紅外分光光度計(jì)課件講義.ppt

1、紅外吸收光譜法Infrared absorption spectroscopy, IR,紅外光譜法簡(jiǎn)介 基于物質(zhì)對(duì)紅外區(qū)域輻射的選擇性吸收引起分子振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷而進(jìn)行分析的方法,主要用于有機(jī)化合物的成分和結(jié)構(gòu)分析,紅外光譜在可見光和微波光區(qū)之間，波長范圍為 0 75-1000 um，一般說的紅外光譜指中紅外區(qū)的紅外 光譜2 5-25um (4000 - 400 cm-1),紅外光區(qū)的劃分: 近紅外光區(qū)（0 75 -2 5m ） 中紅外光區(qū)（2 5 -25m ） 遠(yuǎn)紅外光區(qū)（25 - 1000m ）。,分子的振動(dòng)能級(jí)（量子化）： E振=（V+1/2）h V ：化學(xué)鍵的 振動(dòng)頻率； ：振

2、動(dòng)量子數(shù)。,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,分子振動(dòng)方程式,任意兩個(gè)相鄰的能級(jí)間的能量差為：,K化學(xué)鍵的力常數(shù)，與鍵能和鍵長有關(guān)， 為雙原子的折合質(zhì)量 =m1m2/（m1+m2） 發(fā)生振動(dòng)能級(jí)躍遷需要能量的大小取決于鍵兩端原子的折合質(zhì)量和鍵的力常數(shù)，即取決于分子的結(jié)構(gòu)特征。,1 兩類基本振動(dòng)形式 伸縮振動(dòng) 亞甲基：,分子中基團(tuán)的基本振動(dòng)形式,變形振動(dòng) 亞甲基,基團(tuán)頻率區(qū)和指紋區(qū),按照吸收的特征,可將紅外光譜分為4000-1500cm-1和1500-600cm-1兩個(gè)區(qū)域,分別稱為基團(tuán)頻率區(qū)和指紋區(qū),基團(tuán)頻率,在紅外吸收光譜中,處于不同有機(jī)化合物分子中的化

3、學(xué)基團(tuán),它們的化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率總是出現(xiàn)在一個(gè)較窄的范圍內(nèi),都有自己特定的紅外吸收區(qū)域 分子中其它部分對(duì)其吸收位置的影響較小 通常把這種能代表基團(tuán)存在,并有高強(qiáng)度的吸收帶稱為基團(tuán)頻率,其所在的位置稱為特征吸收峰,基團(tuán)頻率區(qū):主要包括X-H、雙鍵和叁鍵的伸縮振動(dòng) 基團(tuán)頻率常用于鑒定有機(jī)化合物官能團(tuán)區(qū)或特征區(qū) ,因此,基團(tuán)頻率區(qū)又稱官能團(tuán)區(qū)或特征區(qū) 指紋區(qū):主要包括C-X鍵的伸縮振動(dòng)和C-H鍵的彎曲振動(dòng) 當(dāng)分子結(jié)構(gòu)稍有不同時(shí),該區(qū)的吸收就有明顯的改變,類似于人的指紋,紅外光譜的八個(gè)重要區(qū)段,紅外吸收光譜法基本原理,1 方法原理 紅外光的波長較大，能量較紫外光和可見光較小，當(dāng)紅外光照射到物質(zhì)表面時(shí)，會(huì)

4、引起分子的振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷。紅外光譜所研究的是分子振動(dòng)中伴有偶極矩變化的化合物，當(dāng)這些化合物吸收紅外后，分子將產(chǎn)生不同方式的振動(dòng)，消耗光能。,2 儀器原理 傅里葉紅外光譜儀 傅里葉紅外光譜儀的基本結(jié)構(gòu)如圖所示：,傅里葉紅外光譜儀的工作原理 光源發(fā)出的紅外光由麥克爾遜干涉儀分成兩束相干光，相干光照射到樣品上，含有樣品信息的相干光到達(dá)監(jiān)測(cè)器，由監(jiān)測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并將此電信號(hào)傳遞到指示系統(tǒng)-計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)將時(shí)間域信息通過傅里葉變換轉(zhuǎn)化為頻率域信息，最終得到透過率隨波數(shù)變化的紅外吸收光譜圖。,紅外吸收光譜主要研究在振動(dòng)中有偶極矩變化的化合物,除了單原子和同核原子如He,Ne,O2和

5、H2等之外,幾乎所有的有機(jī)化合物在紅外區(qū)均有吸收,紅外吸收光譜法的特點(diǎn): （1）特征性高。就像人的指紋一樣，每一種化合物 都有自己的特征紅外光譜，所以把紅外光譜分析 形象的稱為物質(zhì)分子的“指紋”分析。 （2）應(yīng)用范圍廣。從氣體、液體到固體，從無機(jī)化合物 到有機(jī)化合物，從高分子到低分子都可用紅外光譜 法進(jìn)行分析。 （ ）用樣量少，分析速度快，不破壞樣品。 （4）分析速度快。 （5）與色譜等聯(lián)用（GC-FTIR）具有強(qiáng)大的定性功能。,紅外光譜的應(yīng)用應(yīng)用是多方面的，D分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)研究，如分子的空間構(gòu)型化學(xué)鍵的力常數(shù)，鍵長，鍵角。化學(xué)的定性分析，定量分析，化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究。主要用于未知化合物的結(jié)構(gòu)

6、鑒定。紅外吸收光譜解析（一）紅外吸收光譜中的八個(gè)重要區(qū)域（二）譜圖解析的步驟譜圖解析的方法包括直接法、否定法、肯定法解析步驟：無嚴(yán)格的程序和規(guī)則。一般經(jīng)驗(yàn)為“四先四后一抓發(fā)四先四后一抓法”。即先特征，后指紋；先最強(qiáng)峰，后次強(qiáng)峰，在中強(qiáng)峰；先粗查，在細(xì)查；先肯定，后否定；一抓就是抓一組相關(guān)峰相關(guān)峰。具體步驟為：（1）了解樣品來源，純度（98%），外觀包括對(duì)對(duì)樣品的顏色氣味、物理狀態(tài)，灰分等觀察，如未知物含雜質(zhì)雜質(zhì)，先進(jìn)性分離、提純。（2）確定未知物的不飽和度（ ）由IR譜圖確定基團(tuán)及結(jié)構(gòu) （4）推測(cè)可能的結(jié)構(gòu) （5）查閱標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)照核實(shí),紅外光譜圖,縱坐標(biāo)為透光率T% 表示吸收強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為波長（

7、m）和波數(shù)（cm-1）表示 （cm-1） =104/（m）,紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件,1 輻射光子具有的能量與產(chǎn)生振動(dòng)躍遷所需的能量相等； 2 分子振動(dòng)時(shí)，必須伴隨有瞬時(shí)偶極矩的變化,對(duì)稱分子：沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無 紅外活性。如：N2、O2、Cl2 等。 非對(duì)稱分子：有偶極矩，紅外活性。,紅外光譜儀,儀器類型,色散型紅外光譜儀 干涉型（傅立葉變換紅外光譜儀）,島津公司的IRAffinity-1,紅外光譜儀的結(jié)構(gòu),光源 干涉儀 檢測(cè)器,(一)光源 光源要求能發(fā)射出穩(wěn)定、高強(qiáng)度連續(xù)波長的紅外光，能斯特?zé)?、碳化硅或涂有稀土化合物的鎳鉻旋狀燈絲這些是我們通常使用光源材料。 (二)干涉儀 我們

8、所用的干涉儀是邁克爾遜干涉儀，邁克爾遜干涉儀的作用是將復(fù)色光變?yōu)楦缮婀?。中紅外干涉儀中的分束器主要由溴化鉀材料制成；近紅外干涉儀中的分束器一般以石英和CaF2為材料；遠(yuǎn)紅外干涉儀中的分束器一般由Mylar膜和網(wǎng)格固體材料制成。,(三)檢測(cè)器 紅外光區(qū)的檢測(cè)器一般有兩種類型：熱檢測(cè)器和光導(dǎo)電檢測(cè)器。紅外光譜儀中常用的熱檢測(cè)器有：熱電偶；輻射熱測(cè)量計(jì)，以及熱電檢測(cè)器等。熱電偶和輻射熱測(cè)量計(jì)主要用于色散型分光光度計(jì)中，而熱電檢測(cè)器主要用于中紅外傅立葉變換光譜儀中,應(yīng)用：定性分析 定量分析,定性分析 化合物之間譜圖比較 待測(cè)物譜圖與紅外標(biāo)準(zhǔn)譜圖之間比較,定量分析 定量依據(jù)：朗伯比耳定律 定量分析方法：

9、工作曲線法、內(nèi)標(biāo)工作曲線法、求聯(lián)立方程法 測(cè)量條件的選擇：吸收峰強(qiáng)度大，峰形窄且無相鄰干擾峰；透光度控制在20%70%；儀器的100%透光度、儀器分辨率、波數(shù)示值等參數(shù)穩(wěn)定,葡萄糖的鑒別,來自中國藥典的鑒別方法,取本品約0.2g，加水5ml，溶解后緩緩滴入微溫的堿性酒石酸試液中，即生成氧化亞銅的紅色沉淀。 取干燥失重下的本品適量，依法測(cè)定，本品的紅外光吸收?qǐng)D譜應(yīng)與對(duì)照的圖譜（光譜集702圖）一致。,儀器與試劑 1 試劑與藥品： 1 溴化鉀（分析純） 2 葡萄糖（分析純） 3 未知樣品（樣品是葡萄糖或果糖或者是兩者的混和物） 4 無水丙酮 2 儀器： 1 瑪瑙研缽、藥匙、鑷子、藥用脫脂棉花 2

10、紅外線快速干燥器 3 傅立葉紅外光譜儀（島津公司的IRAffinity-1 ） 4 手壓機(jī)（島津公司）,實(shí)驗(yàn)步驟 1 實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備 實(shí)驗(yàn)前首先將溴化鉀，葡萄糖等樣品烘干，將模具，鑷子，藥勺，研缽等擦拭干凈。 2 壓片的準(zhǔn)備以及圖譜繪制 溴化鉀空白壓片的制備 取適量溴化鉀粉末，放入研缽中用力磨細(xì)，磨勻。然后用藥勺小心將磨好的溴化鉀粉末移入模具中，轉(zhuǎn)移過程中應(yīng)小心謹(jǐn)慎，防止粉末濺灑到模具周圍，引起粉末的損失，導(dǎo)致壓片不均勻。將模具蓋裝好，旋轉(zhuǎn)幾圈，使溴化鉀粉末在模具中均勻分布。隨后將模具放入手壓機(jī)，用約600Kgfcm2 壓力在液壓機(jī)上壓制2min左右。取出模具，用鑷子小心將壓好片的溴化鉀薄片放置一

11、邊。,4 樣品壓片 取適量葡萄糖，再取三倍體積溴化鉀粉末，將兩者混勻，用研缽研磨，其余操作同上。 5 繪制紅外圖譜 首先將溴化鉀薄片放入樣品槽中，開啟紅外光譜儀，在計(jì)算機(jī)中設(shè)定好參數(shù)，儀器開始運(yùn)行，最后計(jì)算機(jī)中會(huì)顯示出紅外光譜圖，作為空白。將待測(cè)樣品放入樣品槽，重復(fù)以上步驟，計(jì)算機(jī)將扣除空白后的光譜圖顯示出來。隨后表示出每個(gè)明顯吸收峰對(duì)應(yīng)的波數(shù)，保存文件，完成圖譜的繪制。 6 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果,溴化鉀起什么作用,紅外光譜測(cè)定實(shí)驗(yàn)用溴化鉀干燥 1.紅外測(cè)試過程是禁水的。 2.含水會(huì)嚴(yán)重影響譜圖質(zhì)量。 3.水會(huì)對(duì)儀器有損害，紅外房間都是不能含水的。 4.含水會(huì)影響溴化鉀壓片的效果,堿性酒石酸酮溶液配制,（1）取硫酸銅結(jié)晶6.93g，加水使溶解成100ml。 （2）取酒石酸鉀鈉結(jié)晶34.6g與氫氧化鈉10g，加水使溶解成100ml。 用時(shí)將兩液等量混合，即得。,注意事項(xiàng),溴化鉀必須經(jīng)過干燥失重，平鋪（5mm）在培養(yǎng)皿并放置在干燥箱里 葡萄糖樣品用量少，約一耳勺即可 樣品充分研磨，過25微米的篩 保持在紅外燈下操作 壓片結(jié)束后用丙酮清洗模具 葡萄糖與溴化鉀的比例為1：100200，樣品過多容易開裂,謝謝觀看,Than