第3章 紅外分光光度法

1、1 第四章 紅外分光光度計(jì) 2 第一節(jié)概 述 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 u紅外分光光度法紅外分光光度法（infrared spectrophotometry，IR）是利是利 用物質(zhì)對(duì)紅外線的特征吸收而建立起來的分析方法，又用物質(zhì)對(duì)紅外線的特征吸收而建立起來的分析方法，又 稱紅外吸收光譜法。稱紅外吸收光譜法。 3 第一節(jié)概 述 一、一、紅外線及紅外光譜紅外線及紅外光譜 1 1紅外線及紅外光譜區(qū)域紅外線及紅外光譜區(qū)域 紅外光譜在可見光和微波光區(qū)之間，波長范圍為紅外光譜在可見光和微波光區(qū)之間，波長范圍為 0.76- 1000 um，一般說的紅外光譜指，一般說的紅外光譜指中紅外區(qū)中紅外區(qū)的紅外光譜的紅

2、外光譜 2.5-25um u目前廣泛用于化合物定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的紅外光譜，是指目前廣泛用于化合物定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的紅外光譜，是指 化合物吸收中紅外光區(qū)的紅外光后引起分子振、轉(zhuǎn)能級(jí)躍遷而化合物吸收中紅外光區(qū)的紅外光后引起分子振、轉(zhuǎn)能級(jí)躍遷而 產(chǎn)生的吸收光譜，稱為紅外吸收光譜簡稱紅外光譜（產(chǎn)生的吸收光譜，稱為紅外吸收光譜簡稱紅外光譜（IR）。）。 紅外光區(qū)的劃分紅外光區(qū)的劃分: : 近紅外光區(qū)（近紅外光區(qū)（0.76 -2.50.76 -2.5m m ） 中紅外光區(qū)中紅外光區(qū)（2.5 -252.5 -25m m ） 遠(yuǎn)紅外光區(qū)（遠(yuǎn)紅外光區(qū)（25 - 100025 - 1000m m ）。）。

3、 4 第一節(jié)概 述 2紅外光譜的表示方法紅外光譜的表示方法 u紅外光譜的表示常采用紅外光譜的表示常采用T-曲線或曲線或T-曲線，即以波曲線，即以波 數(shù)數(shù)（cm-1）或波長）或波長（m）為橫坐標(biāo)，表示吸收）為橫坐標(biāo)，表示吸收 峰的位置，以百分透光率峰的位置，以百分透光率T%為縱坐標(biāo)，表示吸收為縱坐標(biāo)，表示吸收 峰的強(qiáng)度。峰的強(qiáng)度。紅外光譜圖最常采用的是波數(shù)等距繪紅外光譜圖最常采用的是波數(shù)等距繪 制的制的T-T-曲線，其吸收峰是向下的曲線，其吸收峰是向下的“谷谷”，吸收，吸收 峰多而尖銳，圖譜復(fù)雜。峰多而尖銳，圖譜復(fù)雜。 5 cm10m1 m10m1010mm10cm1 1 4- 43 ， 波數(shù)是

4、波長的倒數(shù)，單位為 ，表示1cm長度內(nèi)所含波長的數(shù)目 個(gè)的波長的數(shù)目是長度內(nèi)含表示 時(shí)，即 400m25cm1 cm400 cm1025 11 cm1025m25 e.g. 1 - 4- 4- 1- cm 6 第一節(jié)概 述 二、紅外光譜與紫外光譜的區(qū)別二、紅外光譜與紫外光譜的區(qū)別 1. 成因不同成因不同 紅外光譜是由分子的振轉(zhuǎn)能級(jí)的躍遷而形成，紅外光譜是由分子的振轉(zhuǎn)能級(jí)的躍遷而形成， 即稱即稱分子分子-轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，又稱轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，又稱“分子指紋光譜分子指紋光譜”。紫外可見紫外可見 光譜是分子外層電子能級(jí)的躍遷而形成，故稱為光譜是分子外層電子能級(jí)的躍遷而形成，故稱為電子光譜電子光譜。 2特征性不同特

5、征性不同 紅外吸收光譜中峰較密集，光譜形狀復(fù)雜，紅外吸收光譜中峰較密集，光譜形狀復(fù)雜， 信息量多，特征性強(qiáng)，與分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)信息量多，特征性強(qiáng)，與分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān);紫外吸收光紫外吸收光 譜的吸收峰一般較少，峰形比較簡單，僅反映的是少數(shù)官譜的吸收峰一般較少，峰形比較簡單，僅反映的是少數(shù)官 能團(tuán)的的特性，而不是整個(gè)分子的特性。能團(tuán)的的特性，而不是整個(gè)分子的特性。 7 第一節(jié)概 述 3應(yīng)用范圍不同應(yīng)用范圍不同 紅外光譜提供的信息量很多，對(duì)藥物定性鑒定紅外光譜提供的信息量很多，對(duì)藥物定性鑒定 和結(jié)構(gòu)分析具有重要意義。紫外光譜只適用于研和結(jié)構(gòu)分析具有重要意義。紫外光譜只適用于研 究不飽合化合物，特別是

6、分子中具有共軛體系的究不飽合化合物，特別是分子中具有共軛體系的 化合物化合物,在有機(jī)物定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析上僅是紅在有機(jī)物定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析上僅是紅 外光譜的一種輔助工具。外光譜的一種輔助工具。 8 紅外分光光度法的特點(diǎn) 1、根據(jù)化合物在紅外光區(qū)（中紅外區(qū)）吸收帶的 位置、強(qiáng)度、形狀及個(gè)數(shù)，確定其分子結(jié)構(gòu) 2、適用于任何狀態(tài)的樣品（氣、液、固體），制 樣簡單，測定時(shí)不會(huì)破壞樣品 3、分析時(shí)間短 4、紅外光譜的特征性強(qiáng) 9 第三節(jié) 紅外分光光度計(jì)簡介 第三節(jié)第三節(jié) 紅外分光光度計(jì)簡介紅外分光光度計(jì)簡介 主要部件主要部件 1光源光源 紅外光源應(yīng)是能夠發(fā)射高強(qiáng)度的連續(xù)紅外光的物紅外光源應(yīng)是能夠發(fā)射高強(qiáng)

7、度的連續(xù)紅外光的物 體。常用的光源有能斯特?zé)艉凸杼及魞煞N。體。常用的光源有能斯特?zé)艉凸杼及魞煞N。 2吸收池吸收池 有氣體池和液體池兩種。有氣體池和液體池兩種。 3單色器單色器 單色器由狹縫、準(zhǔn)直鏡和色散元件通過一定的單色器由狹縫、準(zhǔn)直鏡和色散元件通過一定的 排列方式組合而成。排列方式組合而成。 4檢測器有熱電偶、測輻射熱計(jì)、高萊池等，常用的檢檢測器有熱電偶、測輻射熱計(jì)、高萊池等，常用的檢 測器為真空熱電偶。測器為真空熱電偶。 5顯示器顯示器 10 第三節(jié) 紅外分光光度計(jì)簡介 11 色散型紅外光譜儀與紫外色散型紅外光譜儀與紫外-可見光度計(jì)的異同可見光度計(jì)的異同: 同同: :都由光源、樣品池、單色

8、器、檢測器、放大都由光源、樣品池、單色器、檢測器、放大 和記錄系統(tǒng)等組成和記錄系統(tǒng)等組成 異異: :所用材料不同所用材料不同: :光源、吸收池、檢測器光源、吸收池、檢測器 部件排列順序部件排列順序: :紅外光譜儀的樣品室放在光紅外光譜儀的樣品室放在光 源和單色器之間源和單色器之間. . 12 第三節(jié) 紅外分光光度計(jì)簡介 u紅外分光光度計(jì)最重要的性能指標(biāo)是分辨率和波紅外分光光度計(jì)最重要的性能指標(biāo)是分辨率和波 數(shù)準(zhǔn)確度與重復(fù)性。數(shù)準(zhǔn)確度與重復(fù)性。 u儀器的分辨率和波數(shù)準(zhǔn)確度的高低決定了紅外吸儀器的分辨率和波數(shù)準(zhǔn)確度的高低決定了紅外吸 收光譜儀性能的優(yōu)良與否，此二項(xiàng)指標(biāo)，可用聚收光譜儀性能的優(yōu)良與否

9、，此二項(xiàng)指標(biāo)，可用聚 苯乙烯薄膜來檢驗(yàn)。苯乙烯薄膜來檢驗(yàn)。 13 第二節(jié) 基本原理 第二節(jié)第二節(jié) 基本原理基本原理 一、紅外光譜產(chǎn)生的基本原理及條件一、紅外光譜產(chǎn)生的基本原理及條件 （一）紅外光譜產(chǎn)生的基本原理（一）紅外光譜產(chǎn)生的基本原理 1分子振動(dòng)與紅外吸收分子振動(dòng)與紅外吸收 u分子處在不停的運(yùn)動(dòng)之中，除了價(jià)電子躍遷外，分子處在不停的運(yùn)動(dòng)之中，除了價(jià)電子躍遷外， 還有分子中原子的振動(dòng)和分子本身的轉(zhuǎn)動(dòng)。還有分子中原子的振動(dòng)和分子本身的轉(zhuǎn)動(dòng)。 14 第二節(jié) 基本原理 u當(dāng)一定頻率的紅外線照射分子時(shí)，如果分子中當(dāng)一定頻率的紅外線照射分子時(shí)，如果分子中 某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率與其相同，兩者就會(huì)產(chǎn)生共某個(gè)

10、基團(tuán)的振動(dòng)頻率與其相同，兩者就會(huì)產(chǎn)生共 振，分子吸收紅外光的能量由原來的基態(tài)能級(jí)躍振，分子吸收紅外光的能量由原來的基態(tài)能級(jí)躍 遷到較高的振動(dòng)能級(jí)，同時(shí)也伴隨著轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的遷到較高的振動(dòng)能級(jí)，同時(shí)也伴隨著轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的 躍遷。躍遷。 u對(duì)于大多數(shù)復(fù)雜的氣、液、固體，分子間的自對(duì)于大多數(shù)復(fù)雜的氣、液、固體，分子間的自 由旋轉(zhuǎn)受到阻礙，由轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷所引起的紅外由旋轉(zhuǎn)受到阻礙，由轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷所引起的紅外 吸收幾乎觀察不到，可以觀察到的主要由分子振吸收幾乎觀察不到，可以觀察到的主要由分子振 動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的紅外吸收光譜。動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的紅外吸收光譜。 15 第二節(jié) 基本原理 2振動(dòng)形式振動(dòng)形式 u大多數(shù)的物

11、質(zhì)分子為多原子組成的非線性分子，大多數(shù)的物質(zhì)分子為多原子組成的非線性分子， 振動(dòng)形式較復(fù)雜。在紅外光譜中的基本振動(dòng)形式振動(dòng)形式較復(fù)雜。在紅外光譜中的基本振動(dòng)形式 可分為伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)兩類?？煞譃樯炜s振動(dòng)和彎曲振動(dòng)兩類。 16 第二節(jié) 基本原理 17 第二節(jié) 基本原理 每一種振動(dòng)形式對(duì)應(yīng)一個(gè)振動(dòng)能級(jí)，在產(chǎn)生躍遷每一種振動(dòng)形式對(duì)應(yīng)一個(gè)振動(dòng)能級(jí)，在產(chǎn)生躍遷 時(shí)所需的能量不同，將選擇吸收不同頻率的紅外時(shí)所需的能量不同，將選擇吸收不同頻率的紅外 光，即在紅外光譜圖上出現(xiàn)相應(yīng)的特征吸收峰。光，即在紅外光譜圖上出現(xiàn)相應(yīng)的特征吸收峰。 18 紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件 1.1.輻射光子具

12、有的能量與產(chǎn)生振動(dòng)躍遷所需的能量相等；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； 2.2.分子振動(dòng)時(shí)，必須伴隨有分子振動(dòng)時(shí)，必須伴隨有瞬時(shí)偶極矩瞬時(shí)偶極矩的變化的變化. . 對(duì)稱分子：對(duì)稱分子：沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無 紅外活性。如：紅外活性。如：N N2 2、O O2 2、ClCl2 2 等。等。 非對(duì)稱分子：非對(duì)稱分子：有偶極矩，紅外活性。有偶極矩，紅外活性。 19 第二節(jié) 基本原理 四、典型有機(jī)化合物的重要基團(tuán)在紅外光譜中出現(xiàn)的重四、典型有機(jī)化合物的重要基團(tuán)在紅外光譜中出現(xiàn)的重 要區(qū)段要區(qū)段 （一）（一） 伸縮振動(dòng)區(qū)（伸縮振動(dòng)區(qū)（400025

13、00cm-1） （二）叁鍵伸縮振動(dòng)區(qū)（二）叁鍵伸縮振動(dòng)區(qū)（24002100cm-1） （三）雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)（三）雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū) （20001500cm-1） （四）部分單鍵振動(dòng)（四）部分單鍵振動(dòng)-指紋區(qū)（指紋區(qū)（1500400cm-1） 20 固體試樣制樣方法固體試樣制樣方法 壓片法（壓片法（1mg1mg樣品樣品+100mg +100mg KBr粉末研磨均勻后壓片）粉末研磨均勻后壓片） 研糊法（試樣研細(xì)后與液體石蠟混合調(diào)成糊狀，夾于鹽片中）研糊法（試樣研細(xì)后與液體石蠟混合調(diào)成糊狀，夾于鹽片中） 薄膜法（可塑性樣品在平滑的金屬表面滾壓成薄膜，高聚物）薄膜法（可塑性樣品在平滑的金屬表面滾壓成薄膜，高聚物） 液體試樣制樣方法液體試樣制樣方法 液膜法液膜法, ,適用于對(duì)高沸點(diǎn)不易清洗的試樣定性分析適用于對(duì)高沸點(diǎn)不易清洗的試樣定性分析 溶液法溶