红外吸收分光光度法精选PPT.ppt
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1、红外吸收分光光度法外吸收分光光度法第1页,此课件共70页哦以连续波长的红外光为光源照射样品引起分子振动能以连续波长的红外光为光源照射样品引起分子振动能级之间跃迁,而产生红外吸收光谱,根据化合物的红外吸级之间跃迁,而产生红外吸收光谱,根据化合物的红外吸收光谱进行定性、定量及结构分析的方法。收光谱进行定性、定量及结构分析的方法。红外吸收光谱法红外吸收光谱法infrared absorption spectroscopy;IR第2页,此课件共70页哦近红外区红外吸收光谱法分类红外吸收光谱法分类波长0.762.5m,波数131584000cm-1中红外区波长2.525m,波数4000 400cm-1和
2、远红外区波长25 1000m,波数40010cm-1第3页,此课件共70页哦第一节红外吸收光谱法基本原理第一节红外吸收光谱法基本原理第4页,此课件共70页哦一、分子振动能级和振动形式一、分子振动能级和振动形式位能 U K(rre)2 缩re伸伸平衡位置平衡位置第5页,此课件共70页哦双原子分子位能曲线双原子分子位能曲线双原子分子位能曲线双原子分子位能曲线 总能量EVU+T 分子振动能级能量EV(V+)h 位能 U K(rre)2 第6页,此课件共70页哦红外区分子的基本振动红外区分子的基本振动 1、伸缩振动、伸缩振动(stretching vibration)对称伸缩振动对称伸缩振动 s不对称
3、伸缩振动不对称伸缩振动as2、弯曲振动(、弯曲振动(bending vibration)面内弯曲振动面内弯曲振动 剪式振动剪式振动面内摇摆振动面内摇摆振动 面外弯曲振动面外弯曲振动 面外摇摆振动面外摇摆振动扭曲振动扭曲振动第7页,此课件共70页哦对称对称剪式剪式面外摇摆面外摇摆伸缩振动伸缩振动不对称不对称面内摇摆面内摇摆面内弯曲振动面内弯曲振动卷曲卷曲面外弯曲振动面外弯曲振动基本振动方式基本振动方式 第8页,此课件共70页哦甲烷中C-H的弯曲振动甲烷中C-H的伸缩振动弯曲振动第9页,此课件共70页哦振动自由度振动自由度vibrative degree of freedom 分子基本振动的数目,
4、即分子的独立振动数。分子基本振动的数目,即分子的独立振动数。注意:分子平动能量改变不产生光谱,而转动能级跃迁产生的远红外光谱注意:分子平动能量改变不产生光谱,而转动能级跃迁产生的远红外光谱超出中红外光谱的研究范围,因此应该扣除这两种运动形式。超出中红外光谱的研究范围,因此应该扣除这两种运动形式。第10页,此课件共70页哦振动自由度振动自由度f=3N(运动自由度)平动自由度转动自由度线性分子振动自由度 f=3N-5非线性分子振动自由度 f=3N-6 第11页,此课件共70页哦例如,水为非线型分子,振动自由度3N333,说明水分子有3种基本振动形式 又如,CO2为线型分子,振动自由度3N324,说
5、明CO2有4种基本振动形式 第12页,此课件共70页哦二、红外吸收光谱产生的条件二、红外吸收光谱产生的条件 EL=Vh或或L=V;0第13页,此课件共70页哦基本振动吸收峰的数目少于振动自由度的原因基本振动吸收峰的数目少于振动自由度的原因基本振动吸收峰的数目少于振动自由度的原因基本振动吸收峰的数目少于振动自由度的原因(1)红外光谱简并)红外光谱简并(2)非红外活性振动)非红外活性振动振动频率完全相同的吸收峰在红外光谱中重叠的现象。振动频率完全相同的吸收峰在红外光谱中重叠的现象。当振动过程中分子瞬间偶极矩不发生变化时,不产生红外光的吸收。当振动过程中分子瞬间偶极矩不发生变化时,不产生红外光的吸收
6、。第14页,此课件共70页哦吸收峰的强度吸收峰的强度 振动能级的跃迁几率。振动能级的跃迁几率。振动过程中键的偶极矩变化。振动过程中键的偶极矩变化。振动形式振动形式:,分子结构的对称性有关。分子结构的对称性有关。第15页,此课件共70页哦振动过程中键的偶极矩变化振动过程中键的偶极矩变化基团的极性大,键的偶极矩也大,伸缩振动过程中偶基团的极性大,键的偶极矩也大,伸缩振动过程中偶极矩的变化也大,其吸收峰的强度亦愈强。因此分子极矩的变化也大,其吸收峰的强度亦愈强。因此分子中含有杂原子时,其红外谱峰一般都比较强。中含有杂原子时,其红外谱峰一般都比较强。第16页,此课件共70页哦分子结构的对称性分子结构的
7、对称性结构对称的分子在振动过程中,若其振动方向也对称,则结构对称的分子在振动过程中,若其振动方向也对称,则振动的偶极矩始终为零,没有吸收峰出现。振动的偶极矩始终为零,没有吸收峰出现。第17页,此课件共70页哦吸收峰的绝对强度吸收峰的绝对强度 100时,称为非常强峰(时,称为非常强峰(vs)在在20100范围内,为强峰(范围内,为强峰(s)在在1020范围内,为中强峰(范围内,为中强峰(m)在在110范围内,为弱峰(范围内,为弱峰(w)1时,为非常弱峰(时,为非常弱峰(vw)第18页,此课件共70页哦三、三、吸收峰的位置吸收峰的位置(1)基本振动频率)基本振动频率(2)基频峰和泛频峰)基频峰和泛
8、频峰(3)基频峰的分布规律)基频峰的分布规律(4)影响峰位的因素)影响峰位的因素(5)特征区和指纹区)特征区和指纹区第19页,此课件共70页哦基本振动频率基本振动频率Hooke定律推导出的简谐振动频率计算公式定律推导出的简谐振动频率计算公式 用波数表示用波数表示(cm-1)u为为A、B原子的折合质量原子的折合质量 第20页,此课件共70页哦基本振动频率基本振动频率折合相对原子质量相同的基团,其化学键力常数越大,伸缩振折合相对原子质量相同的基团,其化学键力常数越大,伸缩振动基频峰的波数越高。动基频峰的波数越高。折合相对原子质量越小,基团的伸缩振动波数越高。折合相对原子质量越小,基团的伸缩振动波数
9、越高。以共价键与以共价键与C C原子组成基团的其他原子随着原子质量的增加,原子组成基团的其他原子随着原子质量的增加,红外振动波数减小。红外振动波数减小。折合相对原子质量相同的基团,一般折合相对原子质量相同的基团,一般。第21页,此课件共70页哦基频峰和泛频峰基频峰和泛频峰基频峰:分子吸收一定频率的红外线,由振动基态基频峰:分子吸收一定频率的红外线,由振动基态(V=0)跃迁至第一激发跃迁至第一激发态态(V=1)时,所产生的吸收峰。位置规律性比较强且强度比较大,在时,所产生的吸收峰。位置规律性比较强且强度比较大,在红外光谱上较容易识别。红外光谱上较容易识别。倍频峰:吸收一定频率的红外线后,分子振动
10、能级由基态倍频峰:吸收一定频率的红外线后,分子振动能级由基态(V=0)跃迁跃迁至第二激发态至第二激发态(V=2)、第三激发态、第三激发态(V=3)等所产生的吸收峰,分别称为二等所产生的吸收峰,分别称为二倍频峰、三倍频峰等。总称这些吸收峰为倍频峰。倍频峰、三倍频峰等。总称这些吸收峰为倍频峰。差频峰:有些弱峰还由两个或多个基频峰频率的和或差产生,差频峰:有些弱峰还由两个或多个基频峰频率的和或差产生,12峰称为合频峰,峰称为合频峰,12峰称为差频峰。峰称为差频峰。泛频峰:倍频峰、合频峰及差频峰统称为泛频峰。泛频峰多数为泛频峰:倍频峰、合频峰及差频峰统称为泛频峰。泛频峰多数为弱峰,一般在图谱上不易辨认
11、。但增加了光谱特征性。弱峰,一般在图谱上不易辨认。但增加了光谱特征性。第22页,此课件共70页哦化学键力常数对伸缩振动基频峰波数的影响化学键力常数对伸缩振动基频峰波数的影响化学键类型折合摩尔质量u键常数KN/cm基团振动波数cm-165119061016806152060不同基团的基本振动频率 第23页,此课件共70页哦影响吸收峰位置的因素影响吸收峰位置的因素 诱导效应共轭效应 第24页,此课件共70页哦影响吸收峰位置的因素影响吸收峰位置的因素 氢键效应 第25页,此课件共70页哦影响吸收峰位置的因素影响吸收峰位置的因素 空间效应 互变异构效应 1738cm1、1717cm11650cm1第2
12、6页,此课件共70页哦影响吸收峰位置的因素影响吸收峰位置的因素 环张力效应 第27页,此课件共70页哦特征区和指纹区特征区和指纹区 1.特征区:特征区:40001300cm 1,2.57.69m 化学键和基团的特征振动频率区,吸收峰较稀疏,易辨认,化学键和基团的特征振动频率区,吸收峰较稀疏,易辨认,每一个吸收峰都和一定的基团相对应,一般可用于鉴定官能团每一个吸收峰都和一定的基团相对应,一般可用于鉴定官能团的存在。的存在。2.指纹区:指纹区:1300400cm 1,7.6925m 吸收峰的特征性强,可用于区别不同化合物结构上的微小差吸收峰的特征性强,可用于区别不同化合物结构上的微小差异。吸收峰强
13、度和位置相似,相互干扰较大,再加上各种弯曲异。吸收峰强度和位置相似,相互干扰较大,再加上各种弯曲振动的能级差小,吸收峰密集、复杂多变、不容易辨认。振动的能级差小,吸收峰密集、复杂多变、不容易辨认。第28页,此课件共70页哦两区域法的分区及其作用两区域法的分区及其作用 区域吸收峰类型作用特征特征区4000-1300cm-1氢单键的伸缩振动峰确定化合物具有哪些基团;确定化合物的类别吸收峰比较稀疏,容易辨认各种叁键、双键的伸缩振动峰部分氢单键的面内弯曲振动峰指纹区1300-400cm-1各种单键的伸缩振动峰某些特征峰及大量相关峰作为确定基团的旁证;确定化合物的细微结构吸收峰密集、多变且复杂,能够反映
14、各化合物微小差异,可与标准图谱或已知物谱图进行对比分析多数基团的面外弯曲振动峰第29页,此课件共70页哦特征峰和相关峰特征峰和相关峰 u特征峰:用于鉴别化学键或基团存在的吸收峰。特征峰:用于鉴别化学键或基团存在的吸收峰。u相关峰:一组具有相互依存和佐证关系的吸收峰。相关峰:一组具有相互依存和佐证关系的吸收峰。第30页,此课件共70页哦第二节第二节 有机化合物的典型光谱有机化合物的典型光谱第31页,此课件共70页哦一、烃类化合物一、烃类化合物正辛烷、1辛烯、1辛炔的红外光谱 第32页,此课件共70页哦烃类的烃类的烃类的烃类的CHCHCHCH伸缩振动频率及强度伸缩振动频率及强度伸缩振动频率及强度伸
15、缩振动频率及强度 C-H 类型波数(cm-1)峰强度备注SP3杂化的C-CH32960、2870很强-CH22930、2850强-CH2890中强-OCH328302815中强醛基-COH2820、2720中强特征SP2杂化的CC=CH30403010弱中强共轭向低频方向移动且峰增强ArH31003030弱中强共轭向低频方向移动且峰增强SP杂化的CCCH3300中强第33页,此课件共70页哦烃类的烃类的CHCH面内弯曲振动频率及强度面内弯曲振动频率及强度 C-H 类型波数(cm-1)峰强度备注-CH3(不对称)14701430中强-CH3(对称)13961365中或强中心位置1380 cm-1
16、(特征)-CH2-(不对称)14701430中强第34页,此课件共70页哦不同化学环境不同化学环境不同化学环境不同化学环境CHCH3 3的伸缩振动和面内弯曲振动频率的伸缩振动和面内弯曲振动频率的伸缩振动和面内弯曲振动频率的伸缩振动和面内弯曲振动频率 结构脂肪CH32960287214621380芳香CH329252860ROCH32925287014551362RCOCH3297514221375脂肪NHCH328081425芳香NHCH32815脂肪N(CH3)228182770芳香N(CH3)22830RSCH32975287814271310第35页,此课件共70页哦烃类化合物烃类化合物
17、烃类化合物烃类化合物CHCH面外弯曲振动频率及强度面外弯曲振动频率及强度面外弯曲振动频率及强度面外弯曲振动频率及强度 烯烃类型波数(cm-1)峰强度备注RHCCH2990、910强可以鉴别烯烃R1HC=CR2H(顺式)690中或强化合物的取代R1HC=CR2H(反式)970中或强位置和类型R1R2C=CH2890中或强R1R2C=CR3H840790中或强第36页,此课件共70页哦不同类型烯烃化合物特征振动频率不同类型烯烃化合物特征振动频率不同类型烯烃化合物特征振动频率不同类型烯烃化合物特征振动频率cmcm-1-1 结构RHC=CH230852975302516439109901825R1R2
18、C=CH23075297516508901790R1R2C=CR3H30301680820R1HC=CR2H(顺式)30251650690R1HC=CR2H(反式)30201670970R1R2C=CR3 R4弱或无第37页,此课件共70页哦烷烃吸收峰有如下特点烷烃吸收峰有如下特点 烷烃的振动波数小于3000 cm1,甲基的与亚甲基的在谱图上常常为一叠加峰。当化合物中存在有-CH(CH3)2、-C(CH3)3或-C(CH3)2时,由于振动偶合峰发生分裂,出现双峰。n4的直链烷烃在722cm1左右出现峰,并且随着CH2个数减少,吸收峰向高波数方向移动。第38页,此课件共70页哦二、芳香二、芳香二
19、、芳香二、芳香烃类化合物烃类化合物烃类化合物烃类化合物 甲苯、邻氯甲苯、间甲苯胺、对氯甲苯的红外光谱 第39页,此课件共70页哦芳香化合物芳香化合物CH面外弯曲振动频率、强度及峰形面外弯曲振动频率、强度及峰形面外弯曲振动频率、强度及峰形面外弯曲振动频率、强度及峰形 芳烃取代类型波数(cm-1)峰强度备注单取代770730很强双峰单取代(5个相邻H)710690强邻双取代770735很强与单取代峰重叠,邻双取代(4个相邻H)710690峰,易区别间双取代810750很强与单取代峰重叠间双取代(3个相邻H)725680中或强但低频峰位置易变化间双取代(1个孤立H)900860中对双取代(2个相邻H
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