红外光谱原理及应用_精品文档PPT格式课件下载.ppt

1、-OH，-NH，-CH的特征吸收区（组成及定量分析）的特征吸收区（组成及定量分析）o中红外区（基本振动区中红外区（基本振动区4000400cm-1）：绝大多数有机和无机化合物的化学键振动基频区（分绝大多数有机和无机化合物的化学键振动基频区（分 子中原子的振动及分子转动），子中原子的振动及分子转动），化合物鉴定的重要区域化合物鉴定的重要区域o远红外区（转动区远红外区（转动区40010cm-1）：金属有机化合物的键振动（分子转动、晶格振动金属有机化合物的键振动（分子转动、晶格振动）红外特征吸收产生的条件及其特异性红外特征吸收产生的条件及其特异性o 产生红外特征吸收的必要条件：产生红外特征吸收的必要

2、条件：辐射光子应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量辐射光子应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量辐射与物质间有相互耦合作用辐射与物质间有相互耦合作用对称分子：对称分子：无偶极矩，辐无偶极矩，辐射不能引起共振，无红外射不能引起共振，无红外活性。活性。N2、O2、Cl2等。等。拉曼光谱拉曼光谱非对称分子：非对称分子：有偶极矩，有偶极矩，有红外活性有红外活性红外特征吸收产生的条件红外特征吸收产生的条件红外光谱红外光谱双原子分子中化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧：双原子分子中化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧：红外特征吸收产生的特异性红外特征吸收产生的特异性k 化学键力常数。反映化学键强弱，键

3、对变形、伸展运动的阻力。化学键力常数。双原子分子的折合质量双原子分子的折合质量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：o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）、原子折合质越大）、原子折合质量越小，则化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高量越小，则化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区波数区在一般情况下，分子的转动和振动处于基态在一般情况下，分子的转动和振动处于基态当物质被红外光照射时，分子的转动和振动将吸收红外当物质被红外光照射时，分子的转动和振动将吸收红外光而发生能级跃迁光而发生能级跃迁 特定分子或化学键吸收特定频率的红外光，特定分子或

4、化学键吸收特定频率的红外光，称之为基团或化学键的特性频率称之为基团或化学键的特性频率o不同基团或化学键的特性频率不同；不同基团或化学键的特性频率不同；o同一基团或化学键的特性频率在不同物质中出现时吸收同一基团或化学键的特性频率在不同物质中出现时吸收位置相对固定位置相对固定。主要有机基团红外振动特征频率主要有机基团红外振动特征频率o饱和烃：饱和烃：2800-3000cm-1，归属为，归属为-CH3，-CH2，-CH中中C-H的伸缩振动的伸缩振动o烯烃：烯烃：1650 cm-1，归属为，归属为C=C的伸缩振动的伸缩振动o炔烃：炔烃：2100 cm-1，归属为，归属为CC的伸缩振动的伸缩振动o酮、醛

5、、酸或酰胺中的羰基：酮、醛、酸或酰胺中的羰基：1700 cm-1o脂肪化合物中的脂肪化合物中的-OH的振动吸收：的振动吸收：3600-3700 cm-1o无机盐中基团的红外吸收无机盐中基团的红外吸收 无机物固体在中红外区无机物固体在中红外区（400-4000cm-1）有指纹振动有指纹振动吸收，反映结构的短程有序度吸收，反映结构的短程有序度 表征催化剂的结构、组成表征催化剂的结构、组成红外光谱中的重要波段红外光谱中的重要波段o特征区：特征区：即即化学键和基团的特征振动频率区。化学键和基团的特征振动频率区。在该区域在该区域出现的吸收峰一般用于鉴定官能团的存在，特征吸收峰出现的吸收峰一般用于鉴定官能

6、团的存在，特征吸收峰发生在发生在4000 1333 cm-1的区域。这些吸收峰特征性强，的区域。这些吸收峰特征性强，比较稀疏，容易辨认，因此把这一区域叫特征谱带区。比较稀疏，容易辨认，因此把这一区域叫特征谱带区。o指纹区：指纹区：红外吸收光谱中红外吸收光谱中1333-400 cm-1的低频区通常称的低频区通常称为指纹区为指纹区。该区域出现的谱带主要是单键的伸缩振动以。该区域出现的谱带主要是单键的伸缩振动以及各种弯曲振动引起的。这一区域谱带特别密集，对分及各种弯曲振动引起的。这一区域谱带特别密集，对分子结构的变化极为敏感，结构上的微小变化往往导致光子结构的变化极为敏感，结构上的微小变化往往导致光

7、谱上的显著不同，如同人的指纹一样。谱上的显著不同，如同人的指纹一样。吸收峰的强度吸收峰的强度o红外吸收峰强度通常用峰高和峰面积表示，峰高或峰面红外吸收峰强度通常用峰高和峰面积表示，峰高或峰面积越大，吸收强度越大。积越大，吸收强度越大。o红外吸收强度（用摩尔吸光系数表示）与偶极距随核间红外吸收强度（用摩尔吸光系数表示）与偶极距随核间距变化率的平方成正比距变化率的平方成正比 根据这一原则，可以定性地说，振动过根据这一原则，可以定性地说，振动过程中偶极矩变化幅度越大，吸收强度越大。程中偶极矩变化幅度越大，吸收强度越大。分子中基团的基本振动形式分子中基团的基本振动形式甲基的振动形式甲基的振动形式伸缩振

8、动伸缩振动 甲基：甲基：变形振动变形振动 甲基甲基对称对称s s（CH（CH3 3）1380）1380-1-1 不不对称对称asas（CH（CH3 3）1460）1460-1-1对称对称 不对称不对称s s（CH（CH3 3）asas（CH（CH3 3）2870 2870-1-1 2960 2960-1-1 （CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。（CH3）2930 cm-1，2850cm-1。C2H4O1730cm-11165cm-12720cm-1HHHHOCC各类有机化合物的特征吸收简介各类有机化合物的特征吸收简介烷烃烷烃甲基环己烷的红外光谱图甲基环己烷的红外光谱图C-H伸缩振

9、动伸缩振动3000cm-1 C-H弯曲振动弯曲振动烯烃烯烃环己烯的红外光谱图环己烯的红外光谱图=C-H伸缩振动伸缩振动3000cm-1-C-H伸缩振动伸缩振动C=C伸缩振动伸缩振动16701640cm-1C-H弯曲振动弯曲振动芳烃芳烃乙苯的红外光谱图乙苯的红外光谱图苯环的苯环的=C-H伸缩振动伸缩振动烷基烷基-C-H伸缩振动伸缩振动苯环的骨架振动苯环的骨架振动16001450cm-1C-H弯曲振动弯曲振动醇和酚醇和酚1-己醇的红外光谱己醇的红外光谱缔合缔合O-H伸缩振动伸缩振动34003200cm-1-C-H伸缩振动伸缩振动缔合缔合O-H伸缩振动伸缩振动苯酚的红外光谱图苯酚的红外光谱图苯环的苯

10、环的=C-H伸缩振动伸缩振动醛和酮醛和酮戊醛的红外光谱图戊醛的红外光谱图C=O伸缩振动伸缩振动1720cm-1醛基的醛基的C-H伸缩振动伸缩振动2820cm-1 2720cm-1-C-H伸缩振动伸缩振动羧酸羧酸戊酸的红外光谱图戊酸的红外光谱图C=O伸缩振动伸缩振动缔合缔合O-H伸缩振动伸缩振动33002500cm-1酯酯C=O伸缩振动伸缩振动C-O伸缩振动伸缩振动丁酸乙酯的红外光谱丁酸乙酯的红外光谱-C-H伸缩振动伸缩振动摄取红外吸收光谱的工具摄取红外吸收光谱的工具红外光谱仪红外光谱仪红外光谱仪红外光谱仪第一代红外光谱仪：人工晶体棱镜作色散元件第一代红外光谱仪：人工晶体棱镜作色散元件第二代红外

11、光谱仪：光栅作色散元件第二代红外光谱仪：光栅作色散元件第三代红外光谱仪：以干涉仪为分光器第三代红外光谱仪：以干涉仪为分光器傅立叶傅立叶 变换红外光谱仪（变换红外光谱仪（FT-IR）第四代红外光谱仪：用可调激光光源第四代红外光谱仪：用可调激光光源以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处：以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处：o需采用狭缝，光能量受到限制；需采用狭缝，光能量受到限制；o扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪 器联用；器联用；o不适于过强或过弱的吸收信号的分析。不适于过强或过弱的吸收信号的分析。傅立叶变换红外光谱仪傅立叶变换红外光谱仪利用光的相干性原理而

12、设计的干涉型红外分光光利用光的相干性原理而设计的干涉型红外分光光 度仪度仪特点：特点：检测器直接检测样品与红外光的干涉光，无光栅和单色检测器直接检测样品与红外光的干涉光，无光栅和单色器，能量高、响应快。与时间分辨技术配合，可以跟踪毫微器，能量高、响应快。与时间分辨技术配合，可以跟踪毫微秒级瞬时过程。其能量大、灵敏度和分辨率，准确度均高。秒级瞬时过程。分辨率可达分辨率可达0.1-0.005cm-1。FTIR-8400S红外光谱仪（日本，岛津公司）红外光谱仪（日本，岛津公司）样品的测定（样品的测定（KBrKBr压片法）压片法）固体样品测定流程示意：固体样品测定流程示意：制备制备KBr空白压片空白压

13、片（高纯（高纯KBr可不做）可不做）空气（高纯空气（高纯KBr时）时）背景扫描背景扫描Background Scan制备固体样品和制备固体样品和KBr压片压片样品扫描样品扫描Sample Scan谱图处理谱图处理KBr压片的制备（以制备压片的制备（以制备Aspirin样品为例）样品为例）KBr压片模具压片模具底座底座样品底座样品底座（硅碳钢圆柱硅碳钢圆柱）压片压片框架框架保护外套保护外套玛瑙研钵玛瑙研钵弹簧弹簧模压杆模压杆模压冲杆模压冲杆模压底座模压底座手动液压机手动液压机气阀气阀油阀油阀压力压力杆杆取取0.20.4克克KBr，在玛瑙研钵中充分研细，然后取在玛瑙研钵中充分研细，然后取24毫克毫

14、克Aspirin，即样品的量约为即样品的量约为KBr的的1%（此操作在红外灯下进行）（此操作在红外灯下进行）在在底座上先放一个样品底座（硅碳钢圆柱，光滑干净面向底座上先放一个样品底座（硅碳钢圆柱，光滑干净面向上），再将压片框架平稳的套在样品底座露出部分上。上），再将压片框架平稳的套在样品底座露出部分上。将充分研磨的样品和将充分研磨的样品和KBrKBr混合粉末倒入样品框架中，注混合粉末倒入样品框架中，注意尽量不要散落到侧壁上，用药匙柄将药品调节铺平后意尽量不要散落到侧壁上，用药匙柄将药品调节铺平后放上第二个样品底座，此时光滑面向下。放上第二个样品底座，此时光滑面向下。套上套上保护外套，放上弹簧，最后插入模压杆。保护外套，放上弹簧，最后插入模压杆。用手掌按紧模压杆，放在手动液压机上，打开液压机油用手掌按紧模压杆，放在手动液压机上，打开液压机油阀，关闭气阀（顺时针到转不动），用压杆增压，直到阀，关闭气