《小组红外光谱》PPT课件.ppt

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1、傅立叶红外光谱测试仪第三小组：冼婷婷、黄惠成、黄文毓、曾建华、曾沂德、黄协红外吸收光谱法（红外吸收光谱法（IRIR）一、概述一、概述定义：根据物质分子特征吸收了红外辐射后发生振定义：根据物质分子特征吸收了红外辐射后发生振动能级和转动能级的跃迁的而建立起来的光谱分析动能级和转动能级的跃迁的而建立起来的光谱分析方法方法 红外吸收光谱红外吸收光谱 分子振动转动光谱分子振动转动光谱 四大谱学方法：紫外吸收、红外吸收、核磁共振波谱、质谱四大谱学方法：紫外吸收、红外吸收、核磁共振波谱、质谱傅里叶红外光谱仪分析（惠成）：特点特点扫描速度快，可以在扫描速度快，可以在1S1S内测得多张红外光谱图内测得多张红外光

2、谱图灵敏度高、检测样品量少光谱量大，光谱量大，是一种无损检测方法，可以检测透射较低的样品，可以检测透射较低的样品，可以检测气体、固体、液体、薄膜等样品可以检测气体、固体、液体、薄膜等样品分辨率高，便于观察气态分子的精细结构分辨率高，便于观察气态分子的精细结构测定光谱范围宽，测定光谱范围宽，分子的振动能级与许多结构特征因素相关，关，只要改变光源、分束器和检测器的配置，就可以得到整个红只要改变光源、分束器和检测器的配置，就可以得到整个红外区光谱。外区光谱。每种化合物均有红外吸收（除了单原子分子同核双原子），因此应用范围广 应用分子结构的研究和化学组成的分析，广泛应用于有机化学、高分子化学、有机化学

3、、化工、催化、石油、材料、生物、医药等领域。技术参数最高分辨率：2.0cm-1/1.0cm-1/0.5cm-1信噪比：15000:1(P-P)/30000:1(P-P)/40000:1(P-P)分束器：溴化钾镀锗/宽带溴化钾镀锗检测器：DTGS检测器/DLATGS检测器光源：空冷陶瓷光源 原理光源发出的光被分束器（类似半透半反镜）分为两光源发出的光被分束器（类似半透半反镜）分为两束，一束经透射到达动镜，另一束经反射到达定镜。束，一束经透射到达动镜，另一束经反射到达定镜。两束光分别经定镜和动镜反射再回到分束器，动镜两束光分别经定镜和动镜反射再回到分束器，动镜以一恒定速度作直线运动，因而经分束器分

4、束后的以一恒定速度作直线运动，因而经分束器分束后的两束光形成光程差，产生干涉。干涉光在分束器会两束光形成光程差，产生干涉。干涉光在分束器会合后通过样品池，通过样品后含有样品信息的干涉合后通过样品池，通过样品后含有样品信息的干涉光到达检测器，然后通过傅里叶变换对信号进行处光到达检测器，然后通过傅里叶变换对信号进行处理，最终得到透过率或吸光度随波数或波长的红外理，最终得到透过率或吸光度随波数或波长的红外吸收光谱图。吸收光谱图。红外光谱的基本原理红外光谱起源于分子中化学键的振动红外光谱起源于分子中化学键的振动红外光谱起源于分子中化学键的振动红外光谱起源于分子中化学键的振动,属于分子光谱属于分子光谱属

5、于分子光谱属于分子光谱中的振动光谱，中的振动光谱，中的振动光谱，中的振动光谱，红外吸收谱带的位置（波数红外吸收谱带的位置（波数红外吸收谱带的位置（波数红外吸收谱带的位置（波数cmcm-1-1 ）对应分子振动能）对应分子振动能）对应分子振动能）对应分子振动能级跃迁的能级差；级跃迁的能级差；级跃迁的能级差；级跃迁的能级差；红外吸收谱带强度反映能级跃迁的几率。红外吸收谱带强度反映能级跃迁的几率。红外吸收谱带强度反映能级跃迁的几率。红外吸收谱带强度反映能级跃迁的几率。红外光在电磁波谱中的波数范围：红外光在电磁波谱中的波数范围：红外光在电磁波谱中的波数范围：红外光在电磁波谱中的波数范围：近红外：近红外：

6、近红外：近红外：128004000 128004000 cmcm-1-1 (0.782.5(0.782.5 mm)中红外：中红外：中红外：中红外：4000400 4000400 cmcm-1-1 (2.525(2.525 mm)远红外：远红外：远红外：远红外：40010 40010 cmcm-1-1 (251000 (251000 mm)使用方法（文毓、沂德）1、开机前准备（电源电压-稳定，室温：15-25摄氏度，湿度小于或等于60%）2、开机3、制样4、扫描和输出红外光谱5、关机6、清洗压片模具和玛瑙研钵样品的制备方法制品的最佳厚度为：1030um1.薄膜法薄膜法：（1）直接采用法：试品本身

7、是透明的薄膜，厚度适合；（2）热压成膜法：热塑性高聚物可以通过加热压成适当厚度的薄膜。（3）溶液铸模法：溶剂溶解试品溶液至玻璃板至溶剂完全挥发取薄膜2.压片法压片法：用于固体粉末的制样方法，将研磨好的粉末放入压片模中，用油压机制成透明的薄片。3.液膜法液膜法（1）溶液法：将高聚物溶液在KBr晶片上涂成薄薄的一层液膜进行测定（2）悬浮法很少用4.鉴于高聚物材料的复杂性，故在制样之前常要进行样品预处理：方法1.分离与提纯；2.热裂解；3.化学处理。制品的预处理1：分离与提纯：可用溶解-沉淀法；萃取法；色谱法2:热裂解：用于不溶不熔的高聚物材料3：化学处理维护方法1 1、温度温度：测定时实验室的：测

8、定时实验室的温度温度应在应在15153030，相相对湿度对湿度应在应在65%65%以下，所用以下，所用电源电源应配备有稳压装置应配备有稳压装置和接地线。因要严格控制室内的相对湿度，因此红和接地线。因要严格控制室内的相对湿度，因此红外实验室的面积不要太大，能放得下必须的仪器设外实验室的面积不要太大，能放得下必须的仪器设备即可，但室内一定要有除湿装置。备即可，但室内一定要有除湿装置。2 2、除湿：除湿：为防止仪器受潮而影响使用寿命，红外实为防止仪器受潮而影响使用寿命，红外实验室应经常保持干燥，即使仪器不用，也应每周开验室应经常保持干燥，即使仪器不用，也应每周开机至少两次，每次半天，同时开除湿机除湿

9、。特别机至少两次，每次半天，同时开除湿机除湿。特别是霉雨季节，最好是能每天开除湿机是霉雨季节，最好是能每天开除湿机红外光谱图的分析（建华、婷婷）谱图解析的一般程序q一种是按光谱图中吸收峰强度顺序解析，即首先识别特征区的最强峰，然一种是按光谱图中吸收峰强度顺序解析，即首先识别特征区的最强峰，然后是次强峰或较弱峰，它们分别属于何种基团，同时查对指纹区的相关峰后是次强峰或较弱峰，它们分别属于何种基团，同时查对指纹区的相关峰加以验证，以初步推断试样物质的类别，最后详细地查对有关光谱资料来加以验证，以初步推断试样物质的类别，最后详细地查对有关光谱资料来确定其结构；确定其结构；q另一种是按基团顺序解析，即

10、首先按另一种是按基团顺序解析，即首先按C=OC=O、O-HO-H、C-OC-O、C=CC=C（包括芳（包括芳环）、环）、CNCN和和NONO2 2等几个主要基团的顺序，采用肯定与否定的方法，判等几个主要基团的顺序，采用肯定与否定的方法，判断试样光谱中这些主要基团的特征吸收峰存在与否，以获得分子结构的概貌断试样光谱中这些主要基团的特征吸收峰存在与否，以获得分子结构的概貌，然后查对其细节，确定其结构。，然后查对其细节，确定其结构。注意：在解析过程中，要把注意力集中到主要基团的相关峰上，避免孤立解析。具体的解谱分析法 各种官能团的吸收频率范围各种官能团的吸收频率范围：从第一区域到第四区域，4000c

11、m-1到400cm-1各种官能团的特征吸收频率范围。区域基 团吸收频率（cm-1）振动形式吸收强度说 明第一区域OH（游离）OH（缔合）NH2，NH（游离）NH2，NH（缔合）SHCH伸缩振动不饱和CHCH（叁键）CH（双键）苯环中CH饱和CHCH3 CH3CH2CH236503580340032003500330034003100260025003300附近301030403030附近2960528701029305285010伸缩伸缩伸缩伸缩伸缩伸缩伸缩伸缩反对称伸缩对称伸缩反对称伸缩对称伸缩m，shs，bms，bsssssss判断有无醇类、酚类和有机酸的重要依据不饱和CH伸缩振动出现在3

12、000cm-1以上末端CH2出现在3085cm-1附近强度上比饱和CH稍弱，但谱带较尖锐饱 和 CH伸 缩 振 动 出 现 在3000cm-1以下（30002800cm-1），取代基影响较小三元环中的CH2出现在3050cm-1CH出现在2890cm-1，很弱 各种官能团的吸收频率范围各种官能团的吸收频率范围第二区域CNNN CCC=C=C2260222023102135226021001950附近伸缩伸缩伸缩伸缩smvv干扰少RCCH，21002140；RCCR，21902260；若 R=R，对称分子无红外谱带第三区域C=C芳环中C=CC=ONO2NO2S=O168016201600，158

13、01500，145018501600160015001300125012201040伸缩伸缩伸缩反 对 称伸缩对称伸缩伸缩m，wvssss苯环的骨架振动其他吸收带干扰少，是判断羰基（酮类、酸类、酯类、酸酐等）的特征频率，位置变动大 各种官能团的吸收频率范围各种官能团的吸收频率范围四区域COCOCCH3，CH2CH3NH2CFCClCBrCI=CH2（CH2）n,n4130010009001150146010137013801650156014001000800600600500500200910890720伸缩伸缩CH3反对称变形，CH2变形对称变形变形伸缩伸缩伸缩伸缩面外摇摆面内摇摆ssms

14、m,ssssssvCO键（酯、醚、醇类）的极性很强，故强度强，常成为谱图中最强的吸收醚类中COC的as=110050是最强的吸收。COC对 称 伸 缩 在9001000，较弱大部分有机化合物都含有CH3、CH2基，因此此峰经常出现常见基团红外吸收带红外吸收带的波数位置红外吸收带的波数位置波峰的数目波峰的数目吸收谱带的强度吸收谱带的强度分子结分子结构特点构特点与分子组成或化学基团的含与分子组成或化学基团的含量有关，可进行定量分析量有关，可进行定量分析定定性性分分析析红外光区光谱表示方法：红外光区光谱表示方法：T 曲线曲线or T 曲线曲线波长波长 与与 波数波数之间的关系为：之间的关系为：（cm

15、-1）=104/（m）例：例：5 m的红外线，它的波长为的红外线，它的波长为 104/52000 cm-1二、红外光谱区域二、红外光谱区域 中红外区研究应用最广，是主要的研究对象中红外光区吸收带（中红外光区吸收带（2.5 25m）:基本振动区，基本振动区，绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带，绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带，由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。远红外光区吸收带远红外光区吸收带（25 1000m）：转动区，：转动区，分子转动和晶格振动产

16、生的。分子转动和晶格振动产生的。近红外区吸收带（近红外区吸收带（0.78 2.5m）：）：泛频区，泛频区，OH，NH及及CH的倍频吸收的倍频吸收红外谱图解题思路红外谱图解题思路1、求不饱和度、求不饱和度 0（饱饱和和烃烃）；）；1（烯烃）；（烯烃）；2，3（炔烃，或是含有（炔烃，或是含有CO等不饱和烃）；等不饱和烃）；4（含有苯环）（含有苯环）2、确定基本结构和基团、确定基本结构和基团3、考虑指纹区峰结构排除不可能的基团、考虑指纹区峰结构排除不可能的基团4、推断结构、推断结构红外光谱谱图分析红外光谱谱图分析 特特征征吸吸收收：指指基基团团在在特特定定的的区区域域有有吸吸收收，且且其其它它部分对

17、此吸收位置的影响较小，并有较强的吸收谱带。部分对此吸收位置的影响较小，并有较强的吸收谱带。最最有有分分析析价价值值的的基基团团频频率率在在4000 cm-1 1300 cm-1 之之间间，这这一一区区域域称称为为基基团团频频率率区区、官官能能团团区区或或特特征征区区。区区内内的的峰峰是是由由伸伸缩缩振振动动产产生生的的吸吸收收带带，比比较较稀稀疏疏，容容易辨认，常用于鉴定官能团。易辨认，常用于鉴定官能团。在在1300 cm-1 600 cm-1 区区域域内内，除除单单键键的的伸伸缩缩振振动动外外，还还有有多多数数基基团团因因变变形形振振动动产产生生的的谱谱带带。这这种种振振动动与与整整个个分分

18、子子的的结结构构有有关关。当当分分子子结结构构稍稍有有不不同同时时，该该区区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征，称为的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征，称为指纹区指纹区。1、红外光谱的区域划分、红外光谱的区域划分 常见的化学基团常见的化学基团在在4000670 cm-1范围范围内内有特征吸收。常将该波数范围分成四个区域有特征吸收。常将该波数范围分成四个区域（1）XH伸缩振动区伸缩振动区40002500 cm-1（2）叁键和积累双键区）叁键和积累双键区25001900 cm-1（3）双键伸缩振动区）双键伸缩振动区19001200 cm-1（4）XY伸缩振动及伸缩振动及XH变形振动区变形振

19、动区1650 cm-1（1）、）、XH伸缩振动区伸缩振动区 40002500 cm-1 （XO，N，C，S）O H 36503200 cm-1(醇、酚、羧酸醇、酚、羧酸)游离酚中游离酚中 OH 37003500 cm-1 胺和酰胺的胺和酰胺的N-H伸缩振动也出现在伸缩振动也出现在35003100 cm-1，因此，可能会对，因此，可能会对O-H伸缩振动有干扰伸缩振动有干扰。C-H的伸缩振动可分为饱和和不饱和的两种的伸缩振动可分为饱和和不饱和的两种:饱和的饱和的C-H伸缩振动出现在伸缩振动出现在3000 cm-1以下，约以下，约30002800 cm-1，取代基对它们影响很小。，取代基对它们影响很

20、小。CH3（2960、2870cm-1）、）、CH2（2930、2850cm-1）、）、CH（2890cm-1）几乎观察不到）几乎观察不到 不饱和的不饱和的C-H伸缩振动出现在伸缩振动出现在3000 cm-1以上以上 CH2的吸收在的吸收在3085cm-1附近附近=C-H伸缩振动伸缩振动:3100-3000cm:3100-3000cm-1-1 C-H伸缩振动伸缩振动:3300cmcm-1-1 苯环的苯环的C-H键伸缩振动出现在键伸缩振动出现在3030 cm-1附近，它的附近，它的特征是强度比饱和的特征是强度比饱和的C-H键稍弱，但谱带比较尖锐。键稍弱，但谱带比较尖锐。3080 cmcm-1-1

21、 3030 cmcm-1-1 3080 cmcm-1-1 3030 cmcm-1-1 3300 cmcm-1-1 （C-HC-H）3080-3030 cmcm-1-1 2900-2800 cmcm-1-1 3000 cmcm-1-1 C-H 伸缩振动伸缩振动(3000 cmcm-1-1)烯烃，炔烃的判断烯烃，炔烃的判断=C-H伸缩振动伸缩振动:3100-3000cm:3100-3000cm-1-1=C-H伸缩振动伸缩振动:3300cmcm-1-1 C=C伸缩振动伸缩振动:1680-1620:1680-1620 cm-1=C-H弯曲振动：弯曲振动：1000-650cm-1C=C伸缩振动伸缩振动:

22、2260-2100cm-1=C-H弯曲振动弯曲振动:700-610cmcm-1-1（2）、叁键和积累双键区）、叁键和积累双键区25001900 cm-1这个区域的谱带用得较少，因为含叁键和积累双这个区域的谱带用得较少，因为含叁键和积累双键的化合物，遇到的机会不多。键的化合物，遇到的机会不多。R-C CH的伸缩振动出现在的伸缩振动出现在21002140 cm-1附近；附近；R-C C-R出现在出现在21902260 cm-1附近；附近；R-C C-R分子是对称，则为非红外活性；分子是对称，则为非红外活性；-C N 基的伸缩振动基的伸缩振动在在非共轭的情况下出现非共轭的情况下出现22402260

23、cm-1，在共轭的情况下出现在共轭的情况下出现22202230 cm-1附近。附近。（3）、双键伸缩振动区）、双键伸缩振动区19001200 cm-1 主要包括：主要包括：C C，CO，CN，NO2的伸缩振动的伸缩振动 苯环的骨架振动苯环的骨架振动 该区域包括三种重要的伸缩振动：该区域包括三种重要的伸缩振动：酸酐的羰基吸收带由于振动耦合而呈现双峰。酸酐的羰基吸收带由于振动耦合而呈现双峰。以此很容易判断酮类、醛类、酸类、酯类以此很容易判断酮类、醛类、酸类、酯类以及酸酐等有机化合物以及酸酐等有机化合物是红外光谱中特征的且往往是最强的吸收是红外光谱中特征的且往往是最强的吸收 C=O伸缩振动：伸缩振动

24、：19001650 cm-1 C=C伸缩振动。伸缩振动。烯烃烯烃 的的C=C伸缩振动出现在伸缩振动出现在16801620 cm-1，一，一般很弱。般很弱。单核芳烃的单核芳烃的C=C伸缩振动出现在伸缩振动出现在1600 cm-1和和1500 cm-1附近，有两个峰，这是芳环的骨架结构，用于附近，有两个峰，这是芳环的骨架结构，用于确认有无芳核的存在。确认有无芳核的存在。苯的衍生物的泛频谱带，出现在苯的衍生物的泛频谱带，出现在20001650 cm-1范围，是范围，是C-H面外和面外和C=C面内面内变形振动的泛频吸收，虽然强度很弱，但它们变形振动的泛频吸收，虽然强度很弱，但它们的吸收面貌在表征芳核取

25、代类型上有一定的作的吸收面貌在表征芳核取代类型上有一定的作用。用。包括：包括：CH，NH的变形振动的变形振动（4）、）、XH变形振动区变形振动区 1650-1350 cm-1甲基在甲基在1370-1380 1370-1380 cm-1出现一个很特征的吸收出现一个很特征的吸收峰，可作为判断有无甲基存在的依据。峰，可作为判断有无甲基存在的依据。当一个碳原子上存在二个甲基时，二个甲基的变形当一个碳原子上存在二个甲基时，二个甲基的变形振动振动(1380 cm-1)互相偶合，分裂成二个峰：互相偶合，分裂成二个峰：1385 cm-1、1375 cm-1，这对确定异丙基很有用。，这对确定异丙基很有用。（5）

26、900 650 cm-1区域（指纹区）区域（指纹区）苯环取代而产生的吸收是这个区域重要内容，该区域是利用红外光谱推断苯环取代而产生的吸收是这个区域重要内容，该区域是利用红外光谱推断苯环取代位置苯环取代位置的主要依据。的主要依据。该区域的某些吸收峰还可用来确认化合物的顺反构型。烯烃的面外弯曲振动该区域的某些吸收峰还可用来确认化合物的顺反构型。烯烃的面外弯曲振动出现的位置：出现的位置：反式构型：反式构型：990-970 cm-1顺式构型：顺式构型：690 cm-1 总之，指纹区和官能团区有着不同的功能，可以功能互补。从官能团区可总之，指纹区和官能团区有着不同的功能，可以功能互补。从官能团区可以找出

27、该化合物存在的官能团，而指纹区的吸收宜于用来同标准谱图进行比以找出该化合物存在的官能团，而指纹区的吸收宜于用来同标准谱图进行比较，以得出更确切的较，以得出更确切的结论。结论。图谱具体分析：图谱具体分析：图谱解析训练图谱解析训练1 1图谱解析训练图谱解析训练2 2小 结特征基团的位置峰特征基团的位置峰：1 1、不饱和烃、不饱和烃CH 3000CH 30002 2、OH 3380OH 33803 3、饱和烃、饱和烃CH 2940CH 29404 4、纯羰基、纯羰基 1736 17365 5、醛基、醛基 1725 1725，272027206 6、CHCH3 3 1380 13807 7、C C（C

28、HCH3 3）2 2 1385 1385137513758 8、OCHOCH3 3 1182 11829 9、CN 2260CN 2260222022201010、C CO OC 900C 9001150 1150 1111、NHNH2 2 1650 16501560 1560 示例示例示例示例取代苯衍生物的判断取代苯衍生物的判断苯在苯在450、1520、1580、1620-1590存在特征峰存在特征峰取代类型取代类型 2000-1667cm-1 600-900cm-1 单取代单取代 四个峰四个峰 双峰双峰(740/690)邻位取代邻位取代 四个峰四个峰 单峰单峰(750)间位间位取代取代 四

29、个峰四个峰 三峰三峰(850/800/700)对位取代对位取代 三个峰三个峰 单峰单峰(800)856影响因素（黄协）内部因素主要是主要是结构因素结构因素，如相邻基团的影响、分子结构的，如相邻基团的影响、分子结构的空间分布等因素，使基团频率位移，其中包括：空间分布等因素，使基团频率位移，其中包括：1 1：诱导效应诱导效应：使吸收峰向高波数移动：使吸收峰向高波数移动 ；2 2：共轭效共轭效应应：使吸收向低波数方向移动：使吸收向低波数方向移动 ；3 3：空间效应空间效应；4 4：偶合效应偶合效应：吸收一个向高波数一个向低波数：吸收一个向高波数一个向低波数 ，分裂，分裂为两个，一个比原来的吸收峰的波数高一点，另一为两个，一个比原来的吸收峰的波数高一点，另一个则低一点；个则低一点；5 5：氢键效应氢键效应：使吸收向低波数方向移：使吸收向低波数方向移动，吸收峰变宽动，吸收峰变宽 ；外部因素主要是由于样品的测定状态不同及溶剂极性等引起的频率位移，其中包括：1：样品测定状态的影响2：溶剂影响