第三章-红外吸收光谱分析3优秀文档.ppt
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1、第三章第三章 红外吸收光谱分析红外吸收光谱分析3.4 红外光谱法的应用红外光谱法的应用-定性分析定性分析q将试样的谱图将试样的谱图与标准物的谱图进行对照与标准物的谱图进行对照,或者,或者与文献上的谱图进行对照与文献上的谱图进行对照。q如果两张谱图各吸收峰的位置和形状完全相同,如果两张谱图各吸收峰的位置和形状完全相同,峰的相对强度一样,就可以认为样品是该种标峰的相对强度一样,就可以认为样品是该种标准物。如果两张谱图不一样,或峰位不一致,准物。如果两张谱图不一样,或峰位不一致,则说明两者不为同一化合物,或样品有杂质。则说明两者不为同一化合物,或样品有杂质。q如用计算机谱图检索,则采用相似度来判别。
2、如用计算机谱图检索,则采用相似度来判别。q使用文献上的谱图应当注意试样的物态、结晶使用文献上的谱图应当注意试样的物态、结晶状态、溶剂、测定条件以及所用仪器类型均应状态、溶剂、测定条件以及所用仪器类型均应与标准谱图相同。与标准谱图相同。已知物的鉴定已知物的鉴定未知物结构的测定未知物结构的测定测定未知物的结构,是红外光谱法定性分析的测定未知物的结构,是红外光谱法定性分析的一个重要用途。如果未知物不是新化合物,可以一个重要用途。如果未知物不是新化合物,可以通过两种方式利用标准谱图进行查对:通过两种方式利用标准谱图进行查对:(1)查阅标准谱图的谱带索引,与寻找试样)查阅标准谱图的谱带索引,与寻找试样光
3、谱吸收带相同的标准谱图;光谱吸收带相同的标准谱图;(2)进行光谱解析,判断试样的可能结构,)进行光谱解析,判断试样的可能结构,然后在由化学分类索引查找标准谱图对照核实。然后在由化学分类索引查找标准谱图对照核实。在定性分析过程中,除了获得清晰可靠的图谱在定性分析过程中,除了获得清晰可靠的图谱外,最重要的是对谱图作出正确的解析外,最重要的是对谱图作出正确的解析-谱图的谱图的解析解析。谱图解析谱图解析q谱图解析谱图解析就是根据实验所测绘的红外光谱图的就是根据实验所测绘的红外光谱图的吸收峰位置、强度和形状,利用基团振动频率吸收峰位置、强度和形状,利用基团振动频率与分子结构的关系,确定吸收带的归属,确认
4、与分子结构的关系,确定吸收带的归属,确认分子中所含的基团或键,进而推定分子的结构。分子中所含的基团或键,进而推定分子的结构。q简单地说,就是根据红外光谱所提供的信息,简单地说,就是根据红外光谱所提供的信息,正确地把化合物的结构正确地把化合物的结构“翻译翻译”出来。出来。q往往还需结合其他实验资料,如相对分子质量、往往还需结合其他实验资料,如相对分子质量、物理常数、紫外光谱、核磁共振波谱及质谱等物理常数、紫外光谱、核磁共振波谱及质谱等数据才能正确判断其结构。数据才能正确判断其结构。谱图解析步骤谱图解析步骤-准备工作准备工作q在进行未知物光谱解析之前,必须对样品有透彻在进行未知物光谱解析之前,必须
5、对样品有透彻的了解,例如样品的来源、外观,根据样品存在的了解,例如样品的来源、外观,根据样品存在的形态,选择适当的制样方法;注意视察样品的的形态,选择适当的制样方法;注意视察样品的颜色、气味等,它们住往是判断未知物结构的佐颜色、气味等,它们住往是判断未知物结构的佐证。证。q还应注意样品的纯度以及样品的元素分析及其它还应注意样品的纯度以及样品的元素分析及其它物理常数的测定结果。元素分析是推断未知样品物理常数的测定结果。元素分析是推断未知样品结构的另一依据。结构的另一依据。q样品的相对分子质量、沸点、熔点、折光率、旋样品的相对分子质量、沸点、熔点、折光率、旋光率等物理常数,可作光谱解释的旁证,并有
6、助光率等物理常数,可作光谱解释的旁证,并有助于缩小化合物的范围。于缩小化合物的范围。谱图解析步骤谱图解析步骤-确定未知物的不饱和度确定未知物的不饱和度 q由元素分析的结果可求出化合由元素分析的结果可求出化合 物的经验物的经验式,由相对分子质量可求出其化学式,式,由相对分子质量可求出其化学式,并求出不饱和度。并求出不饱和度。从不饱和度可推出化从不饱和度可推出化合物可能的范围。合物可能的范围。q不饱和度不饱和度是表示有机分子中碳原子的不是表示有机分子中碳原子的不饱和程度。饱和程度。不饱和度不饱和度 的经验公式的经验公式 若分子中仅含一,二,三,四价元素(若分子中仅含一,二,三,四价元素(H,O,N
7、,C),则可按下式进行不饱和度的计算),则可按下式进行不饱和度的计算(二价原(二价原子如子如S、O等不参加计算)等不参加计算)。:=(2+2n4+n3 n1)/2 n4,n3 ,n1 分别为分子中四价,三价,一价分别为分子中四价,三价,一价元素数目。元素数目。计算计算C4H8O2的不饱和度:的不饱和度:计算计算C8H7N的不饱和度:的不饱和度:=1-8/2+4=1 =1-(1-7)/2+8=6能斯特灯:氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结制成的中空或实心圆棒,直径1-3 mm,长20-50mm;由元素分析的结果可求出化合 物的经验式,由相对分子质量可求出其化学式,并求出不饱和度。如用计算机谱图检索,则采
8、用相似度来判别。附图A3 氯烷基硅氧烷做偶联剂研制的杀菌剂产品在常温时测定的IR谱图(1)光源:所用光源通常是一种惰性固体,用电加热使之发射高强度连续红外辐射。红外光谱法对试样的要求=2:可能有 两个双键和脂环,也可能有一个叁键;Uv-vis样品放在单色器的后面。如果样品为新化合物,则需要结合紫外、质谱、核磁等数据,才能决定所提的结构是否正确。附图A1 固载氯烷基硅氧烷原料硅胶在常温时测定的IR谱图=2:可能有 两个双键和脂环,也可能有一个叁键;如CS2(1350-600cm-1)和CCl4(4000-1350 cm-1)等。根据官能团的初步分析可以排除一部分结构的可能性,肯定某些可能存在的结
9、构,并初步可以推测化合物的类别。色散型红外光谱仪-工作原理图(1)萨特勒(Sadtler)标准红外光谱图红外光谱在水不溶性杀菌剂研究中的应用IR中,样品放在光源和单色器之间。谱图解析步骤谱图解析步骤-确定未知物的不饱和度确定未知物的不饱和度q=0:表示分子是饱和的,应是链状烃及表示分子是饱和的,应是链状烃及其不含双键的衍生物。其不含双键的衍生物。q=1:可能有一个双键或脂环;可能有一个双键或脂环;q=2:可能有可能有 两个双键和脂环,也可能有两个双键和脂环,也可能有一个叁键;一个叁键;q=4:可能有一个苯环等。可能有一个苯环等。谱图解析步骤谱图解析步骤-官能团分析官能团分析根据官能团的初步分析
10、可以排除一部分根据官能团的初步分析可以排除一部分结构的可能性,肯定某些可能存在的结构,结构的可能性,肯定某些可能存在的结构,并初步可以推测化合物的类别。并初步可以推测化合物的类别。解:1)=1-8/2+8=5(1)萨特勒(Sadtler)标准红外光谱图=0:表示分子是饱和的,应是链状烃及其不含双键的衍生物。如甲基(-CH3)2960cm-1(as),2870cm1(s),1470cm-1、1380cm-1(C-H剪式及面内摇摆)。附图A3 氯烷基硅氧烷做偶联剂研制的杀菌剂产品在常温时测定的IR谱图=0:表示分子是饱和的,应是链状烃及其不含双键的衍生物。将12mg试样与200mg纯KBr研细均匀
11、,置于模具中,用(510)107Pa压力在油压机上压成透明薄片,即可用于测定。若分子中仅含一,二,三,四价元素(H,O,N,C),则可按下式进行不饱和度的计算(二价原子如S、O等不参加计算)。计算C4H8O2的不饱和度:红外光谱法对试样的要求也可将试样溶解在低沸点的易挥发溶剂中,涂在盐片上,待溶剂挥发后成膜测定。干涉型(傅立叶变换红外光谱仪)谱图解析步骤-官能团分析官能团分析官能团分析(1)(1)特征频率区特征频率区:红外光谱中:红外光谱中4000cm4000cm-1-1 1300cm 1300cm-1-1的高频区的高频区称为特征频率区。主要是称为特征频率区。主要是X-HX-H、三键三键(C
12、C N N)及双键及双键(C=C,C=O)C=C,C=O)的伸缩振动。的伸缩振动。(2)(2)指纹区指纹区:红外光谱的:红外光谱的1300cm1300cm-1-1 600cm 600cm-1-1的低频区称为的低频区称为指纹区。指纹区。主要是各种单键(主要是各种单键(C-N,C-O,C-C)C-N,C-O,C-C)的伸缩振动及的伸缩振动及各种弯曲振动的吸收峰。各种弯曲振动的吸收峰。(3)(3)相关峰相关峰:习惯上把同一官能团的不同振动方式而产生:习惯上把同一官能团的不同振动方式而产生的红外吸收峰称为相关峰。如甲基的红外吸收峰称为相关峰。如甲基(-CH(-CH3 3)2960cm)2960cm-1
13、-1(asas),2870cm2870cm1 1(s s),1470cm1470cm-1-1 、1380cm1380cm-1-1 (C-HC-H剪式及面内剪式及面内摇摆摇摆)。图谱解析图谱解析图谱的解析主要是靠长期的实践、经验的积累,至今仍图谱的解析主要是靠长期的实践、经验的积累,至今仍没有一一个特定的办法。一般程序是先官能团区,后指没有一一个特定的办法。一般程序是先官能团区,后指纹区;先强峰后弱峰;先否定后肯定。纹区;先强峰后弱峰;先否定后肯定。首先在官能团区(首先在官能团区(40001300cm-1)搜寻官能团的特)搜寻官能团的特征伸缩振动,再根据指纹区的吸收情况,进一步确认该征伸缩振动,
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