紅外測試方法研究

FTIRFouriertransforminfrared分子振動能量比轉(zhuǎn)動能量大，當(dāng)發(fā)生振動能級躍遷時，不可避免地伴隨有轉(zhuǎn)動能級的躍遷，所以無法測量純粹的振動光譜，而只能得到分子的振動-轉(zhuǎn)動光譜，稱為紅外吸收光譜。紅外光譜圖：縱坐標(biāo)透射百分比T%，橫坐標(biāo)為波長λ（m）和波數(shù)(cm-1)可以用峰數(shù)，峰位，峰形，峰強(qiáng)來描述。應(yīng)用：有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)解析。定性：基團(tuán)的特征吸收頻率；定量：特征峰的強(qiáng)度；紅外光譜與有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)紅外光譜法的特點(diǎn)

紅外光譜研究振動中伴隨有偶極矩變化的化合物除單原子和同核分子外，幾乎所有化合物在紅外光譜區(qū)均有吸收。

氣、液、固樣品都可測,用量少,速度快,不破壞樣品。

波數(shù)位置、波峰數(shù)目及譜帶吸收強(qiáng)度可鑒定未知物結(jié)構(gòu)組成或確定其化學(xué)基團(tuán)；譜帶吸收強(qiáng)度與分子組成或化學(xué)基團(tuán)含量有關(guān)，可進(jìn)行定量分析和純度鑒定。紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件

conditionof

Infraredabsorptionspectroscopy

滿足兩個條件：(1)輻射具有滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動躍遷所需的能量；(2)輻射與物質(zhì)間有相互偶合作用。

對稱分子：沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性。如：N2、O2、Cl2

等。

分子振動方程式分子的振動能級（量子化）：E振=（V+1/2）h：化學(xué)鍵的振動頻率；V：振動量子數(shù)。雙原子分子的簡諧振動及其頻率化學(xué)鍵的振動類似于連接兩個小球的彈簧任意兩個相鄰的能級間的能量差為：K化學(xué)鍵的力常數(shù)，與鍵能和鍵長有關(guān)

發(fā)生振動能級躍遷需要能量的大小取決于μ和k，即取決于分子的結(jié)構(gòu)特征。表某些鍵的伸縮力常數(shù)（毫達(dá)因/埃）鍵類型—CC—>—C=C—>—C—C—力常數(shù)15179.59.94.55.6峰位2222cm-1

1667cm-1

1429cm-1

化學(xué)鍵鍵強(qiáng)越強(qiáng)（K越大）原子折合質(zhì)量越小，化學(xué)鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。

例:由表中查知C=C鍵的K=9.59.9,令其為9.6,計(jì)算波數(shù)值。正己烯中C=C鍵伸縮振動頻率實(shí)測值為1652cm-1真實(shí)分子的振動能量變化，分子中基團(tuán)間，基團(tuán)中化學(xué)鍵間相互影響，除化學(xué)鍵兩端原子質(zhì)量、力常數(shù)影響基本振動頻率外，還與內(nèi)部因素和外部因素（化學(xué)環(huán)境）有關(guān)。三、分子中基團(tuán)的基本振動形式簡正振動

basicvibrationofthegroupinmolecular1．兩類基本振動形式伸縮振動亞甲基：變形振動亞甲基振動狀態(tài)是分子質(zhì)心保持不變，整體不轉(zhuǎn)動，每個原子在其平衡位置附近做簡諧振動，振動頻率和相位相同，即每個原子都在同一瞬間通過其平衡位置，且同時達(dá)到其最大位移值。分子中任何一個復(fù)雜振動都可以看成這些簡正振動的線性組合甲基的振動形式伸縮振動甲基：變形振動甲基對稱δs(CH3)1380㎝-1

不對稱δas(CH3)1460㎝-1對稱不對稱υs(CH3)υas(CH3)2870㎝-12960㎝-1例１水分子（非對稱分子）２．峰位、峰數(shù)與峰強(qiáng)（1）峰位化學(xué)鍵的力常數(shù)K越大，原子折合質(zhì)量越小，鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)；反之，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)。（2）峰數(shù)無瞬間偶極距變化時無紅外吸收。簡正振動的數(shù)目稱為振動自由度，每個振動自由度相當(dāng)于紅外光譜圖上一個基頻吸收帶。非直線性振動形式有（3n-6）種,直線性分子振動形式為（3n-5）種

水—非線型分子的振動形式：3n-6=9-6=3

二氧化碳—線型分子的振動形式：3n-5=9-5=4例2CO2分子（有一種振動無紅外活性）（4）由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個強(qiáng)的吸收峰，基頻峰；由基態(tài)直接躍遷到第二激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個弱的吸收峰，倍頻峰；（3）瞬間偶極距變化大，吸收峰強(qiáng)；鍵兩端原子電負(fù)性相差越大（極性越大），吸收峰越強(qiáng)；符號：vs(極強(qiáng))；s(強(qiáng))；m(中)；w(弱)比預(yù)期振動譜帶數(shù)目少的影響因素（1）沒有偶極矩變化的振動，不產(chǎn)生紅外吸收；（2）相同頻率的振動吸收重疊，即簡并；（3）儀器不能區(qū)別頻率十分接近的振動，或吸收帶很弱，儀器無法檢測；（4）有些吸收帶落在儀器檢測范圍之外。例CO2分子紅外光譜信息區(qū)常見的有機(jī)化合物基團(tuán)頻率出現(xiàn)的范圍：4000670cm-1依據(jù)基團(tuán)的振動形式，分為四個區(qū)：(1)40002500cm-1

X—H伸縮振動區(qū)（X=O，N，C，S）(2)25001900cm-1三鍵，累積雙鍵伸縮振動區(qū)(3)19001200cm-1雙鍵伸縮振動區(qū)(4)1200670cm-1

X—Y伸縮，X—H變形振動區(qū)分子結(jié)構(gòu)與吸收峰

molecularstructureandabsorptionpeaks1．X—H伸縮振動區(qū)（40002500cm-1）（1）—O—H36503200cm-1確定醇、酚、酸在非極性溶劑中，濃度較?。ㄏ∪芤海r，峰形尖銳，強(qiáng)吸收；當(dāng)濃度較大時，發(fā)生締合作用，峰形較寬。注意區(qū)分—NH伸縮振動：35003100cm-1

（3）不飽和碳原子上的=C—H（C—H

）

苯環(huán)上的C—H3030cm-1

=C—H30102260cm-1

C—H3300cm-1（2）飽和碳原子上的—C—H3000cm-1以上

—CH32960cm-1反對稱伸縮振動2870cm-1對稱伸縮振動—CH2—2930cm-1反對稱伸縮振動2850cm-1對稱伸縮振動—C—H2890cm-1弱吸收3000cm-1以下2．叁鍵（C

C）伸縮振動區(qū)（25001900cm-1）（1）RCCH（21002140cm-1）RCCR’（21902260cm-1）在該區(qū)域出現(xiàn)的峰較少；R=R’時，無紅外活性（2）RCN（22202260cm-1）非共軛22402260cm-1共軛22202230cm-1

僅含C、H、N時：峰較強(qiáng)、尖銳；有O原子存在時；O越靠近CN，峰越弱；3．雙鍵伸縮振動區(qū)（19001200

cm-1

）（1）烯烴RC=CR’16201680cm-1強(qiáng)度弱，

R=R’（對稱）時，無紅外活性。（2）單核芳烴的C=C伸縮振動出現(xiàn)在1600cm-1和1500cm-1附近，有兩個峰，芳環(huán)的骨架結(jié)構(gòu)，確認(rèn)芳核存在。苯衍生物的C=C苯衍生物在1650

2000cm-1出現(xiàn)C-H和C=C鍵的面內(nèi)變形振動的泛頻吸收（強(qiáng)度弱），可為判斷取代基位置提供參考。20001600（3）C=O（18501600cm-1）碳氧雙鍵的特征峰，強(qiáng)度大，峰尖銳。飽和醛(酮)1740-1720cm-1；不飽和醛(酮)向低波移動；4.X—Y伸縮，X—H變形振動區(qū)<1650cm-1

指紋區(qū)(1350650cm-1)較復(fù)雜。分子結(jié)構(gòu)稍不同，該區(qū)吸收細(xì)微差異，顯示分子特征。（1）1300cm-1~900cm-1是C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、P-O、Si-O等單鍵伸縮振動和C=S、S=O、P=O等雙鍵伸縮振動吸收。1375cm-1譜帶為甲基C-H對稱彎曲振動，識別甲基;C-O伸縮振動1300~1000cm-1，該區(qū)域最強(qiáng)峰，易識別。（2）900~650cm-1區(qū)域的某些吸收峰可用來確認(rèn)化合物的順反構(gòu)型。

利用苯環(huán)C-H面外變形振動吸收峰和2000~1667cm-1區(qū)域苯的吸收峰，配合確定苯環(huán)取代類型。下為不同苯環(huán)取代類型在2000~1667cm-1和900~600cm-1區(qū)域的光譜。苯環(huán)二取代的紅外（a.鄰位

b.間位

c.對位）常見基團(tuán)的紅外吸收帶特征區(qū)指紋區(qū)500100015002000250030003500C-H，N-H，O-HN-HCNC=NS-HP-HN-ON-NC-FC-XO-HO-H（氫鍵）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HCCC=C

1．內(nèi)部因素（1）電子效應(yīng)a．誘導(dǎo)效應(yīng)：吸電子基團(tuán)使吸收峰向高頻方向移動（蘭移）影響峰位變化的因素

molecularstructureandabsorptionpeaks

化學(xué)鍵振動頻率不僅與其性質(zhì)有關(guān)，還受分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部因素影響。相同基團(tuán)吸收并不總在一個固定頻率。R-CORC=01715cm-1;R-COHC=01730cm-1；R-COClC=01800cm-1;R-COFC=01920cm-1;F-COFC=01928cm-1;ｂ．共軛效應(yīng)

共軛體系中電子云密度平均化，雙鍵略伸長(電子云密度降低)、力常數(shù)減小，吸收頻率向低波數(shù)方向移動，同時吸收強(qiáng)度增加。例：酮c=o，與苯環(huán)共軛而使c=o的力常數(shù)減小，振動頻率降低。cc.中介效應(yīng)（M效應(yīng)）

當(dāng)含孤對電子的原子（O、S、N等）與具有多重鍵的原子相連時，也可起類似的共軛作用，為中介效應(yīng)。例：酰胺中的C=O因氮原子共軛作用，使吸收頻率向低波數(shù)位移。同一基團(tuán)，若誘導(dǎo)效應(yīng)和中介效應(yīng)同時存在，則振動頻率最后位移的方向和程度，取決于兩種效應(yīng)的結(jié)果。2.氫鍵效應(yīng)(分子內(nèi)氫鍵；分子間氫鍵)：對峰位，峰強(qiáng)產(chǎn)生極明顯影響，使伸縮振動頻率向低波數(shù)方向移動．

cm-1

cm-1

cm-1

cm-1

cm-1

cm-1分子內(nèi)氫鍵不受濃度影響，分子間氫鍵受濃度影響較大。3.外部因素

測定時物質(zhì)的狀態(tài)及溶劑效應(yīng)等。同一物質(zhì)不同狀態(tài)，分子間作用力不同，光譜不同。氣態(tài)時可觀察到伴隨振動的轉(zhuǎn)動精細(xì)結(jié)構(gòu)。液態(tài)和固態(tài)分子間作用力較強(qiáng)，可分子間締合或氫鍵，特征吸收帶頻率、強(qiáng)度和形狀較大改變。例，丙酮?dú)鈶B(tài)時C-H1742

cm-1，而液態(tài)時1718

cm-1

。極性溶劑中測定，溶質(zhì)分子極性基團(tuán)伸縮振動頻率隨溶劑極性的增加而向低波數(shù)方向移動，且強(qiáng)度增大。紅外光譜測定中，盡量采用非極性溶劑。不飽和度degreeofunsaturation

定義：指分子結(jié)構(gòu)中達(dá)到飽和所缺一價元素的“對”數(shù)。如：乙烯變成飽和烷烴需要兩個氫原子，不飽和度為1。

計(jì)算：若分子中僅含一，二，三，四價元素（H，O，N，C），則可按下式進(jìn)行不飽和度的計(jì)算：

=（2+2n4+n3–n1）/2

n4，n3，n1

分別為分子中四價，三價，一價元素?cái)?shù)目。

作用：由分子的不飽和度可以推斷分子中含有雙鍵，三鍵，環(huán)，芳環(huán)的數(shù)目，驗(yàn)證譜圖解析的正確性。例：C9H8O2

=（2+29

–8）/2=6Ｐｓ：１計(jì)算不飽和度時，二價元素不參加２元素化合價應(yīng)按其在化合物中實(shí)際提供成價電子數(shù)計(jì)算３一個化合物中，當(dāng)有多個同一元素原子，且它們提供成鍵電子不同時，則應(yīng)分別按各自實(shí)際提供成價電子數(shù)計(jì)算。４元素化合價不分正負(fù)，也不論何種元素，只按分類計(jì)算５對于含變價元素，如氮、磷、硫等，可對每種可能化合價做一次不飽和度計(jì)算，然后據(jù)光譜進(jìn)行取舍例：計(jì)算Ｃ１３Ｈ１３Ｏ４Ｐ不飽和度儀器類型與結(jié)構(gòu)

typesandstructureofinstruments（傅立葉變換紅外光譜儀）Bruker公司的VERTEX70TGA-IRBruker公司的VERTEX70TGA-IR1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)Nicolet公司的AVATAR360FT-IR2.傅里葉變換紅外光譜儀結(jié)構(gòu)框圖干涉儀光源樣品室檢測器顯示器繪圖儀計(jì)算機(jī)干涉圖光譜圖FTS聯(lián)用技術(shù)

hyphenatedtechnologyGC/FTIR（氣相色譜紅外光譜聯(lián)用）LC/FTIR（液相色譜紅外光譜聯(lián)用）PAS/FTIR（光聲紅外光譜）MIC/FTIR（顯微紅外光譜）——微量及微區(qū)分析TGA/FTIR（熱紅光譜聯(lián)用）制樣

samplingmethods紅外光譜法對試樣的要求

紅外光譜試樣可是液體、固體或氣體，一般要求：（1）單一組份純物質(zhì)，純度>98%或符合商業(yè)規(guī)格，便于與純物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)光譜對照。多組份試樣在測前盡量預(yù)先提純。（2）不含游離水。水有紅外吸收，會嚴(yán)重干擾樣品譜，且侵蝕吸收池的鹽窗。（3）濃度和厚度選擇適當(dāng)，以使光譜圖中的大多數(shù)吸收峰的透射比處于10%~80%范圍內(nèi)。制樣方法

samplingmethods1）氣體—?dú)怏w池2）液體：①液膜法——難揮發(fā)液體（BP﹥80C）②溶液法——液體池溶劑：CCl4，CS2常用。3)固體:①KBr壓片法②薄膜法③石蠟油研磨ATR聚合物的一般制樣方法(1)澆鑄薄膜法：一定條件下將聚合物溶解于適當(dāng)?shù)娜軇┲?，將樣品溶液滴在適當(dāng)載體上，揮發(fā)掉溶劑，制得樣品膜。最常用的制樣技術(shù)，但揭膜困難，且還可能由于鑄膜引起分子取向和晶形的改變。若是在鹽窗上成膜，可直接用于測定，但鹽窗比較昂貴，使用不當(dāng)容易破裂。(2)熱壓薄膜法：將樣品放在模具中加熱到軟化點(diǎn)以上或熔融后再加壓力壓成厚度合適的薄膜。此法要求在一定的熱壓裝置和較高的溫度條件下進(jìn)行，在制樣過程種，某些聚合物會因受熱而氧化，或者在加壓時產(chǎn)生定向，從而使光譜發(fā)生某些變化。(3)KBr壓片法：將高聚物樣品研細(xì)后和KBr粉末混研，待樣品與KBr混合均勻，裝入模具內(nèi)放在油壓機(jī)上加壓，使成為透明的晶片。多數(shù)高聚物難于直接研成很細(xì)的粉末。(4)切片法：用于不能采用溶解、熔融或加壓等手段改變其物理狀態(tài)的高聚物樣品的制備。此法關(guān)鍵是要掌握切削技巧，正確選擇切削條件。紅外譜圖解析

analysisofinfraredspectrograph1．烷烴（CH3，CH2，CH）(C—C,C—H)-（CH2）n-nδas1460cm-1

δs1380

cm-1CH3

CH2

δs1465cm-1CH2

r720cm-1（水平搖擺）重疊

CH2

對稱伸縮2853cm-1±10CH3

對稱伸縮2872cm-1±10

CH2不對稱伸縮2926cm-1±10

CH3不對稱伸縮2962cm-1±10

3000cm-1

HC1385-1380cm-11372-1368cm-1CH3CH3CH3δs

C—C骨架振動

1:11155cm-11170cm-1CCH3CH31391-1381cm-11368-1366cm-14:51195cm-1

CCH3CH3CH31405-1385cm-11372-1365cm-11:21250cm-1a)由于支鏈的引入，使CH3的對稱變形振動發(fā)生變化。b)C—C骨架振動明顯c)

CH2面外變形振動—(CH2)n—，證明長碳鏈的存在。n=1

770~785cm-1

（中）

n=2

740~750cm-1

（中）

n=3

730~740cm-1

（中）

n≥722cm-1

（中強(qiáng)）

d)

CH2和CH3的相對含量也可以由1460cm-1和1380cm-1的峰

強(qiáng)度估算cm-1150014001300正二十八烷cm-1150014001300正十二烷cm-1150014001300正庚烷2.烯烴，炔烴伸縮振動變形振動a)C-H伸縮振動(>3000cm-1)

3080cm-1

3030cm-1

3080cm-1

3030cm-1

3300cm-1

υ（C-H）3080-3030cm-1

2900-2800cm-13000cm-1b)C=C伸縮振動(1680-1630cm-1

)1660cm-1

分界線υ（C=C）反式烯三取代烯四取代烯1680-1665cm-1

弱，尖順式烯乙烯基烯亞乙烯基烯1660-1630cm-1

中強(qiáng)，尖ⅰ分界線1660cm-1

ⅱ順強(qiáng)，反弱ⅲ四取代（不與O，N等相連）無υ（C=C）峰ⅳ端烯的強(qiáng)度強(qiáng)ⅴ共軛使υ（C=C）下降20-30cm-1

2140-2100cm-1

（弱）2260-2190cm-1

（弱）總結(jié)c)C-H變形振動(1000-700

cm-1

)面內(nèi)變形（=C-H）1400-1420cm-1

（弱）面外變形（=C-H）

1000-700cm-1

（有價值）（=C-H）970cm-1（強(qiáng)）

790-840cm-1

（820cm-1）

610-700cm-1（強(qiáng)）

2:1375-1225

cm-1（弱）

（=C-H）800-650cm-1（690cm-1）990cm-1910

cm-1

（強(qiáng)）2：1850-1780

cm-1

890cm-1（強(qiáng)）2：1800-1780

cm-1

譜圖對比烯烴順反異構(gòu)體3.醇（—OH）

O—H，C—Oa)-OH伸縮振動(>3600cm-1)b)碳氧伸縮振動(1100cm-1)c)-OH彎曲振動（1420，920

cm-1）β游離醇，酚伯-OH

3640cm-1仲-OH

3630cm-1叔-OH

3620cm-1酚-OH

3610cm-1υ（—OH）

υ（C-O）

1050cm-11100cm-11150cm-11200cm-1α支化：-15cm-1α不飽和：-30cm-1—OH基團(tuán)特性

雙分子締合（二聚體）3550-3450

cm-1多分子締合（多聚體）3400-3200

cm-1分子內(nèi)氫鍵：分子間氫鍵：多元醇（如1，2-二醇）

3600-3500

cm-1螯合鍵（和C=O，NO2等）3200-3500

cm-1多分子締合（多聚體）3400-3200

cm-1

分子間氫鍵隨濃度而變，而分子內(nèi)氫鍵不隨濃度而變。水（溶液）3710cm-1水（固體）3300cm-1結(jié)晶水3600-3450cm-13515cm-10．01M0．1M0．25M1．0M3640cm-13350cm-1

乙醇在四氯化碳中不同濃度的IR圖2950cm-12895

cm-11-己醇3334cm-1,-OH的伸縮振動峰，一般波數(shù)范圍：3350±10cm-1。這是一個很特征的OH峰，由于氫鍵的存在，所有OH峰均比較寬。1-己醇2960cm-1,-CH3反對稱伸縮振動峰。1-己醇2931cm-1,-CH2反對稱伸縮振動峰。1-己醇2870cm-1,-CH3對稱伸縮振動峰。1-己醇2861cm-1,-CH2對稱伸縮振動峰。1-己醇1468cm-1,-CH3反對稱彎曲振動峰。1-己醇1455cm-1,-CH2剪刀彎曲振動峰。1-己醇1430cm-1,-OH彎曲振動峰，一般波數(shù)范圍：1400±100cm-1，這個寬峰被CH彎曲模式峰掩蓋。1-己醇1379cm-1,-CH3傘形彎曲振動峰。1-己醇指紋區(qū)：與參考譜圖比對，即能給出定性結(jié)論。1-己醇1058cm-1,-C-O伸縮振動峰，與C-C伸縮振動是反對稱的，一般波數(shù)范圍：伯醇：1050±25cm-1仲醇：1125±25cm-1叔醇：1150±50cm-11-己醇725cm-1,-(CH2)4搖擺振動峰，只有在4個和4個CH2存在時才有這個搖擺振動峰。1-己醇660cm-1,-OH搖擺振動峰，這是由于OH基團(tuán)的存在的另外一個寬峰。1-己醇4．醛、酮、酯、酸酐己醛己醛你能將醛基的紅外吸收峰分辨開來嗎？3420cm-1,是C=O在1727cm-1處的倍頻峰。己醛這是C-H伸縮振動區(qū)。己醛2955cm-1,-CH3反對稱伸縮振動峰。己醛2931cm-1,-CH2反對稱伸縮振動峰。己醛2865cm-1,-CH3對稱伸縮振動峰。己醛2861cm-1,-CH2對稱伸縮振動峰。己醛2820cm-1,-CHO伸縮/彎曲（二者之一），由于費(fèi)米共振，1390cm-1的倍頻峰裂分成兩個峰，但是高頻處的一個峰往往會被C-H伸縮峰掩蓋。己醛2717cm-1,-CHO伸縮/彎曲（第二個）。一般波段范圍：2735±15cm-1。這個峰不會被C-H伸縮振動峰覆蓋，這個峰與C=O伸縮振動峰（1727cm-1)同時出現(xiàn)是醛的一個很好的證據(jù)。己醛1727cm-1,C=O伸縮振動峰。這個峰的位置是醛的特征峰。共扼會使伸縮振動峰向低頻方向移動。己醛1467cm-1,-CH3反對稱彎曲振動峰。己醛1455cm-1,-CH2剪刀彎曲振動峰。己醛1407cm-1,-CH2剪刀彎曲振動峰，由于羰基的共扼作用，這個彎曲振動峰在低頻位置出現(xiàn)。己醛1390cm-1,-CHO彎曲振動峰，一般范圍：1395±10cm-1。這個峰的倍頻峰是醛基C-H伸縮振動峰的費(fèi)米共振。己醛1379cm-1,-CH3傘形振動峰。己醛指紋區(qū)：與標(biāo)準(zhǔn)譜進(jìn)行比較，能得出明確的答案。己醛727cm-1,-(CH2)4搖擺振動峰，必須4個或4個以上CH2連在一起。己醛3-庚酮3-庚酮你知道哪些峰是酮基峰？3400cm-1,C=O在1715cm-1處伸縮振動峰的倍頻峰。3-庚酮這是C-H伸縮振動峰區(qū)域。3-庚酮2960cm-1,-CH3反對稱伸縮振動峰。3-庚酮2926cm-1,CH2反對稱伸縮振動峰。3-庚酮2865cm-1,-CH3對稱伸縮振動峰。3-庚酮2861cm-1,CH2對稱伸縮振動峰。3-庚酮1715cm-1,C=O伸縮振動峰。在小環(huán)狀化合物中，這個振動峰由于鄰位C-C鍵振動峰的耦合作用位移到更高頻率。位移值依賴于C-C(O)-C角度。與其他羰基基團(tuán)一樣，共扼使得這個伸縮振動峰向低頻方向移動。3-庚酮1460cm-1,-CH3反對稱彎曲振動峰。3-庚酮1455cm-1,-CH2剪刀彎曲振動峰。3-庚酮1408cm-1,CH2剪刀振動峰，位移至低頻峰。由于與羰基的共扼作用，降低了鄰近羰基的CH2基團(tuán)彎曲力常數(shù)。3-庚酮1378cm-1,-CH3傘形彎曲振動峰。3-庚酮指紋區(qū)：與標(biāo)準(zhǔn)譜圖的比較能得到比較可靠的結(jié)論。注意在該化合物的紅外譜圖中，在725±10cm-1處沒有(CH2)4搖擺振動峰。3-庚酮乙酸乙酯醋酸乙烯酯你能否判斷哪些峰是酯基的峰？3484cm-1,-C=O伸縮振動峰的倍頻峰。乙酸乙酯2985-2950cm-1,-CH3和CH2伸縮振動峰區(qū)域。在這樣的小分子中，要區(qū)分不同的振動模式是比較困難的。乙酸乙酯1742cm-1,-C=O伸縮振動峰。在小環(huán)酯化合物中，這個振動峰由于鄰位的C-O以及C-C鍵影響會向高波數(shù)方向移動，移動的波數(shù)決定于O-C(O)-C角度。與其他羰基化合物一樣，共扼會降低這個伸縮振動峰的波數(shù)。乙酸乙酯1460-1425cm-1,CH3和CH2的彎曲振動峰區(qū)域。乙酸乙酯1374cm-1,-CH3傘形振動峰。這個峰的強(qiáng)度被鄰位的羰基增強(qiáng)了。這個強(qiáng)峰是酯化合物的特征。乙酸乙酯1241cm-1,-O-C(O)-C伸縮振動峰。一般來說：乙酸酯范圍：1245±15cm-1,其他酯化合物的范圍：1190±30cm-1。乙酸乙酯1048cm-1,-C-O伸縮振動峰，與鄰位的C-C伸縮振動峰耦合在一起。一般的范圍：乙酸酯：1045±15cm-1;其他酯：1040±60cm-1（經(jīng)常與其他C-O伸縮重疊在一起。與己醇比較。乙酸乙酯指紋區(qū)：與參考譜圖進(jìn)行比較，即可得出比較明確的結(jié)論。乙酸乙酯丁酸酐丁酸酐你能分辨出哪些峰是酸酐的峰嗎？2985-2950cm-1，CH3以及CH2伸縮振動峰。對于這樣的小分子，要區(qū)分各種振動模式是比較困難的。丁酸酐1819cm-1，C=O對稱耦合伸縮，一般的波數(shù)范圍：1830±10cm-1。兩個羰基裂分成兩個峰，這兩個峰是酸酐的特征峰。在環(huán)形酸酐中，對稱模式要小于反對稱模式。丁酸酐1750cm-1,-C=O反對稱伸縮振動耦合峰，一般波數(shù)范圍：1755±15cm-1。丁酸酐1465cm-1,-CH3反對稱彎曲振動峰。丁酸酐1461cm-1,-CH2剪刀彎曲振動峰。丁酸酐1408cm-1,-CH2剪刀彎曲振動，由于羰基的共扼作用降低彎曲力常數(shù)，該峰向低波數(shù)方向移動。丁酸酐1378cm-1，CH3傘形振動峰。丁酸酐如未知物不是新化合物，可通過兩方式查對：（1）查閱標(biāo)準(zhǔn)譜圖譜帶索引,找試樣光譜吸收帶相同標(biāo)準(zhǔn)譜；（2）進(jìn)行光譜解析，判斷試樣的可能結(jié)構(gòu)，然后在由化學(xué)分類索引查找標(biāo)準(zhǔn)譜圖對照核實(shí)。定性分析中，獲得清晰可靠圖譜，對譜圖作正確解析。根據(jù)紅外光譜圖吸收峰位、強(qiáng)度和形狀，利用基團(tuán)振動頻率與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，確定吸收帶歸屬，確認(rèn)基團(tuán)或鍵，進(jìn)而推定分子的結(jié)構(gòu)。需結(jié)合分子量、物理常數(shù)、紫外、核磁及質(zhì)譜等數(shù)據(jù)才能正確判斷其結(jié)構(gòu)。未知物結(jié)構(gòu)確定

structuredeterminationofcompounds定量分析

通過對特征吸收譜帶強(qiáng)度的測量求出組份含量。依據(jù)朗伯-比耳定律。A=ckl=lgI0/I紅外光譜的譜帶較多，選擇余地大，能方便地對單一組份和多組份進(jìn)行定量分析。此外，該法不受樣品狀態(tài)限制，能定量測定氣體、液體和固體樣品,應(yīng)用廣泛。

一基本原理1.選擇吸收帶的原則（1）須是被測物質(zhì)的特征吸收帶。如分析酸、酯、醛、酮時，須選擇>C=O基團(tuán)的振動有關(guān)的特征吸收帶。（2）所選吸收帶吸收強(qiáng)度應(yīng)與被測物質(zhì)濃度有線性關(guān)系。（3）所選的吸收帶應(yīng)有較大吸收系數(shù)且周圍盡可能沒有其它吸收帶存在，以免干擾。2.吸光度的測定（1）一點(diǎn)法：不考慮背景吸收，直接從譜圖中讀取譜圖縱坐標(biāo)的透過率，再由公式lg1/T=A計(jì)算吸光度。（2）基線法：通過譜帶兩翼透過率最大點(diǎn)作光譜吸收的切線，作為該譜線的基線，則分析處的垂線與基線的交點(diǎn)，與最高吸收峰頂點(diǎn)的距離為峰高，其吸光度A=lg（I0/I）。二定量分析方法

a直接計(jì)算法：C=A/kl=(lgI0/I)/kl只適于濃度與光密度成線性關(guān)系，分析峰不被其他成分干擾，吸收池厚度可精密測定的情況b工作曲線法：測定試樣濃度變化大，或極性溶劑影響。標(biāo)準(zhǔn)樣品配成不同濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液，逐一在分析峰處測吸光度。以吸光度為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)，繪制工作曲線。后測待測溶液吸光度，在工作曲線上找對應(yīng)值。FTIR在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用化合物的鑒定與表征*鑒別化合物的異同鑒別光學(xué)異構(gòu)體區(qū)分幾何（順、反）異構(gòu)體區(qū)分構(gòu)象異構(gòu)體鑒別化合物的異同：紅外光譜圖同熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、折射率和比旋度等物理常數(shù)一樣是該化合物的一種特征。且紅外光譜較其他物理分析手段可靠性更強(qiáng)。-聯(lián)苯雙脂同質(zhì)異晶體固相光譜，KBr壓片：（a)低熔點(diǎn)方片狀結(jié)晶體(b)高熔點(diǎn)棱柱狀晶體。***鑒別光學(xué)異構(gòu)體：旋光性化合物在左、右對應(yīng)體的紅外光譜是相同的，(R)和(S)--氨基酸的固相紅外光譜是例。但對映體和外消旋體由于晶格中分子排布不同，固性紅外光譜不同。但在溶液和熔融狀態(tài)下的IR光譜是完全相同的。圖.樟柳堿氫溴酸鹽(a)左旋體；(b)消旋體區(qū)分幾何（順、反）異構(gòu)體：對稱反式異構(gòu)體中的雙鍵處于分子對稱中心，分子振動中偶極距變化小，為紅外非活性；而順式異構(gòu)體無對稱中心，偶極矩有變化，有明顯的雙鍵特征峰，以此可區(qū)分順、反異構(gòu)體。圖不對稱分子由于反式結(jié)構(gòu)的對稱性比順式高，因此雙鍵的特征峰前者弱，后者強(qiáng)。如：二氯丙烯順、反異構(gòu)體。區(qū)分構(gòu)象異構(gòu)體：1.同一化學(xué)鍵在不同構(gòu)象異構(gòu)體中振動頻率不同。構(gòu)象固定的六元環(huán)上C-Y鍵為例，平鋪C-Y鍵伸縮振動頻率高于直立鍵，原因是直立鍵垂直于環(huán)平面，其伸縮振動作用于C上的復(fù)位力小；Y若在平面，C-Y的伸縮振動使環(huán)擴(kuò)張，復(fù)位力大，所以振動頻率高。2.固態(tài)結(jié)晶物通常只有一種構(gòu)象，而液態(tài)樣品大多是多種構(gòu)象異構(gòu)體的混合物，因此兩種相的IR光譜不盡相同。若相同，則表明該化合物只有一種構(gòu)象。FTIR在高分子材料領(lǐng)域的研究

結(jié)構(gòu)性能關(guān)系不同材料具有不同性能；同種材料具有不同性能；材料性能不僅和其組成有關(guān)，更重要的和其結(jié)構(gòu)有關(guān)。基本性能和加工性能與使用性能之間有時不一致。聚合物加工產(chǎn)品聚合物分子結(jié)構(gòu)基本性能產(chǎn)品性能加工性能儀器測量結(jié)果[客觀標(biāo)準(zhǔn)]實(shí)際使用評價[主觀標(biāo)準(zhǔn)]聚合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)140原材料的分析

最佳合成工藝條件的選擇

分子量及其分布

聚合物支化、交聯(lián)

共聚物組成及序列分布加工工藝條件的選擇

多相結(jié)構(gòu)及相形態(tài)

反應(yīng)加工材料使用過程的老化、降解等等

高分子材料的變化

單體－聚合物－制品－應(yīng)用

高分子材料的剖析

－新材料的開發(fā)，引進(jìn)技術(shù)的消化和逐步國產(chǎn)化。－材料真?zhèn)蔚淖R別。141高分子材料制樣特點(diǎn)

一般固體制樣技術(shù)均可適用，針對聚合物的特點(diǎn)，實(shí)際操作時稍作改進(jìn)：熱塑性樹脂：溶解流延成膜、熱壓成膜或溶解涂片；熱固性樹脂：如固化環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂等，可采用潔凈的小鋼銼，銼取樣品的粉末，然后再用KBr壓片。輕度交聯(lián)的聚合物：在溶劑中不溶解只溶脹的樣品，可以在溶脹(含有溶劑)的情況下與KBr研磨，然后，再烘干溶劑并研磨壓片。纖維樣品：如果單絲直徑在10微米以下，可用單絲排列整齊（或剪碎）后，用KBr壓片，測定透射光譜，若直徑太大或非單絲，整齊纏繞在薄鋁片上，或壓扁后ATR測定。142常見聚合物熱壓成膜的參考溫度聚合物溫度/℃聚合物溫度/℃高密度聚乙烯線型低密度聚乙烯170尼龍11220低密度聚乙烯150尼龍66280聚丙烯200聚甲醛190聚苯乙烯130聚碳酸酯260聚甲基丙烯酸甲酯260聚對苯二甲酸乙二醇酯290聚氯乙烯190聚對苯二甲酸丁二醇酯250尼龍6250聚四氟乙烯360不同制樣方法得到的PMMA紅外譜圖PMMA氯仿溶液與氯仿的差譜145樣品的不均一性－天然橡膠測量不同部位得到的譜圖146不同形態(tài)的PVDF147制樣的問題-KBr148

衰減全反射(attenuatedtotalreflection,ATR)穿透深度為λ1為光束在晶體中的波長i為入射角n2和n1為樣品和晶體的折射率ATR校正：由于存在頻率歧視效應(yīng)需校正。150用不同ATR晶體測定得到的譜圖晶體折光指數(shù)測定范圍顏色KRS-52.3520,000-250紅ZnSe2.4220,000-600黃Si3.428300-660灰Ge4.05500-660灰151PAN/PVA復(fù)合膜不同入射角的ATR譜圖152ATR譜圖與一般吸收譜圖的差異

ATR測定的是表面，一般的透射方法可測定整體，在譜圖中可觀察到未反應(yīng)的單體。平面ATR測定時，樣品須覆蓋整個晶體，否則可能引入上壓板信息1.聚合物型譜帶譜圖大部分譜帶表征的是結(jié)構(gòu)類似重復(fù)單元的小分子的譜圖，即單質(zhì)型譜帶；還有一些獨(dú)特的區(qū)別于小分子有機(jī)物的吸收譜帶，屬于聚合物型譜帶.大多數(shù)聚合物中包含晶區(qū)和非晶區(qū)。晶區(qū)特有的譜帶稱為晶帶，強(qiáng)度隨聚合物結(jié)晶度增加個增加。所謂晶帶并不一定是真正的結(jié)晶結(jié)構(gòu)引起的，很多由高分子鏈結(jié)構(gòu)特征有關(guān)，由于這些結(jié)構(gòu)存在，使聚合物可能結(jié)晶。聚合物鏈結(jié)構(gòu)研究在結(jié)晶PET中，大多數(shù)晶帶是由-O-CH2-CH2-O-鏈段的反式構(gòu)象結(jié)構(gòu)產(chǎn)生1.構(gòu)象譜帶與高分子鏈重復(fù)單元中某些基團(tuán)構(gòu)象有關(guān)。構(gòu)象改變可通過熱運(yùn)動完成，則此譜帶存于聚合物液態(tài)，液晶態(tài)，晶態(tài)，以及溶液中，但譜帶強(qiáng)度有所不同1562.立構(gòu)規(guī)整性譜帶這些譜帶和高分子鏈一定構(gòu)型有關(guān)，構(gòu)型轉(zhuǎn)換只能通過斷鍵實(shí)現(xiàn)，因此所有相態(tài)光譜中這類譜帶強(qiáng)度相同。主鏈上含雙鍵的聚合物中，與順反異構(gòu)有關(guān)的譜帶。順式1,4反式1,41,2738cm-1967cm-1910cm-1全同聚丙烯立構(gòu)規(guī)整性測定1460,1380為CH2 ,對結(jié)構(gòu)變化不敏感；998,975為構(gòu)象規(guī)整譜帶；998與較長螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)，這種螺旋鏈段中重復(fù)單元數(shù)目m≧11-13；975反應(yīng)較短鏈段m≧5，短螺旋鏈段不能結(jié)晶；立構(gòu)規(guī)整度概念反應(yīng)短螺旋鏈段存在，因此選975合適，對聚合物結(jié)晶狀態(tài)不敏感，重復(fù)性好。158全同PP中的兩條構(gòu)象規(guī)整性譜帶，與聚丙烯中長的3/1螺旋結(jié)構(gòu)有關(guān)，也稱螺旋譜帶3.構(gòu)象規(guī)整性譜帶取決于高分子鏈內(nèi)相鄰基團(tuán)之間振動的偶合，和長構(gòu)象規(guī)整鏈段有關(guān)，不是個別基團(tuán)，聚合物熔融時消失，有時譜帶變寬強(qiáng)度減弱。構(gòu)象有序高分子鏈中，任何基團(tuán)兩側(cè)的可能構(gòu)象都是有規(guī)則的，因此對應(yīng)譜帶的偶合裂分很明顯。159正交晶系的聚乙烯，晶胞內(nèi)有兩條分子鏈通過，由于分子鏈的相互作用，使CH2基團(tuán)面內(nèi)搖擺振動分裂為兩條譜帶4.結(jié)晶譜帶：來源于結(jié)晶相中相鄰分子鏈之間相互作用力。滿足：1.由XRD證明物質(zhì)結(jié)晶；2.液晶態(tài)譜帶消失；3.由特殊紅外證明僅取決于晶格存在；4.理論上可預(yù)測這種譜帶存在。結(jié)晶譜帶分裂程度由分子間偶合強(qiáng)度決定。1602.化學(xué)組成測定聚合物紅外光譜分類表波數(shù)范圍有最強(qiáng)譜帶的聚合物I區(qū)1800-1700cm-1含酯、羧酸、酰亞胺等基團(tuán)II區(qū)1700-1500cm-1聚酰亞胺、聚脲等III區(qū)1500-1300cm-1飽和線型脂肪族聚烯烴和一些有極性基團(tuán)取代的聚烴類IV區(qū)1300-1200cm-1芳香族聚醚、聚砜和一些含氯的聚合物V區(qū)1200-1000cm-1脂肪族聚醚、醇類和含硅、含氟的聚合物VI區(qū)1000-600cm-1含取代苯、不飽和雙鍵和一些含氯的聚合物1613.支化度測定CH3CH2不同支化程度的聚乙烯162采用分峰技術(shù)測定聚乙烯中支鏈1634.共聚物組成測定不同組成P(MMA-AN）的紅外譜圖C≡N內(nèi)標(biāo)164P(MMA-AN）共聚組成標(biāo)準(zhǔn)曲線Figure3.Theinfraredspectraand1HNMRspectraofdifferentcomponentsofcopolymersFigure3.Theinfraredspectraand1HNMRspectraofdifferentcomponentsofcopolymersFigure3.Theinfraredspectraand1HNMRspectraofdifferentcomponentsofcopolymersTheFTIRspectraand1HNMRspectraofdifferentcomponentsofcopolymersFigure3.Theinfraredspectraand1HNMRspectraofdifferentcomponentsofcopolymers丁己共聚物組成測定1665.共聚物序列分布的測定從上到下：PS;PMMA/PS;PMS;PMMA共聚物和共混物的差別167下圖為MMA和St不同比例共聚物的譜圖偏氯乙烯和異丁烯共聚物序列分布研究乙丙共聚物的結(jié)構(gòu)分析乙烯（E）-丙烯(P)共聚物(54.3%)亞甲基搖擺振動的紅外光譜圖。定量判斷：頭-尾結(jié)構(gòu)的P-P序列810-815cm-1;751cm-1歸屬于n=2的(CH2)n搖擺震動吸收。731cm-1譜帶歸屬于E-P序列結(jié)構(gòu)。722cm-1歸屬于(PE)n(n4)的序列。1706.添加劑的影響

在某種材料中加入改性劑，可以獲得性能不同的新材料，其紅外譜圖差異可能很小，應(yīng)注意觀察。下圖聚苯乙烯PS和高沖聚苯乙烯HIPS的譜圖。聚合物聚集態(tài)結(jié)構(gòu)研究制樣特點(diǎn)由于材料的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)是與其物理形態(tài)有關(guān)，因此在研究聚集態(tài)結(jié)構(gòu)時不能破壞樣品的原有形態(tài)。PVDF172結(jié)晶聚合物中包括晶區(qū)和非晶區(qū)。晶區(qū)和非晶區(qū)中分子鏈的排列方式不同，分子之間的作用也不同。結(jié)晶聚合物中存在如下譜帶：晶帶：強(qiáng)度隨結(jié)晶度增加而增大；非晶