第三小組紅外光譜

1、第三小組紅外光譜第1頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日紅外吸收光譜法（IR）一、概述定義：根據(jù)物質(zhì)分子特征吸收了紅外輻射后發(fā)生振動(dòng)能級和轉(zhuǎn)動(dòng)能級的躍遷的而建立起來的光譜分析方法 紅外吸收光譜 分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜 四大譜學(xué)方法：紫外吸收、紅外吸收、核磁共振波譜、質(zhì)譜第2頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日傅里葉紅外光譜儀分析（惠成）： 特點(diǎn)掃描速度快，可以在1S內(nèi)測得多張紅外光譜圖靈敏度高、檢測樣品量少光譜量大，是一種無損檢測方法，可以檢測透射較低的樣品，可以檢測氣體、固體、液體、薄膜等樣品分辨率高，便于觀察氣態(tài)分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)測定光譜范圍寬，分子的振動(dòng)能級

2、與許多結(jié)構(gòu)特征因素相關(guān)，只要改變光源、分束器和檢測器的配置，就可以得到整個(gè)紅外區(qū)光譜。每種化合物均有紅外吸收（除了單原子分子同核雙原子），因此應(yīng)用范圍廣 第3頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日應(yīng)用分子結(jié)構(gòu)的研究和化學(xué)組成的分析，廣泛應(yīng)用于有機(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、化工、催化、石油、材料、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域。第4頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日技術(shù)參數(shù)最高分辨率：2.0cm-1 / 1.0cm-1 / 0.5cm-1信噪比： 15000:1(P-P) / 30000:1(P-P) / 40000:1(P-P)分束器： 溴化鉀鍍鍺/ 寬帶溴化鉀鍍鍺

3、檢測器： DTGS檢測器 / DLATGS檢測器光源： 空冷陶瓷光源 第5頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日原理光源發(fā)出的光被分束器（類似半透半反鏡）分為兩束，一束經(jīng)透射到達(dá)動(dòng)鏡，另一束經(jīng)反射到達(dá)定鏡。兩束光分別經(jīng)定鏡和動(dòng)鏡反射再回到分束器，動(dòng)鏡以一恒定速度作直線運(yùn)動(dòng)，因而經(jīng)分束器分束后的兩束光形成光程差，產(chǎn)生干涉。干涉光在分束器會(huì)合后通過樣品池，通過樣品后含有樣品信息的干涉光到達(dá)檢測器，然后通過傅里葉變換對信號進(jìn)行處理，最終得到透過率或吸光度隨波數(shù)或波長的紅外吸收光譜圖。 第6頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日紅外光譜的基本原理紅外光譜起源于分子中

4、化學(xué)鍵的振動(dòng),屬于分子光譜中的振動(dòng)光譜，紅外吸收譜帶的位置（波數(shù)cm-1 ）對應(yīng)分子振動(dòng)能級躍遷的能級差；紅外吸收譜帶強(qiáng)度反映能級躍遷的幾率。 紅外光在電磁波譜中的波數(shù)范圍：近紅外：128004000 cm-1 (0.782.5 m )中紅外：4000400 cm-1 (2.525 m )遠(yuǎn)紅外：40010 cm-1 (251000 m )第7頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日使用方法（文毓、沂德）1、開機(jī)前準(zhǔn)備（電源電壓-穩(wěn)定，室溫：15-25攝氏度，濕度小于或等于60%）2、開機(jī)3、制樣4、掃描和輸出紅外光譜5、關(guān)機(jī)6、清洗壓片模具和瑪瑙研缽第8頁，共52頁，2022

5、年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日第9頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日第10頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日第11頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日樣品的制備方法制品的最佳厚度為：1030um1.薄膜法：（1）直接采用法 ：試品本身是透明的薄膜，厚度適合；（2）熱壓成膜法：熱塑性高聚物可以通過加熱壓成適當(dāng)厚度的薄膜。（3）溶液鑄模法：溶劑溶解試品溶液至玻璃板至溶劑完全揮發(fā)取薄膜2.壓片法：用于固體粉末的制樣方法，將研磨好的粉末放入壓片模中，用油壓機(jī)制成透明的薄片。第12頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日

6、3.液膜法（1）溶液法：將高聚物溶液在KBr晶片上涂成薄薄的一層液膜進(jìn)行測定（2）懸浮法很少用4.鑒于高聚物材料的復(fù)雜性，故在制樣之前常要進(jìn)行樣品預(yù)處理：方法1.分離與提純；2.熱裂解；3.化學(xué)處理。第13頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日制品的預(yù)處理1：分離與提純：可用溶解-沉淀法；萃取法；色譜法2:熱裂解：用于不溶不熔的高聚物材料3：化學(xué)處理第14頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日第15頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日第16頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日維護(hù)方法1、溫度：測定時(shí)實(shí)驗(yàn)室的溫度應(yīng)在15

7、30，相對濕度應(yīng)在65%以下，所用電源應(yīng)配備有穩(wěn)壓裝置和接地線。因要嚴(yán)格控制室內(nèi)的相對濕度，因此紅外實(shí)驗(yàn)室的面積不要太大，能放得下必須的儀器設(shè)備即可，但室內(nèi)一定要有除濕裝置。2、除濕：為防止儀器受潮而影響使用壽命，紅外實(shí)驗(yàn)室應(yīng)經(jīng)常保持干燥，即使儀器不用，也應(yīng)每周開機(jī)至少兩次，每次半天，同時(shí)開除濕機(jī)除濕。特別是霉雨季節(jié)，最好是能每天開除濕機(jī)第17頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日紅外光譜圖的分析（建華、婷婷） 譜圖解析的一般程序一種是按光譜圖中吸收峰強(qiáng)度順序解析，即首先識別特征區(qū)的最強(qiáng)峰，然后是次強(qiáng)峰或較弱峰，它們分別屬于何種基團(tuán)，同時(shí)查對指紋區(qū)的相關(guān)峰加以驗(yàn)證，以初步推斷

8、試樣物質(zhì)的類別，最后詳細(xì)地查對有關(guān)光譜資料來確定其結(jié)構(gòu)； 另一種是按基團(tuán)順序解析，即首先按C=O、O-H、C-O、C=C（包括芳環(huán)）、CN和NO2等幾個(gè)主要基團(tuán)的順序，采用肯定與否定的方法，判斷試樣光譜中這些主要基團(tuán)的特征吸收峰存在與否，以獲得分子結(jié)構(gòu)的概貌，然后查對其細(xì)節(jié)，確定其結(jié)構(gòu)。 注意：在解析過程中，要把注意力集中到主要基團(tuán)的相關(guān)峰上，避免孤立解析。 第18頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日具體的解譜分析法 各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍：從第一區(qū)域到第四區(qū)域，4000cm-1到400cm-1各種官能團(tuán)的特征吸收頻率范圍。區(qū)域基 團(tuán)吸收頻率（cm-1）振動(dòng)形式吸收強(qiáng)度說

9、 明第一區(qū)域OH（游離）OH（締合）NH2，NH（游離）NH2，NH（締合）SHCH伸縮振動(dòng)不飽和CHCH（叁鍵）CH（雙鍵）苯環(huán)中CH飽和CHCH3 CH3CH2CH236503580340032003500330034003100260025003300附近301030403030附近2960528701029305285010伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮反對稱伸縮對稱伸縮反對稱伸縮對稱伸縮m，shs，bms，bsssssss判斷有無醇類、酚類和有機(jī)酸的重要依據(jù)不飽和CH伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3000cm-1以上末端CH2出現(xiàn)在3085cm-1附近強(qiáng)度上比飽和CH稍弱，但譜帶較尖銳飽和CH伸縮

10、振動(dòng)出現(xiàn)在3000cm-1以下（30002800cm-1），取代基影響較小三元環(huán)中的CH2出現(xiàn)在3050cm-1CH出現(xiàn)在2890cm-1，很弱第19頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日 各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍第二區(qū)域CNNN CCC=C=C2260222023102135226021001950附近伸縮伸縮伸縮伸縮smvv干擾少RCCH，21002140；RCCR，21902260；若R=R，對稱分子無紅外譜帶第三區(qū)域C=C芳環(huán)中C=CC=ONO2NO2S=O168016201600，15801500，1450185016001600150013001250122010

11、40伸縮伸縮伸縮反對稱伸縮對稱伸縮伸縮m，wvssss苯環(huán)的骨架振動(dòng)其他吸收帶干擾少，是判斷羰基（酮類、酸類、酯類、酸酐等）的特征頻率，位置變動(dòng)大第20頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日 各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍四區(qū)域COCOCCH3，CH2CH3NH2CFCClCBrCI=CH2（CH2）n,n4130010009001150146010137013801650156014001000800600600500500200910890720伸縮伸縮CH3反對稱變形，CH2變形對稱變形變形伸縮伸縮伸縮伸縮面外搖擺面內(nèi)搖擺ssmsm,ssssssvCO鍵（酯、醚、醇類）的極性

12、很強(qiáng)，故強(qiáng)度強(qiáng)，常成為譜圖中最強(qiáng)的吸收醚類中COC的as=110050是最強(qiáng)的吸收。COC對稱伸縮在9001000，較弱大部分有機(jī)化合物都含有CH3、CH2基，因此此峰經(jīng)常出現(xiàn)第21頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日常見基團(tuán)紅外吸收帶第22頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日紅外吸收帶的波數(shù)位置波峰的數(shù)目吸收譜帶的強(qiáng)度分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與分子組成或化學(xué)基團(tuán)的含量有關(guān)，可進(jìn)行定量分析定性分析第23頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日紅外光區(qū)光譜表示方法： T 曲線or T 曲線波長與 波數(shù)之間的關(guān)系為： （ cm-1） =104 / （ m

13、 ）例： 5 m的紅外線，它的波長為 104 / 52000 cm-1第24頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日二、紅外光譜區(qū)域 中紅外區(qū)研究應(yīng)用最廣，是主要的研究對象第25頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日中紅外光區(qū)吸收帶（2.5 25m ）:基本振動(dòng)區(qū)，絕大多數(shù)有機(jī)化合物和無機(jī)離子的基頻吸收帶，由于基頻振動(dòng)是紅外光譜中吸收最強(qiáng)的振動(dòng)，所以該區(qū)最適于進(jìn)行紅外光譜的定性和定量分析。遠(yuǎn)紅外光區(qū)吸收帶 （25 1000m ）：轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)，分子轉(zhuǎn)動(dòng)和晶格振動(dòng)產(chǎn)生的。近紅外區(qū)吸收帶（ 0.78 2.5m ）：泛頻區(qū)，OH，NH及CH的倍頻吸收第26頁，共52頁，2

14、022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日紅外譜圖解題思路1、求不飽和度 0（飽和烴）； 1（烯烴）； 2，3（炔烴，或是含有CO等不飽和烴）； 4（含有苯環(huán)）2、確定基本結(jié)構(gòu)和基團(tuán)3、考慮指紋區(qū)峰結(jié)構(gòu)排除不可能的基團(tuán)4、推斷結(jié)構(gòu)第27頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日紅外光譜譜圖分析 特征吸收：指基團(tuán)在特定的區(qū)域有吸收，且其它部分對此吸收位置的影響較小，并有較強(qiáng)的吸收譜帶。 最有分析價(jià)值的基團(tuán)頻率在4000 cm-1 1300 cm-1 之間，這一區(qū)域稱為基團(tuán)頻率區(qū)、官能團(tuán)區(qū)或特征區(qū)。區(qū)內(nèi)的峰是由伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的吸收帶，比較稀疏，容易辨認(rèn)，常用于鑒定官能團(tuán)。 在1300 c

15、m-1 600 cm-1 區(qū)域內(nèi)，除單鍵的伸縮振動(dòng)外，還有多數(shù)基團(tuán)因變形振動(dòng)產(chǎn)生的譜帶。這種振動(dòng)與整個(gè)分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)分子結(jié)構(gòu)稍有不同時(shí)，該區(qū)的吸收就有細(xì)微的差異，并顯示出分子特征，稱為指紋區(qū)。 第28頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日1、紅外光譜的區(qū)域劃分 常見的化學(xué)基團(tuán)在4000670 cm-1范圍內(nèi)有特征吸收。常將該波數(shù)范圍分成四個(gè)區(qū)域（1）XH伸縮振動(dòng)區(qū)40002500 cm-1（2）叁鍵和積累雙鍵區(qū)25001900 cm-1（3）雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)19001200 cm-1（4）XY伸縮振動(dòng)及XH變形振動(dòng)區(qū)1650 cm-1第29頁，共52頁，2022年，5月20

16、日，10點(diǎn)4分，星期日（1）、XH伸縮振動(dòng)區(qū) 40002500 cm- 1 （XO，N，C，S）O H 36503200 cm-1(醇、酚、羧酸)游離酚中 OH 37003500 cm-1 胺和酰胺的N-H伸縮振動(dòng)也出現(xiàn)在35003100 cm-1 ，因此，可能會(huì)對O-H伸縮振動(dòng)有干擾。 第30頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日C-H的伸縮振動(dòng)可分為飽和和不飽和的兩種: 飽和的C-H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3000 cm-1以下，約30002800 cm-1 ，取代基對它們影響很小。CH3（2960、2870cm-1）、CH2（2930、2850cm-1）、CH（2890cm-1）

17、幾乎觀察不到 不飽和的C-H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3000 cm-1以上 CH2的吸收在3085cm-1附近=C-H伸縮振動(dòng):3100-3000cm-1 C-H伸縮振動(dòng): 3300cm-1 苯環(huán)的C-H鍵伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3030 cm-1附近，它的特征是強(qiáng)度比飽和的C-H鍵稍弱，但譜帶比較尖銳。第31頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日3080 cm-1 3030 cm-1 3080 cm-1 3030 cm-1 3300 cm-1 （C-H）3080-3030 cm-1 2900-2800 cm-1 3000 cm-1 C-H 伸縮振動(dòng)( 3000 cm-1) 第32頁，共52頁，

18、2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日烯烴，炔烴的判斷=C-H伸縮振動(dòng):3100-3000cm-1 =C-H伸縮振動(dòng): 3300cm-1 C=C伸縮振動(dòng):1680-1620 cm-1=C-H彎曲振動(dòng)：1000-650cm-1C=C伸縮振動(dòng) :2260-2100cm-1=C-H彎曲振動(dòng): 700-610cm-1 第33頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日（2）、叁鍵和積累雙鍵區(qū)25001900 cm-1這個(gè)區(qū)域的譜帶用得較少，因?yàn)楹I和積累雙鍵的化合物，遇到的機(jī)會(huì)不多。R-CCH的伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在21002140 cm-1附近； R-C C-R出現(xiàn)在21902260 cm

19、-1附近； R-C C-R分子是對稱，則為非紅外活性；-C N 基的伸縮振動(dòng)在非共軛的情況下出現(xiàn)22402260 cm-1 ，在共軛的情況下出現(xiàn)22202230 cm-1附近。第34頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日（3）、雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)19001200 cm-1 主要包括： C C，CO，CN， NO2的伸縮振動(dòng) 苯環(huán)的骨架振動(dòng) 第35頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日該區(qū)域包括三種重要的伸縮振動(dòng)：酸酐的羰基吸收帶由于振動(dòng)耦合而呈現(xiàn)雙峰。以此很容易判斷酮類、醛類、酸類、酯類以及酸酐等有機(jī)化合物是紅外光譜中特征的且往往是最強(qiáng)的吸收 C=O伸縮振動(dòng)：1

20、9001650 cm-1 第36頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日 C=C伸縮振動(dòng)。烯烴 的C=C伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在16801620 cm-1 ，一般很弱。單核芳烴的C=C伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在1600 cm-1和1500 cm-1附近，有兩個(gè)峰，這是芳環(huán)的骨架結(jié)構(gòu)，用于確認(rèn)有無芳核的存在。 苯的衍生物的泛頻譜帶，出現(xiàn)在20001650 cm-1范圍，是C-H面外和C=C面內(nèi)變形振動(dòng)的泛頻吸收，雖然強(qiáng)度很弱，但它們的吸收面貌在表征芳核取代類型上有一定的作用。第37頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日包括：CH，NH的變形振動(dòng)（4）、XH變形振動(dòng)區(qū) 1650 - 1

21、350 cm-1甲基在1370-1380 cm-1出現(xiàn)一個(gè)很特征的吸收峰，可作為判斷有無甲基存在的依據(jù)。 當(dāng)一個(gè)碳原子上存在二個(gè)甲基時(shí)，二個(gè)甲基的變形振動(dòng)(1380 cm-1)互相偶合，分裂成二個(gè)峰：1385 cm-1、1375 cm-1，這對確定異丙基很有用。第38頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日（5）900 650 cm-1區(qū)域（指紋區(qū)） 苯環(huán)取代而產(chǎn)生的吸收是這個(gè)區(qū)域重要內(nèi)容，該區(qū)域是利用紅外光譜推斷苯環(huán)取代位置的主要依據(jù)。該區(qū)域的某些吸收峰還可用來確認(rèn)化合物的順反構(gòu)型。烯烴的面外彎曲振動(dòng)出現(xiàn)的位置：反式構(gòu)型：990-970 cm-1順式構(gòu)型：690 cm-1 總

22、之，指紋區(qū)和官能團(tuán)區(qū)有著不同的功能，可以功能互補(bǔ)。從官能團(tuán)區(qū)可以找出該化合物存在的官能團(tuán)，而指紋區(qū)的吸收宜于用來同標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行比較，以得出更確切的結(jié)論。圖譜具體分析：第39頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日 圖譜解析訓(xùn)練1第40頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日第41頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日圖譜解析訓(xùn)練2第42頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日第43頁，共52頁，2022年，5月20日，10點(diǎn)4分，星期日小 結(jié)特征基團(tuán)的位置峰：1、不飽和烴CH 30002、OH 33803、飽和烴CH 29404、純羰基 17365、醛基 1725，27206、CH3 13807、C （CH3