紅外吸收光譜分析法演示文稿

紅外吸收光譜分析法演示文稿目前一頁\總數(shù)七十頁\編于十三點（優(yōu)選）紅外吸收光譜分析法目前二頁\總數(shù)七十頁\編于十三點目前三頁\總數(shù)七十頁\編于十三點紅外光譜圖：縱坐標(biāo)為吸收強度，橫坐標(biāo)為波長λ（m）和波數(shù)1/λ

單位：cm-1可以用峰數(shù)，峰位，峰形，峰強來描述。應(yīng)用：有機化合物的結(jié)構(gòu)解析。定性：基團的特征吸收頻率；定量：特征峰的強度；紅外光譜與有機化合物結(jié)構(gòu)目前四頁\總數(shù)七十頁\編于十三點二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件

滿足兩個條件：(1)輻射應(yīng)具有能滿足物質(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。

非對稱分子：有偶極矩，紅外活性。偶極子在交變電場中的作用示意圖目前五頁\總數(shù)七十頁\編于十三點分子振動方程式分子的振動能級（量子化）：

E振=（V+1/2）hV：化學(xué)鍵的振動頻率；

：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目前六頁\總數(shù)七十頁\編于十三點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)，為雙原子的折合質(zhì)量

=m1m2/（m1+m2）發(fā)生振動能級躍遷需要能量的大小取決于鍵兩端原子的折合質(zhì)量和鍵的力常數(shù)，即取決于分子的結(jié)構(gòu)特征。目前七頁\總數(shù)七十頁\編于十三點表某些鍵的伸縮力常數(shù)（毫達因/埃）鍵類型—CC—>—C=C—>—C—C—力常數(shù)15179.59.94.55.6峰位4.5m6.0m7.0m

化學(xué)鍵鍵強越強（即鍵的力常數(shù)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)。目前八頁\總數(shù)七十頁\編于十三點

例題:由表中查知C=C鍵的K=9.59.9,令其為9.6,計算波數(shù)值。正己烯中C=C鍵伸縮振動頻率實測值為1652cm-1目前九頁\總數(shù)七十頁\編于十三點三、分子中基團的基本振動形式1．兩類基本振動形式伸縮振動亞甲基：變形振動亞甲基目前十頁\總數(shù)七十頁\編于十三點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目前十一頁\總數(shù)七十頁\編于十三點例１水分子（非對稱分子）２．峰位、峰數(shù)與峰強（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)（短波長區(qū)）；反之，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)（高波長區(qū)）。（2）峰數(shù)

峰數(shù)與分子自由度有關(guān)。無瞬間偶基距變化時，無紅外吸收。目前十二頁\總數(shù)七十頁\編于十三點峰位、峰數(shù)與峰強例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)生一個強的吸收峰，基頻峰；（5）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）瞬間偶基距變化大，吸收峰強；鍵兩端原子電負性相差越大（極性越大），吸收峰越強；目前十三頁\總數(shù)七十頁\編于十三點（CH3）1460cm-1，1375cm-1。（CH3）2930cm-1，2850cm-1。C2H4O1730cm-11165cm-12720cm-1HHHHOCC目前十四頁\總數(shù)七十頁\編于十三點四、紅外吸收峰強度問題：C=O強；C=C弱；為什么？吸收峰強度躍遷幾率偶極矩變化吸收峰強度偶極矩的平方偶極矩變化——結(jié)構(gòu)對稱性；對稱性差偶極矩變化大吸收峰強度大符號：s(強)；m(中)；w(弱)紅外吸收峰強度比紫外吸收峰小2～3個數(shù)量級；目前十五頁\總數(shù)七十頁\編于十三點第二節(jié)紅外光譜與分子結(jié)構(gòu)

一、紅外吸收光譜的特征性與一定結(jié)構(gòu)單元相聯(lián)系的、在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)的化學(xué)鍵振動頻率——基團特征頻率（特征峰）；例：28003000cm-1—CH3特征峰；16001850cm-1—C=O特征峰；基團所處化學(xué)環(huán)境不同，特征峰出現(xiàn)位置變化：—CH2—CO—CH2—1715cm-1

酮—CH2—CO—O—1735cm-1

酯—CH2—CO—NH—1680cm-1

酰胺目前十六頁\總數(shù)七十頁\編于十三點紅外光譜信息區(qū)常見的有機化合物基團頻率出現(xiàn)的范圍：4000670cm-1依據(jù)基團的振動形式，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)目前十七頁\總數(shù)七十頁\編于十三點二、分子結(jié)構(gòu)與吸收峰1．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，濃度較小（稀溶液）時，峰形尖銳，強吸收；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

目前十八頁\總數(shù)七十頁\編于十三點（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—H3300

cm-1（2）飽和碳原子上的—C—H3000cm-1以上

—CH3

2960

cm-1反對稱伸縮振動2870

cm-1對稱伸縮振動—CH2—2930

cm-1反對稱伸縮振動2850

cm-1對稱伸縮振動—C—H2890cm-1弱吸收3000cm-1以下目前十九頁\總數(shù)七十頁\編于十三點2．叁鍵（C

C）伸縮振動區(qū)（25001900cm-1）在該區(qū)域出現(xiàn)的峰較少；（1）RCCH（21002140cm-1）

RCCR’（21902260cm-1）

R=R’時，無紅外活性（2）RCN（21002140cm-1）非共軛22402260cm-1共軛22202230cm-1

僅含C、H、N時：峰較強、尖銳；有O原子存在時；O越靠近CN，峰越弱；目前二十頁\總數(shù)七十頁\編于十三點3．雙鍵伸縮振動區(qū)（19001200

cm-1

）（1）RC=CR’16201680cm-1強度弱，

R=R’（對稱）時，無紅外活性。（2）單核芳烴的C=C鍵伸縮振動（16261650cm-1）目前二十一頁\總數(shù)七十頁\編于十三點苯衍生物的C=C苯衍生物在16502000cm-1出現(xiàn)C-H和C=C鍵的面內(nèi)變形振動的泛頻吸收（強度弱），可用來判斷取代基位置。20001600目前二十二頁\總數(shù)七十頁\編于十三點（3）C=O（18501600cm-1）碳氧雙鍵的特征峰，強度大，峰尖銳。飽和醛(酮)1740-1720cm-1；強、尖；不飽和向低波移動；目前二十三頁\總數(shù)七十頁\編于十三點酸酐的C=O

雙吸收峰：1820～1750cm-1，兩個羰基振動偶合裂分；線性酸酐：兩吸收峰高度接近，高波數(shù)峰稍強；環(huán)形結(jié)構(gòu)：低波數(shù)峰強；羧酸的C=O

1820～1750cm-1，氫鍵，二分子締合體；目前二十四頁\總數(shù)七十頁\編于十三點4.X—Y，X—H變形振動區(qū)<1650cm-1

指紋區(qū)(1350650cm-1),較復(fù)雜。

C-H，N-H的變形振動；

C-O，C-X的伸縮振動；

C-C骨架振動等。精細結(jié)構(gòu)的區(qū)分。順、反結(jié)構(gòu)區(qū)分；目前二十五頁\總數(shù)七十頁\編于十三點基團吸收帶數(shù)據(jù)目前二十六頁\總數(shù)七十頁\編于十三點常見基團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目前二十七頁\總數(shù)七十頁\編于十三點

1．內(nèi)部因素（1）電子效應(yīng)a．誘導(dǎo)效應(yīng)：吸電子基團使吸收峰向高頻方向移動（蘭移）三、影響峰位變化的因素

化學(xué)鍵的振動頻率不僅與其性質(zhì)有關(guān)，還受分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部因素影響。相同基團的特征吸收并不總在一個固定頻率上。R-CORC=01715cm-1;R-COHC=01730cm-1

；R-COClC=01800cm-1;R-COFC=01920cm-1;F-COFC=01928cm-1;R-CONH2

C=01920cm-1;目前二十八頁\總數(shù)七十頁\編于十三點ｂ．共軛效應(yīng)cm-1cm-1cm-1cm-1目前二十九頁\總數(shù)七十頁\編于十三點（２）空間效應(yīng)CH3060-3030cm-12900-2800cm-1C

HCHCHCH1576cm-11611cm-11644cm-11781cm-11678cm-11657cm-11651cm-12222空間效應(yīng)：場效應(yīng)；空間位阻；環(huán)張力目前三十頁\總數(shù)七十頁\編于十三點2.氫鍵效應(yīng)

(分子內(nèi)氫鍵；分子間氫鍵)：對峰位，峰強產(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目前三十一頁\總數(shù)七十頁\編于十三點四、不飽和度

定義：不飽和度是指分子結(jié)構(gòu)中達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。

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

=（2+2n4+n3–n1

）/2

n4，n3，n1

分別為分子中四價，三價，一價元素數(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，驗證譜圖解析的正確性。例：C9H8O2

=（2+29

–8）/2=6目前三十二頁\總數(shù)七十頁\編于十三點第三節(jié)紅外光譜儀器

一、儀器類型與結(jié)構(gòu)兩種類型：色散型干涉型（傅立葉變換紅外光譜儀）目前三十三頁\總數(shù)七十頁\編于十三點1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)Nicolet公司的AVATAR360FT-IR目前三十四頁\總數(shù)七十頁\編于十三點2.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算機干涉圖光譜圖FTS（動畫）目前三十五頁\總數(shù)七十頁\編于十三點3.傅立葉變換紅外光譜儀的原理與特點光源發(fā)出的輻射經(jīng)干涉儀轉(zhuǎn)變?yōu)楦缮婀?，通過試樣后，包含的光信息需要經(jīng)過數(shù)學(xué)上的傅立葉變換解析成普通的譜圖。特點：(1)掃描速度極快(1s)；適合儀器聯(lián)用；(2)不需要分光，信號強，靈敏度很高；(3)儀器小巧。目前三十六頁\總數(shù)七十頁\編于十三點傅里葉變換紅外光譜儀工作原理圖目前三十七頁\總數(shù)七十頁\編于十三點邁克爾干涉儀工作原理圖目前三十八頁\總數(shù)七十頁\編于十三點4.色散型紅外光譜儀主要部件(1)光源能斯特?zé)簦貉趸啞⒀趸惡脱趸Q燒結(jié)制成的中空或?qū)嵭膱A棒，直徑1-3mm，長20-50mm；室溫下，非導(dǎo)體，使用前預(yù)熱到800C；

特點：發(fā)光強度大；壽命0.5-1年；硅碳棒：兩端粗，中間細；直徑5mm，長20-50mm；不需預(yù)熱；兩端需用水冷卻；(2)單色器光柵；傅立葉變換紅外光譜儀不需要分光；目前三十九頁\總數(shù)七十頁\編于十三點(3)檢測器真空熱電偶；不同導(dǎo)體構(gòu)成回路時的溫差電現(xiàn)象涂黑金箔接受紅外輻射；傅立葉變換紅外光譜儀采用熱釋電(TGS)和碲鎘汞(MCT)檢測器；

TGS：硫酸三苷肽單晶為熱檢測元件；極化效應(yīng)與溫度有關(guān)，溫度高表面電荷減少(熱釋電)；響應(yīng)速度快；高速掃描；目前四十頁\總數(shù)七十頁\編于十三點二、制樣方法1）氣體——氣體池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:①研糊法（液體石臘法）②KBR壓片法③薄膜法目前四十一頁\總數(shù)七十頁\編于十三點三、聯(lián)用技術(shù)GC/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)分析目前四十二頁\總數(shù)七十頁\編于十三點第四節(jié)紅外譜圖解析

一、紅外譜圖解析1．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

目前四十三頁\總數(shù)七十頁\編于十三點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骨架振動明顯目前四十四頁\總數(shù)七十頁\編于十三點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）

d)

CH2和CH3的相對含量也可以由1460cm-1和1380cm-1的峰

強度估算強度cm-1150014001300正二十八烷cm-1150014001300正十二烷cm-1150014001300正庚烷目前四十五頁\總數(shù)七十頁\編于十三點目前四十六頁\總數(shù)七十頁\編于十三點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-1目前四十七頁\總數(shù)七十頁\編于十三點b)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，尖目前四十八頁\總數(shù)七十頁\編于十三點ⅰ分界線1660cm-1

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

2140-2100cm-1

（弱）2260-2190cm-1

（弱）總結(jié)目前四十九頁\總數(shù)七十頁\編于十三點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）

790-840cm-1

（820cm-1）

610-700cm-1（強）

2：1375-1225

cm-1（弱）

（=C-H）800-650cm-1（690cm-1）990cm-1910

cm-1

（強）2：1850-1780

cm-1

890cm-1（強）2：1800-1780

cm-1

目前五十頁\總數(shù)七十頁\編于十三點譜圖目前五十一頁\總數(shù)七十頁\編于十三點目前五十二頁\總數(shù)七十頁\編于十三點對比烯烴順反異構(gòu)體目前五十三頁\總數(shù)七十頁\編于十三點3.醇（—OH）

O—H，C—Oa)-OH伸縮振動(>3600cm-1)b)碳氧伸縮振動(1100cm-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目前五十四頁\總數(shù)七十頁\編于十三點—OH基團特性

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）34