红外光谱FTIR.ppt
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1、红外光谱红外光谱的基本概念红外光谱的基本概念红外光谱仪及样品制备技术红外光谱仪及样品制备技术红外光谱与分子结构的关系红外光谱与分子结构的关系红外图谱解析红外图谱解析红外光谱的应用红外光谱的应用http:/电子技术论坛http:/电子发烧友红外光谱的基本概念红外光谱的基本概念http:/电子技术论坛http:/电子发烧友红外光谱的基本概念红外光谱的基本概念红外光区分三个区段:红外光区分三个区段:近红外区:0.752.5m,133334000/cm,泛音区(用于研究单键的倍频、组频吸收)中红外区:2.525m,4000400/cm,基频振动区(各种基团基频振动吸收)远红外区:25m以上,转动区(价
2、键转动、晶格转动)红外光谱的产生红外光谱的产生:用波长2.525m,频率4000400/cm的光波照射样品,引起分子内振动和转动能级跃迁所产生的吸收光谱。http:/电子技术论坛http:/电子发烧友分子振动的类型双原子分子振动双原子分子振动多原子分子振动多原子分子振动http:/电子技术论坛http:/电子发烧友中红外区的频率常用波数表示,波数的单位是cm-1,标准红外谱图标有频率和波长两种刻度。波长和波数的关系是:http:/电子技术论坛http:/电子发烧友http:/电子技术论坛http:/电子发烧友各种振动方式及能量分子振动方式分为:伸缩振动-对称伸缩振动s-反对称伸缩振动as弯曲振
3、动-面内弯曲振动-剪式振动s-平面摇摆-面外弯曲振动-非平面摇摆-扭曲振动按能量高低为:asss高频区低频区红外光谱的选律:使分子偶极矩发生改变的振动是红外活性的.http:/电子技术论坛http:/电子发烧友振动自由度和峰数振动自由度和峰数含n个原子的分子,自由度为:线性分子有3n-5个非线性分子有3n-6个理论上每个自由度在IR中可产生1个吸收峰,实际上IR光谱中的峰数少于基本振动自由度,原因是:1振动过程中,伴随有偶极矩的振动才能产生吸收峰2频率完全相同的吸收峰,彼此发生简并(峰重叠)3强、宽峰覆盖相近的弱、窄峰4有些峰落在中红外区之外5吸收峰太弱,检测不出来http:/电子技术论坛ht
4、tp:/电子发烧友二氧化碳的IR光谱O=C=OO=C=OO=C=OO=C=O对称伸缩振动反对称伸缩振动面内弯曲振动面外弯曲振动不产生吸收峰2349667667因此O=C=O的IR光谱只有2349和667/cm二个吸收峰http:/电子技术论坛http:/电子发烧友http:/电子技术论坛http:/电子发烧友IR光谱得到的结构信息光谱得到的结构信息IR光谱表示法:光谱表示法:横坐标为吸收波长(m),或吸收频率(波数/cm)纵坐标常用百分透过率T%表示从谱图可得信息:从谱图可得信息:1吸收峰的位置(吸收频率)2吸收峰的强度,常用vs(verystrong),s(strong),m(medium)
5、,w(weak),vw(veryweak),b(broad),sh(sharp),v(variable)表示3吸收峰的形状(尖峰、宽峰、肩峰)http:/电子技术论坛http:/电子发烧友质量效应http:/电子技术论坛http:/电子发烧友常见术语基频峰、倍频峰、合频峰、热峰基频峰是分子吸收光子后从一个能级跃迁到相邻的高一能级产生的吸收。V=0V=1倍频峰(2)是分子吸收比原有能量大一倍的光子之后,跃迁两个以上能基产生的吸收峰,出现在基频峰波数n倍处。2为弱吸收。合频峰是在两个以上基频峰波数之和(组频1+2)或差(1-2处出现的吸收峰。合频峰均为弱峰。热峰来源于跃迁时低能级不是基态的一些吸收
6、峰。返回http:/电子技术论坛http:/电子发烧友红外光谱的吸收强度红外光谱的吸收强度http:/电子技术论坛http:/电子发烧友红外吸收强度及其表示符号红外吸收强度及其表示符号摩尔消光系数(摩尔消光系数()强度强度符号符号200很强很强VS75200强强S2575中等中等M525弱弱W05很弱很弱VWhttp:/电子技术论坛http:/电子发烧友影响红外光谱吸收频率的因素影响红外光谱吸收频率的因素外在因素外在因素内部因素内部因素 质量效应质量效应 电子效应电子效应 空间效应空间效应 氢键效应氢键效应 偶极场效应偶极场效应 振动的偶合振动的偶合返回http:/电子技术论坛http:/电子
7、发烧友各种化学键的红外吸收位置http:/电子技术论坛http:/电子发烧友外在因素(测定条件)外在因素(测定条件)正己酸在液态和气态的红外光谱正己酸在液态和气态的红外光谱a蒸气(蒸气(134)b液体(室温)液体(室温)样品所处物态、制备样品的方法、溶剂的性质、氢键、样品所处物态、制备样品的方法、溶剂的性质、氢键、结晶条件、吸收池厚度、色散系统以及测试温度等结晶条件、吸收池厚度、色散系统以及测试温度等http:/电子技术论坛http:/电子发烧友质量效应质量效应 X-H X-H 键的伸缩振动波数(键的伸缩振动波数(cmcm-1-1)化学键化学键波数(波数(cmcm-1-1)化学键化学键波数(波
8、数(cmcm-1-1)C-HC-H30003000F-H F-H ClCl-H-H4000400028902890C=C-HC-H3100-30003100-3000Br-H Br-H I-HI-H2650 2650 23102310ArAr-H-H3100-30003100-3000SiSi-H-HGeGe-H-H2150215020702070C C-H C-H33003300SnSn-H-H 18501850http:/电子技术论坛http:/电子发烧友将(将(mX+1)/(mX+2)近似为近似为1,则上式可简化为:,则上式可简化为:http:/电子技术论坛http:/电子发烧友电子效应
9、电子效应诱导效应、中介效应、和共轭效应诱导效应、中介效应、和共轭效应诱导效应诱导效应http:/电子技术论坛http:/电子发烧友诱导效应诱导效应诱导效应:RCOR中极性基团的取代使C=O移向高波数化合物RCHORCORRCOClRCOFClCOClFCOFC=O171317151800192018281928共轭效应:共轭效应:使C=O移向低波数R-CH=CH2C=C1650CH3CNC=N2255RCOORC=O1735(C2H5)2C=C(CN)COOC2H5C=C1629,C=N2224,C=O1727http:/电子技术论坛http:/电子发烧友中介效应中介效应http:/电子技术论
10、坛http:/电子发烧友在许多情况下,诱导效应和共轭效应会同时存在:RCOOR R1CO-NR2 RCOS-Ar ArCO-SR R1COR2C=O 1735 1690 1710 1665 1715 (-I +C)(+C -I)(-I +C)(+C -I)http:/电子技术论坛http:/电子发烧友共轭效应共轭效应:共轭效应使不饱和键的波数显著降低共轭效应使不饱和键的波数显著降低http:/电子技术论坛http:/电子发烧友空间效应:环张力,环张力对红外吸收波数的影响环张力对红外吸收波数的影响:环数减小,环的张力增大,环外双键加强,吸收频率增大,环数减小,环的张力增大,环外双键加强,吸收频率
11、增大,环内双键减弱,吸收频率减小环内双键减弱,吸收频率减小http:/电子技术论坛http:/电子发烧友空间位阻空间位阻http:/电子技术论坛http:/电子发烧友跨环共轭效应返回http:/电子技术论坛http:/电子发烧友偶极场偶极场效应效应偶极场效应(Fieldeffect)是通过分子内空间相对位置起作用的,只有在立体结构上互相靠近的基团之间才能产生F效应,例如:环己酮4,4-二甲基环己酮2-溴-环己酮4,4-二甲基-2-溴-环己酮C=O 1712 1712 1716 1728 -氯代丙酮的三个异构体的C=O 吸收频率不同http:/电子技术论坛http:/电子发烧友氢键效应氢键效应氢
12、键使吸收峰向低波数位移,并使吸收强度加强,例如:-和-羟基蒽醌-二酮-酮酯http:/电子技术论坛http:/电子发烧友振动耦合效应振动耦合效应当一个化学键的伸缩振动与另一个化学键的振动吸收频率很接近时,就会发生振动偶合。振动偶合的结果是吸收峰发生分裂,强度加强。费米共振:一个化学键的某一种振动的基频和他自己或另一个连在一起的化学键的某一种振动的倍频或组频很接近时,可以发生偶合,这种偶合成为费米共振。如:-CHO的C-H伸缩振动28302695与C-H弯曲振动1390的倍频2780发生费米共振,结果产生2820和2720二个吸收峰。返回http:/电子技术论坛http:/电子发烧友影响红外光谱
13、吸收强度的因素影响红外光谱吸收强度的因素振动中偶极矩的变化幅度越大,吸收强度越大振动中偶极矩的变化幅度越大,吸收强度越大极性大的基团,吸收强度大,C=O比C=C强,CN比CC强使基团极性降低的诱导效应使吸收强度减小,使基团极性增大的诱导效应使吸收强度增加。共轭效应使电子离域程度增大,极化程度增大,吸收强度增加。振动耦合使吸收增大,费米振动使倍频或组频的吸收强度显著增加。形成氢键使振动吸收峰变强变宽。能级跃迁的几率,v=0v=2比v=0v=1能阶大,但几率小,吸收峰弱返回http:/电子技术论坛http:/电子发烧友红外光谱仪及样品制备技术红外光谱仪及样品制备技术色散型红外光谱仪傅立叶变换红外光
14、谱仪(FTIR)红外样品的制备http:/电子技术论坛http:/电子发烧友色散型红外光谱仪http:/电子技术论坛http:/电子发烧友傅立叶变换红外光谱仪迈克逊干涉仪http:/电子技术论坛http:/电子发烧友干涉图http:/电子技术论坛http:/电子发烧友FTIR光谱仪的优点扫描速度快(几十次/秒),信号累加,信噪比提高(可达60:1)。光通量大,所有频率同时测量,检测灵敏度高,样品量减少。扫描速度快,可跟踪反应历程,作反应动力学研究,并可与GC、LC联用。测量频率范围宽,可达到45006cm-1杂散光少,波数精度高,分辨率可达0.05/cm对温度、湿度要求不高。光学部件简单,只有
15、一个动镜在实验中运动,不易磨损。http:/电子技术论坛http:/电子发烧友红外光谱的测定方法样品要求:干燥无水、浓度适当、多组分样要先分离固体样品:溴化钾压片法 糊状法(加石蜡油 Nujol调成糊状)溶液法(溶剂CS2,CCl4,CHCl3)薄膜法(高分子化合物)液体样品:液膜法 溶液法(水熔液样品可用AgCl池子)气体样品:气体样品槽返回http:/电子技术论坛http:/电子发烧友http:/电子技术论坛http:/电子发烧友红外光谱的分区红外光谱的分区400-2500cm-1:这是X-H单键的伸缩振动区。2500-2000cm-1:此处为叁键和累积双键伸缩振动区2000-1500cm
16、-1:此处为双键伸缩振动区1500-600cm-1:此区域主要提供C-H弯曲振动的信息http:/电子技术论坛http:/电子发烧友http:/电子技术论坛http:/电子发烧友各种有机化合物的红外光谱饱和烃 不饱和烃 醇、酚和醚 含羰基化合物 含氮化合物 其他含杂原子有机化合物 金属有机化合物 高分子化合物 无机化合物 http:/电子技术论坛http:/电子发烧友Whenyouanalyzethespectra,itiseasierifyoufollowaseriesofstepsinexaminingeachspectrum.1.LookfirstforthecarbonylC:Oban
17、d.Lookforastrongbandat1820-1660cm-1.Thisbandisusuallythemostintenseabsorptionbandinaspectrum.Itwillhaveamediumwidth.Ifyouseethecarbonylband,lookforotherbandsassociatedwithfunctionalgroupsthatcontainthecarbonylbygoingtostep2.IfnoC:Obandispresent,checkforalcoholsandgotostep3.2.IfaC:Oispresentyouwantto
18、determineifitispartofanacid,anester,oranaldehydeorketone.Atthistimeyoumaynotbeabletodistinguishaldehydefromketoneandyouwillnotbeaskedtodoso.ACIDLookforindicationsthatanO-Hisalsopresent.Ithasabroadabsorptionnear3300-2500cm-1.ThisactuallywilloverlaptheC-Hstretch.TherewillalsobeaC-Osinglebondbandnear11
19、00-1300cm-1.Lookforthecarbonylbandnear1725-1700cm-1.ESTERLookforC-Oabsorptionofmediumintensitynear1300-1000cm-1.TherewillbenoO-Hband.ALDEHYDELookforaldehydetypeC-Habsorptionbands.ThesearetwoweakabsorptionstotherightoftheC-Hstretchnear2850cm-1and2750cm-1andarecausedbytheC-HbondthatispartoftheCHOaldeh
20、ydefunctionalgroup.Lookforthecarbonylbandaround1740-1720cm-1.KETONETheweakaldehydeCHabsorptionbandswillbeabsent.LookforthecarbonylCObandaround1725-1705cm-1.http:/电子技术论坛http:/电子发烧友3.Ifnocarbonylbandappearsinthespectrum,lookforanalcoholO-Hband.ALCOHOLLookforthebroadOHbandnear3600-3300cm-1andaC-Oabsorp
21、tionbandnear1300-1000cm-1.4.IfnocarbonylbandsandnoO-Hbandsareinthespectrum,checkfordoublebonds,C:C,fromanaromaticoranalkene.ALKENELookforweakabsorptionnear1650cm-1foradoublebond.TherewillbeaCHstretchbandnear3000cm-1.AROMATICLookforthebenzene,C:C,doublebondswhichappearasmediumtostrongabsorptionsinthe
22、region1650-1450cm-1.TheCHstretchbandismuchweakerthaninalkenes.5.Ifnoneofthepreviousgroupscanbeidentified,youmayhaveanalkane.ALKANEThemainabsorptionwillbetheC-Hstretchnear3000cm-1.Thespectrumwillbesimplewithanotherbandnear1450cm-1.6.Ifthespectrumstillcannotbeassignedyoumayhaveanalkylbromide.ALKYLBROM
23、IDELookfortheC-Hstretchandarelativelysimplespectrumwithanabsorptiontotherightof667cm-1.http:/电子技术论坛http:/电子发烧友饱和烃C-HC-H伸缩振动伸缩振动:对称伸缩振动(s)和反对称伸缩振动(as),在3000-2800cm-1之间,as较s在较高频率。C-HC-H弯曲振动弯曲振动:1475-1300 cm-1,甲基的对称变形振动出现在1375 cm-1处,对于异丙基和叔丁基,吸收峰发生分裂。C-CC-C平面摇摆平面摇摆:800-720cm-1对判断-(CH2)n-的碳链长度有用,n4 725,
24、n=3 729-726,n=2 743-734,n=1 785-770C-CC-C伸缩振动:伸缩振动:1253-800cm-1,对结构分析作用不大。http:/电子技术论坛http:/电子发烧友烷烃吸收峰http:/电子技术论坛http:/电子发烧友http:/电子技术论坛http:/电子发烧友http:/电子技术论坛http:/电子发烧友正己烷的红外光谱图http:/电子技术论坛http:/电子发烧友2,2,4-三甲基戊烷的红外光谱图http:/电子技术论坛http:/电子发烧友http:/电子技术论坛http:/电子发烧友http:/电子技术论坛http:/电子发烧友环己烷http:/电子
25、技术论坛http:/电子发烧友不饱和烃烯烃炔烃芳香烃http:/电子技术论坛http:/电子发烧友烯烃双键的特征吸收http:/电子技术论坛http:/电子发烧友影响双键碳碳伸缩振动吸收的因素影响双键碳碳伸缩振动吸收的因素对称性对称性:对称性越高,吸收强度越低。取代基取代基:与吸电子基团相连,振动波数下降。取代基的质量效应:双键上的氢被氘取代后,波数下降10-20厘米-1。共轭效应共轭效应:使波数下降约30厘米-1。http:/电子技术论坛http:/电子发烧友图图2-91-己烯的红外光谱图己烯的红外光谱图3060cm-1:烯烃烯烃CH伸缩振动;伸缩振动;1820:910cm-1倍频;倍频;1
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