聚合物研究方法-紅外光譜

1、a12a紅外區(qū)：0.71000 mm基頻吸收：基態(tài)躍遷到第一激基頻吸收：基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)的吸收發(fā)態(tài)的吸收 (4000-400 cm-1)a3近紅外：0.762.5m，131584000cm-1 主要為OH，NH，CH的倍頻吸收中紅外：2.525m，4000400cm-1 主要為分子振動(dòng)，伴隨振動(dòng)吸收遠(yuǎn)紅外：251000m，40010cm-1 主要為分子的轉(zhuǎn)動(dòng)吸收 其中，中紅外區(qū)是研究的最多、最深的區(qū)域，一般所說(shuō)的紅外光譜就是指中紅外區(qū)的紅外吸收光譜。a4 紅外光譜英文為 Infrared Spectrometry (IR) 樣品吸收紅外輻射的主要原因是： 分子中的化學(xué)鍵 因此, IR可用于

2、鑒別化合物中的化學(xué)鍵類(lèi)型，可對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行推測(cè)。既適用于結(jié)晶質(zhì)物質(zhì)，也適用于非晶質(zhì)物質(zhì)。a5 紅外光譜屬于分子振動(dòng)光譜。 當(dāng)樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時(shí)，分子吸收了某些頻率的輻射，并使得這些吸收區(qū)域的透射光強(qiáng)度減弱。 記錄紅外光的百分透射比與波長(zhǎng)關(guān)系的曲線，即為紅外光譜，所以又稱(chēng)之為紅外吸收光譜。a6紅外光的能量： 與一般的電磁波一樣，紅外光亦具有波粒二像性：既是一種振動(dòng)波，又是一種高速運(yùn)動(dòng)的粒子流。 其波長(zhǎng)表示為波數(shù)的形式 1/（cm） 104/ （mm） 所具有的能量為： Ehc/ hc 紅外光所具有的能量正好相當(dāng)于分子（化學(xué)鍵）的不同能量狀態(tài)之間的能量差異。因此才會(huì)發(fā)生對(duì)紅外光的吸

3、收效應(yīng)。7a8aa9a10 分子的振動(dòng)所需的能量遠(yuǎn)大于分子的轉(zhuǎn)動(dòng)所需的能量，因此對(duì)應(yīng)的紅外吸收頻率也有差異： 遠(yuǎn)紅外區(qū)：波長(zhǎng)長(zhǎng)，能量低，對(duì)應(yīng)分子的轉(zhuǎn)動(dòng)吸收 中紅外區(qū)：波長(zhǎng)短，能量高，對(duì)應(yīng)分子的振動(dòng)吸收 近紅外區(qū)：能量更高，對(duì)應(yīng)分子的倍頻吸收（從基態(tài)第二或第三振動(dòng)態(tài)）11a分子振動(dòng)的類(lèi)型雙原子分子伸縮振動(dòng)12aa13紅外吸收產(chǎn)生的條件：（A) 振動(dòng)的頻率與紅外光波段的某頻率相等。 即分子吸收了這一波段的光，可以把自身的能級(jí)從基態(tài)提高到某一激發(fā)態(tài)。 這是產(chǎn)生紅外吸收的必要條件。a14紅外吸收產(chǎn)生的條件：（B）偶極矩的變化： 分子在振動(dòng)過(guò)程中，由于鍵長(zhǎng)和鍵角的變化，而引起分子的偶極矩的變化，結(jié)果產(chǎn)生

4、交變的電場(chǎng)，這個(gè)交變電場(chǎng)會(huì)與紅外光的電磁輻射相互作用，從而產(chǎn)生紅外吸收。 而多數(shù)非極性的雙原子分子（H2, N2, O2)，雖然也會(huì)振動(dòng)，但振動(dòng)中沒(méi)有偶極矩的變化，因此不產(chǎn)生交變電場(chǎng)，不會(huì)與紅外光發(fā)生作用，不吸收紅外輻射。稱(chēng)之為非紅外活性。15aa16分子振動(dòng)的類(lèi)型A）伸縮振動(dòng) 分子沿成鍵的鍵軸方向振動(dòng)，鍵的長(zhǎng)度發(fā)生伸、縮變化。分對(duì)稱(chēng)伸縮s和不對(duì)稱(chēng)伸縮as。a17 一些化學(xué)鍵的伸縮振動(dòng)對(duì)應(yīng)的紅外波數(shù) 鍵 分子 波數(shù) cm1 H-F HF 3958 H-Cl HCl 2885 H-Br HBr 2559 H-O H2O(結(jié)構(gòu)水)（羥基） 3640 H-O H2O(結(jié)晶水) 3200-3250 C

5、-C 單鍵 1195 雙鍵 1685 三鍵 2070 a18B）彎曲振動(dòng)）彎曲振動(dòng)(原子垂直于價(jià)鍵方向的振動(dòng)，發(fā)生鍵角原子垂直于價(jià)鍵方向的振動(dòng)，發(fā)生鍵角變化）變化）亦稱(chēng)變形振動(dòng)。記為亦稱(chēng)變形振動(dòng)。記為 。a19 一些化學(xué)鍵的彎曲振動(dòng)對(duì)應(yīng)的紅外波數(shù) 鍵 波數(shù) cm1 XOH 1200600 H2O 16501600 NO3 900800 CO3 900700 BO3 800600 SO4 680580 SiO4 56042020a21a22a23a24a25aa262.1.2 樣品的制備：樣品的制備： a）粉末法樣品： 樣品研磨成2微米左右，使之懸浮于容易揮發(fā)的液體中，把含有試樣的懸浮液涂成層狀

6、，待溶劑揮發(fā)后，即形成薄層狀的樣品。b）壓片法 （固體樣品最常用的制樣方法）稱(chēng)量樣品0.3-3mg，與約200mg的KBr共同研磨，并混和均勻，用15MPa的壓力壓成片狀。（KBr從4000250cm1都是透明的，即不產(chǎn)生紅外吸收）27a28a29aa30中紅外光譜區(qū)可分成中紅外光譜區(qū)可分成兩個(gè)區(qū)域：兩個(gè)區(qū)域： 4000cm-1 1800cm-1(1300cm-1)：基團(tuán)頻率區(qū)：基團(tuán)頻率區(qū) 1800cm-1 600cm-1：為指紋區(qū)：為指紋區(qū) 基團(tuán)頻率區(qū)為官能團(tuán)的伸縮振動(dòng)吸收帶，容易辨認(rèn)?；鶊F(tuán)頻率區(qū)為官能團(tuán)的伸縮振動(dòng)吸收帶，容易辨認(rèn)。 指紋區(qū)內(nèi)除單鍵的伸縮振動(dòng)外，還有因變形振動(dòng)產(chǎn)指紋區(qū)內(nèi)除單鍵

7、的伸縮振動(dòng)外，還有因變形振動(dòng)產(chǎn)生的譜帶。生的譜帶。當(dāng)分子結(jié)構(gòu)稍有不同時(shí)，該區(qū)的吸收就有當(dāng)分子結(jié)構(gòu)稍有不同時(shí)，該區(qū)的吸收就有細(xì)微的差異。指紋區(qū)對(duì)于細(xì)微的差異。指紋區(qū)對(duì)于指認(rèn)結(jié)構(gòu)類(lèi)似的化合物指認(rèn)結(jié)構(gòu)類(lèi)似的化合物很有很有幫助，而且可以作為化合物存在某種化學(xué)鍵的旁證。幫助，而且可以作為化合物存在某種化學(xué)鍵的旁證。a31（1）基團(tuán)頻率區(qū)：）基團(tuán)頻率區(qū)：可進(jìn)一步分為三個(gè)區(qū)域：（A）4000 2500：X-H伸縮振動(dòng)區(qū)，X可以是O、N、C或S等原子。O-H基的伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在基的伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在36503200，它可以作為，它可以作為判斷有無(wú)醇類(lèi)、酚類(lèi)和有機(jī)酸類(lèi)的重要依據(jù)判斷有無(wú)醇類(lèi)、酚類(lèi)和有機(jī)酸類(lèi)的重要依據(jù)。

8、基團(tuán)特征頻率基團(tuán)特征頻率32a33aa34C-H的伸縮振動(dòng)可分為飽和與不飽和兩種：的伸縮振動(dòng)可分為飽和與不飽和兩種： 飽和的飽和的C-H約約30002800 cm-1 。 如-CH3： 2960和2876； R2CH2：2930和2850； R3CH： 2890。不飽和的不飽和的C-H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3000 cm-1以上，以上，以此來(lái)判別化合物中是否含有不飽和的C-H鍵。35aa36（B）25001900 為鍵和累積雙鍵區(qū)。R-CCH的伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在21002140 附近； RCC-R出現(xiàn)在21902260 cm-1附近； R-CC-R分子是對(duì)稱(chēng)，為非紅外活性。a37c. 190

9、0-1500 cm-1這是雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)，是紅外光譜中很重要的這是雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)，是紅外光譜中很重要的區(qū)域。區(qū)域。C=O羰基的吸收一般為最強(qiáng)峰或次強(qiáng)峰，出現(xiàn)在羰基的吸收一般為最強(qiáng)峰或次強(qiáng)峰，出現(xiàn)在1760-1690 cm-1內(nèi)，受與羰基相連的基團(tuán)影響，內(nèi)，受與羰基相連的基團(tuán)影響，會(huì)移向高波數(shù)或低波數(shù)。會(huì)移向高波數(shù)或低波數(shù)。n烯烴類(lèi)化合物的烯烴類(lèi)化合物的C=CC=C振動(dòng)出現(xiàn)在振動(dòng)出現(xiàn)在1667-1640 cm-1,1667-1640 cm-1,為為中等強(qiáng)度或弱的吸收峰中等強(qiáng)度或弱的吸收峰38aa39（2）指紋區(qū)）指紋區(qū)（A）1800 900是C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、 P-O、Si

10、-O等單鍵的伸縮振動(dòng)和C=S、S=O、P=O等雙鍵的伸縮振動(dòng)吸收。其中C-H對(duì)稱(chēng)彎曲振動(dòng)：1375，（鑒別甲基）C-O的伸縮振動(dòng)：13001000。（B）900 650 cm-1區(qū)域的某些吸收峰可用來(lái)確認(rèn)化合物的順?lè)礃?gòu)型。如確定苯環(huán)的取代類(lèi)型等。a404. 1500-1300 cm-1兩個(gè)甲基連在同一碳原子上的偕二甲基有特征兩個(gè)甲基連在同一碳原子上的偕二甲基有特征吸收峰。如異丙基吸收峰。如異丙基(CH3)2CH-在在1385-1380cm-1和和1370-1365cm-1有兩個(gè)同樣強(qiáng)有兩個(gè)同樣強(qiáng)度的吸收峰度的吸收峰(即原即原1375cm-1的吸收峰分叉的吸收峰分叉)。叔丁基叔丁基(CH3)3C

11、-)1375cm-1的吸收峰也分叉的吸收峰也分叉(1395-1385cm-1和和1370cm-1附近附近)，但低，但低波數(shù)的吸收峰強(qiáng)度大于高波數(shù)的吸收峰。分波數(shù)的吸收峰強(qiáng)度大于高波數(shù)的吸收峰。分叉的原因在于兩個(gè)甲基同時(shí)連在同一碳原子叉的原因在于兩個(gè)甲基同時(shí)連在同一碳原子上，因此有同位相和反位相的對(duì)稱(chēng)彎曲振動(dòng)上，因此有同位相和反位相的對(duì)稱(chēng)彎曲振動(dòng)的相互耦合。的相互耦合。 a415. 1300-910 cm-1 為單鍵伸縮振動(dòng)區(qū)。為單鍵伸縮振動(dòng)區(qū)。C-O單鍵振動(dòng)在單鍵振動(dòng)在1300-1050 cm-1，如醇、酚、，如醇、酚、醚、羧酸、酯等，為強(qiáng)吸收峰。醇在醚、羧酸、酯等，為強(qiáng)吸收峰。醇在1100-

12、1050cm-1有強(qiáng)吸收，酚在有強(qiáng)吸收，酚在1250-1100cm-1 有強(qiáng)吸收；酯在此區(qū)間有兩組吸收峰，為有強(qiáng)吸收；酯在此區(qū)間有兩組吸收峰，為1240-1160cm-1(反對(duì)稱(chēng)反對(duì)稱(chēng))和和1160-1050 cm-1(對(duì)稱(chēng)對(duì)稱(chēng))。C-C、C-X(鹵素鹵素)等也在此區(qū)間等也在此區(qū)間出峰。將此區(qū)域的吸收峰與其它區(qū)間的吸收出峰。將此區(qū)域的吸收峰與其它區(qū)間的吸收峰一起對(duì)照，在譜圖解析時(shí)很有用。峰一起對(duì)照，在譜圖解析時(shí)很有用。a426. 910 cm-1以下以下苯環(huán)面外彎曲振動(dòng)、環(huán)彎曲振動(dòng)出現(xiàn)在此苯環(huán)面外彎曲振動(dòng)、環(huán)彎曲振動(dòng)出現(xiàn)在此區(qū)域。區(qū)域。如果在此區(qū)間內(nèi)無(wú)強(qiáng)吸收峰，一如果在此區(qū)間內(nèi)無(wú)強(qiáng)吸收峰，一般表示無(wú)芳香族化合物般表示無(wú)芳香族化合物。此區(qū)域的吸收。此區(qū)域的吸收峰常常與環(huán)的取代位置有關(guān)。峰常常與環(huán)的取代位置有關(guān)。43aa441. 鍵振動(dòng)鍵振動(dòng)a452. 飽和烴飽和烴a463. 不飽和烴不飽和烴a475. 含有含有C、H、N等元素等元素 a486. 含有含有C、H、N、O等元素等元素 a497.含有P、S、鹵素等元素a5051a52a53a54a55a光源，動(dòng)鏡（光源，動(dòng)鏡（M1），定鏡（），定鏡（M2），分束器，檢測(cè)器），分束器，檢測(cè)器邁克遜干涉儀邁克遜干涉儀56aa57紅外輻射光源：a）能斯特?zé)簦貉趸?、氧化釷、氧化釔的混和物 b）硅碳棒：由合成的SiC加壓而成c）氧