红外吸收光谱分析法分析.ppt

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1、c第四章第四章红外光谱分析红外光谱分析(InfraredAbsorptionSpectroscopy,IR)c内容内容v概述概述v基本原理基本原理n产生红外吸收的条件n分子振动n谱带强度n振动频率n影响基团频率的因素v红外光谱仪器红外光谱仪器v定性分析、定量分析定性分析、定量分析v红外光谱分析法特点红外光谱分析法特点c一、概述一、概述一、概述一、概述分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。红外光谱也称分子的振、转动光谱。红外光谱也称分子的振、转动光谱。1.1.红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱E E1 1E E0 00 01 12 21 1 1

2、 1J J J J0 0 0 02 2 2 23 3 3 3J J J J0 0 0 02 2 2 23 3 3 31 1 1 1J J J J0 0 0 02 2 2 23 3 3 31 1 1 1J J J J0 0 0 02 2 2 23 3 3 31 1 1 1分子振动吸收光谱分子振动吸收光谱分子转动吸收光谱分子转动吸收光谱mmmmmmmm作用：作用：有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红外特征吸收频率，确定化合物结构中基团；也可依据特外特征吸收频率，确定化合物结构中基团；也可依据特征峰的强度变化进行定量分析。征峰的强度变化进行

3、定量分析。c波谱区近红外光中红外光远红外光波长/m0.782.52.52525300波数/cm-1 128204000400040040033跃迁类型分子振动分子转动2.红外光谱区的划分（红外光谱区的划分（0.751000 m）波长与波数的关系：(cm-1)=1/(cm)=104/(m)c红外光谱的表示方法：红外光谱的表示方法：红外光谱以红外光谱以T 或或T来表示，下图为苯酚的红外光谱。来表示，下图为苯酚的红外光谱。T(%)c二、红外光谱产生的条件二、红外光谱产生的条件(1)(1)应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；应具有能满足物质产生振动跃迁所需的

4、能量；应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；E E1 1E E0 00 01 12 21 1 1 1J J J J0 0 0 02 2 2 23 3 3 3J J J J0 0 0 02 2 2 23 3 3 31 1 1 1J J J J0 0 0 02 2 2 23 3 3 31 1 1 1J J J J0 0 0 02 2 2 23 3 3 31 1 1 1分子振动吸收光谱分子振动吸收光谱分子转动吸收光谱分子转动吸收光谱分子中基团振动的频率等于外界红外辐射的频率 c(2)(2)辐射与物质间有相互偶合作用，产生偶极矩的变化辐射与物质间有相互偶合作用，产生偶极矩的变化没有偶极矩变化的振动跃

5、迁，无红外活性：没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁，如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁，如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁，如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁，有红外活性有红外活性有红外活性有红外活性。如：非对称分子：有偶极矩，如：非对称分子：有偶极矩，如：非对称分子：有偶极矩，如：非对称分子：有偶极矩，红外活性红外活性红外活性红外活性。如：单原子分子、同核分子：如：单原子分子、同核分子：如：单原子分子、同核分

6、子：如：单原子分子、同核分子：HeHe、NeNe、N N2 2、OO2 2、ClCl2 2、HH2 2 等。等。等。等。没有红外活性没有红外活性没有红外活性没有红外活性。c三、双原子分子振动方程式三、双原子分子振动方程式1双原子分子的简谐振动及其频率双原子分子的简谐振动及其频率根据经典力学的虎克定律：根据经典力学的虎克定律：k-化学键的力常数化学键的力常数(达因达因)，与键能和键长有关；与键能和键长有关；-双双原子的折合质量原子的折合质量:=m1m2/(m1+m2)分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相比）作周期性振动，

7、即所谓的比）作周期性振动，即所谓的简谐振动简谐振动c发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量折合质量和键力常数和键力常数，即取决于分子的结构特征。，即取决于分子的结构特征。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）键分子kH-FHF9.7H-ClHCl4.8H-BrHBr4.1H-IHI3.2H-OH2O7.8H-SH2S4.3H-NNH36.5H-CCH3X4.75.0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 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

8、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。键分子kH-CCH2=CH25.1H-CCH CH5.9C-ClCH3Cl3.4C-C4.55.6C=C9.59.9CC 1517C-O1213C=O1618c振动的基本类型振动的基本类型振动的基本类型振动的基本类型对称性伸缩振动对称性伸缩振动对称性伸缩振动对称性伸缩振动 V V S S反对称性伸缩振动反对称性伸缩振动反对称性伸缩振动反对称性伸缩振动 V V aSaS面内变形振动面内变形振动面内变形振动面内变形振动面外变形振动面外变形振动面外变形振动面外变形振动变形振动变形振动变形振动变形振动振动类型振动类型振动类型振动类型非平面摇摆

9、非平面摇摆非平面摇摆非平面摇摆 扭曲振动扭曲振动扭曲振动扭曲振动剪式振动剪式振动剪式振动剪式振动 S S平面摇摆平面摇摆平面摇摆平面摇摆 伸缩振动伸缩振动伸缩振动伸缩振动伸缩振动的伸缩振动的伸缩振动的伸缩振动的k k比变形振动比变形振动比变形振动比变形振动k k大；因此伸缩振动出现在红外吸收大；因此伸缩振动出现在红外吸收大；因此伸缩振动出现在红外吸收大；因此伸缩振动出现在红外吸收光谱的高波数区，变光谱的高波数区，变光谱的高波数区，变光谱的高波数区，变形形形形振动出现在红外吸收光谱的低波数区。振动出现在红外吸收光谱的低波数区。振动出现在红外吸收光谱的低波数区。振动出现在红外吸收光谱的低波数区。c

10、c2 2基本振动的理论数基本振动的理论数基本振动的理论数基本振动的理论数对于由对于由对于由对于由N N个原子组成的分子：个原子组成的分子：个原子组成的分子：个原子组成的分子：3N=3N=平动自由度平动自由度平动自由度平动自由度+转动自由度转动自由度转动自由度转动自由度+振动自由度振动自由度振动自由度振动自由度x xy yz z由由由由N N个原子组成的分子：个原子组成的分子：个原子组成的分子：个原子组成的分子：平动自由度平动自由度平动自由度平动自由度=3=3振动自由度振动自由度振动自由度振动自由度=3N-=3N-平动自由度平动自由度平动自由度平动自由度-转动自由度转动自由度转动自由度转动自由度

11、由由由由N N个原子组成的线形分子：个原子组成的线形分子：个原子组成的线形分子：个原子组成的线形分子：转动自由度转动自由度转动自由度转动自由度=2=2由由由由N N个原子组成的非线形分子：个原子组成的非线形分子：个原子组成的非线形分子：个原子组成的非线形分子：转动自由度转动自由度转动自由度转动自由度=3=3线线线线 形形形形 分分分分 子：子：子：子：振动自由度振动自由度振动自由度振动自由度=3N-5=3N-5非线形分子：非线形分子：非线形分子：非线形分子：振动自由度振动自由度振动自由度振动自由度=3N-6=3N-6c理论振动数（峰数）理论振动数（峰数）设设分分子子的的原原子子数数为为n，对对

12、非非线线型型分分子子,理理论振动数论振动数=3n-6如如H2O分分子子，其其振振动数为动数为33-6=3对对线线型型分分子子，理理论论振动数振动数=3n-5如如CO2分分子子，其其理理论振动数为论振动数为33-5=4c6.红外吸收峰的数目红外吸收峰的数目例如：例如：苯的简谐振动的自由度苯的简谐振动的自由度=3*12-6=30；再考虑到倍频、组；再考虑到倍频、组频、差频、振动的耦合与费米共振等，产生的红外吸收频、差频、振动的耦合与费米共振等，产生的红外吸收峰应该非常多。峰应该非常多。实际上大多数红外吸收光谱图上的吸收峰数目小于实际上大多数红外吸收光谱图上的吸收峰数目小于理论数目。理论数目。为什么

13、？为什么？(1)存在没有偶极矩变化的振动模式存在没有偶极矩变化的振动模式(2)存在能量简并态的振动模式存在能量简并态的振动模式(3)仪器的分辨率分辨不出的振动模式仪器的分辨率分辨不出的振动模式(4)振动吸收的强度小，检测不到振动吸收的强度小，检测不到(5)某些振动模式所吸收的能量不在中红外光谱区。某些振动模式所吸收的能量不在中红外光谱区。c红外光谱的吸收强度红外光谱的吸收强度v红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，而偶极矩与分子结构的对称性有关。振动的对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。v极性较强的基团（如C=0，C-X等）振动，吸收强度较大；极性较弱的基团（如C

14、=C、C-C、N=N等）振动，吸收较弱。v红外光谱的吸收强度一般定性地用：很强（vs）、强（s）、中（m）、弱（w）和很弱（vw）等表示。c（一）基团频率区（一）基团频率区 中红外光谱区可分成中红外光谱区可分成4000cm-11350cm-1和和1350cm-1650cm-1两个区域。最有两个区域。最有分析价值的基团频率在分析价值的基团频率在4000cm-11300cm-1之间，这一区域称为之间，这一区域称为基团频率区、基团频率区、官能团区或特征区官能团区或特征区。区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，容易辨认，。区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，容易辨认，常用于鉴定官能团。分

15、为三个区域：常用于鉴定官能团。分为三个区域：（1）40002500cm-1X-H伸缩振动区，伸缩振动区，X可以是可以是O、N、C或或S等原子。等原子。（2）25001900 cm-1 为叁键和累积双键区。为叁键和累积双键区。（3）19001200cm-1为双键伸缩振动为双键伸缩振动振动频率振动频率基团频率区和指纹区c（二）指纹区（二）指纹区在在1350cm-1600cm-1区域内，除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生区域内，除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生的谱带。这种振动与整个分子的结构有关。的谱带。这种振动与整个分子的结构有关。当分子结构稍有不同时，该区的吸收当分子结构稍有不同时，该

16、区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征。这种情况就像人的指纹一样，因此称为就有细微的差异，并显示出分子特征。这种情况就像人的指纹一样，因此称为指指纹区纹区。指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助，而且可以作为化合物存在某指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助，而且可以作为化合物存在某种基团的旁证。种基团的旁证。cX-H伸缩振动区：伸缩振动区：4000-2500cm-1c叁键及累积双键区叁键及累积双键区（25001900cm-1）c双键伸缩振动区双键伸缩振动区（19001200cm-1）C 倍频峰倍频峰：由基态向第二、三：由基态向第二、三.振动激发态的跃迁（振动激发态的跃迁（V=2、3.）；）

17、；合频峰合频峰：分子吸收光子后，同时发生频率为：分子吸收光子后，同时发生频率为 1，2的跃迁，此时的跃迁，此时产生的跃迁为产生的跃迁为 1+2的谱峰。的谱峰。差频峰差频峰：当吸收峰与发射峰相重叠时产生的峰：当吸收峰与发射峰相重叠时产生的峰 1-2。泛频峰可以观察到，但很弱，可提供分子的泛频峰可以观察到，但很弱，可提供分子的“指纹指纹”。泛频峰泛频峰c（二）指纹区（1）1800（1300）cm-1 900 cm-1区域是C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、P-O、Si-O等单键的伸缩振动；C-H、N-H的变形振动 其中1375 cm-1的谱带为甲基的C-H对称弯曲振动，对识别甲基十分有用，C

18、-O的伸缩振动在1300 1000 cm-1，是该区域最强的峰，也较易识别。（2）900 650 cm-1区域的某些吸收峰可用来确认化合物的顺反构型、苯环的取代类型C=CHRHR990-970 cm-1C=CHHRR690 cm-1单取代：770-730，710-690邻位取代：770-735间位取代：810-750，725-680对位取代：860-800c苯衍生物的红外光谱图苯衍生物的红外光谱图下图为不同的苯环取代类型在下图为不同的苯环取代类型在20001667cm-1和和900600cm-1区域区域的光谱。的光谱。c影响基团频率位移的因素影响基团频率位移的因素v 基团频率基团频率主要是由主

19、要是由基团中原子的质量基团中原子的质量和和原子间的化学键原子间的化学键力常数力常数决定。决定。分子内部结构分子内部结构和和外部环境外部环境的改变对它都有影的改变对它都有影响，因而同样的基团在不同的分子和不同的外界环境中，响，因而同样的基团在不同的分子和不同的外界环境中，基团频率可能会有一个较大的范围。因此了解影响基团频基团频率可能会有一个较大的范围。因此了解影响基团频率的因素，对解析红外光谱和推断分子结构都十分有用。率的因素，对解析红外光谱和推断分子结构都十分有用。影响基团频率位移的因素大致可分为影响基团频率位移的因素大致可分为内部因素内部因素和和外部因外部因素素。c影响基团频率的因素影响基团

20、频率的因素基基团团频频率率主主要要由由化化学学键键的的力力常常数数决决定定。但但分分子子结结构构和和外部环境因素也对其频率有一定的影响。外部环境因素也对其频率有一定的影响。1 1）电子效应）电子效应：引起化学键电子分布不均匀的效应。引起化学键电子分布不均匀的效应。诱诱导导效效应应(Induction effect)：取取代代基基电电负负性性静静电电诱诱导导电电子分布改变子分布改变k 增加增加特征频率增加（移向高波数）。特征频率增加（移向高波数）。c2 2）共轭效应）共轭效应(Conjugated effect)：电子云密度均化键长变长k 降低特征频率减小（移向低波数）。c3 3）氢键效应）氢键

21、效应（X-HX-H）形形成成氢氢键键使使电电子子云云密密度度平平均均化化（缔缔合合态态），使使体体系系能能量量下下降，基团伸缩振动频率降低，其强度增加但峰形变宽。降，基团伸缩振动频率降低，其强度增加但峰形变宽。如羧酸如羧酸RCOOH(C=O=1760cm-1，O-H=3550cm-1);(RCOOH)2(C=O=1700cm-1，O-H=3250-2500cm-1)4）振动耦合）振动耦合（Coupling）当当两两个个振振动动频频率率相相同同的的基基团团相相邻邻且且由由同同一一原原子子相相连连时时，两两个个振振动动相相互互作作用用（微微扰扰）产产生生共共振振，谱谱带带一一分分为为二二（高高频频

22、和和低低频频）。如羧酸酐分裂为。如羧酸酐分裂为 C=O（as1820、s1760cm-1）c5）费米共振）费米共振当当一一振振动动的的倍倍频频与与另另一一振振动动的的基基频频接接近近（2 A=B）时时，二二者相互作用而产生强吸收峰或发生裂分的现象。者相互作用而产生强吸收峰或发生裂分的现象。Ar-C()=880-860cm-1 C=O(as)=1774cm-11773cm-11736cm-16）空间效应）空间效应由由于于空空间间阻阻隔隔，分分子子平平面面与与双双键键不不在在同同一一平平面面，此此时时共共轭轭效效应下降，红外峰移向高波数。应下降，红外峰移向高波数。CCH3OOCH3CCH3 C=O

23、=1663cm-1 C=O=1686cm-1空空间间效效应应的的另另一一种种情情况况是是张张力力效效应应：四四元元环环五五元元环环六六元元环。随环张力增加，红外峰向高波数移动。环。随环张力增加，红外峰向高波数移动。c7）物质状态及制样方法）物质状态及制样方法通通常常，物物质质由由固固态态向向气气态态变变化化，其其波波数数将将增增加加。如如丙丙酮酮在在液液态态时时，C=O=1718cm-1;气气态态时时 C=O=1742cm-1，因因此此在在查查阅阅标标准准红外图谱时，应注意试样状态和制样方法红外图谱时，应注意试样状态和制样方法。8）溶剂效应）溶剂效应极极性性基基团团的的伸伸缩缩振振动动频频率率

24、通通常常随随溶溶剂剂极极性性增增加加而而降降低低。如如羧羧酸中的羰基酸中的羰基C=O：气态时：气态时：C=O=1780cm-1非极性溶剂：非极性溶剂：C=O=1760cm-1乙醚溶剂：乙醚溶剂：C=O=1735cm-1乙醇溶剂：乙醇溶剂：C=O=1720cm-1因此红外光谱通常需在非极性溶剂中测量。因此红外光谱通常需在非极性溶剂中测量。c十十.红外光谱仪红外光谱仪目前主要有两类红外光谱仪：v色散型红外光谱仪vFourier（傅立叶）变换红外光谱仪。cv色散型红外光谱仪的组成部件与紫外-可见分光光度计相似，但对每一个部件的结构、所用的材料及性能与 紫外-可见分光光度计不同。它们的排列顺序也略有不

25、同，红外光谱仪的样品是放在光源和单色器之间；而紫外-可见分光光度计是放在单色器之后。色散型红外光谱仪光源吸收池单色器检测器数据处理系统c1.光源光源常用的红外光源有常用的红外光源有Nernst灯和硅碳棒。灯和硅碳棒。c吸收池v因玻璃、石英等材料不能透过红外光，红外吸收池要用 可透过红外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5（TlI 58%，TlBr42%）等材料制成窗片。用NaCl、KBr、CsI等材料制成的窗片需注意防潮。固体试样常与纯KBr混匀压片，然后直接进行测定。c单色器v单色器由色散元件、准直镜和狭缝构成。色散元件常用复制的闪耀光栅。由于闪耀光栅存在次级光谱的干扰，因此，需要将光栅

26、和用来分离次光谱的滤光器或前置棱镜结合起来使用。c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：1）需采用狭缝，光能量受到限制；）需采用狭缝，光能量受到限制；2）扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪器联用；）扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪器联用；3）不适于弱吸收信号的分析。）不适于弱吸收信号的分析。c2.傅立叶红外光谱仪傅立叶红外光谱仪vFourierFourier变换变换 红外光谱仪红外光谱仪 没有色没有色散元件，散元件，主要由光源（硅碳棒、高主要由光源（硅碳棒、高压汞灯）、压汞灯）、MichelsonMichelson干涉仪、检干涉仪、检测器、计算机和记

27、录仪组成测器、计算机和记录仪组成。v核心部分为核心部分为MichelsonMichelson干涉仪，它干涉仪，它将光源来的信号以干涉图的形式送将光源来的信号以干涉图的形式送往计算机进行往计算机进行FourierFourier变换的数学变换的数学处理，最后将干涉图还原成光谱图。处理，最后将干涉图还原成光谱图。v它与色散型红外光度计的主要区别它与色散型红外光度计的主要区别在于在于干涉仪和电子计算机干涉仪和电子计算机两部分两部分。c2.傅立叶红外光谱仪（续）傅立叶红外光谱仪（续）v右图为右图为FourierFourier变换变换 红外光红外光谱仪工作原理示意图：谱仪工作原理示意图：v仪器中的仪器中的

28、MichelsonMichelson干涉仪的干涉仪的作用是将光源发出的光分成作用是将光源发出的光分成两光束后，再以两光束后，再以不同的光程不同的光程差重新组合差重新组合，发生干涉现象发生干涉现象。c2.傅立叶红外光谱仪（续）傅立叶红外光谱仪（续）v干涉图包含光源的全部频率和与该频率相对应的强度信息，干涉图包含光源的全部频率和与该频率相对应的强度信息，v如有一个有红外吸收的样品放在干涉仪的光路中，由于如有一个有红外吸收的样品放在干涉仪的光路中，由于样品能吸收特样品能吸收特征波数的能量，结果所得到的干涉图强度曲线就会相应地产生一些变征波数的能量，结果所得到的干涉图强度曲线就会相应地产生一些变化化。

29、v包括每个频率强度信息的干涉图，可借数学上的包括每个频率强度信息的干涉图，可借数学上的FourierFourier变换变换 技术对技术对每个频率的光强进行计算，从而得到吸收强度每个频率的光强进行计算，从而得到吸收强度或透过率和波数变化的或透过率和波数变化的普通光谱图。普通光谱图。c单色光单色光单色光单色光二色光二色光单、双及多色光的干涉示意图单、双及多色光的干涉示意图c多色干涉光经样品吸收后的干涉图多色干涉光经样品吸收后的干涉图(a)及其及其Fourier变换后的红外光谱图变换后的红外光谱图(b)c傅立叶红外光谱仪的特点（1 1）扫描速度极快）扫描速度极快 FourierFourier变换仪器

30、是在整扫描时间内同时测定所变换仪器是在整扫描时间内同时测定所有频率的信息，有频率的信息，一般只要一般只要1s1s左右即可左右即可。因此，它。因此，它可用于测可用于测定不稳定物质的红外光谱定不稳定物质的红外光谱。而色散型红外光谱仪，在任何。而色散型红外光谱仪，在任何一瞬间只能观测一个很窄的频率范围，一次完整扫描通常一瞬间只能观测一个很窄的频率范围，一次完整扫描通常需要需要8 8、1515、30s30s等。等。（2 2）具有很高的分辨率）具有很高的分辨率 通常通常FourierFourier变换变换 红外光谱仪分辨率达红外光谱仪分辨率达0.10.005 0.10.005 cmcm-1-1，光栅型红

31、外光谱仪分辨率只有，光栅型红外光谱仪分辨率只有0.2cm0.2cm-1-1 。c（3）灵敏度高 因因FourierFourier变换变换 红外光谱仪红外光谱仪 不用狭缝和单色器，反不用狭缝和单色器，反射镜面又大，故能量损失小，到达检测器的能量大，可检射镜面又大，故能量损失小，到达检测器的能量大，可检测测1010-8-8g g数量级的样品。数量级的样品。除此之外，还有光谱范围宽（除此之外，还有光谱范围宽（100010 cm100010 cm-1-1 ）；）；测量测量精度高，重复性可达精度高，重复性可达0.1%0.1%；杂散光干扰小；样品不受因红；杂散光干扰小；样品不受因红外聚焦而产生的热效应的影

32、响。外聚焦而产生的热效应的影响。c检测器v常用的红外光电转换系统有：n高真空热电偶高真空热电偶n热释电检测器热释电检测器n碲镉汞检测器碲镉汞检测器。c试样制备一、对试样的要求一、对试样的要求1）试样应为）试样应为“纯物质纯物质”（98%），通常在分析前，样品需要），通常在分析前，样品需要纯化；纯化；对于对于GC-FTIR则无此要求。则无此要求。2）试样不含有水（水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗）；）试样不含有水（水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗）；3）试样浓度或厚度应适当，以使）试样浓度或厚度应适当，以使T在合适范围。在合适范围。c1）气体）气体气体池气体池2）液体：）液体：液膜法液膜法难挥发液体难挥

33、发液体（BP80 C）溶液法溶液法液体池液体池溶剂：溶剂：CCl4，CS2常用。常用。3)固体固体:研糊法（液体石腊法）研糊法（液体石腊法）KBr压片法压片法薄膜法薄膜法制样方法制样方法c红外吸收光谱的应用红外吸收光谱的应用一、定性分析一、定性分析1.已知物的签定已知物的签定试样谱图与标准谱图对照或试样谱图与标准谱图对照或相关文献上的谱图对照。相关文献上的谱图对照。2.未知物结构分析未知物结构分析如果化合物不是新物质，可将其红外谱图与标准谱图对照（查对）如果化合物不是新物质，可将其红外谱图与标准谱图对照（查对）如果化合物为新物质，则须进行光谱解析，其步骤为：如果化合物为新物质，则须进行光谱解析

34、，其步骤为：1）该该化化合合物物的的信信息息收收集集：试试样样来来源源、熔熔点点、沸沸点点、折折光光率率、旋旋光光率等；率等；2）不饱和度的计算：）不饱和度的计算：通过元素分析得到该化合物的分子式，并求出其不饱和度过通过元素分析得到该化合物的分子式，并求出其不饱和度过.c=0 时，分子是饱和的，分子为链状烷烃或其不含双键的衍生物；时，分子是饱和的，分子为链状烷烃或其不含双键的衍生物；=1 时，分子可能有一个双键或脂环；时，分子可能有一个双键或脂环；=2 时，分子可能有两个双键或脂环；时，分子可能有两个双键或脂环；=4 时，分子可能有一个苯环。时，分子可能有一个苯环。一些杂原子如一些杂原子如S、

35、O不参加计算。不参加计算。3）查找基团频率，推测分子可能的基团；）查找基团频率，推测分子可能的基团；4）查找红外指纹区，进一步验证基团的相关峰；）查找红外指纹区，进一步验证基团的相关峰；5）能能过过其其它它定定性性方方法法进进一一步步确确证证：UV-V is、MS、NMR、Raman等。等。c红外吸收光谱图的分区红外吸收光谱图的分区红外吸收光谱图的分区红外吸收光谱图的分区基团频率区基团频率区基团频率区基团频率区 40001300cm40001300cm-1-1指纹区指纹区指纹区指纹区1300600cm1300600cm-1-1x-H伸缩振动区伸缩振动区40002500cm-1三键和积累双键区三

36、键和积累双键区25002000cm-1双键伸缩振动区双键伸缩振动区20001300cm-1C-X(XC-X(X：OO、N N、F F、P P、S)S)、P-OP-O、SiSi-O-O伸缩振动区伸缩振动区伸缩振动区伸缩振动区1300900cm-1-CH-CH2 2平面摇摆、平面摇摆、平面摇摆、平面摇摆、苯环取代苯环取代苯环取代苯环取代、C-HC-H面外变形面外变形面外变形面外变形振动区振动区振动区振动区 900600(400)cm-1c例例例例1 1 1 1：化合物的分子式为化合物的分子式为化合物的分子式为化合物的分子式为C C8 8HH1414，IRIR光谱图如下如下，试推断其光谱图如下如下，

37、试推断其光谱图如下如下，试推断其光谱图如下如下，试推断其可能的分子结构结构。可能的分子结构结构。可能的分子结构结构。可能的分子结构结构。U U=1+8+(0-14)/2=2=1+8+(0-14)/2=2末端炔末端炔末端炔末端炔 C-HC-H伸缩伸缩伸缩伸缩振动振动振动振动3300cm3300cm-1-1 末端炔末端炔末端炔末端炔 C-HC-H面外面外面外面外变形振动变形振动变形振动变形振动625cm625cm-1-1 CCCC伸缩振动伸缩振动伸缩振动伸缩振动2100cm2100cm-1-1-CH-CH3 3面外对称变面外对称变面外对称变面外对称变形振动形振动形振动形振动 1370cm1370c

38、m-1-1n4n4720cm720cm-1-1-CH-CH2 2-面外反对称面外反对称面外反对称面外反对称变形振动变形振动变形振动变形振动 1470cm1470cm-1-1饱和与不饱和饱和与不饱和饱和与不饱和饱和与不饱和CHCH伸缩振动伸缩振动伸缩振动伸缩振动 辛炔辛炔辛炔辛炔-1-1-1-1c例例2：化合物的分子式为化合物的分子式为C8H8O，IR光谱图如下如下，试推断其可能的分子结光谱图如下如下，试推断其可能的分子结构结构。构结构。U=5单取代苯单取代苯甲基酮甲基酮69176112651360144615951685292430053062苯环苯环VC=C甲基弯曲振动甲基弯曲振动甲基酮的特

39、征甲基酮的特征C=O共轭酮共轭酮饱和与不饱和饱和与不饱和-CH3、CH2对称与反对称对称与反对称伸缩振动伸缩振动c二、定量分析二、定量分析二、定量分析二、定量分析有利因素：有利因素：有利因素：有利因素：红外吸收峰多，选择的余地大；红外吸收峰多，选择的余地大；红外吸收峰多，选择的余地大；红外吸收峰多，选择的余地大；不利因素：不利因素：不利因素：不利因素：摩尔吸光系数小，灵敏度低；摩尔吸光系数小，灵敏度低；摩尔吸光系数小，灵敏度低；摩尔吸光系数小，灵敏度低；吸收光程较难控制，测量误差大；吸收光程较难控制，测量误差大；吸收光程较难控制，测量误差大；吸收光程较难控制，测量误差大；吸收峰受化学环境、溶剂

40、效应的影响较大。吸收峰受化学环境、溶剂效应的影响较大。吸收峰受化学环境、溶剂效应的影响较大。吸收峰受化学环境、溶剂效应的影响较大。1.1.1.1.定量分析的特点定量分析的特点定量分析的特点定量分析的特点 2.2.2.2.定量分析的依据定量分析的依据定量分析的依据定量分析的依据 同紫外同紫外同紫外同紫外-可见吸收光谱法可见吸收光谱法可见吸收光谱法可见吸收光谱法朗伯-比尔定律c1）红外吸收只有振）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；转跃迁，能量低；2）应应用用范范围围广广：除除单单原原子子分分子子及及单单核核分分子子外外，几几乎乎所所有有有有机物均有红外吸收；机物均有红外吸收；3）分分子子结结构构更更为为精精细细的的表表征征：通通过过IR谱谱的的波波数数位位置置、波波峰峰数目及强度确定分子基团、分子结构；数目及强度确定分子基团、分子结构；4）定量分析；）定量分析；5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；6）分析速度快。）分析速度快。7）与色谱等联用）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。具有强大的定性功能。红外光谱特点红外光谱特点c思考题思考题vP319v9、10cP319 1,3,6,8(1)、8(5),10作业