紅外光譜(青島大學(xué)分析化學(xué)精品課程).

1、十曰陳a 紅外光譜(Infrared Spectrometry)紅外光譜的定義T當(dāng)樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時(shí)f分子吸收某些頻率的輻射，并由其振動(dòng)運(yùn) 動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起偶極矩的凈變化 產(chǎn)生 的分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的 躍遷 從而形成的分子吸收光譜稱為紅外光譜。又稱為分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜。概述分子中基團(tuán)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生：振詩專光譜 輻射一分子振動(dòng)能級(jí)躍遷一紅外光譜一官能團(tuán)一分子結(jié)構(gòu)頻率丫HK(f況肘線IR長區(qū)紅外 近 Q 遠(yuǎn)2O0nxi aOOrA SOOnn 2.6 y,液長光波硝X刃修童聯(lián)訐相關(guān)圖妙跑產(chǎn)軸原I電r能級(jí)振動(dòng)能級(jí)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)分r能級(jí)小總圖紅外光區(qū)的劃分紅外光區(qū)分成三

2、個(gè)區(qū):近紅外區(qū)、中紅外區(qū).遠(yuǎn)紅外區(qū)。其中中紅外區(qū)是研究和應(yīng)用最多的區(qū)域，一般說的紅外光譜 就是指中紅外區(qū)的紅外光譜.紅外光區(qū)的劃分如下表:區(qū)域名稱波長(pm)波數(shù)(cm 1)能級(jí)躍遷類型近紅外區(qū)泛頻區(qū)0. 75-2. 513158-4000OH、NH、CH錢的倍 頻吸收中紅外區(qū)基本振動(dòng)區(qū)2. 5-254000-400分子振動(dòng)/伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)遠(yuǎn)紅外區(qū)分子轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)25-300400-10分子轉(zhuǎn)動(dòng)&譏腫)= 一入3分子振動(dòng)方式1）雙原子分子的振動(dòng)用經(jīng)典力學(xué)方法把雙原子分子的振動(dòng)形式用兩個(gè)RI性小球的彈簧振動(dòng)來模擬，如下圖所示：5 =雙脈了分了振動(dòng)示總圖影響基本振動(dòng)頻率的言接因索是相對原子質(zhì)握和化學(xué)鍵的力常數(shù)

3、。2）多原子分子的振動(dòng)對于多原子分子，由于一個(gè)原子可能同時(shí)與幾個(gè)其它原子形成化學(xué) 鍵，它們的振動(dòng)相互牽連，不易直觀地加以解釋，但可以把它的振動(dòng)分 解為許多簡單的基本振動(dòng)，即簡正振動(dòng)。一般將振動(dòng)形式分成兩類：伸縮振動(dòng)和變形振動(dòng).a伸縮振動(dòng)（v$ va,）原子沿鍵軸方向伸縮，鍵長發(fā)生變化而電角不變的振動(dòng)稱為伸縮振動(dòng)。它又分 為對稱伸縮振動(dòng)（v ,）和不對稱伸縮振動(dòng)（v ）.b變形振動(dòng)（又稱彎曲振動(dòng)或變角振動(dòng)，用符號(hào)込表示）棊團(tuán)鍵角發(fā)生周期變化而鍵長不變的振動(dòng)稱為變形振動(dòng).變形振動(dòng)又分為 面內(nèi)變形振動(dòng)和面內(nèi)變形振動(dòng)。水分子水分子是非線型分子.振動(dòng)自由度：3X 3-6-3個(gè)振動(dòng)形式.分別為不對稱伸縮振

4、 動(dòng)、對稱伸縮振動(dòng)和變形振動(dòng).這三種振動(dòng)皆有偶極矩的變化是紅外活性的.如圖 所示：對稱伸縮不對稱伸縮彎曲振動(dòng)%:3652 cm*1u.：3756 cnT1 -NH的伸縮振動(dòng)峰都在3400-3200 ctr】但二者峰形狀有顯著不同. 此時(shí)峰形的不冋有助于官能團(tuán)的鑒別.第二部分紅夕g的應(yīng)用T紅外光譜的最大特點(diǎn)是具有特征性,譜圖 上的每個(gè)吸收峰代表了分子中某個(gè)基團(tuán)的 特定振動(dòng)形式。T定性分析T定量分析定性分析T已知物的鑒定譜圖庫搜索、比對算法T未知物的鑒定譜圖解析T首先應(yīng)了解樣品的來源、用途、制備方法、分離方法、理化性質(zhì)、元 索組成及其它光譜分析數(shù)據(jù)如UV、NMR、MS等有助于對樣品結(jié)構(gòu) 信息的歸屬

5、和辨認(rèn)。定量分析Lambert-B eci定律 定量時(shí)吸光度的測定常 用基線法。如圖所示，圖 中I與I。之比就是透射比。紅外光譜與有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)一譜圖解析紅外光譜圖：縱坐標(biāo)為吸收強(qiáng)度， 和波數(shù)i/人單位：cm-1可以用峰數(shù)，峰位，峰形，.峰強(qiáng)來描述。應(yīng)用:有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)解析 定性:基團(tuán)的特征吸收頻率； 定品:特征峰的強(qiáng)度；v ( CH3 ) 2930 cm1,2850cnrCH2-CO-CH21715 cm1酮CH2COO1735 cm1酯CH2CO-NH-1680 cm1醸胺與一定結(jié)構(gòu)單元相聯(lián)系的.在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)的化學(xué)鍵振動(dòng)頻率一一基團(tuán) 特征頻率（特征峰）；例：2800 3000 cm

6、1 CH3 特征峰；1600 1850 cm 1 C=o特征峰；基團(tuán)所處化學(xué)環(huán)境不同,待征峰出現(xiàn)位買妾化：19:32:18紅外光譜信息區(qū)常見的有機(jī)化合物基團(tuán)頻率岀現(xiàn)的范圍：4000 670 cm 1依據(jù)基團(tuán)的振動(dòng)形式分為四個(gè)區(qū):4000(2)2500 -2500 cm 11900 cm1X-H伸縮振動(dòng)區(qū)(X=O f N r Cf S) 三鍵,累積雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)19:32:18(3) 1900 1200 cm1雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)(4) 1200 670 cm 1 X-Y伸縮，X-H變形振動(dòng)區(qū)分子結(jié)構(gòu)與吸收峰1. XH伸縮振動(dòng)區(qū)(40002500cm1 )(1 ) OH 3650 3200 cm 1

7、確定 酚.酸在非極性溶劑中，濃度較小(稀溶液)時(shí),峰形尖銳強(qiáng)吸收；當(dāng)濃度較大(2 )2960 cm 1 反對稱伸縮振動(dòng)2870 cm1 對稱伸縮振動(dòng) 3000 cm 】 下2930 cm1 反艮擲伸縮振動(dòng)2850 cm-i 對稱伸縮振動(dòng)2890 cm*1 弱吸收(3 )不飽和碳原子上的=C-H (三C-H )(2 )苯環(huán)上的C-H=C-H* CH3030 cm 13010 - 2260 cm-13300 cm13000 err /(2 )(2 )2.參鍵(CM)伸縮振動(dòng)區(qū) (2500 1900 cm1 )在該區(qū)域出現(xiàn)的峰較少；(1 ) RC - CH ( 2100 2140 cm1 )RC C

8、Rr ( 2190 -2260 cm1 )R=RZ時(shí)無紅外活性(2 ) RC -N ( 2100 2140 cm1 )非共梅 2240 2260 cm 1 共覘 2220 2230 cm1 僅含G H. N時(shí)：特較強(qiáng)、尖銳； 有O原子存在時(shí)；O越靠近C N，峰越弱；3.雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)(1900 1200 cm-* Q) RC=CR 1620 1680 cm 1強(qiáng)度弱R = R(對稱)時(shí).無紅外活性。(2 )單核芳煙的C=C鍵彳申縮振動(dòng)(1626 1650 CRT* )苯衍生物的C二C苯爼性物在1650 2000 cm 1出現(xiàn)CH和C=C纏的面內(nèi)變形振動(dòng)的 泛頻吸收(強(qiáng)度弱)可用來判斷取代基位想

9、L2000 1600TRWI : I : I(3 ) C=O ( 1850 1600 cm1 ) 碳氧雙罐的特征峰強(qiáng)度大,峰尖說0 0酮 C-C-c 1715cm醋 C-C-0R 1725-1750 cm1 oP 1820 cm-1旣技 C C N： 1680cnT 歿酸 C-C一0E 1?50 cE酸軒的c=o雙吸收蜂:1820- 1750 cm-1 ,兩個(gè)糕基振動(dòng)偶合裂分； 線性酸軒:兩吸收峰高度接近，高波數(shù)峰稍強(qiáng)； 環(huán) :低波數(shù)峰強(qiáng)；竣酸的c=o1820-1750 cm1 ,氫鍵，二分子締合體；19:32:184. X-Y, XH 變形振動(dòng)區(qū) V 1650 cm指紋區(qū)(1350 650

10、cm，)，較復(fù)雜。C-H ,的變形振動(dòng)；C-O , CX的伸縮振動(dòng)；C-C架振動(dòng)軫。精細(xì)結(jié)構(gòu)的區(qū)分.順、反結(jié)構(gòu)區(qū)分；華團(tuán)吸收帶數(shù)據(jù)墓團(tuán)吸收帶數(shù)據(jù)活豊不飽和M飽和氫三鍵雙W/ I 秦振動(dòng)支形振動(dòng) / 盒化學(xué)91廠 I 瞿吸擘*握動(dòng))mr紋8O H3 6 3 0N H3 3 5 0P-H2 4 0 0S H2 5 7 0C H3 3 3 0ArH3 0 6 0二 C H3 0 2 0-ch32 9 6 0 2 8 7 0CH 22 9 2 6, 2853$CH2 8 9 0C C2 0 5 0C N2 2 4 0r2c = o17 15R H C 017 2 5C = C16 5 0CO110 0

11、C N10 0 0c c9 0 0c c c500C N 0 500HCCH9 6 0 （反）R - Ar-H650900H CH14 5 0常見基團(tuán)的紅外吸收帶:N-O1500C-H r , O-HO-H (氛鍵)C-C C-N , C-OCX特征區(qū)原子團(tuán)3500-3700部分原子團(tuán)的特征振動(dòng)砂亟子團(tuán)3300-350030003100HCC-3300-34003050-3100H 力樸族2550-26502170-22701700-1850fce1550-1650BrcZ1100-1300500-600HCCENC2800-30002200-23001900-15001610-1690700

12、-800rzw AyFJ1500-1600第三部分紅外樣品的測定三部分T樣品制備T儀器情況介紹T軟件介紹樣品制備技術(shù)1 對試樣的耍求(1) 試樣應(yīng)該是單一組分的純物質(zhì)，純度應(yīng)98%，便于 與純化合物的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對照。多組分試樣應(yīng)在測定前盡罐預(yù) 先用分他、萃取重結(jié)晶、區(qū)域熔融或色譜法進(jìn)行分離提純。(2) 試樣中不應(yīng)含有游離水。水本身有紅外吸收，會(huì)嚴(yán)重 干擾樣品譜，而且還會(huì)侵蝕吸收池的鹽窗。(3) 試樣的濃度和測試厚度應(yīng)選擇適當(dāng)，以便光譜圖中的大多數(shù)吸收峰的透射比處于10%80%范圉內(nèi)。樣品制備技術(shù)2MW法(1)固體樣品的制備a. 壓片法：將l2mg固體試樣與200mg純KBr研細(xì)混合，研磨到粒度小

13、于 2p m,在油壓機(jī)上壓成透明薄片，即可用于測定。b. 糊狀法：研細(xì)的固體粉末和石蠟油調(diào)成糊狀，涂在兩鹽窗上，進(jìn)行測試.此 法可消除水峰的干擾。液體石蠟本身有紅外吸收，此法不能用來研究飽 和烷婭的紅外吸收.R壓韋去衛(wèi)事項(xiàng)T制備主要方法T樣品加入量控制T KBr和樣品的烘干T研磨T壓片量控制樣品制備技術(shù)(2)液體樣品的制備a. 液膜法b. 液體吸收池法c. 樣品滴入壓好的Kbi薄片上測試(3)氣態(tài)樣品的制備:氣態(tài)樣品一般都灌注于氣體池內(nèi)進(jìn) 行測試。樣品制備技術(shù)(4)特殊樣品的制備薄脫法：a焰融法：對熔點(diǎn)低，在熔融時(shí)不發(fā)生分解-升華和 其它化學(xué)變化的物質(zhì)，用熔融法制備?？蓪悠分苯佑眉t 外燈或電吹風(fēng)加熱熔融后涂制成膜。b熱壓成膜法：對于某些聚合物可把它們放在兩塊具有 拋光面的金屬塊間加熱，樣品熔融后立即用油壓機(jī)加壓， 冷卻后揭下薄膜夾在夾具中亶接測試。c.涪液制膜法：將試樣溶解在低沸點(diǎn)的易揮發(fā)溶劑中, 涂在鹽片上，待溶劑揮發(fā)后成膜來測定。如果溶劑和樣品 不溶于水，使它們在水面上成膜也是可行的。比水重的 劑在汞表面成膜。傅立DtI外簡介(I沙諧圖)十渙儀紅外光世