第八章 红外分光光度法.ppt

上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束第八章第八章红外吸收光谱法红外吸收光谱法上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束第七章第七章 红外吸收光谱法红外吸收光谱法学习要求学习要求掌握红外吸收光谱法原理（红外吸收光谱的产生；多掌握红外吸收光谱法原理（红外吸收光谱的产生；多原子分子的振动；基团频率与振动的关系）原子分子的振动；基团频率与振动的关系）理解红外吸收光谱的特征吸收频率及其与分子结构的理解红外吸收光谱的特征吸收频率及其与分子结构的关系关系理解红外吸收光谱仪（色散型红外分光光度计；傅里理解红外吸收光谱仪（色散型红外分光光度计；傅里叶变换红外分光光度计）叶变换红外分光光度计）了解红外吸收光谱图谱解析方法了解红外吸收光谱图谱解析方法12/20/20222上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束第七章第七章 红外吸收光谱法红外吸收光谱法内容提要内容提要Outline第一节第一节红外基本原理红外基本原理BasicprincipleofInfraredabsorptionspectroscopy第二节第二节红外光谱与分子结构红外光谱与分子结构Infraredspectroscopyandmolecularstructure第三节第三节红外吸收光谱仪红外吸收光谱仪Infraredabsorptionspectrophotometer第四节第四节红外吸收光谱的应用红外吸收光谱的应用ApplicationofInfraredspectrograph 12/20/20223上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束第一节第一节 红外基本原理红外基本原理一、一、概述概述二、二、红外吸收的基本原理红外吸收的基本原理第七章第七章12/20/20224上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、概述一、概述红外吸收光谱红外吸收光谱第一节第一节分子受到频率连续变化的红外光照射时，吸收某特分子受到频率连续变化的红外光照射时，吸收某特定频率的红外光，发生分子振动能级和转动能级的定频率的红外光，发生分子振动能级和转动能级的跃迁，所产生的吸收光谱。跃迁，所产生的吸收光谱。红外吸收光谱分析法：红外吸收光谱分析法：利用红外吸收光谱，对物质的利用红外吸收光谱，对物质的组成、结构及含组成、结构及含量量进行分析测定的方法。进行分析测定的方法。12/20/20225上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、概述一、概述与紫外可见吸收光谱法的比较与紫外可见吸收光谱法的比较第一节第一节l相同点：相同点：相同点：相同点：都是分子吸收光谱，都反映分子结构的特性都是分子吸收光谱，都反映分子结构的特性都是分子吸收光谱，都反映分子结构的特性都是分子吸收光谱，都反映分子结构的特性l不同点：不同点：不同点：不同点：不同点不同点 紫外可见吸收光谱紫外可见吸收光谱红外吸收光谱红外吸收光谱光光 源源紫外可见光紫外可见光红外光红外光起起 源源电子能级跃迁电子能级跃迁振动能级跃迁振动能级跃迁研研 究究范范 围围不饱和有机化合物不饱和有机化合物共轭双键、芳香族等共轭双键、芳香族等几乎所有有机化合物几乎所有有机化合物;许多无机化合物许多无机化合物特特 色色反映发色团、助色团情况反映发色团、助色团情况反映各个基团的振动反映各个基团的振动及转动特性及转动特性12/20/20226上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、概述一、概述红外光谱法的特点红外光谱法的特点第一节第一节l优点：优点：特征性高：特征性高：“分子指纹分子指纹”结构分析；结构分析；应用范围广：应用范围广：除单原子分子及同核的双原子分子外，除单原子分子及同核的双原子分子外，几乎几乎所有有机物所有有机物；u固、液固、液、气气态样品均可；态样品均可；u结构结构分析、分析、定量定量分析，计算化合物的键力常数、键分析，计算化合物的键力常数、键长、键角等物理常数长、键角等物理常数用样量少用样量少，分析速度快，不破坏样品。，分析速度快，不破坏样品。12/20/20227上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、概述一、概述l缺点缺点第一节第一节色散型仪器的分辨率低，灵敏度低，色散型仪器的分辨率低，灵敏度低，不适于弱不适于弱辐射辐射的研究。的研究。不用于水溶液不用于水溶液及含水物质的分析。及含水物质的分析。不适于某些物质：不适于某些物质：如振动时无偶极矩变化的物如振动时无偶极矩变化的物质；复杂化合物的光谱极复杂，难以作出准确质；复杂化合物的光谱极复杂，难以作出准确的结构判断，需与其它方法配合。的结构判断，需与其它方法配合。12/20/20228上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、概述一、概述红外光区的划分红外光区的划分第一节第一节12/20/20229上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、概述一、概述红外光谱的表示方式红外光谱的表示方式第一节第一节lT 曲线或曲线或T波数波数 曲线曲线l纵坐标：纵坐标：百分透射比百分透射比T%，吸收峰向下吸收峰向下，波谷向上波谷向上；l横坐标：横坐标：波长波长（m），或），或波数波数（cm-1）。）。A紫外T%（）红外波数：波数：频率，频率，1cm中所含中所含波的个数波的个数12/20/202210上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、概述一、概述红外光谱的表示方式红外光谱的表示方式第一节第一节O返回上一级返回上一级12/20/202211上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、红外吸收的基本原理二、红外吸收的基本原理红外吸收光谱产生的条件红外吸收光谱产生的条件 Condition ofInfrared absorption spectroscopy第一节第一节l辐射光的能量与振动跃迁所需的能量相等；辐射光的能量与振动跃迁所需的能量相等；l辐射与物质之间有偶合作用。辐射与物质之间有偶合作用。红外活性12/20/202212上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、红外吸收的基本原理二、红外吸收的基本原理第一节第一节对称分子：对称分子：无偶极矩，辐射不引起共振，无红外无偶极矩，辐射不引起共振，无红外活性。如：活性。如：N2、O2、Cl2等。等。非对称分子：非对称分子：有偶极矩，红外活性。有偶极矩，红外活性。偶极子在交变电场中的作用示意图偶极子在交变电场中的作用示意图12/20/202213上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、红外吸收的基本原理二、红外吸收的基本原理分子中基团的振动形式分子中基团的振动形式第一节第一节伸缩振动伸缩振动（键长变化）（键长变化）变形振动变形振动（弯曲振动（弯曲振动或变角振动）或变角振动）（键长变化）（键长变化）对称伸缩振动（对称伸缩振动（VS）非对称伸缩振动（非对称伸缩振动（Vas）面内变形面内变形面外变形面外变形剪式振动（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（）扭曲振动（扭曲振动（）12/20/202214上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、红外吸收的基本原理二、红外吸收的基本原理分子中基团的振动形式分子中基团的振动形式第一节第一节12/20/202215上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、红外吸收的基本原理二、红外吸收的基本原理振动自由度振动自由度第一节第一节分子的每一种振动形式都会产生一个基频吸收峰，分子的每一种振动形式都会产生一个基频吸收峰，基频峰数目基频峰数目=振动形式数目振动自由度振动形式数目振动自由度振动自由度振动自由度3n平动自由度平动自由度转动自由度转动自由度l非线形分子：非线形分子：振动自由度振动自由度3n6l线形分子线形分子：振动自由度振动自由度3n5如：如：H2O振动自由度振动自由度336=312/20/202216上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、红外吸收的基本原理二、红外吸收的基本原理振动自由度振动自由度第一节第一节12/20/202217上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、红外吸收的基本原理二、红外吸收的基本原理实际峰数小于理论计算振动数的原因实际峰数小于理论计算振动数的原因第一节第一节l振动过程中分子振动过程中分子不发生瞬间偶极矩变化不发生瞬间偶极矩变化时，无时，无红外吸收；红外吸收；l频率完全相同的振动发生频率完全相同的振动发生简并简并；l强宽峰强宽峰常常覆盖覆盖与它频率相近的与它频率相近的弱窄峰弱窄峰；l吸收峰有时落在吸收峰有时落在中红外区域中红外区域（4000250cm-1）以外以外；l吸收吸收强度太弱强度太弱，无法测定。，无法测定。12/20/202218上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、红外吸收的基本原理二、红外吸收的基本原理l例如：例如：二氧化碳分子二氧化碳分子CO2（线性分子（线性分子 第一节第一节振动自由度振动自由度32349cm-1667cm-112/20/202219上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、红外吸收的基本原理二、红外吸收的基本原理红外吸收谱带强度红外吸收谱带强度第一节第一节l跃迁几率越大，吸收越强：跃迁几率越大，吸收越强：从基态向第一激发态从基态向第一激发态跃迁，几率大，则基频吸收带一般较强。跃迁，几率大，则基频吸收带一般较强。l振动时偶极矩变化越大，吸收越强：振动时偶极矩变化越大，吸收越强：化学键两端化学键两端所连接的原子电负性差别越大（所连接的原子电负性差别越大（C=OC=C），），分子的对称性越差，振动时偶极矩的变化就越大。分子的对称性越差，振动时偶极矩的变化就越大。12/20/202220上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、红外吸收的基本原理二、红外吸收的基本原理按摩尔吸光系数按摩尔吸光系数 的大小划分吸收峰的强弱等级的大小划分吸收峰的强弱等级第一节第一节红外红外强度强度紫外紫外100非常强峰非常强峰（vs，verystrong）10410520100强峰强峰（s,strong）1031041020中强峰中强峰（m,mean）102103110弱峰弱峰（w,weak）1021非常弱非常弱（vw,veryweak）O返回上一级返回上一级12/20/202221上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束第二节第二节 红外吸收光谱与分子结构红外吸收光谱与分子结构一、一、红外光谱的分区红外光谱的分区二、二、影响基团频率的因素影响基团频率的因素第七章第七章12/20/202222上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、一、红外光谱的分区红外光谱的分区第二节第二节40001300cm-1区域：区域：由伸缩振动产生的吸收由伸缩振动产生的吸收带，为化学键和基团的特征吸收峰，吸收峰较带，为化学键和基团的特征吸收峰，吸收峰较稀疏，易辨认，用于鉴定官能团稀疏，易辨认，用于鉴定官能团官能团区官能团区或基团频率区或基团频率区1800（1300）600cm-1区域：区域：吸收光谱较复杂，吸收光谱较复杂，除单键的伸缩振动外，还有变形振动。能反映除单键的伸缩振动外，还有变形振动。能反映分子结构的细微变化，鉴定基团的旁证分子结构的细微变化，鉴定基团的旁证指指纹区纹区12/20/202223上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、一、红外光谱的分区红外光谱的分区官能团区（官能团区（40001300cm-1）第二节第二节l40002500cm-1：X-H（X为为O、N、C、S）伸缩振动区）伸缩振动区12/20/202224上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、一、红外光谱的分区红外光谱的分区l25002000cm1：叁键和累积双键伸缩振动区叁键和累积双键伸缩振动区第二节第二节叁键叁键：-C C、-C N等的伸缩振动，等的伸缩振动，uR-C CH：21002140cm-1附近附近uR-C C-R：21902260cm-1附近。附近。uR-C C-R：分子对称，无红外活性。分子对称，无红外活性。u-C N基：基：非共轭时，非共轭时，22402260cm-1附近。附近。与不饱和键或芳香核共轭时与不饱和键或芳香核共轭时，22202230cm-1附近。附近。分子中含有分子中含有C、H、N原子原子，-C N基吸收比较强而尖锐。基吸收比较强而尖锐。分子中含有分子中含有O原子原子，且，且O原子离原子离-C N基越近，基越近，-C N基的吸收越基的吸收越弱，甚至观察不到。弱，甚至观察不到。累积双键累积双键：-C=C=C、-C=C=O等的不对称性伸缩振动等的不对称性伸缩振动12/20/202225上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、一、红外光谱的分区红外光谱的分区l19001500cm-1：双键伸缩振动区双键伸缩振动区第二节第二节12/20/202226上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、一、红外光谱的分区红外光谱的分区l15001300cm1：饱和饱和C-H弯曲振动弯曲振动第二节第二节CH3：1380cm-1及及1450cm-1CH2：1470cm-1CH：1340cm-1吸收带强度均为吸收带强度均为m至至v12/20/202227上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、一、红外光谱的分区红外光谱的分区指纹区指纹区第二节第二节1300900cm-1u几乎所有几乎所有不含不含H的单键的单键的的伸缩振动伸缩振动，如，如C-O、C-N、C-S、C-F、C-P、Si-O、P-O等，等，u部分部分含含H基团的弯曲振动基团的弯曲振动，如，如RCH=CH2，端烯基，端烯基C-H弯曲振动为弯曲振动为990、910cm-1的两个吸收峰；的两个吸收峰；RCH=CHR反式结构的反式结构的CH吸收峰为吸收峰为970cm-1（顺式（顺式为为690cm-1）等。）等。900650cm-1：CH弯曲振动吸收。确定化合物的顺弯曲振动吸收。确定化合物的顺反构型或苯环的取代类型。反构型或苯环的取代类型。O返回上一级返回上一级12/20/202228上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、二、影响基团频率的因素影响基团频率的因素内部因素内部因素第二节第二节l共轭效应共轭效应：共轭效应使共轭体系中电子云密度平均化，双共轭效应使共轭体系中电子云密度平均化，双键强度键强度，键力常数，键力常数，双键的基团频率，双键的基团频率向低向低波数方向移动波数方向移动RC=O C=OC=O1715C=O1715C=O C=OC=O16801680RCH312/20/202229上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、二、影响基团频率的因素影响基团频率的因素l诱导效应诱导效应 第二节第二节基团旁边增加一个基团旁边增加一个电负性大电负性大的基团或原子时，的基团或原子时，由于静电诱导作用，改变了键力常数（增加）。由于静电诱导作用，改变了键力常数（增加）。使基团频率使基团频率向高波数移动向高波数移动RCRORCClORCFOnC=OC=O1715cm1715cm-1-11807cm1807cm-1-11920cm1920cm-1-1电负性越强，诱导效应越强，向高波数方向移动越多电负性越强，诱导效应越强，向高波数方向移动越多电负性越强，诱导效应越强，向高波数方向移动越多电负性越强，诱导效应越强，向高波数方向移动越多12/20/202230上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、二、影响基团频率的因素影响基团频率的因素l氢键的影响氢键的影响 第二节第二节 氢键的形成使电子云密度平均化，氢键的形成使电子云密度平均化，键力常数键力常数减小，基团频率减小，基团频率向低波数移动向低波数移动，同时吸收程度，同时吸收程度增大，谱带变宽。增大，谱带变宽。1760cm-11700cm-112/20/202231上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、二、影响基团频率的因素影响基团频率的因素l空间位阻：空间位阻：第二节第二节空间位阻使共轭体系的共平面被偏离或破坏，空间位阻使共轭体系的共平面被偏离或破坏，共轭效应强度降低，吸收频率共轭效应强度降低，吸收频率向高波数移动向高波数移动12/20/202232上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、二、影响基团频率的因素影响基团频率的因素外部因素外部因素第二节第二节l测量物质的物理状态测量物质的物理状态测量物质的物理状态测量物质的物理状态气态：气态：气态：气态：分子间作用力较小，可自由转动，可观察到分子间作用力较小，可自由转动，可观察到分子间作用力较小，可自由转动，可观察到分子间作用力较小，可自由转动，可观察到伴随振动光谱的转动精细结构。伴随振动光谱的转动精细结构。伴随振动光谱的转动精细结构。伴随振动光谱的转动精细结构。波数相对较高波数相对较高波数相对较高波数相对较高，谱，谱，谱，谱带较矮而宽；带较矮而宽；带较矮而宽；带较矮而宽；液态：液态：液态：液态：分子间作用较大，分子转动受到阻力，精细分子间作用较大，分子转动受到阻力，精细分子间作用较大，分子转动受到阻力，精细分子间作用较大，分子转动受到阻力，精细结构消失，谱带变窄，更为对称，结构消失，谱带变窄，更为对称，结构消失，谱带变窄，更为对称，结构消失，谱带变窄，更为对称，波数较低波数较低波数较低波数较低。有时。有时。有时。有时还会发生缔合，使光谱变化较大。还会发生缔合，使光谱变化较大。还会发生缔合，使光谱变化较大。还会发生缔合，使光谱变化较大。固态：固态：固态：固态：分子间相互作用较猛烈，光谱变得复杂，有分子间相互作用较猛烈，光谱变得复杂，有分子间相互作用较猛烈，光谱变得复杂，有分子间相互作用较猛烈，光谱变得复杂，有时还会发生能级的分裂，产生新的谱带。时还会发生能级的分裂，产生新的谱带。时还会发生能级的分裂，产生新的谱带。时还会发生能级的分裂，产生新的谱带。12/20/202233上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、二、影响基团频率的因素影响基团频率的因素l溶剂效应溶剂效应第二节第二节极性溶剂：极性溶剂：极性基团极性基团uu伸缩振动：伸缩振动：键力常数减小，键力常数减小，波数降低波数降低，而吸，而吸收强度增大；收强度增大；uu弯曲振动：弯曲振动：由于基团受到束缚作用，变形所由于基团受到束缚作用，变形所需能量增大，需能量增大，波数升高波数升高。红外光谱测定中，尽量采用非极性溶剂红外光谱测定中，尽量采用非极性溶剂。l测量温度测量温度也影响吸收峰的形状和数目也影响吸收峰的形状和数目O返回上一级返回上一级12/20/202234上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束第三节第三节 红外吸收光谱仪红外吸收光谱仪第七章第七章一、一、色散型红外吸收光谱仪色散型红外吸收光谱仪二、傅立叶变换红外吸收光谱仪（傅立叶变换红外吸收光谱仪（FI-IR）12/20/202235上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、一、色散型红外吸收光谱仪色散型红外吸收光谱仪光源光源吸收池吸收池单色器单色器检测器检测器放大记录系统放大记录系统第三节第三节12/20/202236上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、一、色散型红外吸收光谱仪色散型红外吸收光谱仪光源：光源：惰性固体，高强度连续惰性固体，高强度连续第三节第三节l能斯特（能斯特（能斯特（能斯特（nernstnernst）灯：）灯：）灯：）灯：锆、钇、铈或钍的氧化物锆、钇、铈或钍的氧化物锆、钇、铈或钍的氧化物锆、钇、铈或钍的氧化物优点：优点：优点：优点：发光强度大，稳定性好，寿命长，不需水冷；发光强度大，稳定性好，寿命长，不需水冷；发光强度大，稳定性好，寿命长，不需水冷；发光强度大，稳定性好，寿命长，不需水冷；缺点：缺点：缺点：缺点：机械性能较差，操作不便，价格贵机械性能较差，操作不便，价格贵机械性能较差，操作不便，价格贵机械性能较差，操作不便，价格贵l硅碳棒硅碳棒硅碳棒硅碳棒：由碳化硅烧结而成：由碳化硅烧结而成：由碳化硅烧结而成：由碳化硅烧结而成优点：优点：优点：优点：发光面积大，波数范围宽（发光面积大，波数范围宽（发光面积大，波数范围宽（发光面积大，波数范围宽（4004000cm4004000cm-1-1），），），），坚固、耐用，使用方便，价格低，应用较多坚固、耐用，使用方便，价格低，应用较多坚固、耐用，使用方便，价格低，应用较多坚固、耐用，使用方便，价格低，应用较多缺点：缺点：缺点：缺点：电极触头发热需水冷，工作时间长时电阻增大电极触头发热需水冷，工作时间长时电阻增大电极触头发热需水冷，工作时间长时电阻增大电极触头发热需水冷，工作时间长时电阻增大（1000cm1000cm-1-1）12/20/202237上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、一、色散型红外吸收光谱仪色散型红外吸收光谱仪吸收池吸收池第三节第三节l红外吸收池：红外吸收池：红外吸收池：红外吸收池：红外光透过性好的碱金属、碱土金属卤红外光透过性好的碱金属、碱土金属卤红外光透过性好的碱金属、碱土金属卤红外光透过性好的碱金属、碱土金属卤化物（化物（化物（化物（NaClNaCl、KBrKBr、CsBrCsBr、CaFCaF2 2等）做成窗片。等）做成窗片。等）做成窗片。等）做成窗片。固态试样：固态试样：固态试样：固态试样：与纯与纯与纯与纯KBrKBr混匀压成薄片；混匀压成薄片；混匀压成薄片；混匀压成薄片；气态试样：气态试样：气态试样：气态试样：注入抽成真空的气体样品池；注入抽成真空的气体样品池；注入抽成真空的气体样品池；注入抽成真空的气体样品池；液态试样：液态试样：液态试样：液态试样：滴在可拆池两窗之间形成薄的液膜；滴在可拆池两窗之间形成薄的液膜；滴在可拆池两窗之间形成薄的液膜；滴在可拆池两窗之间形成薄的液膜；玻璃、石英等对红外光均有吸收玻璃、石英等对红外光均有吸收玻璃、石英等对红外光均有吸收玻璃、石英等对红外光均有吸收12/20/202238上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、一、色散型红外吸收光谱仪色散型红外吸收光谱仪单色器单色器第三节第三节l组成：组成：色散元件、入射和出射狭缝、聚焦和反色散元件、入射和出射狭缝、聚焦和反射用的反射镜（不用透镜，以防色差）；射用的反射镜（不用透镜，以防色差）；l作用：作用：把通过样品池和参比池的复合光色散成把通过样品池和参比池的复合光色散成单色光，再射到检测器上加以检测。单色光，再射到检测器上加以检测。12/20/202239上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、一、色散型红外吸收光谱仪色散型红外吸收光谱仪检测器检测器第三节第三节l要求：要求：红外区光子能量低，检测器的热容量要红外区光子能量低，检测器的热容量要小，不能使用紫外可见吸收光谱仪上的光电管小，不能使用紫外可见吸收光谱仪上的光电管或光电倍增管；或光电倍增管；l种类：种类：真空热电偶、测辐射热计、热电检测器真空热电偶、测辐射热计、热电检测器记录系统：记录系统：由记录仪自动记录谱图。现代仪器由记录仪自动记录谱图。现代仪器都配有微机，以控制仪器操作、优化谱图中的都配有微机，以控制仪器操作、优化谱图中的各种参数、进行谱图的检索等。各种参数、进行谱图的检索等。12/20/202240上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、一、色散型红外吸收光谱仪色散型红外吸收光谱仪以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处：以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处：第三节第三节O返回上一级返回上一级l需采用狭缝，光能量受到限制；需采用狭缝，光能量受到限制；l扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪器联用；器联用；l不适于过强或过弱的吸收信号的分析。不适于过强或过弱的吸收信号的分析。12/20/202241上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、傅立叶变换红外吸收光谱仪（傅立叶变换红外吸收光谱仪（FI-IR）与与色散型红外吸收光谱仪的区别：色散型红外吸收光谱仪的区别：用干涉仪用干涉仪取代了单色器取代了单色器第三节第三节光源（硅碳棒、高压汞灯等）光源（硅碳棒、高压汞灯等）麦克尔逊麦克尔逊（Mickelson）干涉仪干涉仪样品池样品池检测器（常用检测器（常用TGS、MCT检测器）检测器）计算机及记录仪。计算机及记录仪。12/20/202242上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、傅立叶变换红外吸收光谱仪（傅立叶变换红外吸收光谱仪（FI-IR）干涉仪的作用干涉仪的作用第三节第三节连续改变干涉仪的反射镜位置，使光源信号在检连续改变干涉仪的反射镜位置，使光源信号在检测器上形成一个测器上形成一个干涉强度干涉强度对对光程差光程差/辐射频率的辐射频率的函数图，再经函数图，再经傅里叶变换傅里叶变换的数学处理，得到的数学处理，得到透射透射比比对对频率频率/波长的普通红外光谱图波长的普通红外光谱图透射比透射比/波数波数干涉强度干涉强度/辐射频率辐射频率12/20/202243上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、傅立叶变换红外吸收光谱仪（傅立叶变换红外吸收光谱仪（FI-IR）FTIR光谱仪的特点光谱仪的特点 第三节第三节l测量时间短测量时间短，扫描速度快，扫描速度快，1s完成全光谱扫描完成全光谱扫描l灵敏度高灵敏度高，检测限可达，检测限可达10-910-12gl分辨率高分辨率高，波数精度可达，波数精度可达0.01cm-1l测量精密度、重现性好测量精密度、重现性好：可达：可达0.1，而杂散光，而杂散光小于小于0.01。l测定光谱范围宽：测定光谱范围宽：可达可达10104cm-1 l仪器结构复杂，价格昂贵仪器结构复杂，价格昂贵O返回上一级返回上一级12/20/202244上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束第四节第四节 红外吸收光谱法的应用红外吸收光谱法的应用一、一、应用范围应用范围二、二、样品制备技术样品制备技术第七章第七章12/20/202245上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、应用范围一、应用范围定性分析（已知物的鉴定）定性分析（已知物的鉴定）未知物结构的测定未知物结构的测定定量分析（弱项）定量分析（弱项）第四节第四节12/20/202246上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、应用范围一、应用范围定性分析（已知物的鉴定）定性分析（已知物的鉴定）第四节第四节l注意：注意：样品及标准物质的物态、结晶态和溶剂的样品及标准物质的物态、结晶态和溶剂的一致性，以及其它因素，如有杂峰的出现，应考一致性，以及其它因素，如有杂峰的出现，应考虑到是否有水份、虑到是否有水份、CO2等的影响等等的影响等试样试样试样红外谱图试样红外谱图标样标样标样红外谱图标样红外谱图在在相同条件下相同条件下12/20/202247上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、应用范围一、应用范围未知物结构的测定未知物结构的测定第四节第四节l了解样品的基本物化性质了解样品的基本物化性质纯度纯度98、分子式、分子式（元素分析仪、质谱仪）、（元素分析仪、质谱仪）、沸点、熔点、折光率、旋光度等沸点、熔点、折光率、旋光度等。12/20/202248上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、应用范围一、应用范围l计算不饱和度：计算不饱和度：第四节第四节分子中含有的双键、三键和环状结构的多少分子中含有的双键、三键和环状结构的多少：0：链状饱和烃链状饱和烃 1：一个双键（一个双键（C=C、C=O）或一个饱和脂）或一个饱和脂肪环，肪环，2：一个三键（一个三键（CC、CN等），等），4：芳香环（苯可理解为一个环加三个双键）芳香环（苯可理解为一个环加三个双键）。12/20/202249上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、应用范围一、应用范围 计算公式计算公式第四节第四节uun n1 1：一价（氢及卤素）原子数目一价（氢及卤素）原子数目一价（氢及卤素）原子数目一价（氢及卤素）原子数目 uun n3 3：三价（氮）原子数目三价（氮）原子数目三价（氮）原子数目三价（氮）原子数目 uun n4 4：四价（碳）原子数目四价（碳）原子数目四价（碳）原子数目四价（碳）原子数目 uu二价原子如二价原子如二价原子如二价原子如S S、OO等不参加计算等不参加计算等不参加计算等不参加计算例：甲苯例：甲苯C7H8的不饱和度的不饱和度12/20/202250上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、应用范围一、应用范围l解析图谱解析图谱第四节第四节先特征后指纹：先特征后指纹：40001300cm-1，鉴定官能团；，鉴定官能团；1300600cm-1，细微结构，作旁证；细微结构，作旁证；先强峰后弱峰：先强峰后弱峰：“位置、强度、宽度位置、强度、宽度”，官能团，官能团与什么基团相连，推测相关峰；与什么基团相连，推测相关峰；先粗查后细找：先粗查后细找：先定要基团，再查其相关特征先定要基团，再查其相关特征先否定后肯定：先否定后肯定：缩小未知物结构的范围缩小未知物结构的范围 一抓一组相关峰：一抓一组相关峰：每个官能团需要查其相关峰每个官能团需要查其相关峰12/20/202251上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、应用范围一、应用范围第四节第四节提出结构式：提出结构式：解析几组主要官能团及相关峰后解析几组主要官能团及相关峰后可初步推断可初步推断核对结构式：核对结构式：与标准图片核对或进行综合光谱与标准图片核对或进行综合光谱解析解析注意：注意：对于复杂化合物或新化合物，红外光谱对于复杂化合物或新化合物，红外光谱解析困难时要结合紫外光谱、核磁共振光谱、解析困难时要结合紫外光谱、核磁共振光谱、质谱等手段进行综合光谱解析，结论要与标准质谱等手段进行综合光谱解析，结论要与标准光谱对照。光谱对照。12/20/202252上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、应用范围一、应用范围l解析亮点解析亮点第四节第四节确定饱和烃还是不饱和烃，（确定饱和烃还是不饱和烃，（33002800cm-1的的C-H伸缩振动伸缩振动，以以3000cm-1为界）为界）u高于高于3000cm-1不饱和烃，不饱和烃，u低于低于3000cm-1饱和烃。饱和烃。芳香族：芳香族：苯环骨架振动吸收在苯环骨架振动吸收在16201450cm-1之间，若在之间，若在160020、150025cm-1有吸收，确有吸收，确定化合物是芳香族。定化合物是芳香族。12/20/202253上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、应用范围一、应用范围l举例举例第四节第四节分子式为分子式为C8H8O的化合物的的化合物的IR光谱如图，试推断光谱如图，试推断其结构。其结构。12/20/202254上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、应用范围一、应用范围（1）计算不饱和度：）计算不饱和度：C8H8O第四节第四节推测有苯环推测有苯环 12/20/202255上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、应用范围一、应用范围（2）找特征：特征峰区（）找特征：特征峰区（40001300cm1）第四节第四节粗查：粗查：33002800cm-1：3010cm1有吸收（有吸收（m）VC-H3000cm1推测为不饱和烃，推测为不饱和烃，u25002000cm-1无吸收无吸收无三键和累积双键无三键和累积双键u20001500cm-1有吸收有吸收双键（双键（CC，CO？）？）12/20/202256上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、应用范围一、应用范围细找：细找：第一强峰第一强峰1686cm1(s)VC=O（19601650cm-1）推测含有羰基（酮基、醛基？），推测含有羰基（酮基、醛基？），第四节第四节u2820、2720cm1无明显吸收无明显吸收无醛基无醛基推测为酮基推测为酮基u同时同时16861700cm1向低波方向移动向低波方向移动推测酮基推测酮基可能发生共轭，可能发生共轭，12/20/202257上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、应用范围一、应用范围第四节第四节u1600、1580、1450cm1(m)至少两组在至少两组在1600、1500cm-1附近附近VC=C推为苯环骨架振动，推为苯环骨架振动，u泛频区泛频区20001670cm-1有弱吸收有弱吸收u及不饱和度的计算同时验证苯环的存在），及不饱和度的计算同时验证苯环的存在），12/20/202258上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、应用范围一、应用范围u指纹区（指纹区（1300600cm1）：）：第四节第四节u690、780cm-1(m)C-H苯环单取代苯环单取代u2960（s）cm-1VC-H（CH3），），1360(m)饱和饱和C-H弯曲振动（弯曲振动（CH3）u综上所述，该化合物结构为：苯乙酮综上所述，该化合物结构为：苯乙酮12/20/202259上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束一、应用范围一、应用范围定量分析（弱项）定量分析（弱项）第四节第四节l理论依据：理论依据：与紫外与紫外-可见分光光度法相同，可见分光光度法相同，是依据光吸收定律（朗伯比耳定律），是依据光吸收定律（朗伯比耳定律），l应用局限性：应用局限性：准确度、灵敏度较低，应用准确度、灵敏度较低，应用意义不如紫外可见分光光度法。意义不如紫外可见分光光度法。l分析方法：分析方法：标准曲线法、内标法、求解联标准曲线法、内标法、求解联立方程等立方程等O返回上一级返回上一级12/20/202260上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、样品制备技术二、样品制备技术要求要求第四节第四节l试样中被测组分的浓度和测量厚度要合适试样中被测组分的浓度和测量厚度要合适试样中被测组分的浓度和测量厚度要合适试样中被测组分的浓度和测量厚度要合适，使吸收，使吸收，使吸收，使吸收强度适中，大多数吸收峰的透射比处于强度适中，大多数吸收峰的透射比处于强度适中，大多数吸收峰的透射比处于强度适中，大多数吸收峰的透射比处于15157575 之之之之间。太稀或太薄时，一些弱峰可能不出现，太浓或间。太稀或太薄时，一些弱峰可能不出现，太浓或间。太稀或太薄时，一些弱峰可能不出现，太浓或间。太稀或太薄时，一些弱峰可能不出现，太浓或太厚时，可能使一些强峰的记录超出，无法确定峰太厚时，可能使一些强峰的记录超出，无法确定峰太厚时，可能使一些强峰的记录超出，无法确定峰太厚时，可能使一些强峰的记录超出，无法确定峰位置。位置。位置。位置。l试样不能含有游离水试样不能含有游离水试样不能含有游离水试样不能含有游离水。水在红外光区有吸收，严重。水在红外光区有吸收，严重。水在红外光区有吸收，严重。水在红外光区有吸收，严重干扰试样的红外光谱，而且水会腐蚀红外吸收池的干扰试样的红外光谱，而且水会腐蚀红外吸收池的干扰试样的红外光谱，而且水会腐蚀红外吸收池的干扰试样的红外光谱，而且水会腐蚀红外吸收池的盐窗。盐窗。盐窗。盐窗。12/20/202261上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、样品制备技术二、样品制备技术要求要求第四节第四节l试样应是单一组分的纯物质试样应是单一组分的纯物质（对于定性、结（对于定性、结构分析），一般要求纯度大于构分析），一般要求纯度大于98，否则会，否则会发生各组分光谱的重叠和混合，无法进行谱发生各组分光谱的重叠和混合，无法进行谱图解释。图解释。l对于多组分的试样，应先经过分离纯比（样对于多组分的试样，应先经过分离纯比（样品的精制）或采用品的精制）或采用GCFTIR方法。方法。12/20/202262上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、样品制备技术二、样品制备技术气体样品气体样品第四节第四节直接充入已预先抽真空的气体池中进行测量，池直接充入已预先抽真空的气体池中进行测量，池内测量气体压力约内测量气体压力约50mmHg NaCI或或KBr窗片窗片12/20/202263上页上页下页下页回主目录回主目录结束结束二、样品制备技术二、样品制备技术液体样品液体样品第四节第四节l液体池法液体池法：沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭：沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体池中。液层厚度一般为液体池中。液层厚度一般为0.011mm。l液膜法：液膜法：沸点较高试样，直接滴在两块盐片之间，形成沸点较高试样，直接滴在两块盐片之间，形成液膜。液膜。l溶剂要求：溶剂要求：在所测量的光谱区域中没有吸收在所测量的光谱区域中没有吸收对样品无强烈的溶剂化作用，常为非极性溶剂对样品无强烈的溶剂化作用，常为非极性溶剂对窗盐没有腐蚀作用；对窗盐没有腐蚀作用；对样品应有足够溶解能力对样品应有足够溶解能力12/20/202264上页上页