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1、第3章 红外光谱法 （Infrared Analysis, IR） 3.1 概述 3.2 基本原理 1. 产生红外吸收的条件 2. 分子振动 3. 谱带强度 4. 振动频率 5. 影响基团频率的因素 3.3 红外光谱仪器 3.4 试样制备 3.5 应用简介 3.1 概述 1. 定义：红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光 谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收 其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净 变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区 域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的 曲线，即为红外光谱。 主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定
2、量分析。 红外光谱的表示方法： 红外光谱以T或T 来表示，下图为苯酚的红外光谱。 T(%) 注意换算公式： 2. 红外光区划分 红外光谱 (0.751000m) 远红外(转动区) (25-1000 m) 中红外(振动区) (2.525 m) 近红外(泛频） (0.752.5 m) 倍频 分子振动转动 分子转动 分区及波长范围 跃迁类型 （常用区） 131584000/cm-1 40010/cm-1 4000400/cm-1 That is 0.75-1000 m ( 1m = 10-4cm) FIR 0.75-2.5 m MIR 2.5-25 m (4000-400cm-1 ) NIR 25-
3、1000 m Wave number () = 104 / (m ) Type of Radiation Frequency Range (Hz) Wavelength RangeType of Transition gamma-rays1020-1024kC=C(1667cm-1)kC-C(1429cm-1)（质量相近） 质量m大，化学键的振动波数低，如: mC-C(1430cm-1)六元 环。随环张力增加，红外峰向高波数移动。 6）物质状态及制样方法 通常，物质由固态向气态变化，其波数将增加。如丙酮在液 态时，C=O=1718cm-1; 气态时C=O=1742cm-1，因此在查阅标准红 外
4、图谱时，应注意试样状态和制样方法。 7）溶剂效应 极性基团的伸缩振动频率通常随溶剂极性增加而降低。如羧 酸中的羰基C=O： 气态时： C=O=1780cm-1 非极性溶剂： C=O=1760cm-1 乙醚溶剂： C=O=1735cm-1 乙醇溶剂： C=O=1720cm-1 因此红外光谱通常需在非极性溶剂中测量。 3.3 红外光谱仪 目前有两类红外光谱仪：色散型和傅立叶变换型（Fourier Transfer, FT） 一、色散型：与双光束UV-Vis仪器类似，但部件材料和顺序不同。 调节 T% 或称基线调平器 置于吸收池之后可 避免杂散光的干扰 1. 光源 常用的红外光源有Nernst灯和硅
5、碳棒。 2. 吸收池 红外吸收池使用可透过红外的材料制成窗片；不同的样品状 态（固、液、气态）使用不同的样品池，固态样品可与晶体混 合压片制成。 3. 单色器 由色散元件、准直镜和狭缝构成。其中可用几个光栅来增加 波数范围，狭缝宽度应可调。 狭缝越窄，分辨率越高，但光源到达检测器的能量输出减少 ，这在红外光谱分析中尤为突出。为减少长波部分能量损失， 改善检测器响应，通常采取程序增减狭缝宽度的办法，即随辐 射能量降低，狭缝宽度自动增加，保持到达检测器的辐射能量 的恒定。 4. 检测器及记录仪 红外光能量低，因此常用热电偶、测热辐射计、热释电检测 器和碲镉汞检测器等。 几种红外检测器 以光栅为分光
6、元件的红外光谱仪不足之处： 1）需采用狭缝，光能量受到限制； 2）扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪器联用； 3）不适于过强或过弱的吸收信号的分析。 二、傅立叶红外光谱仪 它是利用光的相干性原理而设计的干涉型红外分光光度仪。 仪器组成为： 红外光源 摆动的 凹面镜 摆动的 凹面镜 迈克尔逊 干扰仪 检测器 样品池 参比池 同步摆动 干涉图谱 计算机 解析 红外谱图 还原 M1 BS I II M2 D 单色光 单色光 二色光 多色光 单、双及多色光的干涉示意图 多色干涉光经样品吸收后的干涉图(a)及其Fourier变换后的红外光谱图(b) 3.4 试样制备 一、对试样的要求 1）试样应为“纯
7、物质”（98%），通常在分析前，样品需要纯化； 对于GC-FTIR则无此要求。 2）试样不含有水（水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗）； 3）试样浓度或厚度应适当，以使T在合适范围。 二、制样方法 液体或溶液试样 1）沸点低易挥发的样品：液体池法。 2）高沸点的样品：液膜法（夹于两盐片之间）。 3）固体样品可溶于CS2或CCl4等无强吸收的溶液中。 固体试样 1）压片法：12mg样+200mg KBr干燥处理研细：粒度小 于 2 m（散射小）混合压成透明薄片直接测定； 2）石蜡糊法：试样磨细与液体石蜡混合夹于盐片间 ； (石蜡为高碳数饱和烷烃，因此该法不适于研究饱和烷烃)。 3）薄膜法： 高分子试样
8、加热熔融涂制或压制成膜； 高分子试样溶于低沸点溶剂涂渍于盐片挥发除溶剂 样品量少时，采用光束聚光器并配微量池。 3.5 应用简介 一、定性分析 1. 已知物的签定 将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱图对照。 2. 未知物结构分析 如果化合物不是新物质，可将其红外谱图与标准谱图对照（查对 ） 如果化合物为新物质，则须进行光谱解析，其步骤为： 1）该化合物的信息收集：试样来源、熔点、沸点、折光率、旋光 率等； 2）不饱和度的计算： 通过元素分析得到该化合物的分子式，并求出其不饱和度过. =0 时，分子是饱和的，分子为链状烷烃或其不含双键的衍生物； =1 时，分子可能有一个双键或脂环； =3
9、 时，分子可能有两个双键或脂环； =4 时，分子可能有一个苯环。 一些杂原子如S、O不参加计算。 3）查找基团频率，推测分子可能的基团； 4）查找红外指纹区，进一步验证基团的相关峰； 5）能过其它定性方法进一步确证：UV-V is、MS、NMR、Raman 等。 Advanced New Techniques Raman Spectroscopy Different Raman and IR Raman Inelastic Scattered Induced Dipole Moment Non-polar Group IR Absorption Vibration Dipole Moment Polar Group Feature: Neednt pre-treat sample Aqueous solution
