人教版高中化學(xué)選修6：實(shí)驗(yàn)化學(xué) 二、紅外光譜分析法簡介

二、紅外光譜分析法簡介第一頁，共三十七頁。雨后天空出現(xiàn)的彩虹，是人類經(jīng)常觀測到的自然光譜。而真正意義上對光譜的研究是從英國科學(xué)家牛頓開始的。1666年牛頓證明一束白光可分為一系列不同顏色的可見光，而這一系列的光投影到一個(gè)屏幕上出現(xiàn)了一條從紫色到紅色的光帶。牛頓導(dǎo)入“光譜”一詞來描述這一現(xiàn)象。牛頓的研究是光譜科學(xué)開端的標(biāo)志。一、光譜學(xué)發(fā)展史第二頁，共三十七頁?，F(xiàn)代光譜學(xué)第三頁，共三十七頁。什么是紅外光譜？什么是紅外光？根據(jù)物質(zhì)對紅外光的特征吸收建立起來的一種光譜分析方法。波長比紅光長的一部分電磁輻射，介于可見光和微波之間。第四頁，共三十七頁。光的特征吸收現(xiàn)象1透過藍(lán)色鈷玻璃觀察鉀的焰色反應(yīng)第五頁，共三十七頁。光的特征吸收現(xiàn)象2臭氧阻擋紫外線的原理臭氧可以吸收紫外線，就是由于分子結(jié)構(gòu)使其可以與某種特定能量的紫外線發(fā)生共振。臭氧只是吸收其中特定的一部分，它吸收的部分恰好是容易導(dǎo)致皮膚癌的“兇手”，因此對于我們?nèi)祟惞诤艽?。這樣的共振對于很多種分子都是普遍存在的，只是吸收的電磁波各自不同而已。第六頁，共三十七頁?；瘜W(xué)鍵振動(dòng)的類型伸縮振動(dòng)彎曲振動(dòng)

在同一條直線上，鍵長發(fā)生變化。不在一條直線上，鍵角發(fā)生變化。構(gòu)成分子的原子不是靜止不動(dòng)的，原子在其平衡位置做相對運(yùn)動(dòng)，從而產(chǎn)生振動(dòng)第七頁，共三十七頁。

在一般情況下，分子的轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)處于基態(tài)，當(dāng)樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時(shí)，分子吸收某些頻率的輻射，分子的轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)將吸收紅外光而發(fā)生從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的能級躍遷，表現(xiàn)為吸收紅外光。二、紅外光譜的基本原理即一定頻率的紅外線經(jīng)過分子時(shí)，被分子中相同振動(dòng)頻率的鍵振動(dòng)吸收，導(dǎo)致這些區(qū)域的透射光強(qiáng)減弱，記錄所得透過率的曲線稱為紅外光譜圖。第八頁，共三十七頁。紅外光譜的區(qū)域根據(jù)能量與可見光的接近程度，習(xí)慣上按紅外光波長，將紅外光譜分成三個(gè)區(qū)域：近紅外區(qū)、中紅外區(qū)、遠(yuǎn)紅外區(qū)其中，中紅外區(qū)【基本振動(dòng)區(qū)4000~400cm-1,】是研究和應(yīng)用最多的區(qū)域，因?yàn)榻^大多數(shù)有機(jī)和無機(jī)化合物的化學(xué)鍵振動(dòng)區(qū)在中紅外區(qū)，所以紅外光譜廣泛用于化合物鑒定和表征。第九頁，共三十七頁。第十頁，共三十七頁。譜圖的橫坐標(biāo)通常為波數(shù)，縱坐標(biāo)為透過率?；衔?f紅外光譜圖第十一頁，共三十七頁。特征區(qū)：即化學(xué)鍵和基團(tuán)的特征振動(dòng)頻率區(qū)。在該區(qū)域出現(xiàn)的吸收峰一般用于鑒定官能團(tuán)的存在，特征吸收峰發(fā)生在4000–1333cm-1的區(qū)域。這些吸收峰特征性強(qiáng)，比較稀疏，容易辨認(rèn)。紅外光譜中的重要波段指紋區(qū)：紅外吸收光譜中1333-400cm-1的低頻區(qū)。該區(qū)域出現(xiàn)的譜帶主要是單鍵的伸縮振動(dòng)以及各種彎曲振動(dòng)引起的。這一區(qū)域譜帶特別密集，對分子結(jié)構(gòu)的變化極為敏感，結(jié)構(gòu)上的微小變化往往導(dǎo)致光譜上的顯著不同。特征區(qū)指紋區(qū)第十二頁，共三十七頁。已知化合物的紅外光譜已建立數(shù)據(jù)庫，通過對比即可得到確定的結(jié)論。第十三頁，共三十七頁。三、紅外光譜儀目前主要有兩類紅外光譜儀：色散型紅外光譜儀傅立葉變換紅外光譜儀色散型紅外光譜儀原理示意圖第十四頁，共三十七頁。色散型紅外光譜儀第十五頁，共三十七頁。傅里葉變換紅外光譜儀工作原理圖將干涉圖還原成光譜圖第十六頁，共三十七頁。第十七頁，共三十七頁。

（1）掃描速度極快

（2）具有很高的分辨率

（3）靈敏度高

除此之外，還有光譜范圍寬；測量精度高；雜散光干擾??；樣品不受因紅外聚焦而產(chǎn)生的熱效應(yīng)的影響.Fourier變換紅外光譜儀的特點(diǎn)：第十八頁，共三十七頁。要獲得一張高質(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備方法。紅外光譜法對試樣的要求：

（1）試樣應(yīng)該是單一組份的純物質(zhì)，純度應(yīng)>98%，否則各組份光譜相互重疊，難于判斷。

（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。

（3）以使光譜圖中的大多數(shù)吸收峰的透射率處于60%~80%范圍內(nèi)。樣品的制備方法第十九頁，共三十七頁。試樣的制備：以制備固體樣品和KBr壓片為例壓片機(jī)瑪瑙研缽第二十頁，共三十七頁。取0.2～0.4克KBr，在瑪瑙研缽中充分研細(xì)，然后取2～4毫克樣品，即樣品的量約為KBr的1%（此操作在紅外燈下進(jìn)行）第二十一頁，共三十七頁。在底座上先放一個(gè)樣品底座（光滑干凈面向上），再將壓片框架平穩(wěn)的套在樣品底座露出部分上。第二十二頁，共三十七頁。將充分研磨的樣品和KBr混合粉末倒入樣品框架中，注意盡量不要散落到側(cè)壁上，用藥匙柄將藥品調(diào)節(jié)鋪平后放上第二個(gè)樣品底座，此時(shí)光滑面向下。第二十三頁，共三十七頁。套上保護(hù)外套，放上彈簧，最后插入模壓桿。第二十四頁，共三十七頁。用手掌按緊模壓桿，放在手動(dòng)液壓機(jī)上，打開液壓機(jī)油閥，關(guān)閉氣閥（順時(shí)針到轉(zhuǎn)不動(dòng)），用壓桿增壓，直到表頭示數(shù)達(dá)20mpa，穩(wěn)定3分鐘左右。第二十五頁，共三十七頁。打開氣閥，從液壓機(jī)上取下制片模具，將樣品底座和樣品框架一同取出，放到模壓底座上，套上保護(hù)外套，插入模壓沖桿。將整個(gè)裝置再放到液壓機(jī)上輕壓，聽到“鐺”的響聲即停。第二十六頁，共三十七頁。將制片裝置取下拆除，用鑷子取下樣片放入樣品架上，小心移動(dòng)并插入到儀器的樣品槽中。第二十七頁，共三十七頁。第二十八頁，共三十七頁。紅外光譜法是一種分析化學(xué)的技術(shù)，對于有機(jī)化學(xué)的發(fā)展起了重要作用，它主要用來測定物質(zhì)分子中存在著的官能團(tuán),也可以用來測定化學(xué)物質(zhì)的純度。

此外,紅外光譜對于研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)也很重要。四、紅外光譜在有機(jī)合成中的應(yīng)用第二十九頁，共三十七頁。課堂探究1CH3—CH2—O—CH2—CH3

第三十頁，共三十七頁。課堂探究2第三十一頁，共三十七頁。在紅外光譜中,同一種官能團(tuán)或化學(xué)鍵的吸收峰的位置和強(qiáng)度并不完全相同，你認(rèn)為產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是什么?課堂討論1【提示:在高于絕對0度(OK)的條件下,分子中所有原子處于振動(dòng)運(yùn)動(dòng)之中,而且分子中的許多共價(jià)鍵是互相連接在一起的】第三十二頁，共三十七頁。當(dāng)人們在勞動(dòng)或運(yùn)動(dòng)時(shí)不慎發(fā)生扭傷或肌肉拉傷時(shí)，用紅外光照射是一種常用的理療方案，你認(rèn)為它的原理是什么？結(jié)合本節(jié)課的學(xué)習(xí)，試著對下列現(xiàn)象給與解釋課堂討論2遠(yuǎn)紅外線對人體的理療作用在紅外光線的區(qū)域中，有一個(gè)特殊的區(qū)域，8um-14um這個(gè)波段范圍在醫(yī)學(xué)界被稱為“生育光線”，其頻率與身體中的細(xì)胞分子、原子間的水分子運(yùn)動(dòng)頻率相一致時(shí)，引起共振效應(yīng)，其能量被生物體所吸收，使皮下組織深層部位的溫度升高，活化細(xì)胞組織，加快血液循環(huán)，提高人體免疫力，加強(qiáng)人體新陳代謝，促進(jìn)身體健康。第三十三頁，共三十七頁。課堂討論3在海邊沙灘進(jìn)行日光浴時(shí)，不僅會(huì)感到全身暖洋洋,而且會(huì)把皮膚曬黑，

但是用紅外光燈照射身體時(shí),

具會(huì)產(chǎn)生局部暖洋洋的感覺，而不會(huì)被曬黑.這是為什么?

因?yàn)楹＿叺奶鞖夂?，空氣污染度低，沒有建筑物、樹蔭遮擋,所以紫外線在空氣中的穿透更便利，而且海水的浪花會(huì)反射出很強(qiáng)的光，沙灘也會(huì)反射這些光，導(dǎo)致海邊的紫外線更加強(qiáng)烈，眾所周知，紫外線的過度照射引起的色素沉著，海邊的紫外線強(qiáng)烈使得海邊