實驗九紅外光譜法鑒定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)

1、 實驗九 紅外光譜法紅外光譜法 鑒定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)儀器名稱傅立葉變換紅外光譜儀傅立葉變換紅外光譜儀 國別廠家：日本島津公司國別廠家：日本島津公司儀器型號：儀器型號：FTIR-8300紅外光譜法概述：紅外光譜法概述： 十九世紀(jì)初人們通過實驗證實了紅外光的十九世紀(jì)初人們通過實驗證實了紅外光的存在。二十世紀(jì)初人們進(jìn)一步系統(tǒng)地了解了不存在。二十世紀(jì)初人們進(jìn)一步系統(tǒng)地了解了不同官能團(tuán)具有不同紅外吸收頻率這一事實。同官能團(tuán)具有不同紅外吸收頻率這一事實。1950年以后出現(xiàn)了自動記錄式紅外分光光度計。年以后出現(xiàn)了自動記錄式紅外分光光度計。隨著計算機(jī)科學(xué)的進(jìn)步，隨著計算機(jī)科學(xué)的進(jìn)步，1970年

2、以后出現(xiàn)了傅年以后出現(xiàn)了傅立葉變換型紅外光譜儀。紅外測定技術(shù)如全反立葉變換型紅外光譜儀。紅外測定技術(shù)如全反射紅外、顯微紅外、光聲光譜以及色譜射紅外、顯微紅外、光聲光譜以及色譜-紅外聯(lián)紅外聯(lián)用等也不斷發(fā)展和完善，使紅外光譜法得到廣用等也不斷發(fā)展和完善，使紅外光譜法得到廣泛應(yīng)用。泛應(yīng)用。 紅外光譜是分子振動光譜。通過譜圖解析紅外光譜是分子振動光譜。通過譜圖解析可以獲取分子結(jié)構(gòu)的信息。任何氣態(tài)、液態(tài)、可以獲取分子結(jié)構(gòu)的信息。任何氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)樣品均可進(jìn)行紅外光譜測定，這是其它儀固態(tài)樣品均可進(jìn)行紅外光譜測定，這是其它儀器分析方法難以做到的。由于每種化合物均有器分析方法難以做到的。由于每種化合物均有紅

3、外吸收，尤其是有機(jī)化合物的紅外光譜能提紅外吸收，尤其是有機(jī)化合物的紅外光譜能提供豐富的結(jié)構(gòu)信息，因此紅外光譜是有機(jī)化合供豐富的結(jié)構(gòu)信息，因此紅外光譜是有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)解析的重要手段之一。物結(jié)構(gòu)解析的重要手段之一。工作原理：工作原理： 傅立葉紅外光譜儀是利用光的相干性原理傅立葉紅外光譜儀是利用光的相干性原理而設(shè)計的干涉型紅外分光光度儀。而設(shè)計的干涉型紅外分光光度儀。FTIR是基于是基于光相干性原理而設(shè)計的干涉型紅外光譜儀。它光相干性原理而設(shè)計的干涉型紅外光譜儀。它不同于依據(jù)光的折射和衍射而設(shè)計的色散型紅不同于依據(jù)光的折射和衍射而設(shè)計的色散型紅外光譜儀。它與棱鏡和光柵的紅外光譜儀比較，外光譜儀。它與

4、棱鏡和光柵的紅外光譜儀比較，稱為第三代紅外光譜儀。但由于干涉儀不能得稱為第三代紅外光譜儀。但由于干涉儀不能得到人們業(yè)已習(xí)慣并熟知的光源的光譜圖，而是到人們業(yè)已習(xí)慣并熟知的光源的光譜圖，而是光源的干涉圖。為此可根據(jù)數(shù)學(xué)上的傅立葉變光源的干涉圖。為此可根據(jù)數(shù)學(xué)上的傅立葉變換函數(shù)的特性，利用電子計算機(jī)將其光源換函數(shù)的特性，利用電子計算機(jī)將其光源的干涉圖轉(zhuǎn)換成光源的光譜圖。的干涉圖轉(zhuǎn)換成光源的光譜圖。 亦即是將以光程差為函數(shù)的干涉圖變換成以波亦即是將以光程差為函數(shù)的干涉圖變換成以波長為函數(shù)的光譜圖，故將這種干涉型紅外光譜長為函數(shù)的光譜圖，故將這種干涉型紅外光譜儀稱為傅立葉變換紅外光譜儀。確切地說，即儀

5、稱為傅立葉變換紅外光譜儀。確切地說，即光源發(fā)出的紅外輻射經(jīng)干涉儀轉(zhuǎn)變成干涉光，光源發(fā)出的紅外輻射經(jīng)干涉儀轉(zhuǎn)變成干涉光，通過試樣后得到含試樣信息的干涉圖，由電子通過試樣后得到含試樣信息的干涉圖，由電子計算機(jī)采集，并經(jīng)過快速傅立葉變換，得到吸計算機(jī)采集，并經(jīng)過快速傅立葉變換，得到吸收強(qiáng)度或透光度隨頻率或波數(shù)變化的紅外光譜收強(qiáng)度或透光度隨頻率或波數(shù)變化的紅外光譜圖。其工作原理如下圖所示：圖。其工作原理如下圖所示：一、實驗?zāi)康囊?、實驗?zāi)康?、聯(lián)系紅外光譜的理論知識，了解傅立葉紅、聯(lián)系紅外光譜的理論知識，了解傅立葉紅外光譜儀的工作原理及操作；外光譜儀的工作原理及操作；2、掌握紅外光譜制樣方法；、掌握紅外

6、光譜制樣方法；3、初步學(xué)會根據(jù)紅外光譜圖進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的、初步學(xué)會根據(jù)紅外光譜圖進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的方法。方法。二、紅外吸收的基本原理二、紅外吸收的基本原理 能量在能量在4000400cm-1的紅外光不足以使樣品產(chǎn)的紅外光不足以使樣品產(chǎn)生分子電子能級的躍遷，而只是振動能級與轉(zhuǎn)動能生分子電子能級的躍遷，而只是振動能級與轉(zhuǎn)動能級的躍遷。由于每個振動能級的變化都伴隨許多轉(zhuǎn)級的躍遷。由于每個振動能級的變化都伴隨許多轉(zhuǎn)動能級的變化，因此紅外光譜也是帶狀光譜。分子動能級的變化，因此紅外光譜也是帶狀光譜。分子在振動和轉(zhuǎn)動過程中只有伴隨凈的偶極矩變化的鍵在振動和轉(zhuǎn)動過程中只有伴隨凈的偶極矩變化的鍵才有紅外活性。因為分

7、子振動伴隨偶極矩改變時，才有紅外活性。因為分子振動伴隨偶極矩改變時，分子內(nèi)電荷分布變化會產(chǎn)生交變電場，當(dāng)其頻率與分子內(nèi)電荷分布變化會產(chǎn)生交變電場，當(dāng)其頻率與入射輻射電磁波頻率相等時才會產(chǎn)生紅外吸收。因入射輻射電磁波頻率相等時才會產(chǎn)生紅外吸收。因此，除少數(shù)同核雙原子分子如此，除少數(shù)同核雙原子分子如O2，N2，Cl2等無紅外等無紅外吸收外，大多數(shù)分子都有紅外活性。吸收外，大多數(shù)分子都有紅外活性。雙原子分子振動的機(jī)械模型雙原子分子振動的機(jī)械模型-諧振子振動諧振子振動 從經(jīng)典力學(xué)的觀點，采用諧振子模型來從經(jīng)典力學(xué)的觀點，采用諧振子模型來研究雙原子分子的振動，即化學(xué)鍵相當(dāng)于無研究雙原子分子的振動，即化學(xué)

8、鍵相當(dāng)于無質(zhì)量的彈簧，它連接兩個剛性小球，它們的質(zhì)量的彈簧，它連接兩個剛性小球，它們的質(zhì)量分別等于兩個原子的質(zhì)量。雙原子分子質(zhì)量分別等于兩個原子的質(zhì)量。雙原子分子振動時，兩個原子各自的位移如下圖所示。振動時，兩個原子各自的位移如下圖所示。分子振動方式與振動數(shù)分子振動方式與振動數(shù) 分子振動有伸縮振動和彎曲振動兩種基本類分子振動有伸縮振動和彎曲振動兩種基本類型。伸縮振動指原子間的距離沿鍵軸方向的周期型。伸縮振動指原子間的距離沿鍵軸方向的周期性變化，一般出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)；彎曲振動指具有性變化，一般出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)；彎曲振動指具有一個共有原子的兩個化學(xué)鍵鍵角的變化，或與某一個共有原子的兩個化學(xué)鍵鍵角的變化

9、，或與某一原子團(tuán)內(nèi)各原子間的相互運動無關(guān)的、原子團(tuán)一原子團(tuán)內(nèi)各原子間的相互運動無關(guān)的、原子團(tuán)整體相對于分子內(nèi)其它部分的運動。彎曲振動一整體相對于分子內(nèi)其它部分的運動。彎曲振動一般出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)。分子振動方式如下圖所示。般出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)。分子振動方式如下圖所示。紅外光譜區(qū)域紅外光譜區(qū)域 紅外光譜屬于振動光譜，其光譜區(qū)域可進(jìn)一步細(xì)分如下：紅外光譜屬于振動光譜，其光譜區(qū)域可進(jìn)一步細(xì)分如下： 紅外光譜最重要的應(yīng)用是中紅外區(qū)有機(jī)化合物的紅外光譜最重要的應(yīng)用是中紅外區(qū)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)鑒定。通過與標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較，可以確定化合物結(jié)構(gòu)鑒定。通過與標(biāo)準(zhǔn)譜圖比較，可以確定化合物的結(jié)構(gòu)；對于未知樣品，通過官能團(tuán)、順反異

10、構(gòu)、的結(jié)構(gòu)；對于未知樣品，通過官能團(tuán)、順反異構(gòu)、取代基位置、氫鍵結(jié)合以及絡(luò)合物的形成等結(jié)構(gòu)信取代基位置、氫鍵結(jié)合以及絡(luò)合物的形成等結(jié)構(gòu)信息可以推測結(jié)構(gòu)。息可以推測結(jié)構(gòu)。 下圖為典型的紅外光譜。橫坐標(biāo)為波數(shù)下圖為典型的紅外光譜。橫坐標(biāo)為波數(shù)(cm-1，最常見最常見)或波長或波長(m)，縱坐標(biāo)為透光率或吸光度，縱坐標(biāo)為透光率或吸光度。 紅外吸收光譜是由分子振動、轉(zhuǎn)動能級的紅外吸收光譜是由分子振動、轉(zhuǎn)動能級的躍遷而引起的，故又稱分子的振轉(zhuǎn)光譜。物質(zhì)躍遷而引起的，故又稱分子的振轉(zhuǎn)光譜。物質(zhì)分子中的各種不同基因，有選擇性地吸收不同分子中的各種不同基因，有選擇性地吸收不同頻率的紅外輻射后，發(fā)生振動能級之間

11、的躍遷，頻率的紅外輻射后，發(fā)生振動能級之間的躍遷，形成各自獨特的紅外吸收光譜。據(jù)此，可對物形成各自獨特的紅外吸收光譜。據(jù)此，可對物質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析，特別是對化合物結(jié)構(gòu)質(zhì)進(jìn)行定性、定量分析，特別是對化合物結(jié)構(gòu)的鑒定，應(yīng)用更為廣泛。的鑒定，應(yīng)用更為廣泛。 基團(tuán)的振動頻率和吸收強(qiáng)度與組成基團(tuán)的原子質(zhì)基團(tuán)的振動頻率和吸收強(qiáng)度與組成基團(tuán)的原子質(zhì)量、化學(xué)鍵類型及分子的幾何構(gòu)型等有關(guān)。因此根量、化學(xué)鍵類型及分子的幾何構(gòu)型等有關(guān)。因此根據(jù)紅外吸收光譜的峰位、峰強(qiáng)、峰形和峰的數(shù)目，據(jù)紅外吸收光譜的峰位、峰強(qiáng)、峰形和峰的數(shù)目，可以判斷物質(zhì)中可能存在的某些官能團(tuán)，進(jìn)而推斷可以判斷物質(zhì)中可能存在的某些官能團(tuán)，進(jìn)而

12、推斷未知物的結(jié)構(gòu)。如果分子比較復(fù)雜，還需結(jié)合紫外未知物的結(jié)構(gòu)。如果分子比較復(fù)雜，還需結(jié)合紫外光譜、核磁共振譜以及質(zhì)譜等手段作綜合判斷。最光譜、核磁共振譜以及質(zhì)譜等手段作綜合判斷。最后可通過與未知樣品相同測定條件下得到的標(biāo)準(zhǔn)樣后可通過與未知樣品相同測定條件下得到的標(biāo)準(zhǔn)樣品的譜圖或已發(fā)表的標(biāo)準(zhǔn)譜圖（品的譜圖或已發(fā)表的標(biāo)準(zhǔn)譜圖（Sadtler紅外光譜圖紅外光譜圖等）進(jìn)行比較分析，得出未知樣品的鑒定結(jié)果。等）進(jìn)行比較分析，得出未知樣品的鑒定結(jié)果。三、儀器與試劑三、儀器與試劑壓片機(jī)、瑪瑙研缽、鹽池等。壓片機(jī)、瑪瑙研缽、鹽池等。KBr AR級以上，經(jīng)過處理并由級以上，經(jīng)過處理并由IR測定合格測定合格樣品樣

13、品 有機(jī)未知物（固體或液體）有機(jī)未知物（固體或液體）四、實驗步驟四、實驗步驟1、固體樣品（溴化鉀壓片法）：、固體樣品（溴化鉀壓片法）： 取約取約12mg固體試樣加入固體試樣加入100mgKBr粉末于瑪瑙粉末于瑪瑙研缽，充分研細(xì)混勻（粒度小于研缽，充分研細(xì)混勻（粒度小于2微米），然后裝入微米），然后裝入專用的錠劑成型器中進(jìn)行壓片，當(dāng)壓片機(jī)指示壓力專用的錠劑成型器中進(jìn)行壓片，當(dāng)壓片機(jī)指示壓力為為7.5噸時，停止加壓。取下模具后將壓好的半透明噸時，停止加壓。取下模具后將壓好的半透明薄片小心轉(zhuǎn)移至放樣品的片夾中，上機(jī)掃描測繪譜薄片小心轉(zhuǎn)移至放樣品的片夾中，上機(jī)掃描測繪譜圖。圖。2、液體樣品（液膜法）：、液體樣品（液膜法）： 取兩片氯化鈉鹽片，用潔凈的棉球沾少許取兩片氯化鈉鹽片，用潔凈的棉球沾少許溶劑將表面擦干凈，待溶劑揮發(fā)后，滴一小滴溶劑將表面擦干凈，待溶劑揮發(fā)后，滴一小滴試樣在鹽片上，將另一鹽片壓在上面，使試樣試樣在鹽片上，將另一鹽片壓在上面，使試樣均勻鋪散在鹽片中間形成液膜，中間不能有氣均勻鋪散在鹽片中間形成液膜，中間不能有氣泡。然后將其裝入可拆式液池架中，輕輕用螺泡。然后將其裝入可拆式液池架中，輕輕用螺絲固定好，插入儀器試樣池中測繪譜圖。絲固定好，插入儀器試樣池中測繪譜圖