第二章 魏培海儀器分析紅外吸收光譜法

1、第二章第二章 紅外吸收光譜法紅外吸收光譜法 紅外吸收光譜紅外吸收光譜: 物質(zhì)的分子受到頻率連續(xù)變物質(zhì)的分子受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時，吸收了某些特定頻率的化的紅外光照射時，吸收了某些特定頻率的紅外光，發(fā)生了分子振動能級和轉(zhuǎn)動能級的紅外光，發(fā)生了分子振動能級和轉(zhuǎn)動能級的躍遷而形成的光譜。躍遷而形成的光譜。紅外吸收光譜法紅外吸收光譜法: 利用紅外光譜進(jìn)行定性定利用紅外光譜進(jìn)行定性定量分析的方法。量分析的方法。特點(diǎn)特點(diǎn)光譜來源：光譜來源：分子振動和轉(zhuǎn)動；分子振動和轉(zhuǎn)動；樣品：樣品：氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)樣品；氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)樣品；應(yīng)用：結(jié)構(gòu)分析。應(yīng)用：結(jié)構(gòu)分析。本章教學(xué)內(nèi)容本章教學(xué)內(nèi)容紅外吸收光譜法的

2、基本原理；紅外吸收光譜法的基本原理；紅外吸收與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系；紅外吸收與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系；紅外光譜儀器；紅外光譜儀器；紅外吸收光譜法應(yīng)用；紅外吸收光譜法應(yīng)用；本章知識目標(biāo)本章知識目標(biāo)了解紅外光譜產(chǎn)生的原因；了解紅外光譜產(chǎn)生的原因；掌握伸縮振動振動頻率或波數(shù)與鍵力常掌握伸縮振動振動頻率或波數(shù)與鍵力常數(shù)及折合質(zhì)量的關(guān)系數(shù)及折合質(zhì)量的關(guān)系理解基團(tuán)頻率及其影響因素理解基團(tuán)頻率及其影響因素熟悉紅外光譜儀的構(gòu)成及特點(diǎn)熟悉紅外光譜儀的構(gòu)成及特點(diǎn)了解紅外光譜法在物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)了解紅外光譜法在物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng) 本章能力目標(biāo)本章能力目標(biāo) 能根據(jù)基團(tuán)頻率判斷官能團(tuán)的存在能根據(jù)基團(tuán)頻率判斷官能團(tuán)的存在；能掌握固體

3、及液態(tài)樣品的制備技術(shù)能掌握固體及液態(tài)樣品的制備技術(shù)；能操作常用的紅外光譜儀能操作常用的紅外光譜儀 ；第一節(jié)第一節(jié) 紅外吸收光譜法的基本原理紅外吸收光譜法的基本原理紅外光譜紅外光譜(IR)的產(chǎn)生的產(chǎn)生樣品受到的紅外光照射時，分子吸收其中樣品受到的紅外光照射時，分子吸收其中一些頻率的輻射，發(fā)生振一些頻率的輻射，發(fā)生振- -轉(zhuǎn)能級的躍遷轉(zhuǎn)能級的躍遷, ,分子的偶極矩發(fā)生變化，相應(yīng)于這些區(qū)域分子的偶極矩發(fā)生變化，相應(yīng)于這些區(qū)域的透射光強(qiáng)減弱，記錄百分透過率的透射光強(qiáng)減弱，記錄百分透過率 T% T% 對對波數(shù)或波長的曲線，即得紅外光譜波數(shù)或波長的曲線，即得紅外光譜。一、雙原子分子的振動一、雙原子分子的振

4、動 1雙原子分子的簡諧振動雙原子分子的簡諧振動鍵力常數(shù)鍵力常數(shù)kHCl振動示意圖振動示意圖2 2振動頻率振動頻率 基本振動頻率或波數(shù)：基本振動頻率或波數(shù)：k2112kc2121mmmmK：鍵力常數(shù)（達(dá)因：鍵力常數(shù)（達(dá)因厘米厘米-1,dyncm-1）；）；C：光速（：光速（2.998 1010cms-1）；）； ：雙原子折合質(zhì)量（：雙原子折合質(zhì)量（g） ：相對原子質(zhì)量單位；：相對原子質(zhì)量單位； k：（：（Ncm-1）。）。)(13042)10(1215cmkkcNAN NA A：阿伏加德羅常數(shù)（：阿伏加德羅常數(shù)（6.0226.02210102323molmol-1-1） 公式簡化公式簡化 【例題

5、【例題2-12-1】HClHCl分子的健力常數(shù)為分子的健力常數(shù)為5.15.1牛牛頓頓厘米厘米-1-1，試估計(jì)該分子的振動頻率。，試估計(jì)該分子的振動頻率。 解：解： （實(shí)測值為（實(shí)測值為2886cm2886cm-1-1） 121235.5 1.00.9735.5 1.0m mmmK=5.1N/cm15.11304130429840.97kcm討討 論論力常數(shù)越大，折合質(zhì)量越小，化學(xué)鍵的力常數(shù)越大，折合質(zhì)量越小，化學(xué)鍵的振動頻率（波數(shù)）越高。振動頻率（波數(shù)）越高。C-C、C=C、CC三種碳三種碳-碳鍵的折合原碳鍵的折合原子量相同，而鍵力常數(shù)依次為單鍵雙子量相同，而鍵力常數(shù)依次為單鍵雙鍵叁鍵，所以波

6、數(shù)也依次增大。鍵叁鍵，所以波數(shù)也依次增大。C-C、C-H、 O-H都屬于單鍵，鍵力常數(shù)都屬于單鍵，鍵力常數(shù)相近，而折合原子量相近，而折合原子量 O-H C-H C-C ，因此因此O-H鍵的振動頻率最大。鍵的振動頻率最大。二、多原子分子的振動二、多原子分子的振動 1振動的基本形式振動的基本形式 雙原子分子只有簡單的伸縮振動雙原子分子只有簡單的伸縮振動; 多原子分子的振動分解成許多簡單的多原子分子的振動分解成許多簡單的基本振動?；菊駝?。 （1 1）伸縮振動）伸縮振動只有鍵長發(fā)生變化而鍵角不變的振動只有鍵長發(fā)生變化而鍵角不變的振動稱。伸縮振動分為對稱伸縮和反對稱伸縮稱。伸縮振動分為對稱伸縮和反對稱

7、伸縮振動。振動。 HOHHOHHOHHOH( a )( b )水分子的伸縮振動。其中（水分子的伸縮振動。其中（a a）為對稱伸縮振動）為對稱伸縮振動(3652cm(3652cm-1-1) )；(b)(b)為反對稱伸縮振動為反對稱伸縮振動(3756cm(3756cm-1-1) )（2 2）變形振動）變形振動指基團(tuán)鍵角發(fā)生周期變化而鍵長不變的振指基團(tuán)鍵角發(fā)生周期變化而鍵長不變的振動。變形振動分為面內(nèi)變形和面外變形振動。動。變形振動分為面內(nèi)變形和面外變形振動。 同一基團(tuán)的變形振動頻率比伸縮振動的同一基團(tuán)的變形振動頻率比伸縮振動的頻率要低。頻率要低。 振動的類型振動的類型伸縮振動伸縮振動變形振動變形振

8、動對稱伸縮振動（對稱伸縮振動（Vs）反對稱伸縮振動（反對稱伸縮振動（V Vasas）面內(nèi)變形面內(nèi)變形面外變形面外變形剪式振動（剪式振動（）面內(nèi)搖擺振動（面內(nèi)搖擺振動（）面外搖擺振動（面外搖擺振動（）扭曲變形振動（扭曲變形振動（） 簡單振動的類型簡單振動的類型2振動的理論數(shù)振動的理論數(shù)N N原子分子在紅外光譜圖上可以出現(xiàn)一個以上原子分子在紅外光譜圖上可以出現(xiàn)一個以上的基頻吸收峰，理論上，吸收峰的數(shù)目等于分子的基頻吸收峰，理論上，吸收峰的數(shù)目等于分子的振動的數(shù)目（振動自由度）。的振動的數(shù)目（振動自由度）。63 N振動自由度53 N振動自由度非線性分子：非線性分子： 線性分子：線性分子： 解：解：C

9、OCO2 2是由是由3 3個原子構(gòu)成的線性分子，因此，個原子構(gòu)成的線性分子，因此，其振動自由度為：其振動自由度為： 【例題【例題2-22-2】 試計(jì)算試計(jì)算COCO2 2的振動自由度，分的振動自由度，分析其振動類型。析其振動類型。 453N三、紅外光譜產(chǎn)生的條件三、紅外光譜產(chǎn)生的條件 1 1輻射光子具有的能量與發(fā)生振動躍輻射光子具有的能量與發(fā)生振動躍遷所需的躍遷能量相等遷所需的躍遷能量相等 hhELLvvL只有當(dāng)紅外輻射頻率等于振動量子數(shù)的差值與只有當(dāng)紅外輻射頻率等于振動量子數(shù)的差值與分子振動頻率的乘積時，分子才能吸收紅外輻分子振動頻率的乘積時，分子才能吸收紅外輻射，產(chǎn)生紅外吸收光譜。射，產(chǎn)生

10、紅外吸收光譜。1()2VEvh 2 2分子振動引起瞬間偶極矩分子振動引起瞬間偶極矩 變化變化 HCl+q-qdOHH-q+q+q+d(a)(b)dq有當(dāng)分子內(nèi)的振動引起偶極矩變化（有當(dāng)分子內(nèi)的振動引起偶極矩變化（ 00）時）時才能產(chǎn)生紅外吸收，該分子稱之為紅外活性的；才能產(chǎn)生紅外吸收，該分子稱之為紅外活性的； =0=0的分子振動不能產(chǎn)生紅外吸收，稱為非紅外活的分子振動不能產(chǎn)生紅外吸收，稱為非紅外活性的。同核雙原子分子如性的。同核雙原子分子如H H2 2、O O2 2、N N2 2等其振動過程中等其振動過程中偶極矩始終為偶極矩始終為0 0，因此沒有紅外活性，不會產(chǎn)生紅外，因此沒有紅外活性，不會產(chǎn)

11、生紅外吸收光譜。吸收光譜。 討討 論論譜峰數(shù)常常少于理論計(jì)算出的振動數(shù)，原因：譜峰數(shù)常常少于理論計(jì)算出的振動數(shù)，原因：=0=0的振動不產(chǎn)生紅外吸收的振動不產(chǎn)生紅外吸收, , 如如COCO2 2；譜線簡并（振動形式不同，但其頻率相同）；譜線簡并（振動形式不同，但其頻率相同）；儀器分辨率或靈敏度不夠，有些譜峰觀察不到。儀器分辨率或靈敏度不夠，有些譜峰觀察不到。四、紅外光譜的表示方法四、紅外光譜的表示方法紅外吸收光譜一般用紅外吸收光譜一般用T 曲線或曲線或T 表示表示光譜的基本要素：光譜的基本要素：光譜的形狀、峰的位置、峰的數(shù)目和峰光譜的形狀、峰的位置、峰的數(shù)目和峰的強(qiáng)度，與分子的結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。的

12、強(qiáng)度，與分子的結(jié)構(gòu)有密切關(guān)系。 峰的位置：峰的位置： 與化學(xué)鍵的力常數(shù)、原子折合質(zhì)量有關(guān)；與化學(xué)鍵的力常數(shù)、原子折合質(zhì)量有關(guān)；峰的數(shù)目：峰的數(shù)目： 與分子中振動數(shù)目、光譜產(chǎn)生的條件有關(guān)；與分子中振動數(shù)目、光譜產(chǎn)生的條件有關(guān)；峰的強(qiáng)度：峰的強(qiáng)度： 與振動的類型、化學(xué)基團(tuán)的含量等有關(guān)。與振動的類型、化學(xué)基團(tuán)的含量等有關(guān)。 第二節(jié)第二節(jié) 基團(tuán)頻率和特征吸收峰基團(tuán)頻率和特征吸收峰 一、基團(tuán)頻率一、基團(tuán)頻率 二、紅外光譜區(qū)域的劃分二、紅外光譜區(qū)域的劃分 三、常見官能團(tuán)的特征吸收頻率三、常見官能團(tuán)的特征吸收頻率 四、基團(tuán)頻率的影響因素四、基團(tuán)頻率的影響因素 基團(tuán)頻率基團(tuán)頻率: : 能代表基團(tuán)存在，并有較高

13、能代表基團(tuán)存在，并有較高強(qiáng)度的吸收譜帶稱為基團(tuán)頻率，其所在強(qiáng)度的吸收譜帶稱為基團(tuán)頻率，其所在的位置一般又稱為特征吸收峰。的位置一般又稱為特征吸收峰?；鶊F(tuán)頻率和特征吸收峰對于分子結(jié)構(gòu)鑒基團(tuán)頻率和特征吸收峰對于分子結(jié)構(gòu)鑒定具有重要意義定具有重要意義。數(shù)據(jù)分析：數(shù)據(jù)分析：CH伸縮振動伸縮振動 ：2800-3300cm-1OH伸縮振動：伸縮振動： 32003650 cm-1 NH伸縮振動：伸縮振動： 31003500cm-1 二、紅外光譜區(qū)域的劃分二、紅外光譜區(qū)域的劃分 紅外光譜儀的工作范圍：紅外光譜儀的工作范圍： 4000400cm-1，常見官能團(tuán)都在這，常見官能團(tuán)都在這個區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生吸收帶。個區(qū)域內(nèi)

14、產(chǎn)生吸收帶。紅外光譜區(qū)劃分：紅外光譜區(qū)劃分： 基團(tuán)頻率區(qū)（基團(tuán)頻率區(qū)（40001300 cm-1） 指紋區(qū)（指紋區(qū)（1300400cm-1）1基團(tuán)頻率區(qū)（基團(tuán)頻率區(qū)（40001300cm-1） （1）XH伸縮振動區(qū)伸縮振動區(qū) (4000 2500cm-1）；）； （2）三鍵和累積雙鍵伸縮振動區(qū)（）三鍵和累積雙鍵伸縮振動區(qū)（25001900cm-1）；）；（3）雙鍵伸縮振動區(qū)（）雙鍵伸縮振動區(qū)（19001200 cm-1）。）。 X-H伸縮振動區(qū)：伸縮振動區(qū)：4000-2500cm-1 醇、酚、酸等醇、酚、酸等 36503580 低濃度（峰形尖銳）低濃度（峰形尖銳） O-H 36503200 3

15、4003200 高濃度（強(qiáng)寬峰）高濃度（強(qiáng)寬峰） N-H 35003100 胺、酰胺等，可干擾胺、酰胺等，可干擾 O-H 峰峰 飽和飽和（3000 以以下下）與不飽和與不飽和（3000 以以上上） 飽和飽和-C-H （3000-2800） -CH3(2960，2870) -CH2(2930，2850) 不飽和不飽和=C-H （30103040） 末端末端=CH（3085） 不飽和不飽和 C-H (28903300) 較較弱弱 （2890） 、 較較強(qiáng)強(qiáng) （3300） C-H 3000 左右左右 ArC-H (3030) 比比飽飽和和 C-H 峰峰弱弱，但但峰峰形形卻卻更更尖銳尖銳 C C，C

16、N，C=C=C，C=C=O 等等 RC CH 2100-2140 RC CR 2196-2260 R=R則無紅外吸收則無紅外吸收 叁叁鍵鍵 及及累累 積積雙雙 鍵鍵 C N 2240-2260 （非共軛）（非共軛） 2220-2230 （共軛）（共軛） 分子中有分子中有 N，H，C，峰，峰強(qiáng)且銳；強(qiáng)且銳； 有有 O 則弱，離基團(tuán)越近則弱，離基團(tuán)越近則越弱。則越弱。 叁鍵及累積雙鍵區(qū)（叁鍵及累積雙鍵區(qū)（25001900cm-1）雙鍵伸縮振動區(qū)（雙鍵伸縮振動區(qū)（19001200cm-1） C=O 1900-1650 強(qiáng)峰。是判斷酮、醛、強(qiáng)峰。是判斷酮、醛、酸、酯及酸酐的酸、酯及酸酐的特征吸收峰，其

17、中酸酐因振動偶合而具特征吸收峰，其中酸酐因振動偶合而具有雙峰。有雙峰。 C=O 1680-1620 峰較弱（對稱性較高） 。在峰較弱（對稱性較高） 。在 1600 和和 1500附近有附近有 2-4 個峰（苯環(huán)骨架振動） ，用于個峰（苯環(huán)骨架振動） ，用于識別分子中是否有芳環(huán)。識別分子中是否有芳環(huán)。 苯苯衍衍生生物物的的泛泛頻頻 2000-1650 C-H 面面外外、C=C 面面內(nèi)內(nèi)變形變形振動振動，很很弱弱，但但很很特特征征（可可用用于于取取代代類型類型的的表表征征） 。 C苯衍生物的苯衍生物的C=C 苯衍生物在苯衍生物在 1650 2000 cm-1 出現(xiàn)出現(xiàn) C-H和和C=C鍵的面內(nèi)鍵的

18、面內(nèi)變形振動的泛頻吸收（強(qiáng)度弱），可用來判斷取代基位置。變形振動的泛頻吸收（強(qiáng)度弱），可用來判斷取代基位置。20001600 800 700 600 1900 1800 17002 2指紋區(qū)（指紋區(qū)m400cm-1-1）（1）1300900 cm-1區(qū)域區(qū)域: CC、CN、CP、CS、 PO、SiO、CX(鹵素鹵素)等單鍵的伸縮振動和等單鍵的伸縮振動和C=S、S=O、P=O等雙鍵的伸縮振動頻率等雙鍵的伸縮振動頻率區(qū)區(qū); 一些變形振動吸收頻率區(qū)一些變形振動吸收頻率區(qū)。 （2）900400cm-1區(qū)域。區(qū)域。 主要是一些重原子和一些基團(tuán)的變形主要是一些重原子和一些基團(tuán)的變

19、形振動頻率區(qū)。振動頻率區(qū)。 例如：例如：HRC=CR H的的CH面外變形振動面外變形振動反式結(jié)構(gòu)中，峰位置反式結(jié)構(gòu)中，峰位置990970cm-1；順式結(jié)構(gòu)中，峰位置順式結(jié)構(gòu)中，峰位置 690cm-1。 例如：例如： 長碳鏈飽和烴長碳鏈飽和烴(-CH2-)n，n4時，時， 在在722cm-1處出現(xiàn)吸收峰。處出現(xiàn)吸收峰。 四、基團(tuán)頻率的影響因素四、基團(tuán)頻率的影響因素不同條件下，基團(tuán)頻率往往有所不同，不同條件下，基團(tuán)頻率往往有所不同，影響基團(tuán)頻率變化的因素大致可分為內(nèi)部影響基團(tuán)頻率變化的因素大致可分為內(nèi)部因素和外部因素因素和外部因素。 （一）內(nèi)部因素（一）內(nèi)部因素 1. 1. 電子效應(yīng)：電子效應(yīng)：

20、引起化學(xué)鍵電子分布不均勻的效應(yīng)引起化學(xué)鍵電子分布不均勻的效應(yīng)。誘導(dǎo)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)電負(fù)性取代基電負(fù)性取代基靜電誘導(dǎo)靜電誘導(dǎo)電子分布改變電子分布改變K K 變大變大特征頻率增加特征頻率增加ORCCl.CRROCRROORCCl.ORC.FOC.FF化合化合物物 (cm-1)1715180019201928元素的電負(fù)性越強(qiáng)或取代數(shù)目越多，誘導(dǎo)元素的電負(fù)性越強(qiáng)或取代數(shù)目越多，誘導(dǎo)效應(yīng)越強(qiáng)，吸收峰向高波數(shù)移動的程度越效應(yīng)越強(qiáng)，吸收峰向高波數(shù)移動的程度越顯著。顯著。 誘導(dǎo)效應(yīng)舉例誘導(dǎo)效應(yīng)舉例CORCO共軛效應(yīng)共軛效應(yīng)不飽和鍵共軛不飽和鍵共軛電子云密度平均化電子云密度平均化鍵長增加鍵長增加K K 降低降低特征

21、頻率減小特征頻率減小CRORCORCO化合物化合物 （cm-1）171017251695168016671661共軛體系越大，頻率降低越大。共軛體系越大，頻率降低越大。共軛效應(yīng)舉例共軛效應(yīng)舉例2氫鍵的影響氫鍵的影響 氫鍵的形成使電子云密度平均化，氫鍵的形成使電子云密度平均化，從而使伸縮振動頻率降低。從而使伸縮振動頻率降低。RCOOH (游離游離)11760cmROCOHOCOHR11700cm3振動耦合振動耦合 當(dāng)兩個振動頻率相同或相近的基團(tuán)相鄰具當(dāng)兩個振動頻率相同或相近的基團(tuán)相鄰具有一個共原子時，有一個共原子時，兩個振動相互作用（微擾）兩個振動相互作用（微擾）產(chǎn)生共振產(chǎn)生共振使振動頻率發(fā)生變

22、化，一個向高頻移使振動頻率發(fā)生變化，一個向高頻移動，另一個向低頻移動，譜帶分裂。動，另一個向低頻移動，譜帶分裂。 （二）外部因素（二）外部因素 被測樣品的物理狀態(tài)被測樣品的物理狀態(tài) 物質(zhì)由固態(tài)向氣態(tài)變化，其波數(shù)將增加。物質(zhì)由固態(tài)向氣態(tài)變化，其波數(shù)將增加。丙酮為例丙酮為例液態(tài)時：液態(tài)時： C=O=1718cm-1;氣態(tài)時：氣態(tài)時： C=O=1742cm-1因此因此, 在查閱標(biāo)準(zhǔn)紅外圖譜時，應(yīng)注意試在查閱標(biāo)準(zhǔn)紅外圖譜時，應(yīng)注意試樣狀態(tài)和制樣方法。樣狀態(tài)和制樣方法。溶劑效應(yīng)溶劑效應(yīng) 極性基團(tuán)的伸縮振動頻率通常隨溶劑極性極性基團(tuán)的伸縮振動頻率通常隨溶劑極性增加而降低。增加而降低。羧酸中的羰基為例羧酸中

23、的羰基為例乙醚溶劑：乙醚溶劑： C=O=1735cm-1乙醇溶劑：乙醇溶劑： C=O=1720cm-1因此因此, 紅外光譜通常需在非極性溶劑中測量。紅外光譜通常需在非極性溶劑中測量。第三節(jié)第三節(jié) 紅外光譜儀紅外光譜儀 色散型紅外光譜儀色散型紅外光譜儀傅立葉（傅立葉（FourierFourier）變換紅外光譜儀變換紅外光譜儀 一、色散型紅外光譜儀一、色散型紅外光譜儀與紫外可見分光光度計(jì)對比與紫外可見分光光度計(jì)對比基本組成部件相似：均有光源、吸收池、基本組成部件相似：均有光源、吸收池、單色器、檢測器等。單色器、檢測器等。 每個部件的結(jié)構(gòu)、材料和性能不同：如光每個部件的結(jié)構(gòu)、材料和性能不同：如光源、

24、吸收池等。源、吸收池等。部件排列順序不同：如部件排列順序不同：如紅外光譜儀的樣品紅外光譜儀的樣品是放在光源和單色器之間，是放在光源和單色器之間，色散型紅外光譜儀工作原理示意圖色散型紅外光譜儀工作原理示意圖與雙光束與雙光束UV-Vis儀器類似，但部件材料和順序不同儀器類似，但部件材料和順序不同1. 1. 光源光源類型類型制作材料制作材料工作溫度工作溫度特點(diǎn)特點(diǎn)能斯特?zé)裟芩固責(zé)?Zr、Th、Y的氧化物的氧化物 12002200K 穩(wěn)定性好、穩(wěn)定性好、機(jī)械強(qiáng)度差、機(jī)械強(qiáng)度差、價(jià)格高。價(jià)格高。碳化硅碳化硅 SiC13001500K 波數(shù)范圍廣、波數(shù)范圍廣、機(jī)械強(qiáng)度大。機(jī)械強(qiáng)度大。白熾線圈白熾線圈 Ni

25、+Cr絲；絲；Rh線線 1100K 輻射能較低、輻射能較低、壽命長。壽命長。 2. 2. 吸收池吸收池液、氣態(tài)的樣品往往使用樣品池；液、氣態(tài)的樣品往往使用樣品池；固態(tài)樣品可壓片測試。固態(tài)樣品可壓片測試。材料材料波長波長（m）注意事項(xiàng)注意事項(xiàng)NaCl單晶單晶0.217易潮解，要求濕度易潮解，要求濕度低于低于40%KBr單晶單晶0.225易潮解，要求濕度易潮解，要求濕度低于低于35%CsBr單晶單晶138易潮解易潮解CsI單晶單晶150易潮解易潮解KRS-5晶體晶體145微溶于水微溶于水3. 單色器單色器 組成：色散元件、準(zhǔn)直鏡和狹縫。組成：色散元件、準(zhǔn)直鏡和狹縫。 棱鏡：棱鏡：LiF、CaF2、

26、NaF、KBr單晶單晶。 光柵：可用幾個光柵組合。光柵：可用幾個光柵組合。4. 檢測器檢測器 構(gòu)成：構(gòu)成： 原理：原理：溫差熱電效應(yīng)。溫差熱電效應(yīng)。 特點(diǎn)：光譜響應(yīng)寬、特點(diǎn)：光譜響應(yīng)寬、 穩(wěn)定性好、熱噪影響大。穩(wěn)定性好、熱噪影響大。（1 1）真空熱電偶）真空熱電偶 構(gòu)成：構(gòu)成： 原理：原理：半導(dǎo)體熱電效應(yīng)。半導(dǎo)體熱電效應(yīng)。 特點(diǎn)：響應(yīng)速度快、特點(diǎn)：響應(yīng)速度快、 適于快速掃描測量、可用適于快速掃描測量、可用傅立葉變換紅外光譜儀。傅立葉變換紅外光譜儀。（2 2）熱釋電檢測器熱釋電檢測器 TGS紅外光紅外光R光照引發(fā)電荷釋放光照引發(fā)電荷釋放 構(gòu)成：半導(dǎo)體材料薄膜（構(gòu)成：半導(dǎo)體材料薄膜（Hg-Cd-T

27、e，簡稱，簡稱MCT），置于非導(dǎo)電的玻璃表面，密閉于），置于非導(dǎo)電的玻璃表面，密閉于真空腔內(nèi)。真空腔內(nèi)。 原理：光電導(dǎo)效應(yīng)原理：光電導(dǎo)效應(yīng)-吸收輻射后半導(dǎo)體吸收輻射后半導(dǎo)體電阻降低，導(dǎo)電性能發(fā)生變化，產(chǎn)生檢測電阻降低，導(dǎo)電性能發(fā)生變化，產(chǎn)生檢測信號信號 。 特點(diǎn)：靈敏度高、響應(yīng)速度快、適于快速特點(diǎn)：靈敏度高、響應(yīng)速度快、適于快速掃描測量掃描測量。（3 3）光電導(dǎo)檢測器光電導(dǎo)檢測器 二、傅立葉變換紅外光譜儀二、傅立葉變換紅外光譜儀 傅立葉變換紅外光譜儀簡稱傅立葉變換紅外光譜儀簡稱FTIR，沒有色散元件，主要由光源、邁克爾遜沒有色散元件，主要由光源、邁克爾遜（Michelson）干涉儀、檢測器和計(jì)

28、算機(jī)）干涉儀、檢測器和計(jì)算機(jī)組成，其中光源和檢測器部分與色散型組成，其中光源和檢測器部分與色散型紅外光譜儀相類似。二者的主要區(qū)別在紅外光譜儀相類似。二者的主要區(qū)別在于干涉儀和電子計(jì)算機(jī)兩部分。于干涉儀和電子計(jì)算機(jī)兩部分。傅立葉變換紅外光譜儀示意圖傅立葉變換紅外光譜儀示意圖 干涉儀干涉儀光源光源樣品室樣品室檢測器檢測器顯示器顯示器繪圖儀繪圖儀計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)干涉圖干涉圖光譜圖光譜圖FTS麥克爾遜干涉儀工作原理圖麥克爾遜干涉儀工作原理圖Fourier變換示意圖變換示意圖 Fourier變換變換 干涉圖干涉圖紅外譜圖紅外譜圖傅立葉變換紅外光譜儀的特點(diǎn)傅立葉變換紅外光譜儀的特點(diǎn)(1) 掃描速度極快掃描速度

29、極快(1s)，適合儀器聯(lián)用；，適合儀器聯(lián)用；(2) 分辨率很高：辨率達(dá)分辨率很高：辨率達(dá)0.10.005 cm-1 ；靈敏度高靈敏度高 ：可檢測可檢測10-8g數(shù)量級的樣品；數(shù)量級的樣品； (3) 測量精度高：重復(fù)性可達(dá)測量精度高：重復(fù)性可達(dá)0.1%。 一、定性分析一、定性分析 1 1已知物的鑒定已知物的鑒定 2 2未知物結(jié)構(gòu)的測定未知物結(jié)構(gòu)的測定1 1已知物的鑒定已知物的鑒定 將試樣的譜圖與標(biāo)準(zhǔn)樣品的譜圖進(jìn)行將試樣的譜圖與標(biāo)準(zhǔn)樣品的譜圖進(jìn)行對照，或者與文獻(xiàn)上的譜圖進(jìn)行對照。對照，或者與文獻(xiàn)上的譜圖進(jìn)行對照。 如果兩張譜圖各吸收峰的位置和形狀如果兩張譜圖各吸收峰的位置和形狀完全相同，峰的相對強(qiáng)

30、度一樣，可以認(rèn)為完全相同，峰的相對強(qiáng)度一樣，可以認(rèn)為樣品是該種標(biāo)準(zhǔn)物。樣品是該種標(biāo)準(zhǔn)物。 如果兩張譜圖不一樣，或峰位不一致，如果兩張譜圖不一樣，或峰位不一致，則說明兩者不為同一化合物，或樣品有雜則說明兩者不為同一化合物，或樣品有雜質(zhì)。質(zhì)。2 2未知物結(jié)構(gòu)的測定未知物結(jié)構(gòu)的測定基本方法：圖譜解析基本方法：圖譜解析測繪樣品的紅外譜圖測繪樣品的紅外譜圖分析吸收峰的位置、形狀、強(qiáng)度等要素分析吸收峰的位置、形狀、強(qiáng)度等要素 確定分子中所含的基團(tuán)或化學(xué)鍵確定分子中所含的基團(tuán)或化學(xué)鍵 推斷分子的結(jié)構(gòu)推斷分子的結(jié)構(gòu) 步驟步驟1 1： 準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作 了解樣品的來源、制備過程、外觀、了解樣品的來源、制備過程、

31、外觀、純度、經(jīng)元素分析后確定的化學(xué)式以及熔純度、經(jīng)元素分析后確定的化學(xué)式以及熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解性質(zhì)等物理性質(zhì)，取得對點(diǎn)、沸點(diǎn)、溶解性質(zhì)等物理性質(zhì)，取得對樣品有個初步的認(rèn)識或判斷樣品有個初步的認(rèn)識或判斷 步驟步驟2：確定未知物的不飽和度：確定未知物的不飽和度 31412nnn n4、n3、n1分別為分子中所含的四價(jià)、三價(jià)和一價(jià)分別為分子中所含的四價(jià)、三價(jià)和一價(jià)元素原子的數(shù)目。元素原子的數(shù)目。 二價(jià)原子如二價(jià)原子如S、O等不參加計(jì)算等不參加計(jì)算 =0：分子是飽和的，烷烴及其不含雙鍵的衍生物；：分子是飽和的，烷烴及其不含雙鍵的衍生物； =1：可能有一個雙鍵或脂環(huán)；：可能有一個雙鍵或脂環(huán)； =2：可能有

32、兩個雙鍵或脂環(huán)，也可能有一個叁鍵；：可能有兩個雙鍵或脂環(huán)，也可能有一個叁鍵； =4：可能有一個苯環(huán)等。：可能有一個苯環(huán)等。 步驟步驟3：圖譜解析：圖譜解析一般順序：借助于手冊或書籍中的基團(tuán)一般順序：借助于手冊或書籍中的基團(tuán)頻率表，分析官能團(tuán)區(qū)各主要吸收帶的頻率表，分析官能團(tuán)區(qū)各主要吸收帶的基團(tuán)歸屬，初步判斷化合物中可能含有基團(tuán)歸屬，初步判斷化合物中可能含有的基團(tuán)和不可能含有的基團(tuán)及分子的類的基團(tuán)和不可能含有的基團(tuán)及分子的類型。再查看指紋區(qū)型。再查看指紋區(qū), ,進(jìn)一步確定基團(tuán)的存進(jìn)一步確定基團(tuán)的存在及其連接情況和基團(tuán)間的相互作用在及其連接情況和基團(tuán)間的相互作用。 注意紅外光譜的三要素：紅外光譜的

33、吸收注意紅外光譜的三要素：紅外光譜的吸收峰的位置、強(qiáng)度和形狀峰的位置、強(qiáng)度和形狀 例例1、CO的特征是在的特征是在16801780cm-1范圍范圍內(nèi)有很強(qiáng)的吸收峰，如果在此位置出現(xiàn)較弱的內(nèi)有很強(qiáng)的吸收峰，如果在此位置出現(xiàn)較弱的峰，不能直接斷定峰，不能直接斷定 CO的存在。的存在。 例例2、締合羥基、締合胺基的吸收位置與游離狀、締合羥基、締合胺基的吸收位置與游離狀態(tài)的吸收位置只略有差異，但峰的形狀變化很大。態(tài)的吸收位置只略有差異，但峰的形狀變化很大。 游離態(tài)的游離態(tài)的OH吸收峰較為尖銳，而締合吸收峰較為尖銳，而締合OH的吸收峰圓滑而鈍的吸收峰圓滑而鈍 締合胺基吸收峰會出現(xiàn)分岔。締合胺基吸收峰會出

34、現(xiàn)分岔。 注意觀察同一基團(tuán)或一類化合物的相關(guān)吸注意觀察同一基團(tuán)或一類化合物的相關(guān)吸收峰：通過觀察相關(guān)峰，可以更準(zhǔn)確地判收峰：通過觀察相關(guān)峰，可以更準(zhǔn)確地判斷基團(tuán)的存在情況。斷基團(tuán)的存在情況。 例例1、CH3在約在約2960和和2870cm-1處有非對稱和處有非對稱和對稱伸縮振動吸收峰，在對稱伸縮振動吸收峰，在1450和和1370cm-1有有彎曲振動吸收峰；彎曲振動吸收峰； 例例2、CH2在在2920和和2850cm-1處有伸縮振處有伸縮振動吸收峰，在動吸收峰，在1470cm-1有其相關(guān)峰；若是長碳有其相關(guān)峰；若是長碳鏈的化合物，在鏈的化合物，在720cm-1處出現(xiàn)吸收峰。處出現(xiàn)吸收峰。 綜合判

35、斷分析結(jié)果，提出最可能的結(jié)構(gòu)式，綜合判斷分析結(jié)果，提出最可能的結(jié)構(gòu)式，然后與已知樣品或標(biāo)準(zhǔn)圖譜對照，核對判然后與已知樣品或標(biāo)準(zhǔn)圖譜對照，核對判斷的結(jié)果是否正確。斷的結(jié)果是否正確。 譜圖解釋例舉譜圖解釋例舉【例【例1 1】某化合物的分子式為】某化合物的分子式為C C8 8H H8 8O O，其紅外光，其紅外光譜如圖所示，試進(jìn)行解釋并判斷其結(jié)構(gòu)。譜如圖所示，試進(jìn)行解釋并判斷其結(jié)構(gòu)。 4000 3000 2000 1500 1000 500 光譜數(shù)據(jù)光譜數(shù)據(jù):3050cm-1 1460 cm-12950 cm-1 1370 cm-11695 cm-1 1260 cm-11600cm-1 760 cm

36、-11590 cm-1 690 cm-1解：解：(1)(1)求化合物的不飽和度求化合物的不飽和度0-141 822 表明化合物可能含苯環(huán)。表明化合物可能含苯環(huán)。（2 2）分析各吸收峰的歸宿）分析各吸收峰的歸宿 /cm-1歸宿歸宿結(jié)構(gòu)單元結(jié)構(gòu)單元不飽和度不飽和度3050不飽和不飽和CH伸縮振動伸縮振動41600苯環(huán)骨架，苯環(huán)骨架，C=C振動振一取代苯環(huán)，單一取代苯環(huán)，CH變變形振動形振動6901695羰基羰基C=O伸縮振動伸縮振動130002900飽和飽和CH伸縮振動伸縮振動01370與羰基相鄰甲基中與羰基相鄰甲基中CH變形振動變形振動1260RC=OCH3（3） 推斷

37、結(jié)構(gòu)推斷結(jié)構(gòu)CH3O二、定量分析二、定量分析 1 1定量分析的理論依據(jù)定量分析的理論依據(jù) 朗伯朗伯- -比耳定律，即在單一波長下，吸比耳定律，即在單一波長下，吸光度與物質(zhì)的濃度成正比。光度與物質(zhì)的濃度成正比。 由于紅外光譜的譜帶較多，選擇的余地由于紅外光譜的譜帶較多，選擇的余地大，所以能方便地對單一組份和多組份進(jìn)大，所以能方便地對單一組份和多組份進(jìn)行定量分析。行定量分析。 不受樣品狀態(tài)的限制，能定量測定氣體、不受樣品狀態(tài)的限制，能定量測定氣體、液體和固體樣品。紅外光譜定量分析應(yīng)用液體和固體樣品。紅外光譜定量分析應(yīng)用廣泛。廣泛。 2吸光度的測定吸光度的測定一點(diǎn)法：該法不考慮背景吸收，直接從譜一點(diǎn)

38、法：該法不考慮背景吸收，直接從譜圖中分析波數(shù)處讀取譜圖縱坐標(biāo)的透過率，圖中分析波數(shù)處讀取譜圖縱坐標(biāo)的透過率，再由公式再由公式lgI0/It=A計(jì)算吸光度。計(jì)算吸光度。基線法：通過測量峰兩邊的峰谷作一切線，基線法：通過測量峰兩邊的峰谷作一切線，以兩切點(diǎn)連線的中點(diǎn)確定以兩切點(diǎn)連線的中點(diǎn)確定I0；以峰最大處確；以峰最大處確定定It 。第五節(jié)第五節(jié) 實(shí)驗(yàn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)技術(shù) 獲得一張高質(zhì)量紅外光譜圖，除了儀獲得一張高質(zhì)量紅外光譜圖，除了儀器本身的因素外，還必須有合適的樣品制器本身的因素外，還必須有合適的樣品制備方法備方法 一、紅外光譜法對試樣的要求一、紅外光譜法對試樣的要求 試樣應(yīng)該是單一組份的純物質(zhì)，純度應(yīng)試樣應(yīng)該是單一組份的純物質(zhì)，純度應(yīng)98%98%；試樣中不應(yīng)含有游離水；試樣中不應(yīng)含有游離水；試樣的濃度和測試厚度應(yīng)選擇適當(dāng)，使