紅外光譜分析（光學分析課件）

《光學分析及操作》基團振動和紅外光譜區(qū)域的關(guān)系通過本次學習，能夠了解基團振動和紅外光譜區(qū)域的關(guān)系，并對簡單譜圖進行識別。目標TARGET基頻區(qū)（特征區(qū)或官能團區(qū)、4000cm-1～1330cm-1）氫鍵區(qū)叁鍵區(qū)和累積雙鍵區(qū)雙鍵區(qū)單鍵區(qū)一、紅外光譜區(qū)域的劃分各種基團都有其特征紅外吸收頻率。按照光譜特征與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，紅外光譜分為：指紋區(qū)（1330cm-1～650cm-1）一、紅外光譜區(qū)域的劃分吸收峰多而復雜，很難對每一個峰進行歸屬單個吸收峰的特征性差，而對整個分子結(jié)構(gòu)環(huán)境十分敏感主要用于與標準譜圖對照指紋區(qū)的特點和用途吸收峰數(shù)目較少，但特征性強。不同化合物中的同種基團振動吸收總是出現(xiàn)在一個比較窄的波數(shù)范圍內(nèi)主要用于確定官能團官能團特征頻率區(qū)的特點和用途一、紅外光譜區(qū)域的劃分區(qū)域名稱頻率范圍基團及振動形式X-H振動區(qū)4000～2500cm-1O－H、C－H、N－H等的伸縮振動叁鍵和累積雙鍵區(qū)2500~2000cm-1C

C、C

N、N

N和

C＝C＝C、N＝C＝O等的伸縮振動

雙鍵伸縮振動區(qū)2000~1500cm-1C=O、C=C、C=N、NO2、苯環(huán)等的伸縮振動部分單鍵和指紋區(qū)1500~400cm-1C－C、C－O、C－N、C－X等的伸縮振動及含氫基團的彎曲振動紅外吸收光譜的四個區(qū)域二、基團與振動頻率對應關(guān)系區(qū)域基團吸收頻率/cm-1振動形式吸收強度說明第一區(qū)域-OH(游離)3650~3580伸縮m、sh判斷有無醇類，酚類和有機，酸的車要依據(jù)-OH(締結(jié))3400~3200伸縮s、b判斷有無醇類，酚類和有機酸的重要依據(jù)伯胺NH2，-NH(游離)3500~3300伸縮m基因振動偶合呈現(xiàn)雙峰，仲胺基為單峰NH2,-NH(締結(jié))3400~3100伸縮s、b-SH2600~2500伸縮脂肪族硫醇和硫酚在夜態(tài)或溶液時在2590~2560cm-1有弱譜帶C-H伸縮振動不飽和C-H＞3000伸縮不飽和C-H伸縮振動出現(xiàn)在3000cm-1以上3300附近

=C-H伸縮振動為鑒定炔基最好譜帶，在CCI4溶液中極強，位于3320-3310cm-1，在固體，液體則在3300一3250cm-1,譜帶較窄。=C-H(雙鍵)3010~3040伸縮s苯環(huán)中C-H3300附近伸縮s未端=C-H2出現(xiàn)在3085cm-1附近。飽和C-H＜3000強度上比飽和C-H稍弱，但譜帶較尖銳，飽和C-H伸縮出現(xiàn)在3000cm-1以下(3000-1~2800cm-1)，取代基影響小。-CH32960±5不對稱伸縮sCH3直接連于芳環(huán)上，分別在2925cm-1和2865cm-1出現(xiàn)強伸縮振動譜帶，同時在2975cm-1和2945cm-1有強度變化的譜帶。連接N，0等高電負性厚子的CH3其吸收在2800cm-1附近。-CH32870±10對稱伸縮s在2740~2720cm-1和2820cm-1附近出現(xiàn)中等強度雙譜帶，前者較銳，是題別酚和酮的特征頻率。-CH22930±5不對稱伸縮s三元環(huán)中的CH2

出現(xiàn)在3050cm-1-CH22850±10對稱伸縮sCH出現(xiàn)在2890cm-1，很弱二、基團與振動頻率對應關(guān)系區(qū)域基團吸收頻率/cm-1振動形式吸收強度說明第二區(qū)域2260~2220伸縮S、形狀2310~2135伸縮m2260~2100伸縮v二、基團與振動頻率對應關(guān)系區(qū)域基團吸收頻率/cm-1振動形式吸收強度說明第三區(qū)域C=C1680~1620伸縮m、v芳環(huán)中C=C1600、15801500、1450伸縮v苯環(huán)的骨架振動，單核芳烴在1600和1500cm-1附近有2至4個峰，用于鑒別有無芳核的存在-C=01850~1600伸縮ss其它吸收干擾少，是判斷羰基(酮類，酸類，酯類，酸酐等)的特征頻率，位置變動大，酸酐的C=0基有兩個峰,出現(xiàn)在1820，1750cm-1酯類中的C=0基吸收出現(xiàn)在1750-1725cm-1很強；若飽和吸收出現(xiàn)在1740-1720cm-1不飽和，則吸出向低波數(shù)移動；羧酸中C=0基吸收出現(xiàn)在1725-1700cm-1附近-NO21600~1500不對稱伸縮s-NO21300~1250對稱伸縮sS=O1220~1040伸縮s二、基團與振動頻率對應關(guān)系區(qū)域基團吸收頻率/cm-1振動形式吸收強度說明第四區(qū)域C-O1300~1000伸縮sC-0鍵(酯,醚，醇類)的極性很強，故強度強，常成為譜圖中最強的吸收。C-O-C900~1150伸縮s醚類中C-0-C的Vas=1100±50是最強的吸收。C-0-C對稱伸縮在900-1000，較弱。-CH3、-CH21460±10CH3不對稱變形，CH2變形m大部分有機化合物都含CH3、CH2基，因此此峰常出現(xiàn)。-CH31370~1380對稱變形s很少受取代基影響，且干擾少，是CH3的特征吸收，可作為判斷有無甲基存在的依據(jù)。-NH21650~1560變形m~sC-F1400~1000伸縮sC-CI800~600伸縮sC-Br600~500伸縮sC-I—500~200伸縮s=CH2910~890面外搖擺s-(CH2)n1、n>4720面內(nèi)搖擺v二、基團與振動頻率對應關(guān)系第一個區(qū)域特征區(qū)指紋區(qū)二、基團與振動頻率對應關(guān)系第一個區(qū)域

—O—H（3650~3200cm-1）

確定醇、酚、酸二、基團與振動頻率對應關(guān)系第一個區(qū)域—C—H=C—H

C—H（3000cm-1左右）

CCl4十二氟環(huán)己烷

2,2-二甲基丁烷2-溴丁烷無C-H有C-H二、基團與振動頻率對應關(guān)系第一個區(qū)域—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

弱吸收飽和碳原子上的—C—H

3000cm-1

以下3000cm-1

以上二、基團與振動頻率對應關(guān)系第一個區(qū)域

（3500~3300cm-1）N-H胺

二、基團與振動頻率對應關(guān)系第一個區(qū)域小結(jié)特征區(qū)指紋區(qū)二、基團與振動頻率對應關(guān)系第二個區(qū)域特征區(qū)指紋區(qū)二、基團與振動頻率對應關(guān)系第二個區(qū)域RCCH（2100

2140cm-1）RCCR′（2190

2260cm-1）R=R′時，無紅外活性

RCCR'RCCH二、基團與振動頻率對應關(guān)系第二個區(qū)域

非共軛共軛二、基團與振動頻率對應關(guān)系第二個區(qū)域

-CN-僅含C、H、N時：峰較強、尖銳有O原子存在時；O越靠近C

N，峰越弱僅含C、H、N時：峰較強、尖銳有O原子存在時；O越靠近C

N，峰越弱二、基團與振動頻率對應關(guān)系叁鍵（C

C）伸縮振動區(qū)（2500

2000cm-1

）RCCH（2100

2140cm-1）RCCR′（2190

2260cm-1

）

R=R′時，無紅外活性RCN（2100

2140cm-1

）非共軛2240

2260cm-1

共軛2220

2230cm-1

第二個區(qū)域小結(jié)二、基團與振動頻率對應關(guān)系相關(guān)吸收峰123二、基團與振動頻率對應關(guān)系第三個區(qū)域雙鍵伸縮振動區(qū)（2000~1500cm-1

）RC=CR′1620~1680cm-1

強度弱，R=R′（對稱）時，無紅外活性。單核芳烴的C=C鍵伸縮振動（1626~1650cm-1）二、基團與振動頻率對應關(guān)系第三個區(qū)域RC=CR'1620

1680cm-1

強度弱R=R'（對稱）時，無紅外活性二、基團與振動頻率對應關(guān)系第三個區(qū)域C=O（1850

1600cm-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；二、基團與振動頻率對應關(guān)系第三個區(qū)域脂二、基團與振動頻率對應關(guān)系第三個區(qū)域酰胺二、基團與振動頻率對應關(guān)系第三個區(qū)域單環(huán)芳烴的C=C伸縮振動（即芳環(huán)的骨架振動）在1620~1450cm-1范圍內(nèi)有四個吸收峰，其中1520~1480cm-1和1620~1590cm-1區(qū)域的兩個吸收峰是判斷芳環(huán)是否存在的重要是判斷芳環(huán)是否存在的重要標志苯衍生物的C=C二、基團與振動頻率對應關(guān)系第三個區(qū)域苯的衍生物在2000~1667cm-1區(qū)域出現(xiàn)C一H面外彎曲振動的泛頻峰。雖然強度很弱，但吸收峰形狀和數(shù)目與芳環(huán)的取代類型有關(guān)。利用該區(qū)的吸收峰與900~600cm-1區(qū)域苯環(huán)的C一H面外彎曲振動吸收峰可以確定苯環(huán)的取代類型。二、基團與振動頻率對應關(guān)系第三個區(qū)域單取代鄰位二取代間位二取代對位二取代二、基團與振動頻率對應關(guān)系第三個區(qū)域小結(jié)特征區(qū)指紋區(qū)二、基團與振動頻率對應關(guān)系第四個區(qū)域特征區(qū)指紋區(qū)作業(yè)選擇題（將正確答案的序號填入括號內(nèi)）1.下圖是哪個物質(zhì)的紅外吸收光譜圖（）CH3CH2OHCH3CH3CH3OCH3CH3CH2ClA作業(yè)選擇題（將正確答案的序號填入括號內(nèi)）2.下圖是哪個物質(zhì)的紅外吸收光譜圖（）CH2=CH-CH2-CH3CH3-(CH2)3-CH3CH≡CHCH3COHB三、紅外光譜標準譜圖及其檢索所謂紅外標準譜圖是指用高純的化合物拍出的紅外吸收光譜圖。以備定性分析化合物之用。ASTM穿孔卡片薩特勒紅外譜圖集DMS周邊缺口光譜卡片IRDC卡片API卡片三、紅外光譜標準譜圖及其檢索常見的化學基團在4000～650cm-1范圍內(nèi)有特征基團頻率。官能團特征頻率區(qū)的吸收峰主要用于確定官能團。指紋區(qū)的吸收峰主要用于與標準譜圖對照。總結(jié)根據(jù)醇、酚、酸、胺、炔、烯、酮、苯衍生物的主要官能團，判斷它們有哪些特征吸收峰？思考題《光學分析及操作》實驗未知物的定性分析通過本次學習，了解未知物的紅外光譜定性分析的步驟和方法。目標TARGETCONTENT01樣品的處理02收集樣品的有關(guān)數(shù)據(jù)和資料03確定分子式04計算不飽和度，初步判斷未知物類型05制樣06測未知物紅外光譜07譜圖解析08用標準譜圖核實驗證一、樣品的處理若樣品中含微量不純物可不處理，若不純物含量超過0.1%～1%，則需提純除掉雜質(zhì)。樣品的處理方法根據(jù)樣品的狀態(tài)和性質(zhì)不同而不同，一般采用重結(jié)晶、萃取、薄層色譜法、分餾等進行分離提純。二、收集樣品的有關(guān)數(shù)據(jù)和資料樣品的外觀。是氣體，或液體，或固體；樣品顏色、氣味。樣品的來源和用途。樣品的元素分析值和其它物理常數(shù)。(相對分子質(zhì)量、沸點、熔點、折射率等)盡可能了解下列情況三、確分定子式由元素分值提供元素的種類、不同元素原子的比例，可得實驗式，再由相對分子質(zhì)量算出分析子式。四、計算不飽和度，初步判斷未知物類型不飽和度指分子結(jié)構(gòu)式與飽和的分子結(jié)構(gòu)式相比所缺一價元素的“對數(shù)”，每缺兩個一價元素時，不飽和度為一個單位(U=1)。計算不飽和度U的經(jīng)驗公式為U=1+n4+(n3－n1)/2上述公式經(jīng)計算得出U=0時，為鏈狀飽和烴及其衍生物(不含雙鍵)；U=1時，可能有一個雙鍵或脂環(huán)；U=2時，可能分子中有兩個雙鍵或脂環(huán)，也可能有一個叁鍵，也可能一個雙鍵一個環(huán)；U=4，可能有一個苯環(huán)，等等。式中n1——分子中一價元素原子的數(shù)目

n3——分子中三價元素原子的數(shù)目

n4——分子中四價元素原子的數(shù)目五、制樣根據(jù)樣品形態(tài)等，選擇適當制樣方法，對未知物制樣。六、測未知物紅外光譜選擇適當測定條件，用紅外分光光度計進行未知物光譜測定。七、譜圖解析確定化合物的類型判斷可能含有的官能團探討細則——根據(jù)吸收峰的位置推測基團所處的環(huán)境對已測出的未知物譜圖進行解析，可先從各個區(qū)域的特征頻率入手，發(fā)現(xiàn)某基團后，再根據(jù)指紋區(qū)進一步核證該基團及其與其它基團的結(jié)合方式。七、譜圖解析1.確定化合物的類型區(qū)分有機物還是無機物3000cm-1

附近是否有飽和或不飽和C－H；譜圖中峰形和峰的個數(shù)。七、譜圖解析1.確定化合物的類型區(qū)分飽和與不飽和化合物以3000cm-1為界限，大于3000cm-1

的尖峰為不飽和C－H；三鍵和雙鍵區(qū)是否有吸收峰。區(qū)分脂肪族化合物和芳香族化合物1600cm-1～1450cm-1是否有2～4個苯環(huán)骨架振動吸收峰。七、譜圖解析2.判斷可能含有的官能團主要利用官能團特征頻率區(qū)提供的信息4000～2500cm-1屬氫鍵區(qū)：O－H、N－H、C－H等2500～2000cm-1屬三鍵和累積雙鍵區(qū)：C

C、C

N、C＝C＝C、N＝C＝O等2000～1500cm-1屬雙鍵區(qū)：C＝C、C＝O、N＝O、苯環(huán)等1500～1300cm-1：C－H的彎曲振動1300～400cm-1：C－O、C－X、苯環(huán)和雙鍵取代類型等七、譜圖解析3.探討細則從吸收峰的準確位置推測基團所處環(huán)境。如：相鄰是否有產(chǎn)生共軛或誘導效應的基團；從1000～650cm-1的信息確定烯烴或芳烴的取代類型；從1380cm-1的存在、是否裂分以及相對強度等判斷甲基的情況，等等。將已確定的基團相互連接，對于簡單化合物可以列出可能的結(jié)構(gòu)。七、譜圖解析4.紅外譜圖解析的注意事項解析時應兼顧吸收峰的位置、強度和峰形，其中以峰的位置最為重要；注意相互印證；一個基團的幾種振動吸收峰的相互印證，如烯烴。相關(guān)基團振動吸收峰之間的相互印證，如醛、酸。七、譜圖解析4.紅外譜圖解析的注意事項不要忽略一些帶有結(jié)構(gòu)特征信息的弱峰；注意區(qū)別和排除非樣品譜帶的干擾；解析只是對特征有用的譜帶而言，并非譜圖中每一個吸收峰都能得到歸屬；單憑紅外光譜解析很難完全確定有機化合物的結(jié)構(gòu)。八、用標準譜圖核實驗證根據(jù)推定的分子結(jié)構(gòu)，查找其標準紅外光譜圖進一步核實驗證。充分利用標準譜圖集，按索引檢索所需譜圖，當譜圖上所有峰的位置、數(shù)目、相對強度和形狀完全相同，則可確認推定分子結(jié)構(gòu)正確。八、用標準譜圖核實驗證譜圖解析示例1已知該化合物的元素組成為C7H8O。計算不飽和度判斷：可能有一苯環(huán)。①②官能團區(qū)譜圖中～1500cm-1，～1600cm-1為特征區(qū)最強峰，從《基團頻率表》中可知是苯骨架振動的特征吸收譜帶。譜圖中3000cm-1以下的三個吸收譜帶，2955cm-1，2919cm-1，2867cm-1為CH3－、CH2－的C－H伸縮振動。3000cm-1以上的三個吸收譜帶，3088cm-1、3066cm-1、3031cm-1為苯環(huán)的C－H伸縮振動。結(jié)合上述所算出的不飽和度U=4，可確定未知物含有苯環(huán)八、用標準譜圖核實驗證紅外譜圖的解析官能團區(qū)從譜圖中2000cm-1～1700cm-1的一組吸收峰，表明為單取代苯。指紋區(qū)695cm-1、745cm-1的吸收帶，也表明為單取代苯。八、用標準譜圖核實驗證紅外譜圖的解析①③④②根據(jù)以上分析，結(jié)合分子式，推斷該未知物為乙基苯。八、用標準譜圖核實驗證與標準譜圖比較標準紅外光譜圖樣品紅外光譜圖與標準譜圖對照核實，確定該未知物為乙基苯。八、用標準譜圖核實驗證譜圖解析示例2已知某液體烴含C80.90%、H16.10%、由元素分析結(jié)果求出實驗式C7H16。已知某液體烴含C80.90%、H16.10%、由元素分析結(jié)果求出實驗式C7H16。計算不飽和度：U=1+7+(0－16)/2=0①②③③從不飽和度U=0可推測未知物為鏈狀飽和烴及其衍生物(不含雙鍵)，根據(jù)實驗式C7H16，①從紅外光譜圖中可以看到3000cm-1處有強的吸收峰，說明分子中有大量C-H基團存在。②1481cm-1指出有CH3

，③1381cm-1處只有一個單峰，譜圖中724cm-1說明－(CH2)n－、n>4因此這一化合物是正庚烷。八、用標準譜圖核實驗證紅外譜圖的解析再查有關(guān)化合物物理常數(shù)手冊，正庚烷的折射率為1.3867，密度為0.684，沸點為98.5℃與未知物相同，所以未知物為正庚烷。八、用標準譜圖核實驗證紅外譜圖的解析與標準譜圖對照核實，也證實該未知物為正庚烷。標準紅外光譜圖樣品紅外光譜圖總結(jié)一、樣品的處理二、收集樣品的有關(guān)數(shù)據(jù)和資料三、確定分子式四、計算不飽和度，初步判斷未知物類型五、制樣六、測未知物紅外光譜七、譜圖解析八、用標準譜圖核實驗證未知物定性分析的一般步驟習題C2H4O2C8H10《光學分析及操作》紅外分光光度計的維護與保養(yǎng)目標TARGET01熟悉紅外分光光度計的使用環(huán)境要求02了解紅外分光光度計的維護和保養(yǎng)方法CONTENT01使用環(huán)境要求02環(huán)境與通風條件03振動04電源和電纜05思考題一、使用環(huán)境要求WQF-510型FT-IR光譜儀系統(tǒng)所處的工作場所應保持干凈和整齊，應無任何臟物，灰塵和煙霧都會影響系統(tǒng)的工作。工作環(huán)境禁止吸煙。WQF-510型FT-IR光譜儀含有激光輻射。若打開干涉儀的蓋子，將有激光輻射，激光功率為2MW，不會對人身造成傷害。但注意千萬不要正視激光！二、環(huán)境與通風條件室溫必須在15℃～30℃之間。相對濕度的允許范圍小于60%。光學部件，特別是分光器，對環(huán)境濕度有很嚴格的要求，要注意對光學系統(tǒng)的維護。光學鏡頭是整個系統(tǒng)工作的關(guān)鍵，且價格昂貴。在潮濕的環(huán)境下工作時，一定要注意保護光學鏡頭。冷的儀器一旦打開后被暴露在潮濕的空氣中，就可能發(fā)生