红外吸收光谱法2011.pptx

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1、-1-红外吸收光谱法：红外吸收光谱法：红外吸收光谱法：红外吸收光谱法：根据物质对红外辐射的特征根据物质对红外辐射的特征吸收建立起来的一种光谱分析方法，又称为吸收建立起来的一种光谱分析方法，又称为分子振分子振分子振分子振动动动动-转动光谱转动光谱转动光谱转动光谱。u1800年，发现红外辐射。年，发现红外辐射。u第二次世界大战期间，得到迅速发展。第二次世界大战期间，得到迅速发展。u与紫外、核磁共振、质谱一起称为与紫外、核磁共振、质谱一起称为四大谱四大谱四大谱四大谱，是，是有机化合物结构分析的重要手段。有机化合物结构分析的重要手段。1.定义定义第1页/共67页-2-光谱区：光谱区：光谱区：光谱区：7

2、80 nm-1000 mm。u近红外区（泛频区）：近红外区（泛频区）：12800-4000 cmcm-1-1；uu中红外区（基本振动区）：中红外区（基本振动区）：中红外区（基本振动区）：中红外区（基本振动区）：4000-4004000-400 cmcm-1-1；u远红外区（转动区）：远红外区（转动区）：400-33 cmcm-1-1。2.红外光谱法特点红外光谱法特点第2页/共67页-3-uu适用范围大：适用范围大：适用范围大：适用范围大：基于振动能级跃迁，除单原子分子基于振动能级跃迁，除单原子分子和同核双原子分子外，几乎所有化合物均可用红和同核双原子分子外，几乎所有化合物均可用红外光谱进行研究

3、。外光谱进行研究。uu可提供丰富的物质组成与结构特征等信息：可提供丰富的物质组成与结构特征等信息：可提供丰富的物质组成与结构特征等信息：可提供丰富的物质组成与结构特征等信息：红外红外吸收与化学键、官能团性质和空间分布、化学环吸收与化学键、官能团性质和空间分布、化学环境密切相关。境密切相关。uu可用于定量分析：可用于定量分析：可用于定量分析：可用于定量分析：符合朗伯符合朗伯-比尔定律，但能量小，比尔定律，但能量小，需较宽光谱通带，吸收峰较多，定量困难。需较宽光谱通带，吸收峰较多，定量困难。uu非破坏性分析方法，试样适应性强。非破坏性分析方法，试样适应性强。非破坏性分析方法，试样适应性强。非破坏性

4、分析方法，试样适应性强。第3页/共67页-4-红外光谱图：红外光谱图：红外光谱图：红外光谱图：纵坐标为透光率，横坐标为波长纵坐标为透光率，横坐标为波长l l(mm)或或波数波数波数波数(1/1/l,l,l,l,cmcm-1-1)。3.红外光谱图表示方法红外光谱图表示方法第4页/共67页-5-章节重点：章节重点：u红外光谱法特点（与紫外光谱法比较）。红外光谱法特点（与紫外光谱法比较）。第5页/共67页第四章第四章 红外光谱分析红外光谱分析法法1.1.分子的振动分子的振动分子的振动分子的振动2.2.红红红红外外外外光光光光谱谱谱谱产产产产生生生生的的的的条条条条件件件件和和和和谱谱谱谱带强度带强度

5、带强度带强度3.3.基团振动与红外光谱区域基团振动与红外光谱区域基团振动与红外光谱区域基团振动与红外光谱区域4.4.影响峰位变化的因素影响峰位变化的因素影响峰位变化的因素影响峰位变化的因素第二节第二节 红外吸收基本理论红外吸收基本理论第6页/共67页-7-分子不是一个刚体，分子不是一个刚体，分子中原子以平衡点为分子中原子以平衡点为分子中原子以平衡点为分子中原子以平衡点为中心，以非常小的振幅作周期性振动中心，以非常小的振幅作周期性振动中心，以非常小的振幅作周期性振动中心，以非常小的振幅作周期性振动。最简单的。最简单的化学键振动类似于连接两个小球的弹簧。化学键振动类似于连接两个小球的弹簧。1.分子

6、的振动分子的振动1.1 1.1 谐振子谐振子谐振子谐振子第7页/共67页-8-任意两个相邻的能级间的能量差为：任意两个相邻的能级间的能量差为：振动能级跃迁能量：取决于键两端原子折合振动能级跃迁能量：取决于键两端原子折合振动能级跃迁能量：取决于键两端原子折合振动能级跃迁能量：取决于键两端原子折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。KK：化学键的力常数，与键能和键长有关；化学键的力常数，与键能和键长有关；：为双原子的折合质量，为双原子的折合质量，=m1m2/(m1+m

7、2)。分子简谐振动方程式：分子简谐振动方程式：第8页/共67页-9-化学键伸缩力常数：化学键伸缩力常数：第9页/共67页-10-键类型键类型键类型键类型:-C C-C=C-C-C-C-H-力常数力常数力常数力常数:15 10 5 5.1峰位峰位峰位峰位:2062 cm-1 1683 cm-1 1190 cm-1 2920 cm-1 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），越大），原子折合质量越小，化学键振动频率越大，吸收原子折合质量越小，化学键振动频率越大，吸收峰在高波数区。峰在高波数区。化学键伸缩力常数：化学键伸缩力常数：第10页/共67页-11-实际上双原子分子并

8、非理想谐振子！实际上双原子分子并非理想谐振子！随振动随振动随振动随振动量子数的增加，上下振动能级间隔逐渐减小！量子数的增加，上下振动能级间隔逐渐减小！量子数的增加，上下振动能级间隔逐渐减小！量子数的增加，上下振动能级间隔逐渐减小！u由基态振动能级跃迁至第由基态振动能级跃迁至第1振动激发态时，所产振动激发态时，所产生的吸收峰称为生的吸收峰称为基频峰基频峰基频峰基频峰，基频峰位置等于分子，基频峰位置等于分子的振动频率。的振动频率。u由基态振动能级跃迁至第由基态振动能级跃迁至第2、3振动激发态时，振动激发态时，吸收峰称为吸收峰称为第一、第二倍频峰第一、第二倍频峰第一、第二倍频峰第一、第二倍频峰。u一

9、般情况下，基频峰最强，倍频峰则弱得多。一般情况下，基频峰最强，倍频峰则弱得多。1.2 非谐振子非谐振子第11页/共67页-12-弯曲振动：弯曲振动：弯曲振动：弯曲振动：伸缩振动：伸缩振动：伸缩振动：伸缩振动：多原子分子振动很复杂，可分为两类：多原子分子振动很复杂，可分为两类：1.3 两类基本振动形式两类基本振动形式 第12页/共67页-13-多原子分子振动形式的多少用多原子分子振动形式的多少用振动自由度振动自由度振动自由度振动自由度表示。表示。u三维空间中，原子能沿三维空间中，原子能沿x、y、z三个坐标方向独三个坐标方向独立运动，立运动，n个原子则有个原子则有3n个独立运动，再除去三个独立运动

10、，再除去三个坐标轴方向的分子平移及整体分子转动。个坐标轴方向的分子平移及整体分子转动。uu非线性分子：非线性分子：非线性分子：非线性分子：3n-63n-6，如，如H2O有有3个自由度。个自由度。uu线性分子：线性分子：线性分子：线性分子：3n-53n-5，如，如CO2有有4个自由度。个自由度。1.4 振动自由度振动自由度第13页/共67页-14-u红外辐射频率与基本振动频率一致时，可产生红外辐射频率与基本振动频率一致时，可产生=0=1跃迁的跃迁的基频吸收谱带基频吸收谱带基频吸收谱带基频吸收谱带。u红外辐射能量刚好满足红外辐射能量刚好满足=0=2跃迁时，则跃迁时，则产生产生2 2倍频吸收谱带倍频

11、吸收谱带倍频吸收谱带倍频吸收谱带，等等。，等等。uu也可能发生也可能发生也可能发生也可能发生 =1=1 =2=2跃迁，单常温下，绝大跃迁，单常温下，绝大跃迁，单常温下，绝大跃迁，单常温下，绝大多数分子处于多数分子处于多数分子处于多数分子处于 =0=0的振动基态，因此观察到的的振动基态，因此观察到的的振动基态，因此观察到的的振动基态，因此观察到的主要是从基态开始跃迁的吸收谱带。主要是从基态开始跃迁的吸收谱带。主要是从基态开始跃迁的吸收谱带。主要是从基态开始跃迁的吸收谱带。条件条件条件条件1 1 1 1：红外辐射能量刚好等于振动跃迁所需能量：红外辐射能量刚好等于振动跃迁所需能量：红外辐射能量刚好等

12、于振动跃迁所需能量：红外辐射能量刚好等于振动跃迁所需能量2.红外光谱产生的条件和谱线强度红外光谱产生的条件和谱线强度第14页/共67页-15-条件条件条件条件2 2 2 2：只有偶极矩发生变化的振动形式才能吸收：只有偶极矩发生变化的振动形式才能吸收：只有偶极矩发生变化的振动形式才能吸收：只有偶极矩发生变化的振动形式才能吸收红外辐射，即辐射与物质间有相互偶合作用。红外辐射，即辐射与物质间有相互偶合作用。红外辐射，即辐射与物质间有相互偶合作用。红外辐射，即辐射与物质间有相互偶合作用。第15页/共67页-16-uu对称双原子分子：对称双原子分子：对称双原子分子：对称双原子分子：没有偶极矩，辐射不能引

13、起没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。共振，无红外活性。如：如：N2、O2等。等。uu对称多原子分子对称多原子分子对称多原子分子对称多原子分子：没有偶极矩，但某些振动形：没有偶极矩，但某些振动形式可以产生偶极矩变化，具有红外活性，如乙式可以产生偶极矩变化，具有红外活性，如乙烯等。烯等。uu非对称分子：非对称分子：非对称分子：非对称分子：有偶极矩，具有红外活性。有偶极矩，具有红外活性。第16页/共67页-17-uu偶极矩是否变化：偶极矩是否变化：偶极矩是否变化：偶极矩是否变化：决定分子能否产生红外吸收。决定分子能否产生红外吸收。uu偶极矩变化大小：偶极矩变化大小：偶极矩变化大小：偶极矩变化

14、大小：决定红外吸收谱带的强度。决定红外吸收谱带的强度。uu根据量子化学理论，红外吸收谱线强度与分子偶根据量子化学理论，红外吸收谱线强度与分子偶根据量子化学理论，红外吸收谱线强度与分子偶根据量子化学理论，红外吸收谱线强度与分子偶极矩变化的平方成正比。极矩变化的平方成正比。极矩变化的平方成正比。极矩变化的平方成正比。谱线强度：谱线强度：第17页/共67页-18-uu偶偶偶偶极极极极矩矩矩矩变变变变化化化化与与与与振振振振动动动动对对对对称称称称性性性性有有有有关关关关：对对称称性性越越高高，振振动动中中分分子子偶偶极极矩矩变变化化越越小小，谱谱带带强强度度也也就就越越弱。弱。uu偶偶偶偶极极极极矩

15、矩矩矩变变变变化化化化与与与与固固固固有有有有偶偶偶偶极极极极矩矩矩矩有有有有关关关关：一一般般极极性性较较强强的的基基团团（如如C=O，C-X等等）振振动动，吸吸收收强强度度较较大大；极极性性较较弱弱的的基基团团（如如C=C、C-C、N=N等等）振动，吸收较弱。振动，吸收较弱。谱线强度：谱线强度：第18页/共67页-19-ue e 100：非常强峰非常强峰(vs)u20 e e 100：强峰强峰(s)u10 e e 20：中强峰中强峰(m)u1 e e 10：弱峰弱峰(w)ue e 80 C）溶液法溶液法-液体池液体池溶剂：溶剂：CCl4、CS2常用常用2.3 固体固体 研糊法（液体石腊法）

16、研糊法（液体石腊法）KBrKBr压片法压片法压片法压片法 薄膜法薄膜法2.制样方法制样方法第53页/共67页-54-GC/FTIR（气相色谱红外光谱联用）气相色谱红外光谱联用）LC/FTIR（液相色谱红外光谱联用）液相色谱红外光谱联用）PAS/FTIR（光声红外光谱）光声红外光谱）MIC/FTIR（显微红外光谱）显微红外光谱）-微量及微区分析微量及微区分析3.联用技术联用技术第54页/共67页-55-章节重点：章节重点：u色散型红外光谱仪基本组成部件；色散型红外光谱仪基本组成部件；u傅里叶红外光谱仪的特点。傅里叶红外光谱仪的特点。第55页/共67页第八章第八章 红外吸收光谱红外吸收光谱分析法分

17、析法1.1.红外谱图解析示例红外谱图解析示例红外谱图解析示例红外谱图解析示例2.2.未知物结构确定未知物结构确定未知物结构确定未知物结构确定第四节第四节 红外谱图解析示例红外谱图解析示例 第56页/共67页-57-正己烷正己烷1.红外谱图解析示例红外谱图解析示例1.1 烷烃烷烃第57页/共67页-58-1-己烯己烯1.2 烯烃烯烃第58页/共67页-59-1.3 醇醇正丁醇正丁醇第59页/共67页-60-1.4 醛醛丁醛丁醛第60页/共67页-61-3-戊酮戊酮1.5 酮酮第61页/共67页-62-第62页/共67页-63-正己酸正己酸1.6 羧酸及其衍生物羧酸及其衍生物第63页/共67页-64-丙酐丙酐第64页/共67页-65-解：解：解：解：1 1）=1-8/2+8=5=1-8/2+8=5推测推测推测推测C C8 8HH8 8纯液体纯液体纯液体纯液体第65页/共67页-66-解：解：解：解：1 1）=1-=1-（1-71-7）/2+8=6/2+8=6C C8 8HH7 7N N，确定结构确定结构确定结构确定结构第66页/共67页-67-感谢您的观看。感谢您的观看。第67页/共67页