第三小組紅外光譜

第三小組紅外光譜第一頁，共五十二頁，2022年，8月28日紅外吸收光譜法（IR）一、概述定義：根據(jù)物質(zhì)分子特征吸收了紅外輻射后發(fā)生振動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷的而建立起來的光譜分析方法

紅外吸收光譜－－－分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜

四大譜學(xué)方法：紫外吸收、紅外吸收、核磁共振波譜、質(zhì)譜第二頁，共五十二頁，2022年，8月28日傅里葉紅外光譜儀分析（惠成）：特點(diǎn)掃描速度快，可以在1S內(nèi)測得多張紅外光譜圖靈敏度高、檢測樣品量少光譜量大，是一種無損檢測方法，可以檢測透射較低的樣品，可以檢測氣體、固體、液體、薄膜等樣品分辨率高，便于觀察氣態(tài)分子的精細(xì)結(jié)構(gòu)測定光譜范圍寬，分子的振動(dòng)能級(jí)與許多結(jié)構(gòu)特征因素相關(guān)，只要改變光源、分束器和檢測器的配置，就可以得到整個(gè)紅外區(qū)光譜。每種化合物均有紅外吸收（除了單原子分子＆同核雙原子），因此應(yīng)用范圍廣

第三頁，共五十二頁，2022年，8月28日應(yīng)用分子結(jié)構(gòu)的研究和化學(xué)組成的分析，廣泛應(yīng)用于有機(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、化工、催化、石油、材料、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域。第四頁，共五十二頁，2022年，8月28日技術(shù)參數(shù)最高分辨率：2.0cm-1/1.0cm-1/0.5cm-1信噪比：15000:1(P-P)/30000:1(P-P)/40000:1(P-P)分束器：溴化鉀鍍鍺/寬帶溴化鉀鍍鍺檢測器：DTGS檢測器/DLATGS檢測器光源：空冷陶瓷光源第五頁，共五十二頁，2022年，8月28日原理光源發(fā)出的光被分束器（類似半透半反鏡）分為兩束，一束經(jīng)透射到達(dá)動(dòng)鏡，另一束經(jīng)反射到達(dá)定鏡。兩束光分別經(jīng)定鏡和動(dòng)鏡反射再回到分束器，動(dòng)鏡以一恒定速度作直線運(yùn)動(dòng)，因而經(jīng)分束器分束后的兩束光形成光程差，產(chǎn)生干涉。干涉光在分束器會(huì)合后通過樣品池，通過樣品后含有樣品信息的干涉光到達(dá)檢測器，然后通過傅里葉變換對信號(hào)進(jìn)行處理，最終得到透過率或吸光度隨波數(shù)或波長的紅外吸收光譜圖。第六頁，共五十二頁，2022年，8月28日紅外光譜的基本原理紅外光譜起源于分子中化學(xué)鍵的振動(dòng),屬于分子光譜中的振動(dòng)光譜，紅外吸收譜帶的位置（波數(shù)cm-1

）對應(yīng)分子振動(dòng)能級(jí)躍遷的能級(jí)差；紅外吸收譜帶強(qiáng)度反映能級(jí)躍遷的幾率。紅外光在電磁波譜中的波數(shù)范圍：近紅外：12800~4000cm-1

(0.78~2.5μm)中紅外：4000~400cm-1

(2.5~25μm)遠(yuǎn)紅外：400~10cm-1

(25~1000μm)第七頁，共五十二頁，2022年，8月28日使用方法（文毓、沂德）1、開機(jī)前準(zhǔn)備（電源電壓-穩(wěn)定，室溫：15-25攝氏度，濕度小于或等于60%）2、開機(jī)3、制樣4、掃描和輸出紅外光譜5、關(guān)機(jī)6、清洗壓片模具和瑪瑙研缽第八頁，共五十二頁，2022年，8月28日第九頁，共五十二頁，2022年，8月28日第十頁，共五十二頁，2022年，8月28日第十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日樣品的制備方法制品的最佳厚度為：10~30um1.薄膜法：（1）直接采用法：試品本身是透明的薄膜，厚度適合；（2）熱壓成膜法：熱塑性高聚物可以通過加熱壓成適當(dāng)厚度的薄膜。（3）溶液鑄模法：溶劑溶解試品——溶液至玻璃板至溶劑完全揮發(fā)——取薄膜2.壓片法：用于固體粉末的制樣方法，將研磨好的粉末放入壓片模中，用油壓機(jī)制成透明的薄片。第十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日3.液膜法（1）溶液法：將高聚物溶液在KBr晶片上涂成薄薄的一層液膜進(jìn)行測定（2）懸浮法——很少用4.鑒于高聚物材料的復(fù)雜性，故在制樣之前常要進(jìn)行樣品預(yù)處理：方法1.分離與提純；2.熱裂解；3.化學(xué)處理。第十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日制品的預(yù)處理1：分離與提純：可用溶解-沉淀法；萃取法；色譜法2:熱裂解：用于不溶不熔的高聚物材料3：化學(xué)處理第十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日第十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日第十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日維護(hù)方法1、溫度：測定時(shí)實(shí)驗(yàn)室的溫度應(yīng)在15～30℃，相對濕度應(yīng)在65%以下，所用電源應(yīng)配備有穩(wěn)壓裝置和接地線。因要嚴(yán)格控制室內(nèi)的相對濕度，因此紅外實(shí)驗(yàn)室的面積不要太大，能放得下必須的儀器設(shè)備即可，但室內(nèi)一定要有除濕裝置。

2、除濕：為防止儀器受潮而影響使用壽命，紅外實(shí)驗(yàn)室應(yīng)經(jīng)常保持干燥，即使儀器不用，也應(yīng)每周開機(jī)至少兩次，每次半天，同時(shí)開除濕機(jī)除濕。特別是霉雨季節(jié)，最好是能每天開除濕機(jī)第十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日紅外光譜圖的分析（建華、婷婷）

譜圖解析的一般程序一種是按光譜圖中吸收峰強(qiáng)度順序解析，即首先識(shí)別特征區(qū)的最強(qiáng)峰，然后是次強(qiáng)峰或較弱峰，它們分別屬于何種基團(tuán)，同時(shí)查對指紋區(qū)的相關(guān)峰加以驗(yàn)證，以初步推斷試樣物質(zhì)的類別，最后詳細(xì)地查對有關(guān)光譜資料來確定其結(jié)構(gòu)；另一種是按基團(tuán)順序解析，即首先按C=O、O-H、C-O、C=C（包括芳環(huán)）、C≡N和—NO2等幾個(gè)主要基團(tuán)的順序，采用肯定與否定的方法，判斷試樣光譜中這些主要基團(tuán)的特征吸收峰存在與否，以獲得分子結(jié)構(gòu)的概貌，然后查對其細(xì)節(jié)，確定其結(jié)構(gòu)。注意：在解析過程中，要把注意力集中到主要基團(tuán)的相關(guān)峰上，避免孤立解析。第十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日具體的解譜分析法

各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍：從第一區(qū)域到第四區(qū)域，4000cm-1到400cm-1各種官能團(tuán)的特征吸收頻率范圍。區(qū)域基團(tuán)吸收頻率（cm-1）振動(dòng)形式吸收強(qiáng)度說明第

一

區(qū)

域

—OH（游離）—OH（締合）—NH2，—NH（游離）—NH2，—NH（締合）—SHC—H伸縮振動(dòng)不飽和C—H

≡C—H（叁鍵）═C—H（雙鍵）苯環(huán)中C—H

飽和C—H

—CH3

—CH3—CH2—CH23650—35803400—32003500—33003400—31002600—2500

3300附近3010—30403030附近

2960±52870±102930±52850±10伸縮伸縮伸縮伸縮伸縮

伸縮伸縮伸縮

反對稱伸縮對稱伸縮反對稱伸縮對稱伸縮m，shs，bms，b

sss

ssss判斷有無醇類、酚類和有機(jī)酸的重要依據(jù)

不飽和C—H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3000cm-1以上

末端═C—H2出現(xiàn)在3085cm-1附近強(qiáng)度上比飽和C—H稍弱，但譜帶較尖銳飽和C—H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3000cm-1以下（3000—2800cm-1），取代基影響較小

三元環(huán)中的CH2出現(xiàn)在3050cm-1—C—H出現(xiàn)在2890cm-1，很弱第十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日

各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍第二區(qū)域—C≡N—N≡N—C≡C—

—C=C=C—2260—22202310—21352260—2100

1950附近伸縮伸縮伸縮

伸縮smv

v干擾少

R—C≡C—H，2100—2140；R—C≡C—R`，2190—2260；若R`=R，對稱分子無紅外譜帶

第

三

區(qū)

域C=C芳環(huán)中C=C

—C=O

—NO2—NO2S=O1680—16201600，15801500，14501850—1600

1600—15001300—12501220—1040伸縮伸縮

伸縮

反對稱伸縮對稱伸縮伸縮m，wv

s

sss

苯環(huán)的骨架振動(dòng)

其他吸收帶干擾少，是判斷羰基（酮類、酸類、酯類、酸酐等）的特征頻率，位置變動(dòng)大

第二十頁，共五十二頁，2022年，8月28日

各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍

四

區(qū)

域C—O

C—O—C

—CH3，—CH2

—CH3—NH2C—FC—ClC—BrC—I=CH2—（CH2）n—,n>41300—1000

900—1150

1460±10

1370—13801650—15601400—1000800—600600—500500—200910—890720伸縮

伸縮

—CH3反對稱變形，CH2變形對稱變形變形伸縮伸縮伸縮伸縮面外搖擺面內(nèi)搖擺s

s

m

sm,ssssssvC—O鍵（酯、醚、醇類）的極性很強(qiáng)，故強(qiáng)度強(qiáng)，常成為譜圖中最強(qiáng)的吸收醚類中C—O—C的νas=1100±50是最強(qiáng)的吸收。C—O—C對稱伸縮在900—1000，較弱大部分有機(jī)化合物都含有CH3、CH2基，因此此峰經(jīng)常出現(xiàn)第二十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日常見基團(tuán)紅外吸收帶第二十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日紅外吸收帶的波數(shù)位置波峰的數(shù)目吸收譜帶的強(qiáng)度分子結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與分子組成或化學(xué)基團(tuán)的含量有關(guān)，可進(jìn)行定量分析定性分析第二十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日紅外光區(qū)光譜表示方法：T％～σ曲線orT％～曲線波長與波數(shù)σ之間的關(guān)系為：σ（cm-1）=104/（μm）例：＝5μm的紅外線，它的波長為σ＝104/5＝2000cm-1第二十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日二、紅外光譜區(qū)域

中紅外區(qū)研究應(yīng)用最廣，是主要的研究對象第二十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日中紅外光區(qū)吸收帶（2.5~25μm）:基本振動(dòng)區(qū)，絕大多數(shù)有機(jī)化合物和無機(jī)離子的基頻吸收帶，由于基頻振動(dòng)是紅外光譜中吸收最強(qiáng)的振動(dòng)，所以該區(qū)最適于進(jìn)行紅外光譜的定性和定量分析。遠(yuǎn)紅外光區(qū)吸收帶（25~1000μm）：轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)，分子轉(zhuǎn)動(dòng)和晶格振動(dòng)產(chǎn)生的。近紅外區(qū)吸收帶（0.78~2.5μm

）：泛頻區(qū)，O－H，N－H及C－H的倍頻吸收第二十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日紅外譜圖解題思路1、求不飽和度μ＝0（飽和烴）；μ＝1（烯烴）；μ＝2，3（炔烴，或是含有C＝O等不飽和烴）；μ≥4（含有苯環(huán)）2、確定基本結(jié)構(gòu)和基團(tuán)3、考慮指紋區(qū)峰結(jié)構(gòu)排除不可能的基團(tuán)4、推斷結(jié)構(gòu)第二十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日紅外光譜譜圖分析

特征吸收：指基團(tuán)在特定的區(qū)域有吸收，且其它部分對此吸收位置的影響較小，并有較強(qiáng)的吸收譜帶。

最有分析價(jià)值的基團(tuán)頻率在4000

cm-1~1300cm-1之間，這一區(qū)域稱為基團(tuán)頻率區(qū)、官能團(tuán)區(qū)或特征區(qū)。區(qū)內(nèi)的峰是由伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的吸收帶，比較稀疏，容易辨認(rèn)，常用于鑒定官能團(tuán)。在1300cm-1~600cm-1區(qū)域內(nèi)，除單鍵的伸縮振動(dòng)外，還有多數(shù)基團(tuán)因變形振動(dòng)產(chǎn)生的譜帶。這種振動(dòng)與整個(gè)分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。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，并顯示出分子特征，稱為指紋區(qū)。

第二十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日1、紅外光譜的區(qū)域劃分常見的化學(xué)基團(tuán)在4000－670cm-1范圍內(nèi)有特征吸收。常將該波數(shù)范圍分成四個(gè)區(qū)域（1）X－H伸縮振動(dòng)區(qū)4000－2500cm-1（2）叁鍵和積累雙鍵區(qū)2500－1900cm-1（3）雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)1900－1200cm-1（4）X－Y伸縮振動(dòng)及X－H變形振動(dòng)區(qū)＜1650cm-1第二十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日（1）、X－H伸縮振動(dòng)區(qū)4000－2500cm-1（X＝O，N，C，S）O－H3650－3200cm-1(醇、酚、羧酸)游離酚中υO(shè)－H3700－3500cm-1

胺和酰胺的N-H伸縮振動(dòng)也出現(xiàn)在3500~3100cm-1，因此，可能會(huì)對O-H伸縮振動(dòng)有干擾。

第三十頁，共五十二頁，2022年，8月28日C-H的伸縮振動(dòng)可分為飽和和不飽和的兩種:

⑴飽和的C-H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3000cm-1以下，約3000~2800cm-1，取代基對它們影響很小。－CH3（2960、2870cm-1）、－CH2－（2930、2850cm-1）、－CH－（2890cm-1）幾乎觀察不到⑵不飽和的C-H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3000cm-1以上

＝CH2的吸收在3085cm-1附近=C-H伸縮振動(dòng):3100-3000cm-1

≡C-H伸縮振動(dòng):

3300cm-1

⑶苯環(huán)的C-H鍵伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3030cm-1附近，它的特征是強(qiáng)度比飽和的C-H鍵稍弱，但譜帶比較尖銳。第三十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日3080cm-1

3030cm-1

3080cm-1

3030cm-1

3300cm-1

υ（C-H）3080-3030cm-1

2900-2800cm-1

3000cm-1C-H伸縮振動(dòng)(>3000cm-1)第三十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日烯烴，炔烴的判斷=C-H伸縮振動(dòng):3100-3000cm-1

=C-H伸縮振動(dòng):

3300cm-1

C=C伸縮振動(dòng):1680-1620

cm-1=C-H彎曲振動(dòng)：1000-650cm-1C=C伸縮振動(dòng)

:2260-2100cm-1=C-H彎曲振動(dòng):

700-610cm-1

第三十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日（2）、叁鍵和積累雙鍵區(qū)2500－1900cm-1

這個(gè)區(qū)域的譜帶用得較少，因?yàn)楹I和積累雙鍵的化合物，遇到的機(jī)會(huì)不多。

R-CCH的伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在2100~2140cm-1附近；

R-CC-R出現(xiàn)在2190~2260cm-1附近；

R-CC-R分子是對稱，則為非紅外活性；

-CN基的伸縮振動(dòng)在非共軛的情況下出現(xiàn)2240～2260cm-1，在共軛的情況下出現(xiàn)2220~2230cm-1附近。第三十四頁，共五十二頁，2022年，8月28日（3）、雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)1900－1200cm-1主要包括：

C＝C，C＝O，C＝N，－NO2的伸縮振動(dòng)

苯環(huán)的骨架振動(dòng)

第三十五頁，共五十二頁，2022年，8月28日該區(qū)域包括三種重要的伸縮振動(dòng)：酸酐的羰基吸收帶由于振動(dòng)耦合而呈現(xiàn)雙峰。以此很容易判斷酮類、醛類、酸類、酯類以及酸酐等有機(jī)化合物是紅外光譜中特征的且往往是最強(qiáng)的吸收①C=O伸縮振動(dòng)：1900~1650cm-1

第三十六頁，共五十二頁，2022年，8月28日②C=C伸縮振動(dòng)。烯烴的C=C伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在1680~1620cm-1，一般很弱。單核芳烴的C=C伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在1600cm-1和1500cm-1附近，有兩個(gè)峰，這是芳環(huán)的骨架結(jié)構(gòu)，用于確認(rèn)有無芳核的存在。③苯的衍生物的泛頻譜帶，出現(xiàn)在2000~1650cm-1范圍，是C-H面外和C=C面內(nèi)變形振動(dòng)的泛頻吸收，雖然強(qiáng)度很弱，但它們的吸收面貌在表征芳核取代類型上有一定的作用。第三十七頁，共五十二頁，2022年，8月28日包括：C－H，N－H的變形振動(dòng)

（4）、X－H變形振動(dòng)區(qū)1650-1350cm-1甲基在1370-1380cm-1出現(xiàn)一個(gè)很特征的吸收峰，可作為判斷有無甲基存在的依據(jù)。

當(dāng)一個(gè)碳原子上存在二個(gè)甲基時(shí)，二個(gè)甲基的變形振動(dòng)(1380cm-1)互相偶合，分裂成二個(gè)峰：1385cm-1、1375cm-1，這對確定異丙基很有用。第三十八頁，共五十二頁，2022年，8月28日（5）900~650cm-1區(qū)域（指紋區(qū)）

苯環(huán)取代而產(chǎn)生的吸收是這個(gè)區(qū)域重要內(nèi)容，該區(qū)域是利用紅外光譜推斷苯環(huán)取代位置的主要依據(jù)。該區(qū)域的某些吸收峰還可用來確認(rèn)化合物的順反構(gòu)型。烯烴的面外彎曲振動(dòng)出現(xiàn)的位置：反式構(gòu)型：990-970cm-1順式構(gòu)型：690cm-1總之，指紋區(qū)和官能團(tuán)區(qū)有著不同的功能，可以功能互補(bǔ)。從官能團(tuán)區(qū)可以找出該化合物存在的官能團(tuán)，而指紋區(qū)的吸收宜于用來同標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行比較，以得出更確切的結(jié)論。圖譜具體分析：第三十九頁，共五十二頁，2022年，8月28日

圖譜解析訓(xùn)練1第四十頁，共五十二頁，2022年，8月28日第四十一頁，共五十二頁，2022年，8月28日圖譜解析訓(xùn)練2第四十二頁，共五十二頁，2022年，8月28日第四十三頁，共五十二頁，2022年，8月28日小結(jié)

特征基團(tuán)的位置峰：1、不飽和烴－CH≥30002、－OH33803、飽和烴－CH29404、純羰基17365、醛基1725，27206、－CH313807、－C（CH3）21385＆13758、－OCH311829、－CN2260～222010、C－O－C900～115011、－NH2