红外分光光度法与检测技术精选PPT.ppt
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1、分析化学(第分析化学(第2版)版)谢庆娟谢庆娟 李维斌李维斌全国高职高专药品类专业卫生部全国高职高专药品类专业卫生部“十二五十二五”规划教规划教材材关于红外分光光度法与检测技术第1页,讲稿共68张,创作于星期二2案例导入案例导入鉴鉴于于药药害害事事件件的的频频繁繁发发生生,为为加加强强药药品品生生产产全全过过程程的的管管理理和和质质量量监监控控,确确保保药药品品质质量量,我我国国GMP(2010年年修修订订)新新增增条条款款“应应当当制制定定相相应应的的操操作作规规程程,采采取取核核对对或或检检验验等等适适当当的的措措施施,确确保保每每一一包包装装内内的的原原辅辅料料正正确确无无误误。”这这一
2、一规规定定说说明明药药品品生生产产企企业业对对其其购购进进的的药药用用原原辅辅料料负负有有检检验验职职责责。其其中中,对对原原料料药药的的入入厂厂检检验验,药药品品生生产产企企业业多多使使用用红红外外光光谱谱法法,如如与与标标准准品品的的红红外外光光谱谱对对照照或或与与红红外外标准图谱对照等。标准图谱对照等。第2页,讲稿共68张,创作于星期二3红外分光光度法(红外分光光度法(IR)是基于物质对红外辐射的特征吸收而)是基于物质对红外辐射的特征吸收而建立起来的分析方法,又称红外吸收光谱法。建立起来的分析方法,又称红外吸收光谱法。第一节概第一节概 述述 第3页,讲稿共68张,创作于星期二4第一节概第
3、一节概 述述一、一、红外线及红外光谱红外线及红外光谱第4页,讲稿共68张,创作于星期二5第一节概第一节概 述述1红外线红外线 红外线区域红外线区域波长波长近红外区近红外区0.762.5m中红外区中红外区2.550m远红外区远红外区501000m0.761000m第5页,讲稿共68张,创作于星期二62 红外吸收光谱(红外吸收光谱(IR)由物质分子吸收由物质分子吸收中红外区中红外区的电磁辐射得到。的电磁辐射得到。又称分子振又称分子振-转光谱。转光谱。第一节概第一节概 述述第6页,讲稿共68张,创作于星期二7第一节概第一节概 述述3红外光谱的表示方法红外光谱的表示方法u常用常用T-或或T-表示。表示
4、。u横横坐坐标标表表示示吸吸收收峰峰的的位位置置。以以2000cm-1为为界界,采采用用两两种比例。种比例。“前疏后密前疏后密”。u纵坐标表示纵坐标表示吸收峰的强度吸收峰的强度。第7页,讲稿共68张,创作于星期二8第一节概第一节概 述述曲线曲线“前疏后密前疏后密”,吸收峰是向下的,吸收峰是向下的“谷谷”,且多、尖,图谱,且多、尖,图谱复杂。复杂。第8页,讲稿共68张,创作于星期二9第一节概第一节概 述述二、红外光谱与紫外二、红外光谱与紫外-可见光谱的区别可见光谱的区别相同点:相同点:同属分子吸收光谱同属分子吸收光谱。区别区别红外光谱红外光谱紫外紫外-可见光谱可见光谱吸收辐射吸收辐射红外辐射红外
5、辐射紫外紫外-可见光可见光跃迁类型跃迁类型振振-转能级转能级外层电子能级外层电子能级别名别名分子振分子振-转光谱转光谱电子光谱电子光谱适用范围适用范围振振动动中中伴伴随随有有偶偶极极矩矩变变化化的的有有机机物及某些无机物物及某些无机物不不饱饱和和的的,特特别别是是具具有有共轭体系的有机物共轭体系的有机物特征性特征性峰较密集,信息量多,特征性强峰较密集,信息量多,特征性强峰一般较少,较简单峰一般较少,较简单主要用途主要用途定性、结构鉴定定性、结构鉴定定量定量第9页,讲稿共68张,创作于星期二101红红外外光光谱谱(IR)主主要要由由物物质质分分子子的的振振动动能能级级跃跃迁迁产产生生。由由于于分
6、分子子的的振振动动能能级级差差大大于于转转动动能能级级差差,分分子子发发生生振振动动能能级级跃跃迁迁时时必然同时伴随转动能级跃迁,故红外光谱又称分子振必然同时伴随转动能级跃迁,故红外光谱又称分子振-转光谱。转光谱。2红红外外光光谱谱由由吸吸收收峰峰的的位位置置(波波数数(cm-1)或或波波长长(m),横坐标)和吸收峰的强度(百分透光率横坐标)和吸收峰的强度(百分透光率T%,纵坐标)共同描述。,纵坐标)共同描述。3红红外外光光谱谱与与紫紫外外-可可见见光光谱谱的的相相同同点点是是同同属属分分子子吸吸收收光光谱谱,区区别别在在于产生原因、适用范围、特征性和用途不同。于产生原因、适用范围、特征性和用
7、途不同。第一节概第一节概 述述 点滴积累点滴积累第10页,讲稿共68张,创作于星期二11一、分子的振动和红外吸收一、分子的振动和红外吸收红外光谱产生的条件:红外光谱产生的条件:分子中某基团的振动频率和照射的红外线频率一致分子中某基团的振动频率和照射的红外线频率一致分子偶极矩发生变化分子偶极矩发生变化第二节第二节 基本原理基本原理第11页,讲稿共68张,创作于星期二12第二节第二节 基本原理基本原理n分子振动频率的大小取决于化学键的强度和原子分子振动频率的大小取决于化学键的强度和原子的质量。的质量。n化学键越强,原子折合相对质量越小,振动频率就越化学键越强,原子折合相对质量越小,振动频率就越高。
8、高。n物质不同,结构不同,振动时吸收的红外线频率物质不同,结构不同,振动时吸收的红外线频率不同。不同。第12页,讲稿共68张,创作于星期二13第二节第二节 基本原理基本原理1 1阐述红外光谱产生的条件。阐述红外光谱产生的条件。2 2请说出不同的物质红外吸收光谱不同的原因。请说出不同的物质红外吸收光谱不同的原因。课堂活动课堂活动第13页,讲稿共68张,创作于星期二14第二节第二节 基本原理基本原理二、振动形式二、振动形式双原子:伸缩振动。双原子:伸缩振动。多原子分子伸缩振动伸缩振动弯曲振动弯曲振动对称伸缩振动对称伸缩振动(s)不对称伸缩振动不对称伸缩振动(as)面内弯曲振动面内弯曲振动()面外弯
9、曲振动面外弯曲振动()剪式弯曲振动剪式弯曲振动()平面摇摆振动平面摇摆振动()扭曲振动扭曲振动()非平面摇摆振动非平面摇摆振动()第14页,讲稿共68张,创作于星期二15第二节第二节 基本原理基本原理u对对同同一一基基团团而而言言,不不对对称称伸伸缩缩振振动动频频率率要要稍稍高高于于对对称称伸伸缩缩振振动频率,伸缩振动的频率高于弯曲振动的频率。动频率,伸缩振动的频率高于弯曲振动的频率。振动形式不同,吸收峰位置不同。振动形式不同,吸收峰位置不同。第15页,讲稿共68张,创作于星期二16第二节第二节 基本原理基本原理第16页,讲稿共68张,创作于星期二17第二节第二节 基本原理基本原理第17页,讲
10、稿共68张,创作于星期二18第二节第二节 基本原理基本原理三、振动自由度与峰数三、振动自由度与峰数非线性分子为非线性分子为3n33=3n6线性分子为线性分子为3n32=3n5分子基本振动的数目,分子基本振动的数目,即分子的独立振动数。即分子的独立振动数。3n平动自由度转动自由度平动自由度转动自由度振动自由度振动自由度第18页,讲稿共68张,创作于星期二19第二节第二节 基本原理基本原理H2O为非线性分子,有为非线性分子,有3种基本振动形式,即种基本振动形式,即3756cm-13652cm-11595cm-1第19页,讲稿共68张,创作于星期二20第二节第二节 基本原理基本原理2350cm-11
11、340cm-1666cm-1666cm-1CO2为线性分子,有为线性分子,有4种基本振动形式,即种基本振动形式,即第20页,讲稿共68张,创作于星期二21第二节第二节 基本原理基本原理红外光谱基本振动吸收峰数小于振动自由度的原因:红外光谱基本振动吸收峰数小于振动自由度的原因:3仪器性能的限制仪器性能的限制2红外非活性振动红外非活性振动1简并简并频率相同的不同振动形式吸收峰重叠的现象频率相同的不同振动形式吸收峰重叠的现象偶极矩不发生变化的振动偶极矩不发生变化的振动第21页,讲稿共68张,创作于星期二22uu请说出请说出请说出请说出COCO2的红外光谱只有的红外光谱只有的红外光谱只有的红外光谱只有
12、2350cm2350cm-1-1和和和和666cm666cm-1-1两个吸两个吸两个吸两个吸收峰的原因收峰的原因收峰的原因收峰的原因。第二节第二节 基本原理基本原理课堂活动课堂活动课堂活动课堂活动第22页,讲稿共68张,创作于星期二23第二节第二节 基本原理基本原理四、红外吸收峰的类型四、红外吸收峰的类型(一)基频峰与泛频峰一)基频峰与泛频峰1基频峰:基频峰:V=0V=1倍频峰倍频峰二倍频峰(二倍频峰(V=0V=2)三倍频峰(三倍频峰(V=0V=3)合频峰合频峰 、,差频峰差频峰 、,2.泛泛频频峰峰第23页,讲稿共68张,创作于星期二24第二节第二节 基本原理基本原理2特征峰与相关峰特征峰与
13、相关峰能够用于鉴别官能团存在能够用于鉴别官能团存在并具有较高强度的吸收峰。并具有较高强度的吸收峰。由一个官能团所由一个官能团所产生的一组具有产生的一组具有依存关系的特征依存关系的特征峰称为相关吸收峰称为相关吸收峰。峰。第24页,讲稿共68张,创作于星期二25第二节第二节 基本原理基本原理五五、吸吸收收峰峰的的位位置置及及影影响响因因素素峰位:吸收峰的位置。峰位:吸收峰的位置。表表示示形形式式:吸吸收收的的红红外外光光的的max(或(或max、max)。)。第25页,讲稿共68张,创作于星期二26第二节第二节 基本原理基本原理影响因素:影响因素:(一)内部因素(一)内部因素1电子效应电子效应 (
14、1)吸电子基团的诱导效应:常使吸收峰向)吸电子基团的诱导效应:常使吸收峰向高频高频方向移动。方向移动。化合物 (cm-1)R-COR1715R-COH1730R-COCl1800R-COF1920R-CONH21928第26页,讲稿共68张,创作于星期二27第二节第二节 基本原理基本原理(2)共轭效应:常使吸收峰向)共轭效应:常使吸收峰向低频低频方向移动。方向移动。1715cm-1 1685cm-1 1685cm-1 1660cm-1第27页,讲稿共68张,创作于星期二28第二节第二节 基本原理基本原理2空间效应空间效应 (1)环环张张力力,使使环环内内双双键键伸伸缩缩振振动动频频率率降降低低
15、,环环外外双双键键伸缩振动频率升高。伸缩振动频率升高。C HC HC HC H1576cm-11611cm-11644cm-11781cm-11678cm-11657cm-11651cm-1第28页,讲稿共68张,创作于星期二29第二节第二节 基本原理基本原理(2)空间位阻,使吸收峰向高频方向移动。)空间位阻,使吸收峰向高频方向移动。1663cm-1 1686cm-1 1693cm-1第29页,讲稿共68张,创作于星期二30第二节第二节 基本原理基本原理3氢键氢键 使伸缩振动频率降低。使伸缩振动频率降低。4 互变异构、费米共振等互变异构、费米共振等 C=O 1760 O-H35003600 C
16、=O 1710 O-H32002500第30页,讲稿共68张,创作于星期二31第二节第二节 基本原理基本原理(二)外部因素(二)外部因素1 1物质的状态物质的状态 同一化合物聚集状态不同,吸收频率和强度不同。同一化合物聚集状态不同,吸收频率和强度不同。晶型不同,红外光谱不同。晶型不同,红外光谱不同。2 2溶剂效应溶剂效应 极极性性溶溶剂剂中中,极极性性基基团团的的伸伸缩缩振振动动频频率率常常随随溶溶剂剂极极性性的的增增大大而而降降低。低。第31页,讲稿共68张,创作于星期二32第二节第二节 基本原理基本原理六、吸收峰的强度及影响因素六、吸收峰的强度及影响因素(L/(cmmol))吸收峰的强度吸
17、收峰的强度100非常强峰(非常强峰(vs)20 100L强峰(强峰(s)1020中强峰(中强峰(s)110弱峰(弱峰(w)1非常弱峰(非常弱峰(vw)第32页,讲稿共68张,创作于星期二33第二节第二节 基本原理基本原理影响因素:影响因素:1振动过程中偶极矩的变化振动过程中偶极矩的变化 越大,越大,越大越大影响偶极矩变化大小的因素:影响偶极矩变化大小的因素:(1)原原子子电电负负性性:化化学学键键两两端端原原子子电电负负性性相相差差越越大大,越越大大,越大。越大。(2)振动形式:一般)振动形式:一般as s(3)分子结构的对称性:对称性越差,)分子结构的对称性:对称性越差,越大,越大,越大。越
18、大。第33页,讲稿共68张,创作于星期二34第二节第二节 基本原理基本原理2振动能级的跃迁几率振动能级的跃迁几率 跃迁几率越大,吸跃迁几率越大,吸收峰的强度越大。收峰的强度越大。达到动态平衡时,达到动态平衡时,激发态分子占总激发态分子占总分子的百分数。分子的百分数。第34页,讲稿共68张,创作于星期二35第二节第二节 基本原理基本原理七、红外光谱的重要区域七、红外光谱的重要区域(一)官能团区:波数在(一)官能团区:波数在40001500cm-1之间的区域之间的区域 1.XH伸伸缩缩振振动动区区(40002500cm-1)X代代表表O、N、C、S等等原原子。子。(1)OH伸缩振动:游离羟基在伸缩
19、振动:游离羟基在37003500cm-1处有尖峰处有尖峰(2)NH伸缩振动:伸缩振动:位于位于35003300cm-1(3)CH伸缩振动:以伸缩振动:以3000cm-1为界,区分饱和烃与不饱和烃。为界,区分饱和烃与不饱和烃。第35页,讲稿共68张,创作于星期二36第二节第二节 基本原理基本原理2.叁键和累积双键伸缩振动区(叁键和累积双键伸缩振动区(25002000cm-1)主要是叁键伸缩振动与累积双键的不对称伸缩振动。主要是叁键伸缩振动与累积双键的不对称伸缩振动。双键伸缩振动区双键伸缩振动区20001500cm-1羰基羰基19001650cm-1碳碳双键碳碳双键16701450cm-1芳环骨架
20、芳环骨架16001500cm-13.双键伸缩振动区双键伸缩振动区第36页,讲稿共68张,创作于星期二37第二节第二节 基本原理基本原理(二)指纹区:波数低于(二)指纹区:波数低于1500cm-1的区域。的区域。主主要要由由化化学学键键的的弯弯曲曲振振动动和和部部分分单单键键(CX,XC、O、N等)的伸缩振动引起。等)的伸缩振动引起。第37页,讲稿共68张,创作于星期二38第二节第二节 基本原理基本原理1振振动动自自由由度度反反映映的的是是分分子子基基本本振振动动的的数数目目,但但并并非非每每种种振振动都出现吸收峰。动都出现吸收峰。2同一基团的振动形式不同,吸收峰位置不同。同一基团的振动形式不同
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