收峰的情况及位置，推断分子结构。思考题：思考题：用压片法制样时，为什么要求将固体试样研磨至颗粒粒度在用压片法制样时，为什么要求将固体试样研磨至颗粒粒度在2m左左右？右？为什么要求为什么要求KBr粉末干燥、避免吸水受潮？粉末干燥、避免吸水受潮？现在学习的是第23页，共23页