振动光谱最新版本课件.ppt

《振动光谱最新版本课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《振动光谱最新版本课件.ppt（290页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第三章振动光谱Vibrational Spectroscopy(IR&Raman Spectra)谭红琳精品课件 第一节 振动光谱的基本原理 第二节 红外光和红外光谱 第三节 红外光谱的应用 第四节 拉曼光谱 第五节 拉曼光谱与红外光谱分析方法比较 第六节 拉曼光谱原理及应用精品课件红外和拉曼光谱统称为分子振动光谱但它们分别对基团的偶极矩和极化率的变化敏感 红外（Infrared 缩写为IR）和拉曼（Raman）光谱在材料领域的研究中占有十分重要的地位 它们研究材料的化学和物理结构及其表征的基本手段 红外光谱为极性基团的鉴定提供最有效的信息 拉曼光谱对研究物质的骨架特征特别有效 在研究高聚物结

2、构的对称性方面，红外和拉曼光谱两者可相互补充。一般非对称振动产生强的红外吸收，而对称振动则出现显著的拉曼谱带。红外和拉曼分析法相结合，可以更完整地研究分子的振动和转动能级，从而更可靠地鉴定分子结构精品课件第一节 振动光谱的基本原理一、电磁辐射电磁辐射即电磁波、辐射能，是一种以极快的速度穿过空间的能量。1873年J C Maxwell提出光是电磁波的一种形式，电磁波谱包括无线电波、微波、红外光、可见光、紫外光、X射线和射线。光具有波粒二相性，可用波长()、频率()和波数()来描述。将光子的能量与其频率联系起来了。爱因斯坦方程（微粒性）：精品课件电磁辐射的特性：具有光的吸收、发射、折射、反射、偏振

3、等特性。光谱分析方法则利用辐射能的某一特性，通过测量能量作用于待测物质后产生的辐射信号的分析方法。如：散射特征拉曼散射分析二、分子光谱与原子光谱吸收特性吸收光谱（红外、紫外、NMR）发射特性发射光谱法（荧光光谱、磷光光谱）1、原子运动与原子光谱原子的运动主要是电子在原子核周围运动，因此原子运动的能量叫电子能，是电子在核周围运动、电子与电子之间以及电子与核之间的作用产生的。原子光谱是原子中电子能级跃迁产生的光谱。包括原子吸收与发射光谱。精品课件2、分子运动与分子光谱与原子运动相比，分子运动较复杂，主要有分子的整个平动、分子绕其质心的转动、分子中原子核的振动及分子中电子的运动。各状态的能量为平动能

4、、转动能、振动能和电子能。分子的总能量由以下几种能量组成：3、光谱分析法的分类l按物质吸收和产生的辐射能分：XRD、紫外光谱、红外、NMR、拉曼光谱l按作用物质的微粒分：原子与分子光谱l按分子或原子能级跃迁方向分：吸收和发射光谱精品课件光谱分析法的分类图精品课件 在分子光谱中，根据电磁波的波长()划分为几个不同的区域，如下图所示：精品课件 第一节 振动光谱的基本原理 三、定义及分类 所谓振动光谱是指物质分子或原子基团的振动所产生的光谱。如果将透过物质的电磁辐射用单色器加以色散，使波长按长短依次排列，同时测量在不同波长处的辐射强度，得到的是吸收光谱。如果用的光源是红外光谱范围，即0.78-100

5、0m，就是红外吸收光谱。如果用的是强单色光，例如激光，产生的是激光拉曼光谱。精品课件 电磁波与物质的作用：E=h=hc/电磁波的产生与两个能态上粒子的跃迁有关。在不同能量电磁波作用下,物质的不同状态将出现共振吸收(Resonance),形成共振谱。精品课件 在不同能量电磁波作用下,物质的不同状态将出现共振吸收(Resonance),形成共振谱。精品课件物质的能量状态与对应的共振谱精品课件 四、分子振动模型 1、双原子分子振动模型 双原子分子是很简单的分子，其振动形式是很简单的，如 HCl分子，它只有一种 振动形式，即伸缩振动。双原子分子的振动可以近似地看作为简谐振动，由经典力学的HOOK定律可

6、以推导出该体系的 振动频率公式：式中：v 为振动波数；K为化学键的键力常数（达因/厘米）；C为光速；M为两原子的折合质量（克）；m1 m2为两个原子的质量=2C精品课件,2、多原子分子振动模型（1）简正振动 多原子分子的振动是复杂的，但可以把它们的振动分 解成许多简单的基本振动单元，这些基本振动 称为简正振动。简正振动具有以下特点：1）振动的运动状态可以用空间自由度（坐标）来表示，体系中的每一质点具有XYZ三个自由度；2）振动过程中，分子质心保持不变，分子整体不转动；3）每个原子都在其平衡位置上作简谐振动，各原子的振动频率及位相相同，即各原子在同一时间通过其平衡位置，又在同一时间达到最大的振动

7、位移；4）分子中任何一个复杂振动都可以看成这些简正振动的线性组合。精品课件（3）简正振动的数目 简正振动的数目称为振动自由度。每个振动自由度对应于IR谱图上的一个基频吸收带。分子的总自由度取决于构成分子的原子在空间中的位置。每个原子空间位置可以用直角坐 标系中x、y、z三个坐标表示，即有三个自由度。显然，由n个原子组成的分子，具有3n个总 自由度，即有3n种运动状态，而3n种运动状态包括了分子的振动、平动和转动。精品课件 即:3n=振动自由度+平动自由度+转动自由度 振动自由度=3n-平动自由度-转动自由度 对于非线性分子，振动自由度=3n-6 对于线性分子，振动自由度=3n-5理论上，每个振

8、动自由度（基本振动数）在红外光谱区均产生一个吸收峰带 精品课件（2）简正振动的基本类型精品课件2 多原子分子的振动类型和振动自由度1）振动类型精品课件CH2振动类型及自由度as s i o.o.p高频 低频精品课件精品课件 红外各种峰之间的关系基频峰：1、2、3、4、5倍频峰：2 1、22、2 3、24 组合频峰：1+2、21+2、1+22 频 差频峰：1-2、21-2、1-3 峰精品课件 峰数往往少于基本振动数目（振动自由度），原因有以下几点：精品课件 例1：H2O（非极性分子）振动自由度=3*3-6=3振动形式：吸收峰波数:精品课件精品课件 例2：CO2（极性分子）振动自由度=3*3-5=

9、4 振动形式：振动相同，简并状态 Vs振动为非活性振动，振动波数1388cm-1，但不吸收红外光。注:+表示垂直屛面向内移动，-表示垂直屛面向外移动。精品课件CO2分子的基本振动形式及IR光谱2349 cm-1667cm-1 精品课件三、振动吸收的条件 1、振动的频率（IR）与光谱中某段频率相同，或者说，IR光的某些光子能量要与振动能相吻合。必要条件 2、振动必须引起偶极矩变化，才是IR活性的。即正负电荷中心的间距发生变化。IR活性振动。3、如果振动引起极化率变化，才是Raman活性的。在电磁波的作用下，正负电荷出现诱导偶极矩，有些振动是红外活性的，但非拉曼活性，有些相反。有些是双活性的，有些

10、是双非活性的。精品课件四、晶格振动 1、把晶格看作网络大分子，晶胞是其基本组成单元，分析晶胞中原子的振动模型。2、络阴离子团进入晶格后，可视为独立单元看作。精品课件五、吸收谱带的强度 红外吸收谱带的强度决定于偶极矩的变化大小。振动时偶极矩变化越大，吸收强度愈大。一般极性比较强的分子或基团吸收强度都比较大。例如C=C，C=N，C-C，C-H等化学键的振动吸收谱带都比较弱；而C=O，Si-O,C-Cl,C-F等的振动，其吸收谱带就很强。精品课件第二节 红外光和红外光谱 1800年 英国天文学家Hershl发现红外光（又称红外辐射或红外线）。物质因受红外光的作用，引起分子或原子基团的振动（热振动），

11、从而产生对红外光的吸收。利用物质对不同波长红外光的吸收程度进行研究物质分子的组成和结构的方法，称为红外吸收光谱法，常以IR表示。精品课件 1、红外光 红外光是一种电磁波，它的波长介于可见光、红色光和微波的波长之间的一段电磁辐射区，波长在0.77-1000m，并可按波长不同划分三个区域：1.近红外（NIR）区：0.752.5m（133004000cm-1）2.中红外（MIR）区：2.525m（4000400cm-1）3.远红外（FIR）区：251000m（40010cm-1）注：波数（cm-1）1/（cm）104/（m）精品课件 2 红外吸收的基本原理 能量在4,000-400cm-1的红外光可

12、以使样品产生振动能级与转动能级的跃迁。分子在振动和转动过程中只有伴随偶极矩变化的键才有红外活性。因为分子振动伴随偶极矩改变时，分子内电荷分布变化会产生交变电场，当其频率与入射辐射电磁波频率相等时才会产生红外吸收。精品课件 3、红外光谱图 红外吸收光谱图：不同频率IR光辐射于物质上，导致不同透射比，以纵座标为透过率，横座标为频率，形成该物质透过率随频率的变化曲线，即红外吸收光谱图。红外谱便 图中，横坐标：吸收波长()或波数()。吸收峰位置。纵坐标：透过率(T%)或吸光度(A)。吸收峰强度。精品课件v红外光谱图的特征：v（1）谱带的数目：即振动数目。它与物质的种类、基团存在与否有关，与对称有关，与

13、成分复杂程度有关。v（2）谱带的位置：与元素种类及元素价态有关：元素轻则高波数，元素重则低波数；高价则高波数，低价则低波数。（回忆v 与M、K的关系）v（3）谱带的强度：与样品的厚度、种类及其含量有关，与偶极矩变化有关。IR可对某一基团定量分析。v（4）谱带的形状：与结晶程度及相对含量有关。结晶差说明晶体结构中键长与键角有差别，引起振动频率有一定变化范围，每一谱带形状就不稳定。可用半高宽表示（width at half full maximum,WHFM)。精品课件吸收强度的 强度决定于振动时偶极矩变化大小。偶极矩变化愈大，吸收强度愈大；偶极矩变化愈小，吸收强度愈小；没有偶极矩变化,则不产生红

14、外吸收。例：VC=O 吸收强度大于 VC=C。对称烯、炔等无吸收峰或吸收峰很弱。吸收强度的表示：vs(偶极矩变化 200)、s(=75200)、m(=2575)、w(=525)、vw(5)。4 红外吸收峰的强度精品课件5、红外光谱的表示方法 红外光谱是研究波数在4000 200cm-1范围内不同波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。谱图以波长或波数为横坐标，以透光度为纵坐标而形成。透光度以下式表示：I：表示透过光的强度；I0：表示入射光的强度。精品课件5精品课件精品课件 横坐标：波数()4004000 cm-1；表示吸收峰的位置。纵坐标：透过率（T%），表示吸收强度。T，表明吸收的越好，故曲线

15、低谷表示是一个好的吸收带。精品课件第三节、分子振动与红外光谱 1、分子的振动方式(1)伸缩振动：精品课件(2)弯曲振动：值得注意的是：不是所有的振动都能引起红外吸收，只有偶极矩()发生变化的，才能有红外吸收。H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。HCCH、RCCR，其CC（三键）振动也不能引起红外吸收。精品课件 2.振动方程式（Hooke定律）式中：k 化学键的力常数，单位为N.cm-1 折合质量，单位为 g力常数k：与键长、键能有关：键能（大），键长(短)，k。化学键键长（nm）键能（KJmol-1）力常数 k（N.cm-1）波数范围（cm-1）CC 0.154 347.3

16、4.5 7001200CC 0.134 610.9 9.6 16201680CC 0.116 836.8 15.6 21002600精品课件表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）键类型 CC C=C C C 力常数 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰 位 4.5m 6.0 m 7.0 m 精品课件 分子振动频率习惯以(波数)表示：由此可见：(v）k，(v)与成反比。化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。总结：产生红外光谱的必要条件是：1、红外辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能满足分子振动能级跃迁所需的能量，而产生吸收光谱

17、。2、必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收光谱。精品课件3 有机化合物基团的特征频率 总结大量红外光谱资料后，发现具有同一类型化学键或官能团的不同化合物，其红外吸收频率总是出现在一定的波数范围内，我们把这种能代表某基团，并有较高强度的吸收峰，称为该基团的特征吸收峰(又称官能团吸收峰)。例：2800 3000 cm-1 CH3 特征峰；1600 1850 cm-1 C=O 特征峰；基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：CH2COCH2 1715 cm-1 酮CH2COO 1735 cm-1 酯CH2CONH 1680 cm-1 酰胺精品课件一、红外光谱信息区 常见的有机化合物基团

18、频率出现的范围：4000 670 cm-1依据基团的振动形式，分为四个区：(1)4000 2500 cm-1 XH伸缩振动区（X=O，N，C，S）(2)2500 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区(3)1900 1200 cm-1 双键伸缩振动区(4)1200 670 cm-1 XY伸缩，XH变形振动区精品课件二、分子结构与吸收峰1 XH伸缩振动区（4000 2500 cm-1）（1）OH 3650 3200 cm-1 确定 醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。注意区分NH伸缩振动：3500 3100 cm-1 精

19、品课件（3）不饱和碳原子上的=CH（CH）苯环上的CH 3030 cm-1=CH 3010 2260 cm-1 CH 3300 cm-1（22）饱和碳原子上的）饱和碳原子上的CHCH CH3 2960 cm-1 反对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动 CH2 2930 cm-1 反对称伸缩振动 2850 cm-1 对称伸缩振动 CH 2890 cm-1 弱吸收精品课件2 叁键（C C）伸缩振动区（2500 1900 cm-1）在该区域出现的峰较少；（1）RC CH（2100 2140 cm-1）RC CR（2190 2260 cm-1）R=R 时，无红外活性（2）RC N（2100

20、2140 cm-1）非共轭 2240 2260 cm-1 共轭 2220 2230 cm-1 仅含C、H、N时：峰较强、尖锐；有O原子存在时；O越靠近C N，峰越弱；精品课件3 双键伸缩振动区（1900 1200 cm-1）（1）RC=CR 1620 1680 cm-1 强度弱，R=R（对称）时，无红外活性。（2）单核芳烃 的C=C键伸缩振动（1626 1650 cm-1）精品课件(3)苯衍生物的C=C 苯衍生物在 1650 2000 cm-1 出现 C-H和C=C键的面内变形振动的泛频吸收（强度弱），可用来判断取代基位置。2000 1600精品课件（4）C=O（1850 1600 cm-1）

21、碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。饱和醛(酮)1740-1720 cm-1；强、尖；不饱和向低波移动；醛，酮的区分？精品课件a.酸酐的C=O 双吸收峰：18201750 cm-1，两个羰基振动偶合裂分；线性酸酐：两吸收峰高度接近，高波数峰稍强；环形结构：低波数峰强；b.羧酸的C=O 18201750 cm-1，氢键，二分子缔合体；4.XY，XH 变形振动区 1650 cm-1 指纹区(1350 650 cm-1),较复杂。C-H，N-H的变形振动；C-O，C-X的伸缩振动；C-C骨架振动等。精细结构的区分。顺、反结构区分；精品课件常见基团的红外吸收带特征区 指纹区500 1000 1500 2

22、000 2500 3000 3500C-H，N-H，O-HN-HC NC=NS-HP-HN-ON-NC-F C-XO-HO-H（氢键）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HC CC=C精品课件三、决定峰强的因素（1）振动过程中偶极矩的变化：基频峰的强度主要取决于振动过程中的偶极矩的变化。（2）能级的跃迁几率：倍频峰的强度主要取决于跃迁几率。偶极矩的影响因素：精品课件(2)、诱导效应 吸引电子基团使吸收峰向高频方向移动（蓝移）（+C）四、影响峰位变化的因素化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部因素影响。相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。R-COR C=0 1715

23、cm-1;R-COH C=0 1730cm-1；R-COCl C=0 1800cm-1;R-COF C=0 1920cm-1;F-COF C=0 1928cm-1;R-CONH2 C=0 1920cm-1;3.4.1.内部因素，电子效应（1)、成键轨道类型 例如:精品课件精品课件(3).(3).共轭效应共轭效应cm-1cm-1cm-1cm-1由于邻近原子或基团的共轭效应使原来基团中双键性质减弱,使电子云密度更趋于均匀，使单键变短，双键变长。从而使力常数减小，使吸收频率降低（-I）。精品课件精品课件共轭与诱导效应共存时的情况精品课件2).空间效应(steric effect)(1)场效应：通常只

24、有在立体结构上互相靠近 的那些基团之间才能产生F效应。精品课件(2).空间障碍（空间位阻）精品课件（3）跨环效应1675cm-1精品课件（4）环张力：随环的减少，张力增加，吸收频率增高。环外双键和环上羰基随着环的张力增加，其频率也相应增加。精品课件C H3060-3030 cm-12900-2800 cm-1C HC HC HC H1576cm-11611cm-11644cm-11781cm-11678cm-11657cm-11651cm-12222精品课件3).氢键效应(1)分子内氢键：使谱带大幅度向低频方向移动。(2)形成氢键后基团的伸缩频率都会下降。例如：乙醇的自由羟基的伸缩振动频率是3

25、640 cm-1，而其缔合物的振动频率是3350 cm-1。形成氢键还使伸缩振动谱带变宽。精品课件乙醇在不同浓度下分子间氢键的影响精品课件分子间氢键使OH基的伸缩振动吸收发生位移精品课件4).互变异构精品课件5).振动偶合效应 当两个相同基团在分子中靠得很近时，其相应的特征吸收峰常发生分裂，形成两个峰，这种现象叫振动偶合。精品课件6）.样品的物理状态的影响丙酮的羰基在气态下为1738cm-1，而在液态下为1715cm-1。通常同种物质气态的特征频率较高，液态和固态较低。例如丙酮vC=O(气)1738 cm-1，vC=O(液)1715 cm-1。溶剂也会影响吸收频率。精品课件3.3.2 外部因素

26、1.溶剂影响 极性基团的伸缩频率常常随溶剂的极性增大而降低。以羧酸的羰基为例：2.仪器的色散元件 棱镜：分辨率低 光栅：分辨率高精品课件5、红外光谱仪红外光谱仪也叫红外分光光度计第一代：用棱镜作色散元件第二代：用光栅作色散元件第三代：干涉型傅立叶变换红外光谱仪第四代：激光红外光谱仪 红外光谱仪与紫外-可见分光光度计的组成基本相同，由光源、样品室、单色器以及检测器等部分组成。两种仪器在各元件的具体材料上有较大差别。色散型红外光谱仪的单色器一般在样品池之后。精品课件红外光谱仪与实验技术一、红外光谱仪两种类型：色散型：分光原理。干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）1.色散型红外光谱仪主要部件(1)光源：能

27、斯特灯，需要预热；硅碳棒(2)单色器（3）检测器：真空热电偶。不同导体构成回路时的温差电现象，涂黑金箔接受红外辐射；局限性：受进入检测器的光强的限制，仪器的分辨率和灵敏度将随波长不断改变，从而限制了色散型红外光谱仪的发展。精品课件色散型红外光谱仪的主要部件1 光源(1)能斯特灯(2)硅碳棒(3)氧化铝棒2 单色器核心部件，主要由狭缝、准直镜、色散元件组成3 滤光器4 检测器(1)真空热电偶(2)热电量热计(3)光电管5 放大器和记录系统精品课件色散型红外光谱仪精品课件傅立叶变换红外光谱仪精品课件2.傅里叶变换红外光谱仪结构框图干涉仪光源样品室检测器显示器绘图仪计算机干涉图光谱图FTS精品课件3

28、.傅立叶变换红外光谱仪的原理与特点 光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光，通过试样后，包含的光信息需要经过数学上的傅立叶变换解析成普通的谱图。特点：(1)扫描速度极快(1s)；适合仪器联用；(2)不需要分光，信号强，灵敏度很高；(3)仪器小巧。精品课件精品课件二、制样方法二、制样方法1）气体气体池2）液体：液膜法难挥发液体（BP80C）溶液法液体池溶剂：CCl4，CS2常用。3)固体:研糊法（液体石腊法）KBr压片法：直径1012mm,厚度0.3-0.5mm薄膜法切片法：用于厚的高聚物4）纤维：分破坏和保护纤维外形方法两种。精品课件红外光谱测定中的样品处理技术（1）固体样品压片法:固体样品常用压

29、片法，它也是固体样品红外测定的标准方法。将固体样品0.5-1.0mg与150mg左右的KBr一起粉碎，用压片机压成薄片。薄片应透明均匀。压片模具及压片机因生产厂家不同而异。精品课件 调糊法:固体样品还可用调糊法(或重烃油法，Nujol法)。将固体样品(5-10mg)放入研钵中充分研细，滴1-2滴重烃油调成糊状，涂在盐片上用组合窗板组装后测定。若重烃油的吸收妨碍样品测定，可改用六氯丁二烯。薄膜法：适用于高分子化合物的测定。将样品溶于挥发性溶剂后倒在洁净的玻璃板上，在减压干燥器中使溶剂挥发后形成薄膜，固定后进行测定。常见盐片的红外透明范围为：KBr(400 cm-1)，NaCl(650 cm-1)

30、，CsI(150 cm-1)等。粉末法：是把固体样品研磨制2m左右的细粉，悬浮在易挥发的液体中，然后移至盐窗上，待溶剂挥发后即形成一均匀薄层，不适用于定量分析。精品课件（2）液体样品（液膜法）：液体样品常用液膜法。该法适用于不易挥发(沸点高于80 C)的液体或粘稠溶液。使用两块KBr或NaCl盐片，将液体滴1-2滴到盐片上，用另一块盐片将其夹住，用螺丝固定后放入样品室测量。测定时需注意不要让气泡混入，螺丝不应拧得过紧以免窗板破裂。使用以后要立即拆除，用脱脂棉沾氯仿、丙酮擦净。（3）气体样品：气体样品的测定可使用窗板间隔为2.5-10cm的大容量气体池，抽真空后，向池内导入待测气体。测定气体中的

31、少量组分时使用池中的反射镜，其作用是将光路长增加到数十米。精品课件红外吸收光谱的特点优点：（1）特征性高。几乎很少有两个不同的化合物具有相同的红外光谱。（2）无机、有机、高分子等气、液、固均可测定。（3）所需样品少，几毫克到几微克。（4）操作方便、速度快、重复性好。（5）已有的标准图谱较多，便于查阅。精品课件缺点：（1）灵敏度和精度不够高，含量小于1难于测出。（2）多用于定性分析，定量分析的准确度和灵敏度低于可见和紫外吸收光谱。（3）有些物质不能产生红外吸收光谱。例如原子（Ar、Ne、He等），单原子离子（K+、Na+、Ca2+等），同质双原子分子（H2、O2、N2 等）。（4）有些吸收峰的理

32、论解释难度大。精品课件傅立叶变换红外光谱仪的特点：1 测试速度快，质量好。2 没有狭缝限制，能量输出大，可测试透射比很低的样品3 分辨能力高，波数精确度高，普通红外光谱仪分辨能力约0.5cm-1左右，傅立叶红外光谱仪可达0.005cm-1。4 测定光谱范围宽，可研究整个红外区的光谱。精品课件6、红外光谱中的重要区段一 特征谱带区、指纹区及相关峰的概念特征谱带区：红外区域的40001333cm-1（2.57.5m）指纹区：1333 400 cm-1（7.515 m），谱带主要是C-X(X=C,N,O)单键的伸缩振动以及各种弯曲振动。相关峰：一个基团常有数种振动形式，每种红外活性的振动通常都相应产

33、生一个吸收峰。习惯上把这些相互依存而又相互可以佐证的吸收峰叫相关峰。如甲基（-CH3）相关峰有：C-H(as)2960cm-1,C-H(s)2870cm-1,C-H(as)1470cm-1,C-H(s)1380cm-1及 C-H(面外)720cm-1。精品课件红外光谱八区域详细介绍(一)O-H、N-H伸缩振动区（37503000cm-1)精品课件顺式1，2-环戊二醇的CCl4稀溶液，在3000 3700cm-1有几个峰？3620及3455cm-1A与B两个化合物在3000 3700cm-1有何不同？精品课件(二)不饱和烃和芳烃C-H伸缩振动区（33003000cm-1）精品课件下列化合物(A)

34、与（B)在C-H伸缩区域中有何区别？精品课件(三）饱和烃的C-H和醛基C-H伸缩振动区（30002700cm-1)精品课件（四）三键对称伸缩区（24002100cm-1)精品课件下列化合物在红外区域内可能有那些吸收？精品课件(五）羰基的伸缩振动区（19001650 cm-1）精品课件精品课件精品课件精品课件(六）双键的对称伸缩振动区（16801500 cm-1）精品课件精品课件(七）C-H弯曲振动区（面内）（14751300 cm-1）精品课件（八）C-H弯曲振动区（面外）（1000650cm-1)精品课件芳香族化合物的特征吸收精品课件精品课件精品课件精品课件5、红外谱图解析解释红外谱图的三要

35、素：1、谱峰的位置：即谱带的特征振动频率，是对官能团进行定性分析的基础。2、谱带的形状：包括谱带是否有分裂，可用以研究分子内是否存在缔合以及分子的对称性、旋转异构、互变异构。3、谱带的强度：是与分子振动时偶极矩的变化率有关，但同时又与分子的含量成正比，因此可作为定量分析的基础。Analysis of infrared spectrographAnalysis of infrared spectrograph精品课件测定未知化合物：1.准备性工作：了解试样的来源、纯度、熔点、沸点等；红外谱图解析的基本步骤：鉴定已知化合物：1.观察特征频率区：判断官能团，以确定所属化合物的类型。2.观察指纹区：进

36、一步确定基团的结合方式。3.对照标准谱图验证。精品课件解析技术 1、直接查对谱图这种直接对谱图的方法往往最直接，也是最直接。材料方面常用的图集有以下两种1）萨特勒（sedtler)谱图收集了比较多的化合物的红外光谱图，由美国费城萨特勒研究室编制。2）赫梅尔（Hummel)和肖勒（Scholl)等一书3）傅里叶变换红外光谱仪已能用计算机检索精品课件2、否定法 如果已知某波数区的谱带对于某个基团是特征的，那么当这个波数区没有出现谱带时，就可以判断在分子中不存在这个基团。如果在1735cm-1附近没有吸收带，就可以判断没有脂基存在；如果3700-3100cm-1没有吸收带，就可以排除N-H和O-H基

37、团的存在。精品课件精品课件3、肯定法 这种分析方法主要针对谱图上强的吸收带，确定属于什么官能团，然后再分析具有较强特征性的吸收带，如在2240cm-1出现吸收峰，可确定含有氰基。在高聚物中含有氰基的不多，可以进一步判断是含有丙烯氰类的聚合物。有些吸收谱带可能含有多种基团重叠，这样只依据基团的一种振动形式就不容易确定，需要分析基团的各种振动频率。精品课件例1.下列（A），（B），（C）三种化合物将分别在IR光谱中哪一段有吸收？各因什么振动类型引起？精品课件(B)(C)精品课件精品课件精品课件精品课件1烷烃（CH3，CH2，CH）(CC,CH)-（CH2）n-nas1460 cm-1 s1380

38、cm-1CH3CH2 s1465 cm-1CH2 r 720 cm-1（水平摇摆）重叠CH2 对称伸缩2853cm-110CH3 对称伸缩2872cm-110 CH2不对称伸缩2926cm-110 CH3不对称伸缩2962cm-110 3000cm-1 精品课件HC 1385-1380cm-11372-1368cm-1C H3C H3CH3s CC骨架振动 1:11155cm-11170cm-1CC H3C H31391-1381cm-11368-1366cm-14:5 1195 cm-1 CC H3C H3C H31405-1385cm-11372-1365cm-11:21250 cm-1a

39、)由于支链的引入，使CH3的对称变形振动发生变化。b)CC骨架振动明显精品课件c)CH2面外弯曲振动(CH2)n，证明长碳链的存在。n=1 770785 cm-1（中）n=2 740 750 cm-1（中）n=3 730 740 cm-1（中）n 722 cm-1（中强）d)CH2和CH3的相对含量也可以由1460 cm-1和1380 cm-1的峰 强度估算强度cm-11500 1400 1300正二十八烷cm-11500 1400 1300正十二烷cm-11500 1400 1300正庚烷精品课件精品课件2.烯烃，炔烃伸缩振动变形振动a)C-H 伸缩振动(3000 cm-1)3080 cm-

40、1 3030 cm-1 3080 cm-1 3300 cm-1 3030 cm-1（C-H）3080-3030 cm-1 2900-2800 cm-1 3000 cm-1 精品课件b)C=C 伸缩振动(1680-1630 cm-1)1660cm-1 分界线（C=C）反式烯三取代烯四取代烯1680-1665cm-1 弱，尖顺式烯乙烯基烯亚乙烯基烯1660-1630cm-1 中强，尖精品课件 分界线1660cm-1 顺强，反弱 四取代（不与O，N等相连）无（C=C）峰 端烯的强度强 共轭使（C=C）下降20-30 cm-1 2140-2100cm-1（弱）2260-2190 cm-1（弱）总结精品

41、课件c)C-H 变形振动(1000-700 cm-1)面内变形（=C-H）1400-1420 cm-1（弱）面外变形（=C-H）1000-700 cm-1（有价值）（=C-H）970cm-1（强）790-840cm-1（820cm-1）610-700cm-1（强）2：1375-1225cm-1（弱）（=C-H）800-650cm-1（690 cm-1）990cm-1910 cm-1（强）2：1850-1780cm-1 890cm-1（强）2：1800-1780cm-1 精品课件谱图举例精品课件精品课件对比烯烃顺反异构体精品课件3.醇（OH）OH，COa)-OH 伸缩振动(3600 cm-1)b

42、)碳氧伸缩振动(1100 cm-1)游离醇，酚伯-OH 3640cm-1仲-OH 3630cm-1叔-OH 3620cm-1酚-OH 3610cm-1（OH）（C-O）1050 cm-11100 cm-11150 cm-11200 cm-1支化：-15 cm-1不饱和：-30 cm-1精品课件OH基团特性 双分子缔合（二聚体）3550-3450 cm-1多分子缔合（多聚体）3400-3200 cm-1分子内氢键：分子间氢键：多元醇（如1，2-二醇）3600-3500 cm-1螯合键（和C=O，NO2等）3200-3500 cm-1多分子缔合（多聚体）3400-3200 cm-1 分子间氢键随浓

43、度而变，而分子内氢键不随浓度而变。水（溶液）3710 cm-1水（固体）3300cm-1结晶水 3600-3450 cm-1精品课件精品课件脂族和环的C-O-C as 1150-1070cm-1 芳族和乙烯基的=C-O-Cas 1275-1200cm-1（1250cm-1）s 1075-1020cm-14.醚（COC）脂族 R-OCH3 s(CH3)2830-2815cm-1 芳族 Ar-OCH3 s(CH3)2850cm-1 精品课件5醛、酮精品课件精品课件6羧酸及其衍生物羧酸的红外光谱图精品课件 酰胺的红外光谱图精品课件不同酰胺吸收峰数据精品课件 酸酐和酰氯的红外光谱图精品课件氰基化合物的

44、红外光谱图CN=2275-2220cm-1精品课件硝基化合物的红外光谱图AS（N=O）=1565-1545cm-1S（N=O）=1385-1350cm-1脂肪族芳香族S（N=O）=1365-1290cm-1AS（N=O）=1550-1500cm-1精品课件该化合物是芳香族还是脂肪族？是否为醇类？是否为醛、酮、酸类？是否含有双键或三键？精品课件该化合物是芳香族还是脂肪族？在40001000 cm-1区域中，可能有那些基团？没有那些基团？精品课件精品课件 经元素分析确定实验式；有条件时可有MS谱测定相对分子量，确定分子式；根据分子式计算不饱和度，其经验公式为：=1+n4+1/2（n3 n1）式中：

45、代表不饱和度（缺氢指数）；n1、n3、n4分别代表分子中一价、三价和四价原子的数目。双键和饱和环状结构的为1、三键为2、苯环为4。例：C9H8O2=（2+29 8）/2=6 2.按鉴定已知化合物的程序解析谱图。精品课件6未知物结构确定1.未知物Structure determination of compounds精品课件2.推测C4H8O2的结构解：1）=1-8/2+4=1 2）峰归属 3）可能的结构精品课件3.推测C8H8纯液体解：1）=1-8/2+8=52）峰归属 3）可能的结构 精品课件4.C8H7N，确定结构解：1）=1-（1-7）/2+8=6 2）峰归属 3）可能的结构精品课件7、

46、高聚物的特征谱带高聚物由许多的原子组成其振动自由度的数值很大，照理高聚物的IR谱图中存在大量的吸收谱带，谱图异常的复杂。然而事实上，它们的谱图比其单体还简单。其原因有二：1）高聚物是由重复单元组成的，各重复单元的简正振动频率相近，以致在光谱上只能看到一个吸收峰。2）高聚物的选择定则严格，唯有少数才有红外或拉曼活性。高聚物的谱带类型：单质型谱带：类似于高分子链中重复结构单元的小分子的谱带。聚合物型谱带构象谱带：与构象有关。立构规整性谱带构象规整性谱带结晶谱带：结晶中相邻分子链间相互作用形成精品课件本节重点 振动能级与红外光谱的关系 分子的振动类型，吸收峰数目与分子自由度的关系 决定峰强、峰位的影

47、响因素 特征区、指纹区及相关峰的概念 红外光谱八大重要区域及相关振动类型 根据红外光谱吸收确定双键、苯环取代模式 红外光谱在解析结构中的应用精品课件第三节 红外光谱的应用1 煤、石油化工产品、染料、药物、食品、生物制品、环保等有机化合物、产品的纯度、基团的鉴定、异构体的鉴别、分子结构的推断、化学反应机理的研究、定量分析等。2 合成纤维、橡胶、塑料、涂料、粘合剂等高聚物研究，用于单体、聚合物、添加剂等的定性、定量和结构分析。3 用于高聚物力学性能、聚合反应和光热老化机理的研究。高聚物中无机填料的鉴别，催化剂表面结构，化学吸附和催化反应机理的研究等。4 用于粘土、矿石、矿物等类型的鉴别及其某些加工

48、工艺过程的研究。如Si3N4中杂质Si02及Si/N比的测定，光纤中杂质OH基的测定，半导体材料中O2、C等杂质元素的测定等。精品课件 一、红外光谱在晶体研究中的应用 1、矿物红外光谱特征 矿物红外光谱反映矿物化学成分、结构特征，矿物大多数属离子化合物，具各种阴离子团（硅酸盐、碳酸盐、硼酸盐、磷酸盐、硫酸盐、钨酸盐、钼酸盐、砷酸盐、钒酸盐、铬酸盐），振动强大、稳定。矿物红外光谱能较快测出各种阴离子团，以阴离子团再研究相关的阳离子成分及矿物成分结构。具同一阴离子团矿物类，吸收频率、强度是一致的，因此利用矿物阴离子团及特征吸收频率，通过相应的研究能迅速测定矿物。精品课件矿物阴离子团及特征吸收频率（

49、cm-1）OH-37002900PO43-1200940、650540SiO44-1175860、540470SO42-12101040、680570VO43-930730U2O7900880、480470、280270WO42-850780、720200精品课件矿物阴离子团特征吸收频率（cm-1）AsO43-880770BO33-15001300、950850、700400BO45-880700、700400CO32-15301320、1001040、890800、745670CrO42-900820HCO32-33002000、19301840、17001600、1000940840830

50、、710690、670640H2O 36503000、17001590MoO42-850780、700200NO3-18101730、15201280、10601020、850800、770715精品课件矿物名称特征吸收频率（cm-1）萤石275方解石721、873881、14351410白云石729菱铁矿737菱镁矿748菱锌矿743菱锰矿727白铅矿1410、677文石1471、707、692精品课件石英512515、778780、796800、10841085微斜长石1142、1134、1120、1100、768、742、728、648、602、584、535、463、428、398高岭