仪器分析第三章红外光谱PPT讲稿.ppt

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1、仪器分析第三章红外仪器分析第三章红外光谱光谱第1页，共112页，编辑于2022年，星期三 第一节第一节 概述概述红外吸收光谱的特点红外吸收光谱的特点=是分子振动和振转光谱；是分子振动和振转光谱；=特征性强、适用范围广；特征性强、适用范围广；=测样速度快、操作方便；测样速度快、操作方便；=不适合测定含水样品。不适合测定含水样品。第2页，共112页，编辑于2022年，星期三红外区域的划分红外区域的划分0.81000m=0.82.5m近红外区：泛频区近红外区：泛频区=2.525m中红外区：大部分有机物的基中红外区：大部分有机物的基团振动频率在此区域。团振动频率在此区域。=251000m远红外区：转动

2、和重原子振远红外区：转动和重原子振动动红外光谱的表示方法红外光谱的表示方法=红外光谱图红外光谱图=文字文字第3页，共112页，编辑于2022年，星期三纵坐标为：纵坐标为：百分透过率百分透过率（%）横坐标为：横坐标为：波长（波长（m m）或波数）或波数（cmcm-1-1）。）。也可用文字形式表示为：也可用文字形式表示为：2955cm2955cm-1-1(s)(s)为为CHCH2 2的反对称伸缩振动的反对称伸缩振动(asCH2asCH2),2870cm),2870cm-1-1(m)(m)为为CHCH2 2的对称伸缩振动的对称伸缩振动(sCH2sCH2)1458cm)1458cm-1-1(m)(m)

3、为为CHCH2 2的的面内弯曲振动面内弯曲振动(面内面内CH2CH2),895cm),895cm-1-1(m)(m)为为CHCH2 2的面外弯曲振动的面外弯曲振动(面外面外CH2CH2)环戊烷环戊烷第4页，共112页，编辑于2022年，星期三第5页，共112页，编辑于2022年，星期三红外光谱产生的条件红外光谱产生的条件1.能量相当（能量相当（E光光=E振动跃迁振动跃迁）辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能被吸收辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能被吸收产生吸收光谱。产生吸收光谱。2.偶极矩变化偶极矩变化指在振动过程中，分子能引起偶极矩变化时才能产生指在振动过程中，分子能引起偶极矩变化时才

4、能产生红外吸收光谱。红外吸收光谱。如如HH、R（CC）R、N2等。由于等。由于=0电荷分电荷分布是对称的，因此，振动时不会引起分子偶极矩的变布是对称的，因此，振动时不会引起分子偶极矩的变化。在实验中观察不到红外光谱。化。在实验中观察不到红外光谱。第二节第二节 红外光谱的基本原理红外光谱的基本原理一、红外吸收光谱一、红外吸收光谱第6页，共112页，编辑于2022年，星期三r r 分子偶极矩分子偶极矩()第7页，共112页，编辑于2022年，星期三红外光的能量是通过分子振动时偶极矩的变红外光的能量是通过分子振动时偶极矩的变化传递给分子。化传递给分子。第8页，共112页，编辑于2022年，星期三m2

5、m1K分子振动方程式分子振动方程式若将双原子分子看作谐振子，将其振动看若将双原子分子看作谐振子，将其振动看作是简谐振动。作是简谐振动。简谐振动的特征：简谐振动的特征：*谐振子在平衡位置附近有微小的位移；谐振子在平衡位置附近有微小的位移；*外力与位移方向相反，位移呈余弦变化。外力与位移方向相反，位移呈余弦变化。第9页，共112页，编辑于2022年，星期三由经典力学和量子力学均可推出双原子分由经典力学和量子力学均可推出双原子分子的简谐振动频率由下式决定：子的简谐振动频率由下式决定：或或式中：式中：C C 为光速为光速(310(3101010cm/s),cm/s),为频率为频率(Hz),(Hz),为

6、波数为波数(cm(cm-1-1),),K K 为化学键力常数为化学键力常数(dyn(dyn cm),cm),m m为分子的折合质量为分子的折合质量(g)(g)。第10页，共112页，编辑于2022年，星期三 由上页式子可知：分子的折合质量越小，振动频由上页式子可知：分子的折合质量越小，振动频率越高；化学键力常数越大，即键强度越大，振动频率越高；化学键力常数越大，即键强度越大，振动频率越高。分子的振动频率规律如下：率越高。分子的振动频率规律如下：1、因、因KccKc=cKc-c，红外频率，红外频率ccc=cc-c。2、与、与C原子成键的其它原子，随着其原子质量的增大，折合质量原子成键的其它原子，

7、随着其原子质量的增大，折合质量也增大，则红外波数减小。也增大，则红外波数减小。3、与、与H原子相连的化学键的折合质量都小，红外吸收在高波数原子相连的化学键的折合质量都小，红外吸收在高波数区。如区。如C-H伸缩振动在伸缩振动在3000cm-1、O-H伸缩振动在伸缩振动在30003600cm-1、N-H伸缩振动在伸缩振动在3300cm-1。4、弯曲振动比伸缩振动容易，弯曲振动的、弯曲振动比伸缩振动容易，弯曲振动的K均较小，故弯曲振动均较小，故弯曲振动吸收在低波数区。如吸收在低波数区。如C-H伸缩振动吸收位于伸缩振动吸收位于3000cm-1，而弯曲振动，而弯曲振动吸收位于吸收位于1340cm-1。第

8、11页，共112页，编辑于2022年，星期三分子振动不完全符合简谐振动，只有在分子振动不完全符合简谐振动，只有在振动能振动能级较低级较低的情况下才近似于简谐振动。的情况下才近似于简谐振动。第12页，共112页，编辑于2022年，星期三 分子中振动能级之间能量要比同一振分子中振动能级之间能量要比同一振动能级中转动能级之间能量差大动能级中转动能级之间能量差大100100倍左倍左右。振动能级的变化常常伴随转动能级右。振动能级的变化常常伴随转动能级的变化，所以，振动光谱是由一些谱带的变化，所以，振动光谱是由一些谱带组成的，它们大多在红外区域内，因此，组成的，它们大多在红外区域内，因此，叫红外光谱。叫红

9、外光谱。第13页，共112页，编辑于2022年，星期三OCO红外非活性红外非活性OCO2349cm-1OCO667cm-1OCO667cm-1二氧化碳分子的振动方式和频率二氧化碳分子的振动方式和频率第14页，共112页，编辑于2022年，星期三分子振动形式分两大类：伸缩振动和弯曲振动分子振动形式分两大类：伸缩振动和弯曲振动伸缩振动伸缩振动 ：原子沿键轴方向往复运动，振动过程中键长发：原子沿键轴方向往复运动，振动过程中键长发生变化。又可分为对称伸缩振动（生变化。又可分为对称伸缩振动（s s）和反对称伸缩振动（）和反对称伸缩振动（asas ）两种形式。）两种形式。弯曲振动：原子垂直于化学键方向的运

10、动。又可以分为面内弯弯曲振动：原子垂直于化学键方向的运动。又可以分为面内弯曲振动（曲振动（）和面外弯曲振动（）和面外弯曲振动（）两种形式，它们还可以细）两种形式，它们还可以细分为摇摆、卷曲等振动形式。分为摇摆、卷曲等振动形式。二、分子振动类型二、分子振动类型第15页，共112页，编辑于2022年，星期三三、分子振动与红外吸收峰的关系三、分子振动与红外吸收峰的关系理论上具有特定频率的每一种振动都能吸收相应频率理论上具有特定频率的每一种振动都能吸收相应频率的红外光，在光谱图对应位置上出现一个吸收峰。实际上，的红外光，在光谱图对应位置上出现一个吸收峰。实际上，因种种原因分子振动的数目与谱图中吸收峰的

11、数目不尽相因种种原因分子振动的数目与谱图中吸收峰的数目不尽相同。同。第16页，共112页，编辑于2022年，星期三吸收峰减少的原因吸收峰减少的原因分子的一些振动没有偶极矩变化，是红外非分子的一些振动没有偶极矩变化，是红外非活性的；活性的；不同振动方式的频率相同，发生简并；不同振动方式的频率相同，发生简并；一些振动的频率十分接近，仪器无法分辨；一些振动的频率十分接近，仪器无法分辨；一些振动的频率超出了仪器可检测的范围。一些振动的频率超出了仪器可检测的范围。第17页，共112页，编辑于2022年，星期三 红外光谱中除了前述基本振动产生的基本频率吸收峰外，还有一些红外光谱中除了前述基本振动产生的基本

12、频率吸收峰外，还有一些其他的振动吸收峰：其他的振动吸收峰：v倍倍频频：是是由由振振动动能能级级基基态态跃跃迁迁到到第第二二、三三激激发发态态时时所所产产生生的的吸吸收收峰峰。由由于于振振动动能能级级间间隔隔不不等等距距，所所以以倍倍频频不不是基频的整数倍。是基频的整数倍。v组组合合频频：一一种种频频率率红红外外光光，同同时时被被两两个个振振动动所所吸吸收收即即光的能量由于两种振动能级跃迁。光的能量由于两种振动能级跃迁。组组合合频频和和倍倍频频统统称称为为泛泛频频。因因为为不不符符合合跃跃迁迁选选律律，发发生的几率很小，显示为弱峰。生的几率很小，显示为弱峰。v振振动动偶偶合合：相相同同的的两两个

13、个基基团团相相邻邻且且振振动动频频率率相相近近时时，可可发发生生振振动动偶偶合合，引引起起吸吸收收峰峰裂裂分分，一一个个峰峰移移向向高高频频，一个移向低频。一个移向低频。v弗弗米米共共振振：基基频频与与倍倍频频或或组组合合频频之之间间发发生生的的振振动动偶偶合合，使后者强度增强。使后者强度增强。第18页，共112页，编辑于2022年，星期三基团处于分子中某一特定的环境，因此它的振动不是基团处于分子中某一特定的环境，因此它的振动不是孤立的。基团确定后，孤立的。基团确定后，m 固定，但相邻的原子或基团可固定，但相邻的原子或基团可通过电子效应、空间效应等影响通过电子效应、空间效应等影响K，使其振动频

14、率发生，使其振动频率发生位移。位移。在特征频率区，不同化合物的同一种官能团吸收振在特征频率区，不同化合物的同一种官能团吸收振动总是出现在一个窄的波数范围内，但不是一个固定动总是出现在一个窄的波数范围内，但不是一个固定波数，具体出现在哪里与基团所处的环境有关，这就波数，具体出现在哪里与基团所处的环境有关，这就是是红外光谱用于有机物结构分析的依据红外光谱用于有机物结构分析的依据。第三节第三节 影响红外光谱峰位和峰强的因素影响红外光谱峰位和峰强的因素第19页，共112页，编辑于2022年，星期三 当当m固定时固定时,基团基团振动频率随振动频率随化学键力常数增强而增大。化学键力常数增强而增大。振动方程

15、振动方程基基团团化学键力常数化学键力常数(K/Ncm-1)振动频率振动频率(/cm-1)C C121822622100CC812增大增大16001680CC4610001300例如：例如：一、质量效应一、质量效应第20页，共112页，编辑于2022年，星期三振动频率与基团折合质量的关系振动频率与基团折合质量的关系 当当K相差不大相差不大时时,基团基团振动频振动频率随折合质量增大而减小。率随折合质量增大而减小。基团基团折合质量折合质量(m)振动频率振动频率(/cm-1)CH0.928003100CC6 约约1000CCl7.3约约625CI8.9约约500第21页，共112页，编辑于2022年，

16、星期三二、电子效应二、电子效应（1）诱诱导导效效应应通通过过静静电电诱诱导导作作用用使使分分子子中中电电子子云云分分布布发发生生变变化化引引起起K的的改改变变，从从而而影响振动频率。影响振动频率。如如 CO吸电子诱导效应使羰基吸电子诱导效应使羰基双键性双键性增加，振动频率增增加，振动频率增大。大。第22页，共112页，编辑于2022年，星期三（2）共轭效应）共轭效应共轭效应使共轭体系中的电共轭效应使共轭体系中的电子云密度平均化，即双键键强减小，振动频子云密度平均化，即双键键强减小，振动频率红移率红移(减小）。也以减小）。也以 CO为例：为例：CH2CH21650cm-1CH2CHCHCH216

17、30cm-1 C=C若考虑共轭体系中的单键，情况如何？若考虑共轭体系中的单键，情况如何？第23页，共112页，编辑于2022年，星期三若考虑共轭体系中的单键，情况如何？若考虑共轭体系中的单键，情况如何？例如：例如：脂肪醇中脂肪醇中C-O-H基团中的基团中的C-O反对称伸缩振动（反对称伸缩振动（as）位于）位于1150-1050cm-1，而在酚中因为氧与芳环发，而在酚中因为氧与芳环发生生p-共轭，其共轭，其 as在在1230-1200cm1。因此：对共轭体系中的单键而言，则键强增强，振因此：对共轭体系中的单键而言，则键强增强，振动频率增大。动频率增大。第24页，共112页，编辑于2022年，星期

18、三如果诱导和共轭效应同时存在，则须具如果诱导和共轭效应同时存在，则须具体分析哪种效应占主要影响。如：体分析哪种效应占主要影响。如：N N上的孤对电子与羰基形成上的孤对电子与羰基形成p-p-共轭，共轭，CO红移（减小）红移（减小）共轭效应：共轭效应：诱导效应：诱导效应：N N比比C C原子的电负性大，原子的电负性大，导致导致 CO蓝移（增大）蓝移（增大）共轭效应大于诱导效应，共轭效应大于诱导效应，CO红移红移至至1690cm-1第25页，共112页，编辑于2022年，星期三共轭效应：共轭效应：诱导效应：诱导效应：O上的孤对电子与羰基形成上的孤对电子与羰基形成p-p-共轭，共轭，CO红移（减小）红

19、移（减小）O比比C原子的电负性大，原子的电负性大，导致导致 CO蓝移（增大）蓝移（增大）诱导效应大于共轭效应，诱导效应大于共轭效应，CO蓝移蓝移至至1735cm-1第26页，共112页，编辑于2022年，星期三三、空间效应三、空间效应（1）空间位阻）空间位阻破坏共轭体系的共平面性，使共破坏共轭体系的共平面性，使共轭效应减弱，双键的振动频率蓝移（增大）。轭效应减弱，双键的振动频率蓝移（增大）。1663cm-11686cm-11693cm-1第27页，共112页，编辑于2022年，星期三（2）环环的的张张力力：环环的的大大小小影影响响环环上上有有关关基基团团的的频率。频率。随着环张力增加，随着环张

20、力增加，环外各键增强，基团振动频环外各键增强，基团振动频率蓝移（增大），环内各键削弱，基团振动频率率蓝移（增大），环内各键削弱，基团振动频率红移（减小）。红移（减小）。第28页，共112页，编辑于2022年，星期三四、氢键四、氢键氢键的形成使原有的化学键氢键的形成使原有的化学键OH或或NH的键长增大，的键长增大，力常数力常数K 变小，振动频率红移变小，振动频率红移。氢键的形成对吸收峰的影响：氢键的形成对吸收峰的影响：吸收峰展宽吸收峰展宽氢键形成程度不同，对力常数的影响不同，使得吸收频氢键形成程度不同，对力常数的影响不同，使得吸收频率有一定范围。氢键形成程度与测定条件有关。率有一定范围。氢键形成

21、程度与测定条件有关。吸收强度增大吸收强度增大形成氢键后，相应基团的振动偶极矩变化增大，因此吸收强度形成氢键后，相应基团的振动偶极矩变化增大，因此吸收强度增大。增大。第29页，共112页，编辑于2022年，星期三醇、酚、羧酸、胺类等化合物中可以形成氢键。醇、酚、羧酸、胺类等化合物中可以形成氢键。例如：例如：醇、酚中的醇、酚中的 OH，当，当分子处于游离状态时，其振动频率为分子处于游离状态时，其振动频率为3640cm3640cm-1-1左右，是中等强度的尖锐吸收峰，当分子处于缔合状态左右，是中等强度的尖锐吸收峰，当分子处于缔合状态时，其振动频率红移到时，其振动频率红移到3300cm3300cm-1

22、-1附近，谱带增强并加宽。附近，谱带增强并加宽。胺类胺类化合物中的化合物中的N-H也有类似情况。除伸缩振动外，也有类似情况。除伸缩振动外，OH、NH的弯的弯曲振动受氢键影响也会发生谱带位置移动和峰形展宽。曲振动受氢键影响也会发生谱带位置移动和峰形展宽。第30页，共112页，编辑于2022年，星期三还有一种氢键是发生在还有一种氢键是发生在OH或或NH与与C=O之间的，如羧酸以此之间的，如羧酸以此方式形成二聚体：方式形成二聚体：这种氢键比这种氢键比OH自身形成的氢键作用更大，不仅使自身形成的氢键作用更大，不仅使 OH移向移向更低频率，而且也使更低频率，而且也使 C=O红移。红移。第31页，共112

23、页，编辑于2022年，星期三例如：例如：游离羧酸的游离羧酸的 C=O约为约为1760cm-1，而缔合状态（如固、液体，而缔合状态（如固、液体时），因氢键作用时），因氢键作用 C=O移到移到1700cm-1附近。附近。癸酸的红外光谱图癸酸的红外光谱图第32页，共112页，编辑于2022年，星期三2,4-二甲基戊烷的红外光谱二甲基戊烷的红外光谱CH3的对称弯曲振动频率为的对称弯曲振动频率为1380cm-1，但当两个甲基连在同一个，但当两个甲基连在同一个C原子上，形成异原子上，形成异丙基时发生振动偶合，即丙基时发生振动偶合，即1380cm-1的吸收峰消失，出现的吸收峰消失，出现1385cm-1和和1

24、375cm-1两个吸收两个吸收峰。峰。五、振动的偶合五、振动的偶合第33页，共112页，编辑于2022年，星期三费米共振实例：费米共振实例：苯甲酰氯苯甲酰氯C-Cl的伸缩振动在的伸缩振动在874cm-1，其倍频峰在，其倍频峰在1730cm-1左右，正好落在左右，正好落在C=O的伸缩振动的伸缩振动吸收峰位置附近，发生费米共振从而倍频峰吸收强度增加吸收峰位置附近，发生费米共振从而倍频峰吸收强度增加。苯甲酰氯的红外光谱苯甲酰氯的红外光谱第34页，共112页，编辑于2022年，星期三六、外在因素六、外在因素 包括：制备样品的方法、溶剂的性质、样品所处的包括：制备样品的方法、溶剂的性质、样品所处的物态、

25、结晶条件、吸收池厚度、色散系统及测试温度等物态、结晶条件、吸收池厚度、色散系统及测试温度等因素。因素。故在查对标准图谱时，要注意测定条件，最好在故在查对标准图谱时，要注意测定条件，最好在相同条件下进行谱图的对比。相同条件下进行谱图的对比。第35页，共112页，编辑于2022年，星期三红外光谱的吸收强度的影响因素红外光谱的吸收强度的影响因素红外光谱的吸收强度可用于定量分析，也是化合物定性分红外光谱的吸收强度可用于定量分析，也是化合物定性分析的重要依据。定量分析方法同紫外光谱（在一定浓度范围内析的重要依据。定量分析方法同紫外光谱（在一定浓度范围内符合朗伯符合朗伯-比尔定律）。定性分析时，可用摩尔吸

26、光系数（比尔定律）。定性分析时，可用摩尔吸光系数（）来区分吸收强度级别。如下图所示：）来区分吸收强度级别。如下图所示：摩尔吸光系数摩尔吸光系数（）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vw第36页，共112页，编辑于2022年，星期三 由于红外光谱吸收强度受狭缝宽度、温度和溶剂等因素影响，故不由于红外光谱吸收强度受狭缝宽度、温度和溶剂等因素影响，故不易精确测定，在实际分析中，只是通过与羰基等强吸收峰对比来定性研易精确测定，在实际分析中，只是通过与羰基等强吸收峰对比来定性研究。究。红外吸收强度红外吸收强度偶极距变化幅度偶极距变化幅度电子效应电

27、子效应基团极性基团极性振动偶合振动偶合氢键作用等氢键作用等 谱带强度与振动时偶极矩变化有关谱带强度与振动时偶极矩变化有关,偶极矩变化愈大，谱带偶极矩变化愈大，谱带强度愈大；偶极矩不发生变化，谱带强度为强度愈大；偶极矩不发生变化，谱带强度为0 0，即为红外非活性。，即为红外非活性。第37页，共112页，编辑于2022年，星期三影响规律如下：影响规律如下：1 1、一般来说，基团极性越大，在振动过程中偶极距变化幅度越、一般来说，基团极性越大，在振动过程中偶极距变化幅度越大，故吸收强度也越大。化合物结构的对称性：对称性越强，大，故吸收强度也越大。化合物结构的对称性：对称性越强，偶极矩变化越小，吸收谱带

28、越弱。偶极矩变化越小，吸收谱带越弱。2 2、电子效应包括诱导效应和共轭效应。、电子效应包括诱导效应和共轭效应。其中：诱导效应影响基团极性，从而影响吸收强度。如：若其中：诱导效应影响基团极性，从而影响吸收强度。如：若-CNCN的的位若有吸电子基团，则会使位若有吸电子基团，则会使-CN-CN极性降低，伸缩振动强极性降低，伸缩振动强度降低；度降低；共轭效应使共轭效应使电子离域程度增大，极化程度增加，因此使不饱和键电子离域程度增大，极化程度增加，因此使不饱和键的伸缩振动强度显著增加。的伸缩振动强度显著增加。3 3、氢键作用大大提高了化学键的极化程度，因此伸缩振动吸收峰加、氢键作用大大提高了化学键的极化

29、程度，因此伸缩振动吸收峰加宽、增强。宽、增强。第38页，共112页，编辑于2022年，星期三例：例：R RCHCHCHCH2 2 =40=40 （对称性最差）（对称性最差）顺式顺式 R RCHCHCHCHRR =10 =10 （对称性次之）（对称性次之）反式反式 R RCHCHCHCHR R =2=2 （对称性最强）（对称性最强）（为摩尔吸收系数）为摩尔吸收系数）第39页，共112页，编辑于2022年，星期三一、仪器类型与结构一、仪器类型与结构二、联用技术二、联用技术三、样品的制备三、样品的制备第四节第四节 红外光谱仪及样品制备技术红外光谱仪及样品制备技术第40页，共112页，编辑于2022年

30、，星期三一、仪器类型与结构一、仪器类型与结构第41页，共112页，编辑于2022年，星期三 目前主要有两类红外光谱仪：色散型红外光谱仪和目前主要有两类红外光谱仪：色散型红外光谱仪和FourierFourier（傅立叶）变换红外光谱仪。（傅立叶）变换红外光谱仪。1 1、色散型红外光谱仪、色散型红外光谱仪 色散型红外光谱仪的组成部件与紫外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对每一个部件的结构、所用的材料及性能与 紫外紫外-可见分光光度可见分光光度计不同。它们的排列顺序也略有不同，计不同。它们的排列顺序也略有不同，红外光

31、谱仪的样品是放在红外光谱仪的样品是放在光源和单色器之间光源和单色器之间；而紫外而紫外可见分光光度计是放在单色可见分光光度计是放在单色器之后。器之后。第42页，共112页，编辑于2022年，星期三2 2、FourierFourier变换红外光谱仪（变换红外光谱仪（FTIRFTIR）FourierFourier变换变换 红外光谱仪红外光谱仪 没有色散元件，主要没有色散元件，主要由光源（硅碳棒、高压汞灯）、由光源（硅碳棒、高压汞灯）、MichelsonMichelson干涉仪、干涉仪、检测器、计算机和记录仪组成。核心部分为检测器、计算机和记录仪组成。核心部分为MichelsonMichelson干涉

32、仪，它将光源来的信号以干涉图的形干涉仪，它将光源来的信号以干涉图的形式送往计算机进行式送往计算机进行FourierFourier变换的数学处理，最后将变换的数学处理，最后将干涉图还原成光谱图。它与色散型红外光度计的主干涉图还原成光谱图。它与色散型红外光度计的主要区别在于干涉仪和电子计算机两部分。要区别在于干涉仪和电子计算机两部分。第43页，共112页，编辑于2022年，星期三干涉仪干涉仪光源光源样品室样品室检测器检测器显示器显示器绘图仪绘图仪计算机计算机干涉图干涉图光谱图光谱图FTS傅里叶变换红外光谱仪结构框图第44页，共112页，编辑于2022年，星期三傅里叶变换红外光谱仪工作原理图光光源源

33、傅傅里里叶叶变变换换计计算算机机检检测测器器样样品品干干涉涉仪仪干涉图干涉图光谱图光谱图第45页，共112页，编辑于2022年，星期三 与色散法相比，采用干涉法的傅立叶变换红外光谱仪具有许多与色散法相比，采用干涉法的傅立叶变换红外光谱仪具有许多比较突出的比较突出的优点优点：1.1.具有很高的分辨率。具有很高的分辨率。一般光栅型的红外分光光度计只能达到一般光栅型的红外分光光度计只能达到0.2 0.2 cm-1cm-1，而，而FT-IRFT-IR光谱仪在整个光谱范围内可达光谱仪在整个光谱范围内可达0.1-0.005 cm-10.1-0.005 cm-1的分辨率。的分辨率。2.2.具有极高的波数准确

34、度。具有极高的波数准确度。由于可动镜的位置可用氦氖激光由于可动镜的位置可用氦氖激光（He-NeHe-Ne）准确测定，因此光程差可测得非常准确，因而光谱波）准确测定，因此光程差可测得非常准确，因而光谱波数的计算可准确至数的计算可准确至0.01 cm-10.01 cm-1。3.3.具有极快的扫描速度。具有极快的扫描速度。通常在通常在1 1秒钟内即可完成全光谱范围的秒钟内即可完成全光谱范围的扫描，而色散型的红外光谱仪至少需要两分钟。扫描，而色散型的红外光谱仪至少需要两分钟。4.4.有很宽的光谱范围。有很宽的光谱范围。一般色散型的红外光谱仪的测量范围是在一般色散型的红外光谱仪的测量范围是在400-40

35、0-4000 cm-14000 cm-1，而，而FT-IRFT-IR光谱仪中不需要狭缝装置，能量损失少，测量的灵光谱仪中不需要狭缝装置，能量损失少，测量的灵敏度也就很高，因此特别适合于测量弱信号的光谱。敏度也就很高，因此特别适合于测量弱信号的光谱。第46页，共112页，编辑于2022年，星期三 分区依据：分区依据：由于有机物数目庞大，而组成有机由于有机物数目庞大，而组成有机物的基团有限；基团的振动频率取决于物的基团有限；基团的振动频率取决于K K 和和 m，同种基团的频率相近。，同种基团的频率相近。划分方法划分方法 氢键区氢键区v官能团特征频率区官能团特征频率区 叁键区和累积双键区叁键区和累积

36、双键区 双键区双键区 v指纹区指纹区 单键区单键区二、基团频率区的划分二、基团频率区的划分第47页，共112页，编辑于2022年，星期三区域名称区域名称 频率范围频率范围基团及振动形式基团及振动形式 氢键区氢键区 40002500cm-1OH、CH、NH等的伸缩振动等的伸缩振动 叁键和叁键和 C C、C N、N N和和累积双键区累积双键区 25002000cm-1CCC、NCO等的伸缩振动等的伸缩振动 双键区双键区20001500cm-1C=O、C=C、C=N、NO2、苯环等的伸缩振动苯环等的伸缩振动 单键区单键区 1500400cm-1CC、CO、CN、CX等的伸缩振动及含等的伸缩振动及含

37、氢基团的弯曲振动。氢基团的弯曲振动。基团频率区的划分基团频率区的划分第48页，共112页，编辑于2022年，星期三官能团特征频率区的特点和用途官能团特征频率区的特点和用途=吸收峰数目较少，但特征性强。不同化合物吸收峰数目较少，但特征性强。不同化合物中的同种基团振动吸收总是出现在一个比较中的同种基团振动吸收总是出现在一个比较窄的波数范围内。窄的波数范围内。=主要用于确定官能团主要用于确定官能团。指纹区的特点和用途指纹区的特点和用途=吸收峰多而复杂，很难对每一个峰进行归属。吸收峰多而复杂，很难对每一个峰进行归属。=单个吸收峰的特征性差，而对整个分子结构单个吸收峰的特征性差，而对整个分子结构环境十分

38、敏感。环境十分敏感。=主要用于与标准谱图对照。主要用于与标准谱图对照。第49页，共112页，编辑于2022年，星期三例例乙基异丙基酮和甲基丁基酮的乙基异丙基酮和甲基丁基酮的IR（指纹区差异）（指纹区差异）第50页，共112页，编辑于2022年，星期三亚甲基的振动形式亚甲基的振动形式v+和-表示垂直于纸面方向的前后振动。第51页，共112页，编辑于2022年，星期三1 1、红外光谱法对样品的要求、红外光谱法对样品的要求红外光谱的样品可以是液体、固体或气体，一般应红外光谱的样品可以是液体、固体或气体，一般应要求：要求：（1 1 1 1）样品应该是单一的纯物质。）样品应该是单一的纯物质。）样品应该是

39、单一的纯物质。）样品应该是单一的纯物质。（2 2 2 2）样品中不应含有游离水。）样品中不应含有游离水。）样品中不应含有游离水。）样品中不应含有游离水。（3 3）样品中被测组分的浓度和测量厚度要合适，使）样品中被测组分的浓度和测量厚度要合适，使吸收强度适中，一般要使谱图中大多数吸收峰的透吸收强度适中，一般要使谱图中大多数吸收峰的透射率处于射率处于15%-75%15%-75%之间。之间。三、样品的制备三、样品的制备第52页，共112页，编辑于2022年，星期三（1 1）、液体样品）、液体样品a a液液膜膜法法 液液膜膜法法是是定定性性分分析析中中常常用用的的简简便便方方法法。尤尤其其对对沸沸点点

40、较较高高,不不易易清清洗洗的的液液体体样样品品采采用用此此法法更更为为方方便便。在在可可拆拆池池两两窗窗之之间间,滴滴上上1 12 2滴滴液液体体样样品品,形形成成一一薄薄膜膜。液液膜膜厚厚度度可可借借助助于于池池架架上上的固紧螺丝作微小调节。低沸点易挥发的样品不宜采用此法。的固紧螺丝作微小调节。低沸点易挥发的样品不宜采用此法。b b液液体体池池法法 液液体体样样品品可可注注入入液液体体吸吸收收池池内内测测定定。吸吸收收池池的的两两侧侧是是用用NaCINaCI或或KBrKBr等等品品片片作作成成的的窗窗片片。常常用用的的液液体体吸收池有两种：固定式吸收池和可拆式吸收池。吸收池有两种：固定式吸收

41、池和可拆式吸收池。c c、水水溶溶液液的的简简易易测测定定法法。在在金金属属管管上上铺铺一一层层聚聚乙乙烯烯薄薄膜膜，其其上上压压入入一一橡橡胶胶圈圈。滴滴下下水水溶溶液液后后，再再盖盖上上一一层层聚聚乙乙烯烯薄薄膜，用另一橡胶圈固定后测定。膜，用另一橡胶圈固定后测定。2 2、制样方法、制样方法 第53页，共112页，编辑于2022年，星期三（2 2）、固体试样）、固体试样a.a.压压片片法法：0.50.51mg1mg样样+150mg+150mg KBrKBr干干燥燥处处理理研研细细：粒粒度度小小于于2 2 m m（散散射射小小）混混合合压压成成透透明明薄薄片片直直接接测测定；定；b.b.调调

42、糊糊法法：试试样样磨磨细细与与液液体体石石蜡蜡混混合合夹夹于于盐盐片片间间；石石蜡蜡为为高高碳碳数数饱饱和和烷烷烃烃，因因此此该该法法不不适适于于研研究究饱饱和和烷烃。烷烃。c.c.薄膜法：薄膜法：高分子试样高分子试样加热熔融加热熔融涂制或压制成膜；涂制或压制成膜；高高分分子子试试样样溶溶于于低低沸沸点点溶溶剂剂涂涂渍渍于于盐盐片片挥挥发除溶剂发除溶剂第54页，共112页，编辑于2022年，星期三(3)(3)、气态样品、气态样品 气气态态样样品品一一般般灌灌入入气气体体池池内内进进行行测测定定。池池体体一一般般由由带带有有进进口口管管和和出出口口管管的的玻玻璃璃筒筒组组成成（图图）。它它的的两

43、两端端粘粘有有透透红红外外光光的的窗窗片片,窗窗片片的的材材质质一一般般是是NaCINaCI或或KBrKBr。再再用用金金属属池池架架将将其其固固定定。气气槽槽的的厚厚度度常常为为100mm100mm。分分析析前前,先先抽抽真真空空,然然后后通通入入经经过干燥的气体样品。过干燥的气体样品。图图2-21 2-21 红外光谱气体红外光谱气体池结构示意图池结构示意图第55页，共112页，编辑于2022年，星期三3、制备样品时应注意：、制备样品时应注意：（1）样品的浓度和测试厚度应选择适当。）样品的浓度和测试厚度应选择适当。（2）样品应该是单一组分的纯物质。否则各组分）样品应该是单一组分的纯物质。否则

44、各组分光谱互相重叠光谱互相重叠,会使图谱无法解析。会使图谱无法解析。（3）样品中不应含有游离水。）样品中不应含有游离水。第56页，共112页，编辑于2022年，星期三第五节第五节 各类化合物的红外特征光谱各类化合物的红外特征光谱1.1.饱和烷烃饱和烷烃基团基团振动形式振动形式吸收峰位置吸收峰位置强度强度备注备注 asCH3 sCH3 asCH3 sCH329621028721014501013801370SSmS异丙基和叔丁异丙基和叔丁基在基在1380cm-1附近裂分为双附近裂分为双峰峰 asCH2 sCH2 CH229265285310146520SSm sCH CH2890101340ww

45、 CH2720wn 4，n越大，越大，峰吸收强度越峰吸收强度越大。大。第57页，共112页，编辑于2022年，星期三正癸烷的红外光谱图正癸烷的红外光谱图第58页，共112页，编辑于2022年，星期三2,4-二甲基戊烷的红外光谱二甲基戊烷的红外光谱当分子中有异丙基（即两个甲基连在同一个碳上）时，因为振动耦合作用甲基的当分子中有异丙基（即两个甲基连在同一个碳上）时，因为振动耦合作用甲基的 sCH31380cm-1发生裂分，在发生裂分，在1375cm-1和和1385cm-1左右出现强度相近的两个峰。左右出现强度相近的两个峰。第59页，共112页，编辑于2022年，星期三2.2.烯烃烯烃烯烃类型烯烃类

46、型=C-H/cm-1（强度）（强度）=C-C/cm-1（强度）（强度）g面外面外=C-C/cm-1（强度）（强度）R-CH=CH23080(m)，2975(m)1645（m）990（s）910（s）R2C=CH2同上同上1655（m）890（s）RCH=CHR（顺式）（顺式）3020（m）1660（m）760730（m）RCH=CHR（反式）（反式）同上同上1675（w）1000950（m）R2C=CHR，同上同上1670840790（m）R2C=CR2，无无1670无无第60页，共112页，编辑于2022年，星期三CH3(CH2)5CH=CH21-1-辛烯的红外光谱图辛烯的红外光谱图第61页

47、，共112页，编辑于2022年，星期三3.3.炔烃炔烃端基炔烃有两个主要特征吸收峰：端基炔烃有两个主要特征吸收峰：一是叁键上不饱和一是叁键上不饱和C-HC-H伸缩振动伸缩振动 C-HC-H约在约在3300cm3300cm-1-1处产生一个处产生一个中强的尖锐峰中强的尖锐峰二是二是C C C C伸缩振动伸缩振动 C-CC-C吸收峰在吸收峰在21402140 2100cm2100cm-1-1。若若C C C C位于碳链中间则只有位于碳链中间则只有 C-CC-C在在2200cm2200cm-1-1左右左右一个尖峰，强一个尖峰，强度较弱。如果在对称结构中，则该峰不出现。度较弱。如果在对称结构中，则该峰

48、不出现。第62页，共112页，编辑于2022年，星期三1-1-辛炔的红外光谱图辛炔的红外光谱图HCC(CH2)5CH3第63页，共112页，编辑于2022年，星期三芳烃的特征吸收：（与烯烃类似）芳烃的特征吸收：（与烯烃类似）=C=CH H 3000300031003100 cmcm-1-1（芳环（芳环C-HC-H伸缩振动）伸缩振动）C=C=C 165016501450 cm1450 cm-1-1（芳环骨架伸缩振动）（芳环骨架伸缩振动）面面外外=C-HC-H 900900650 cm650 cm-1 -1 用于用于确定芳烃取代类型确定芳烃取代类型（与（与芳环芳环取代基性质无关，而与取代个数有关，

49、取代基个数取代基性质无关，而与取代个数有关，取代基个数越多，即越多，即芳环上氢数目越少，振动频率越低。）芳环上氢数目越少，振动频率越低。）面面外外=C-H C-H 倍频倍频 2000200016001600 cmcm-1-1（w)用于确定芳烃取代类型用于确定芳烃取代类型4.4.芳烃芳烃第64页，共112页，编辑于2022年，星期三甲苯的红外光谱图甲苯的红外光谱图第65页，共112页，编辑于2022年，星期三相邻氢数相邻氢数取代情况取代情况 CH频率频率(cm-1)5单取代单取代770730，7106904邻位二取代邻位二取代7707351，3间位二取代间位二取代810750，7256802对位

50、二取代对位二取代860780用用 CH确定芳烃取代类型确定芳烃取代类型 CH仅与苯环上相连的氢原子个数有关，仅与苯环上相连的氢原子个数有关，而与取代基的种类无关。例如：而与取代基的种类无关。例如：第66页，共112页，编辑于2022年，星期三二甲苯三个异构体的红外光谱比较二甲苯三个异构体的红外光谱比较740800第67页，共112页，编辑于2022年，星期三5.5.醇、酚和醚醇、酚和醚特征峰：特征峰：游离游离OHOH伸缩振动伸缩振动 3600cm 3600cm-1 -1 尖峰尖峰缔合缔合OHOH伸缩振动伸缩振动 3400cm 3400cm-1 -1 又宽又强吸收峰又宽又强吸收峰C-O-O 12