儀器分析教學(xué)課件,紅外

1、儀器分析教學(xué)課件,紅外 Infrared Spectroscopy ( IR ) 儀器分析教學(xué)課件,紅外 概述概述 4.2 基本原理基本原理 4.3 紅外光譜儀紅外光譜儀 4.4 試樣的處理和制備試樣的處理和制備 4.5 紅外光譜法的應(yīng)用紅外光譜法的應(yīng)用 4.6 紅外光譜技術(shù)進展紅外光譜技術(shù)進展 儀器分析教學(xué)課件,紅外 根據(jù)樣品對不同波長紅外光的吸收根據(jù)樣品對不同波長紅外光的吸收 情況，來研究物質(zhì)分子的組成和結(jié)構(gòu)的情況，來研究物質(zhì)分子的組成和結(jié)構(gòu)的 方法。方法。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 相同點：都是分子吸收光譜。相同點：都是分子吸收光譜。 不同點：不同點： UV-Vis 是基于價電子能級躍遷而

2、產(chǎn)生是基于價電子能級躍遷而產(chǎn)生 的電子光譜的電子光譜; ;主要用于樣品的定量測定。主要用于樣品的定量測定。 IR 則是分子振動或轉(zhuǎn)動能級躍遷而產(chǎn)則是分子振動或轉(zhuǎn)動能級躍遷而產(chǎn) 生的吸收光譜生的吸收光譜; ;主要用于有機化合物的定主要用于有機化合物的定 性分析和結(jié)構(gòu)鑒定。性分析和結(jié)構(gòu)鑒定。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 紅外光譜區(qū)域劃分紅外光譜區(qū)域劃分(0.78 1000m) NIR 區(qū)區(qū) 128004000cm-1 MIR區(qū)區(qū) 4000200cm1 FIR 區(qū)區(qū) 20010cm1 儀器分析教學(xué)課件,紅外 紅外光譜圖：是以波數(shù)為橫坐標(biāo)，縱坐紅外光譜圖：是以波數(shù)為橫坐標(biāo)，縱坐 標(biāo)用透光率或吸光度來表標(biāo)用

3、透光率或吸光度來表 示的一種頻率圖。示的一種頻率圖。 波數(shù)（波數(shù)（cmcm-1 -1）：波長的倒數(shù)，表示每厘米 ）：波長的倒數(shù)，表示每厘米 長度上波的數(shù)目。長度上波的數(shù)目。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 儀器分析教學(xué)課件,紅外 根據(jù)化合物紅外譜圖中特征吸收根據(jù)化合物紅外譜圖中特征吸收 峰的位置、數(shù)目、相對強度、形狀等參峰的位置、數(shù)目、相對強度、形狀等參 數(shù)來推斷樣品中存在哪些基團，從而確數(shù)來推斷樣品中存在哪些基團，從而確 定其分子結(jié)構(gòu)。定其分子結(jié)構(gòu)。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 優(yōu)點：優(yōu)點： 特征性強特征性強, ,可靠性高、樣品測定范圍廣、可靠性高、樣品測定范圍廣、 用量少、測定速度快、操作簡便、重現(xiàn)性

4、好。用量少、測定速度快、操作簡便、重現(xiàn)性好。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 局限性：局限性： n有些物質(zhì)不能產(chǎn)生紅外吸收；有些物質(zhì)不能產(chǎn)生紅外吸收； n有些物質(zhì)不能用紅外鑒別；有些物質(zhì)不能用紅外鑒別； n有些吸收峰，尤其是指紋峰不能全部指認(rèn)；有些吸收峰，尤其是指紋峰不能全部指認(rèn)； n定量分析的靈敏度較低。定量分析的靈敏度較低。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 吸收峰由何引起？每個基團或化學(xué)鍵能產(chǎn)生幾個吸收峰由何引起？每個基團或化學(xué)鍵能產(chǎn)生幾個 吸收峰？都出現(xiàn)在什么位置？不同吸收峰為什么吸收峰？都出現(xiàn)在什么位置？不同吸收峰為什么 有強有弱？有強有弱？ 儀器分析教學(xué)課件,紅外 產(chǎn)生紅外吸收的條件產(chǎn)生紅外吸收的條

5、件 分子振動類型分子振動類型 基本振動理論數(shù)基本振動理論數(shù) 影響吸收峰強度的因素影響吸收峰強度的因素 基團頻率基團頻率紅外譜圖解析紅外譜圖解析 4.2 基本原理基本原理 儀器分析教學(xué)課件,紅外 （1 1）分子吸收的輻射能與其能級躍遷所）分子吸收的輻射能與其能級躍遷所 需能量相等；需能量相等； （2 2）分子發(fā)生偶極距的變化（耦合作用）。）分子發(fā)生偶極距的變化（耦合作用）。 只有發(fā)生偶極矩變化的振動才能產(chǎn)生可觀測只有發(fā)生偶極矩變化的振動才能產(chǎn)生可觀測 的紅外吸收光譜，稱紅外活性。的紅外吸收光譜，稱紅外活性。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 多原子分子的振動多原子分子的振動(P56)(P56) 伸縮振動伸

6、縮振動 ()()：鍵長發(fā)生變化：鍵長發(fā)生變化 變形振動變形振動 ()()：鍵角發(fā)生變化：鍵角發(fā)生變化 1.簡正振動基本形式簡正振動基本形式 儀器分析教學(xué)課件,紅外 伸縮振動（伸縮振動（） 儀器分析教學(xué)課件,紅外 變形振動（變形振動（） 儀器分析教學(xué)課件,紅外 儀器分析教學(xué)課件,紅外 儀器分析教學(xué)課件,紅外 分子振動自由度：多原子分子的基本振動分子振動自由度：多原子分子的基本振動 數(shù)目，也就是基頻吸收峰的數(shù)目。數(shù)目，也就是基頻吸收峰的數(shù)目。 基頻吸收峰：分子吸收一定頻率的紅外光后，基頻吸收峰：分子吸收一定頻率的紅外光后， 其振動能級由基態(tài)躍遷到第一其振動能級由基態(tài)躍遷到第一 激發(fā)態(tài)時所產(chǎn)生的吸收

7、峰。激發(fā)態(tài)時所產(chǎn)生的吸收峰。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 線型分子振動自由度線型分子振動自由度 = = 3N 5( (如如CO2) ) 非線型分子振動自由度非線型分子振動自由度 = = 3N 6( (如如H2O) ) （N 是分子中原子的個數(shù)）是分子中原子的個數(shù)） 儀器分析教學(xué)課件,紅外 n沒有偶極矩變化的振動不產(chǎn)生紅外吸收，沒有偶極矩變化的振動不產(chǎn)生紅外吸收， 即非紅外活性；即非紅外活性； n相同頻率的振動吸收重疊，即簡并；相同頻率的振動吸收重疊，即簡并； n儀器分辨率不夠高；儀器分辨率不夠高； n有些吸收帶落在儀器檢測范圍之外。有些吸收帶落在儀器檢測范圍之外。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 n 振動

8、過程中鍵的偶極距變化振動過程中鍵的偶極距變化 n 振動能級的躍遷幾率振動能級的躍遷幾率 很強（很強（vs）、強（）、強（s）、中（）、中（m）、弱（）、弱（w）、很弱（）、很弱（vw） 儀器分析教學(xué)課件,紅外 吸收峰由何引起？每個基團或化學(xué)鍵能產(chǎn)生幾個吸收峰由何引起？每個基團或化學(xué)鍵能產(chǎn)生幾個 吸收峰？不同吸收峰為什么有強有弱？都出現(xiàn)在吸收峰？不同吸收峰為什么有強有弱？都出現(xiàn)在 什么位置？什么位置？ 儀器分析教學(xué)課件,紅外 基團頻率：不同分子中同一類型的基團振動頻基團頻率：不同分子中同一類型的基團振動頻 率非常相近，都在一較窄的頻率區(qū)間出現(xiàn)吸收率非常相近，都在一較窄的頻率區(qū)間出現(xiàn)吸收 譜帶，其

9、頻率稱基團頻率。譜帶，其頻率稱基團頻率。 =1303k/Ar =1303k/Ar ： 波數(shù)波數(shù) ArAr：兩個原子折合質(zhì)量：兩個原子折合質(zhì)量 K K： 鍵力常數(shù)鍵力常數(shù) ArAr= M= M1 1M M2 2 / /（ （M M1 1+M+M2 2） 1. 官能團具有特征頻率官能團具有特征頻率 儀器分析教學(xué)課件,紅外 譜圖解析就是根據(jù)實驗所得的紅外光譜譜圖解析就是根據(jù)實驗所得的紅外光譜 圖吸收峰的位置、強度和形狀；利用基團振動圖吸收峰的位置、強度和形狀；利用基團振動 頻率與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系；確定吸收峰的歸屬，頻率與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系；確定吸收峰的歸屬， 確認(rèn)分子中所含的基團或化學(xué)鍵，進而推斷分確認(rèn)分

10、子中所含的基團或化學(xué)鍵，進而推斷分 子的結(jié)構(gòu)。子的結(jié)構(gòu)。 2. 譜圖解析譜圖解析 儀器分析教學(xué)課件,紅外 基團頻率區(qū)：基團頻率區(qū)： 在在400040001300cm1300cm-1 -1 范圍內(nèi)的吸收峰，有一 范圍內(nèi)的吸收峰，有一 共同特點：既每一吸收峰都和一定的官能共同特點：既每一吸收峰都和一定的官能 團相對應(yīng)，因此稱為基團頻率區(qū)。團相對應(yīng)，因此稱為基團頻率區(qū)。 在基團頻率區(qū)，原則上每個吸收峰都可以找到歸屬在基團頻率區(qū)，原則上每個吸收峰都可以找到歸屬。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 指紋區(qū)：指紋區(qū)： 在m400cm-1 -1范圍內(nèi)，雖然有些吸收也對應(yīng) 范圍內(nèi)，雖然有些吸收

11、也對應(yīng) 著某些官能團，但大量吸收峰僅顯示了化合物著某些官能團，但大量吸收峰僅顯示了化合物 的紅外特征，猶如人的指紋，故稱為指紋區(qū)。的紅外特征，猶如人的指紋，故稱為指紋區(qū)。 指紋區(qū)的吸收峰數(shù)目雖多，但往往大部分都找指紋區(qū)的吸收峰數(shù)目雖多，但往往大部分都找 不到歸屬不到歸屬。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 基團頻率區(qū)基團頻率區(qū) 指紋區(qū)指紋區(qū) 儀器分析教學(xué)課件,紅外 相關(guān)峰：相關(guān)峰： 同一種分子的基團或化學(xué)鍵振動，往往會同一種分子的基團或化學(xué)鍵振動，往往會 在基團頻率區(qū)和指紋區(qū)同時產(chǎn)生若干個吸收在基團頻率區(qū)和指紋區(qū)同時產(chǎn)生若干個吸收 峰。這些相互依存和可以相互佐證的吸收峰。這些相互依存和可以相互佐證的吸收

12、 峰稱為相關(guān)峰。峰稱為相關(guān)峰。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 儀器分析教學(xué)課件,紅外 1. 4000 2500 cm-1 X-H 伸縮振動區(qū)：伸縮振動區(qū)： C、N、O、S 羥基羥基 O-HO-H（醇或酚羥基）（醇或酚羥基）3200 3200 3650 cm 3650 cm -1 -1 3610 3610 3640 cm 3640 cm -1 -1 ，游離羥基 ，游離羥基 。 3300 3300 2500 cm 2500 cm -1 -1 ，形成締合羥基。 ，形成締合羥基。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 游離羥基與締合羥基的比較游離羥基與締合羥基的比較 儀器分析教學(xué)課件,紅外 胺基胺基 N-HN-H： 胺基

13、的紅外吸收與羥基類似，游離胺基的紅外吸收與羥基類似，游離 胺基的吸收峰在胺基的吸收峰在3300 3300 3500cm3500cm-1 -1， ， 締合胺基的吸收峰位約降低締合胺基的吸收峰位約降低100cm 100cm 1 1。 。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 儀器分析教學(xué)課件,紅外 烴基烴基C-HC-H： 3000cm 3000cm-1 -1，不飽和碳的碳氫伸縮振動 ，不飽和碳的碳氫伸縮振動 （雙鍵、三鍵及苯環(huán)）。（雙鍵、三鍵及苯環(huán)）。 3000cm C=C=CC=C=C 98% 98%； （2 2）樣品中不含游離水；）樣品中不含游離水； （3 3）要選擇合適的濃度和測試厚度。）要選擇合適的濃度

14、和測試厚度。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 制樣方法制樣方法 1.氣體樣品的制備氣體樣品的制備 2.液體和溶液樣品的制備液體和溶液樣品的制備 （1 1）液體池法）液體池法 （2 2）液膜法）液膜法 儀器分析教學(xué)課件,紅外 2. 液體和溶液樣品的制備液體和溶液樣品的制備 （1）液體池法）液體池法 （2）液膜法）液膜法 儀器分析教學(xué)課件,紅外 3. 固體樣品制備固體樣品制備 （1）壓片法：）壓片法：最常用的固體樣品制樣方最常用的固體樣品制樣方 法，常用法，常用KBr作為固體分散介質(zhì)。作為固體分散介質(zhì)。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 壓片法制樣壓片法制樣 取樣取樣 研磨研磨 壓片壓片 儀器分析教學(xué)課件,紅外 （

15、2 2）石蠟）石蠟糊法：減少試樣光散射的影響，糊法：減少試樣光散射的影響， 但重復(fù)性較差；但重復(fù)性較差； （3）薄膜法：無溶劑和分散介質(zhì)的影響。）薄膜法：無溶劑和分散介質(zhì)的影響。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 一、定性分析定性分析 n已知物的鑒定已知物的鑒定-譜圖比對譜圖比對 n未知物結(jié)構(gòu)的確定未知物結(jié)構(gòu)的確定 收集試樣的有關(guān)數(shù)據(jù)和資料收集試樣的有關(guān)數(shù)據(jù)和資料 確定未知物的不飽和度（確定未知物的不飽和度（P71） 儀器分析教學(xué)課件,紅外 鏈狀飽和脂肪族化合物不飽和度為鏈狀飽和脂肪族化合物不飽和度為0 0； 一個雙鍵或一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)的不飽和度為一個雙鍵或一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)的不飽和度為1 1； 一個三鍵或兩個雙

16、鍵及脂環(huán)的不飽和度為一個三鍵或兩個雙鍵及脂環(huán)的不飽和度為2 2； 一個苯環(huán)的不飽和度為一個苯環(huán)的不飽和度為4 4。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 n未知物結(jié)構(gòu)的確定未知物結(jié)構(gòu)的確定 1.收集試樣的有關(guān)數(shù)據(jù)和資料收集試樣的有關(guān)數(shù)據(jù)和資料 2.確定未知物的不飽和度（確定未知物的不飽和度（P71） 3.譜圖解析譜圖解析 （P72 例）例） n標(biāo)準(zhǔn)譜圖集標(biāo)準(zhǔn)譜圖集Sadtler譜圖庫譜圖庫 儀器分析教學(xué)課件,紅外 理論依據(jù)：朗伯理論依據(jù)：朗伯- -比爾定律比爾定律 優(yōu)點：優(yōu)點： （1）有許多譜帶可供選擇，有利于排除干擾；有許多譜帶可供選擇，有利于排除干擾； （2）氣、液、固均可測定。氣、液、固均可測定。 儀

17、器分析教學(xué)課件,紅外 1. 近紅外光譜近紅外光譜 2. 遠紅外光譜遠紅外光譜 3. 衰減全反射技術(shù)衰減全反射技術(shù) 儀器分析教學(xué)課件,紅外 紅外光譜儀紅外光譜儀 試樣的處理和制備試樣的處理和制備 紅外光譜法的應(yīng)用紅外光譜法的應(yīng)用 紅外光譜技術(shù)進展紅外光譜技術(shù)進展 小小 結(jié)結(jié) 儀器分析教學(xué)課件,紅外 1.1.分子產(chǎn)生紅外吸收的條件是什么？分子產(chǎn)生紅外吸收的條件是什么？ 2.2.何謂特征吸收峰？影響吸收峰強度的主要因素是何謂特征吸收峰？影響吸收峰強度的主要因素是 什么？什么？ 3.3.紅外譜圖解析的三要素是什么？紅外譜圖解析的三要素是什么？ 4.4.解釋名詞：基團頻率區(qū)解釋名詞：基團頻率區(qū) 指紋區(qū)指

18、紋區(qū) 相關(guān)峰相關(guān)峰 5.5.如何利用紅外吸收光譜區(qū)別烷烴、烯烴、炔烴？如何利用紅外吸收光譜區(qū)別烷烴、烯烴、炔烴？ 6.6.紅外光譜法對試樣有哪些要求？紅外光譜法對試樣有哪些要求？ 儀器分析教學(xué)課件,紅外 每個化合物都有自己特有的紅外吸收每個化合物都有自己特有的紅外吸收 頻率和強度。在藥物分析中利用紅外光譜頻率和強度。在藥物分析中利用紅外光譜 具有具有“指紋圖指紋圖”的特性，作為藥物鑒定的的特性，作為藥物鑒定的 依依 據(jù)，是各國藥典共同采用的方法。據(jù)，是各國藥典共同采用的方法。 儀器分析教學(xué)課件,紅外 n藥材的無損鑒別藥材的無損鑒別 n藥材有效成分的定量分析藥材有效成分的定量分析 n藥材的穩(wěn)定性研究藥材的穩(wěn)定性研究 儀器分析教學(xué)課件,紅外 體液樣品（血、尿、膽汁）中藥物、麻醉體液樣品（血、尿、膽汁）中藥物、麻醉 劑及其代謝產(chǎn)物的分析。劑及其代謝產(chǎn)物的分析。 GC/ FT-IR 法法 、 HPLC/ FT-IR 法法 儀器分析教學(xué)課件,紅外 尿結(jié)石組成成份的鑒定分析尿結(jié)石組成成份的鑒定分析 骨樣品的分析骨樣品的分析 儀器分析教學(xué)課件,紅外 五種不同尿結(jié)石紅外光譜圖五種不同尿結(jié)石紅外光譜圖 儀器分析教學(xué)課件,紅外 可以用來鑒別組織的類型和組織病變的良惡可以用來鑒別組織的類型和組織病變的良惡 性質(zhì)，從而進一步探討細胞癌變的化學(xué)基礎(chǔ)。性質(zhì)，從而進一步探討