红外光谱仪精选PPT.ppt
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1、红外光谱仪1第1页,此课件共58页哦要求要求要求1、了解红外光谱区域的划分;掌握红外光谱仪的基本原理及构造,了解红外光谱吸收的产生条件。2、掌握简单红外谱图的定性分析。3、了解红外光谱仪的使用、保养及有关注意事项4、了解红外光谱的应用2第2页,此课件共58页哦傅里叶变换红外光谱仪结构图傅里叶变换红外光谱仪结构图3第3页,此课件共58页哦红外光谱概述红外光谱概述l波长与波数之间的关系为:(波数)/cm-1=104/(/m)波数波长4第4页,此课件共58页哦红外光谱概述红外光谱概述l红外光区的划分 红外光谱波长范围约为 0.75 1000m,一般换算为波数。根据仪器技术和应用不同,习惯上又将红外光
2、区分为三个区:近红外光区近红外光区(0.75 2.5m)13158-4000 cm-1分子化学健振动的倍频和组合频。分子化学健振动的倍频和组合频。中红外光区中红外光区(2.525m)4000400cm-1化学健振动的基频化学健振动的基频远红外光区远红外光区(25 1000 m)400-10 cm-1 骨架振动,转动骨架振动,转动5第5页,此课件共58页哦红外光谱概述红外光谱概述l红外光谱图:当一束连续变化的各种波长的红外光照射样品时,其中一部分被吸收,吸收的这部分光能就转变为分子的振动能量和转动能量;另一部分光透过,若将其透过的光用单色器进行色散,就可以得到一谱带。若以波长或波数为横坐标,以百
3、分吸收率或透光度为纵坐标,把这谱带记录下来,就得到了该样品的红外吸收光谱图,也有称红外振-转光谱图。6第6页,此课件共58页哦红外光谱概述红外光谱概述物质的红外光谱是其分子结构的反映,谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。l通过比较大量已知化合物的红外光谱,发现:组成分子的各种基团,如O-H、N-H、C-H、C=C、C=O和CC等,都有自己的特定的红外吸收区域,分子的其它部分对其吸收位置影响较小。通常把这种能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率,其所在的位置一般又称为特征吸收峰。l特征区:4000-1350cm-1高频区光谱与基团的对应关系强指纹区:1350-400cm-1
4、低频区光谱与基团不能一一对应,其价值在于表示整个分子的特征。7第7页,此课件共58页哦红外光谱谱图认识红外光谱谱图认识红外光谱图红外光谱图:纵坐标为透过率,横坐标为波长(m)或波数(cm-1)例1:Octane(辛烷)红外光谱图8第8页,此课件共58页哦红外光谱仪基本工作原理:红外光谱仪基本工作原理:l用一定频率的红外线聚焦照射被分析的试样,如果分子中某个基团的振动频率与照射红外线相同就会产生共振,这个基团就吸收一定频率的红外线,把分子吸收的红外线的情况用仪器记录下来,便能得到全面反映试样成份特征的光谱,从而推测化合物的类型和结构。IR光谱主要是定性技术,但是随着比例记录电子装置的出现,也能迅
5、速而准确地进行定量分析。9第9页,此课件共58页哦红外光谱产生的条件红外光谱产生的条件H2O分子分子先看看先看看H2O和和CO2分子的谱图产生情况:分子的谱图产生情况:10第10页,此课件共58页哦CO2分子的振动分子的振动11第11页,此课件共58页哦红外光谱产生的条件红外光谱产生的条件 条件:(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量;(2)辐射与物质间有相互偶合作用。对称分子对称分子:没有偶极矩,辐射不能引起共振,无红外活性。如:N2、O2、Cl2 等。非对称分子非对称分子:有偶极矩,红外活性。12第12页,此课件共58页哦介绍:介绍:分子振动方程式分子振动方程式化学键的振动类似于
6、连接两个小球的弹簧K化学键的力常数,为双原子的折合质量为双原子的折合质量 m=m1m2/(m1+m2)C为光速为光速13第13页,此课件共58页哦表表1、某些键的伸缩力常数(毫达因某些键的伸缩力常数(毫达因/埃)埃)键类型键类型:C C C=C C C 力常数力常数:15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位峰位:4.5 m 6.0 m 7.0 m 化学键键强越强(即键的力常数化学键键强越强(即键的力常数K越大)原子折合质量越小,化学越大)原子折合质量越小,化学键的振动频率越大,吸收峰将出现在高波数区。键的振动频率越大,吸收峰将出现在高波数区。14第14页,此课件共58页哦例题例题:由表中
7、查知由表中查知C=C键的键的k=9.5 9.9,令其为令其为9.6,计算波数值计算波数值测正己烯中测正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为键伸缩振动频率实测值为1652cm-115第15页,此课件共58页哦分子中基团的基本振动形式分子中基团的基本振动形式l表示符号:表示符号:s(强强);m(中中);w(弱弱);a(不对称)(不对称)1两类基本振动形式伸缩振动伸缩振动亚甲基:亚甲基:变形振动变形振动亚甲基亚甲基16第16页,此课件共58页哦伸缩振动伸缩振动甲基:甲基:变形振动变形振动甲基甲基对称对称s s(CH(CH3 3)1380)1380-1-1 不不对称对称asas(CH(CH3 3)146
8、0)1460-1-1对称对称不对称不对称s s(CH(CH3 3)2870-1 asas(CH(CH3 3)2960)2960-1-1甲基的振动形式甲基的振动形式17第17页,此课件共58页哦红外光谱图的三要素红外光谱图的三要素(2)峰强:)峰强:红外吸收峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化,振红外吸收峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化,振动时分子偶极矩的变化越小,谱带强度也就越弱。一般说来,极性较动时分子偶极矩的变化越小,谱带强度也就越弱。一般说来,极性较强的基团强的基团(如如C=O,C-X)振动,吸收强度较大;极性较弱的基团振动,吸收强度较大;极性较弱的基团(如如C=C,N-C等等)振动
9、,吸收强度较弱;振动,吸收强度较弱;(1)峰位:)峰位:分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光波分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光波谱的一定范围谱的一定范围。峰位、峰强和峰形峰位、峰强和峰形18第18页,此课件共58页哦红外光谱图的三要素红外光谱图的三要素(3)峰形:)峰形:不同基团的某一种振动形式可能会在同一频率不同基团的某一种振动形式可能会在同一频率范围内都有红外吸收,如范围内都有红外吸收,如-OH、-NH的伸缩振动峰都在的伸缩振动峰都在3400-3200cm-1但二者峰形状有显著不同。此时峰形的不同有但二者峰形状有显著不同。此时峰形的不同有助于官能团的鉴别。助于官能团的鉴别。
10、19第19页,此课件共58页哦傅里叶变换红外光谱仪光路图傅里叶变换红外光谱仪光路图20第20页,此课件共58页哦光源光源l现在红外光谱仪的光源各种各样,种类比较多,主要有以下几种:现在红外光谱仪的光源各种各样,种类比较多,主要有以下几种:l1 碳化硅光源:优点是光的能量比较强,功率大,热辐射强,但需要冷碳化硅光源:优点是光的能量比较强,功率大,热辐射强,但需要冷却。却。l2 EVER-GLO光源:改进型的碳化硅光源,发光面积小,红外辐射强,光源:改进型的碳化硅光源,发光面积小,红外辐射强,热辐射很弱,不需要冷却,寿命长,能在十年以上。热辐射很弱,不需要冷却,寿命长,能在十年以上。l3 陶瓷光源
11、:水冷却光源和空气冷却光源。这种现在红外光谱仪用的比较多陶瓷光源:水冷却光源和空气冷却光源。这种现在红外光谱仪用的比较多l4 能斯特灯光源:光的能量比较强,但是需要一个预热的过程能斯特灯光源:光的能量比较强,但是需要一个预热的过程l5 白炽线圈光源:光的能量较弱白炽线圈光源:光的能量较弱21第21页,此课件共58页哦干涉仪(干涉仪(红外光谱仪的“心脏”)l1、机械式(主要是角镜式)尼高力最低端产品(IR200)其他公司的所有产品l2、空气轴承式Bruker公司的某一款产品l3、电磁式干涉仪尼高力中档和高档产品(380和5700)22第22页,此课件共58页哦波的相互作用波的相互作用(干涉干涉)
12、l同相相长干涉l异相相消干涉+=+=23第23页,此课件共58页哦检测器检测器检测器检测器迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪-1定镜定镜定镜定镜l0-l干涉仪干涉仪干涉仪干涉仪动镜动镜动镜动镜IR IR 光源光源光源光源分束器分束器分束器分束器BM光程差光程差=0BMBF=BF24第24页,此课件共58页哦迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪-2Detector定镜定镜定镜定镜干涉仪干涉仪干涉仪干涉仪动镜动镜动镜动镜l0-lIR IR SourceSource分束器分束器分束器分束器BM光程差光程差=1/4 BM-1/8 BF=BF检测器检测器检测器检测器25第25页,此课件共58页哦迈克尔逊干涉仪迈克尔逊
13、干涉仪-3定镜定镜定镜定镜检测器检测器检测器检测器 干涉仪 动镜动镜动镜动镜l0-lIR IR SourceSource分束器分束器分束器分束器光程差光程差=1/2 BM-1/4 BF=BMBF26第26页,此课件共58页哦定镜定镜定镜定镜分束器分束器分束器分束器 0 -0 -检测器检测器检测器检测器 干涉仪IR IR 光源光源光源光源迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪-4动镜动镜动镜动镜27第27页,此课件共58页哦干涉图干涉图单一波长单一波长 多波长多波长020406080100120140-1.0-0.50.00.51.0 010002000300040005000-3-2-101234Dat
14、a PointsData PointsVoltsVolts28第28页,此课件共58页哦快速傅立叶变换快速傅立叶变换010002000300040005000-3-2-101234DataPointsVoltsFFT干涉图光谱5001000150020002500300035004000510152025303540WavenumbersEmissivity29第29页,此课件共58页哦透过吸收光谱透过吸收光谱30第30页,此课件共58页哦谱图的一般的解析流程:谱图的一般的解析流程:31第31页,此课件共58页哦制样方法制样方法(1)(1)固体样品的制备固体样品的制备 a.a.压片法压片法:将
15、将12mg12mg固体试样与固体试样与100mg100mg干干燥的优级燥的优级纯纯KBrKBr混合,研磨到粒度小混合,研磨到粒度小于于2 2mm,装入模具内,在油压机上,装入模具内,在油压机上或手动压片制成透明薄片,即可用于或手动压片制成透明薄片,即可用于测定。测定。32第32页,此课件共58页哦lb.糊状法糊状法:l在玛瑙研钵中,将干燥的样品研磨成细粉末。然后滴入12滴液体石蜡混研成糊状,涂在KBr或NaCl制成的盐窗上,进行测试。此法可消除水峰的干扰。液体石蜡本身有红外吸收,此法不能用来研究饱和烷烃的红外吸收。33第33页,此课件共58页哦lC.溶液法:溶液法:l把样品溶解在适当的溶液中,
16、注入液体池内测试。所选择的溶剂应不腐蚀池窗,在分析波数范围内没有吸收,并对溶质不产生溶剂效应。一般使用0.1mm的液体池,溶液浓度在10%左右为宜。34第34页,此课件共58页哦制样方法制样方法(2)(2)液体样品的制备液体样品的制备 a.a.液液膜膜法法:油状或粘稠液体,直接滴在两块盐片之间,形成没有气泡的毛细厚度液膜,然后用夹具固定,放入仪器光路中进行测试。对极性样品的清洗剂一般用CHCl3,非极性样品清洗剂一般用CCl4。35第35页,此课件共58页哦b.b.液体吸收池法液体吸收池法:对于低沸点液体样品和定量分析,要用固定密封液体池。制样时液体池倾斜放置,样品从下口注入,直至液体被充满为
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