紅外吸收光譜分析法FTIR課件

紅外吸收光譜分析法第一節(jié)紅外吸收光譜分析概述紅外光譜又稱分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，屬分子吸收光譜。樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時(shí)，分子吸收其中一些頻率的輻射，分子振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)引起偶極矩的凈變化，使振-轉(zhuǎn)能級(jí)從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，相應(yīng)于這些區(qū)域的透射光強(qiáng)減弱，記錄百分透過率T%對(duì)波數(shù)或波長(zhǎng)的曲線，即紅外光譜。

一、紅外光的分區(qū)紅外線：波長(zhǎng)在0.76~500μm(1000μm)范圍內(nèi)的電磁波稱為紅外線。近紅外區(qū)：0.78~2.5μm（12820----4000cm-1）—OH和—NH倍頻吸收區(qū)中紅外區(qū)：2.5~25μm（4000----400cm-1）基團(tuán)的基頻振動(dòng)、伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)光譜遠(yuǎn)紅外區(qū)：25~500μm（400----20cm-1）純轉(zhuǎn)動(dòng)光譜中紅外區(qū)能很好的反應(yīng)分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)，對(duì)解決分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成中的各種問題最為有效，因而是紅外光譜中應(yīng)用最為廣泛的區(qū)域，一般所說的紅外光譜大都指這一范圍的光譜。1紅外吸收光譜分析υC=O-CH

-CH3Ar-HC=C-CH3CH苯紅外吸收光譜的產(chǎn)生的條件紅外光譜主要由分子的振動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生分子的振動(dòng)能級(jí)差遠(yuǎn)大于轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)差分子發(fā)生振動(dòng)能級(jí)躍遷必然同時(shí)伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷1．振動(dòng)能級(jí)2紅外分光光度法基本原理2分子振動(dòng)模型(1)雙原子分子的簡(jiǎn)諧振動(dòng)及其頻率

化學(xué)鍵的振動(dòng)類似于連接兩個(gè)小球的彈簧K化學(xué)鍵力學(xué)常數(shù)折合質(zhì)量振動(dòng)的類型和表示方法一、伸縮振動(dòng)指鍵長(zhǎng)沿鍵軸方向發(fā)生周期性變化的振動(dòng)1．對(duì)稱伸縮振動(dòng)：鍵長(zhǎng)沿鍵軸方向的運(yùn)動(dòng)同時(shí)發(fā)生

2．反稱伸縮振動(dòng)：鍵長(zhǎng)沿鍵軸方向的運(yùn)動(dòng)交替發(fā)生分子振動(dòng)的形式（多原子分子）

二、彎曲振動(dòng)（變形振動(dòng)，變角振動(dòng)）：

指鍵角發(fā)生周期性變化、而鍵長(zhǎng)不變的振動(dòng)1．面內(nèi)彎曲振動(dòng)β：彎曲振動(dòng)發(fā)生在由幾個(gè)原子構(gòu)成的平面內(nèi)1）剪式振動(dòng)δ：振動(dòng)中鍵角的變化類似剪刀的開閉

2）面內(nèi)搖擺ρ：基團(tuán)作為一個(gè)整體在平面內(nèi)搖動(dòng)3．變形振動(dòng)：1）對(duì)稱的變形振動(dòng)δs：三個(gè)AX鍵與軸線的夾角同時(shí)變大

2）不對(duì)稱的變形振動(dòng)δas：三個(gè)AX鍵與軸線的夾角不同時(shí)變大或減小3．基頻峰與泛頻峰a）基頻峰：分子吸收一定頻率紅外線，振動(dòng)能級(jí)從基態(tài)躍遷至第一振動(dòng)激發(fā)態(tài)產(chǎn)生的吸收峰（即υ=0→1產(chǎn)生的峰）基頻峰的峰位等于分子的振動(dòng)頻率基頻峰強(qiáng)度大——紅外主要吸收峰

泛倍頻峰二倍頻峰（υ=0→υ=2）頻三倍頻峰（υ=0→υ=3）峰合頻峰差頻峰（即υ=1→υ=2，3---產(chǎn)生的峰）b）泛頻峰倍頻峰：分子的振動(dòng)能級(jí)從基態(tài)躍遷至第二振動(dòng)激發(fā)態(tài)、第三振動(dòng)激發(fā)態(tài)等高能態(tài)時(shí)所產(chǎn)生的吸收峰（即υ=1→υ=2，3---產(chǎn)生的峰）注：泛頻峰強(qiáng)度較弱，難辨認(rèn)→卻增加了光譜特征性振動(dòng)自由度反映吸收峰數(shù)量;吸收峰數(shù)常少于振動(dòng)自由度數(shù);發(fā)生了簡(jiǎn)并——即振動(dòng)頻率相同的峰重疊,紅外非活性振動(dòng)實(shí)際工作中簡(jiǎn)正振動(dòng)頻率不上理論計(jì)算，而是通過試驗(yàn)測(cè)定，歸納成規(guī)律。5振動(dòng)的自由度指分子獨(dú)立的振動(dòng)數(shù)目，或基本的振動(dòng)數(shù)目N個(gè)原子組成分子，每個(gè)原子在空間具三個(gè)自由度6紅外光譜的特征（1）譜帶數(shù)（absorptionbandsnumber)譜帶數(shù)與分子自由度有關(guān)，基頻譜帶和泛頻譜帶。無瞬間偶基距變化時(shí)，無紅外吸收。（2）譜帶位置（absorptionbandslocation)每一個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)都有特征振動(dòng)頻率，在紅外光譜圖中表現(xiàn)出特征的吸收譜帶位置?；瘜W(xué)鍵的力常數(shù)k越大，原子折合質(zhì)量越小，鍵的振動(dòng)頻率越大，吸收帶將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)（短波長(zhǎng)區(qū)）；反之，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)（高波長(zhǎng)區(qū)）。(3）譜帶形狀（absorptionbandsshape)分析的化合物越純，吸收譜帶越尖銳，對(duì)稱性越好；若是混合物，則譜帶會(huì)出現(xiàn)重疊、加寬，對(duì)稱性破壞。（4）譜帶強(qiáng)度（absorptionbandsintensity)鍵兩端原子電負(fù)性相差越大（極性越大），吸收峰越強(qiáng)；由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)的吸收峰，基頻峰；由基態(tài)直接躍遷到第二激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)弱的吸收峰，倍頻峰。第二節(jié)紅外光譜的應(yīng)用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。據(jù)此進(jìn)行化合物的定性分析和定量分析。廣泛應(yīng)用于石油化工、生物醫(yī)藥、環(huán)境監(jiān)測(cè)等方面。1.定性分析（1）已知物的鑒定在得到試樣的紅外譜圖后，與純物質(zhì)的譜圖進(jìn)行比較，如果譜圖中峰位、峰形和峰的相對(duì)強(qiáng)度都一致，即可認(rèn)為是同一物質(zhì)。（2）未知物的鑒定是紅外光譜法定性分析的一個(gè)重要用途，涉及到圖譜的解析。4）甲基與芳環(huán)或雜原子相連：烯烴1．C-H振動(dòng)2．C=C骨架振動(dòng)順式>反式取代基完全對(duì)稱時(shí)，峰消失3．發(fā)生π-π共軛或n-π共軛——共軛效應(yīng)將使吸收峰位移向低波數(shù)區(qū)10~30cm-1炔烴1．C-H振動(dòng)2．C≡C骨架振動(dòng)取代基完全對(duì)稱時(shí)，峰消失（二）芳香族化合物1．芳?xì)渖炜s振動(dòng)2．芳環(huán)骨架伸縮振動(dòng)——確定苯環(huán)存在3．芳?xì)鋸澢駝?dòng)——判斷苯的取代形式單取代雙取代鄰取代對(duì)取代間取代多取代（三）醇、酚、醚1．O-H伸縮振動(dòng)：2．C-O伸縮振動(dòng)：醇、酚注：酚還具有苯環(huán)特征醚1．鏈醚和環(huán)醚

2．芳醚和烯醚（四）羰基化合物1．酮2．醛酮、醛共軛效應(yīng)使吸收峰→低波數(shù)區(qū)環(huán)酮：環(huán)張力↑，吸收峰→高波數(shù)區(qū)共軛效應(yīng)使吸收峰→低波數(shù)區(qū)雙峰原因→費(fèi)米共振峰位排序：酸酐>酰鹵>羧酸（游離）>酯類>醛>酮>酰胺例：化合物C8H8O2的紅外光譜如右圖所示，試推測(cè)其結(jié)構(gòu)。υC=O-CHO

-CH3Ar-HC=C-CH3CH苯解：計(jì)算不飽和度：3000cm-1有吸收，說明有和==C-H基團(tuán)存在。靠近1700cm-1的強(qiáng)度吸收，表明有C=O