《红外光谱IR课件.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《红外光谱IR课件.（82页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、红外光谱红外光谱 一、基本原理一、基本原理 二、红外光谱仪及样品制备技术二、红外光谱仪及样品制备技术 三、影响振动频率的因素三、影响振动频率的因素 四、各类有机化合物的红外特征吸收四、各类有机化合物的红外特征吸收 五、红外谱图解析及应用五、红外谱图解析及应用 一、 基本原理 1.1 近红外、中红外和远红外 波段名称 波长 波数（cm-1） 近红外 0.752.5 133004000 中红外 2.525 4000400 远红外 251000 40010 1.2 红外光谱的产生： 用频率4000400cm-1(波长2.525m)的光波照射样品, 引起分子内振动和转动能级跃迁所产生的吸收光谱。 1.
2、3 波长和波数 电磁波的波长（ ）、频率（ v）、能量（E）之间的关系： 横坐标：波数( )4004000 cm-1；表示吸收峰的位置。 纵坐标：透过率（T %），表示吸收强度。 T越小，吸收越好，曲线低谷表示是一个好的吸收带。 1.4 红外光谱的表示方法 I：透过光的强度 I0：入射光的强度 1.5 分子振动与红外光谱 1.5.1 分子的振动方式：伸缩振动，弯曲振动 (1)伸缩振动： (2)弯曲振动： 同一键型： 反对称伸缩振动的频率大于对称伸缩振动的频率； 伸缩振动频率远大于弯曲振动的频率； 面内弯曲振动的频率大于面外弯曲振动的频率。 v vas as v v s s 面内面内 面外面外
3、n以上振动产生的吸收峰叫基频峰。 n基频峰：分子吸收光子后从一个能级跃迁到相邻的高 一能级产生的吸收。 0 1 n倍频峰：指 0 2的振动吸收带，出现在强的基频 峰的大约2倍处(实际比两倍低)。一般为弱吸收峰。 羰基伸缩振动频率在1715cm-1左右，在3400cm-1附近 倍频峰，通常与羟基的伸缩振动吸收峰重叠。 n合频峰：出现在两个或多个基频峰之和（组频 1+ 2 ）或差(1 - 2）处。合频峰均为弱峰。 振动偶合：振动偶合： 当分子中两个或两个以上相同的基团与同一个原当分子中两个或两个以上相同的基团与同一个原 子连接时，其振动吸收峰常发生裂分，形成双峰，这子连接时，其振动吸收峰常发生裂分
4、，形成双峰，这 种现象叫振动偶合。种现象叫振动偶合。 伸缩振动偶合、弯曲振动偶合、伸缩与弯曲振动偶合伸缩振动偶合、弯曲振动偶合、伸缩与弯曲振动偶合 C-H弯曲振动：1380、1370cm-1 丙酸酐 C=O伸缩振动： 1845、1775cm-1 两个羰基反对称振动的偶合谱带 两个羰基对称振动的偶合谱带 FermiFermi（费米）共振：（费米）共振： 当强度很弱的倍频带或合频带位于某一强基频带附当强度很弱的倍频带或合频带位于某一强基频带附 近时，弱的倍频带或合频带和基频带之间发生偶合，近时，弱的倍频带或合频带和基频带之间发生偶合， 产生费米共振，吸收强度大大加强。产生费米共振，吸收强度大大加强
5、。 -CHO的C-H伸缩振动28302695cm-1与C-H弯曲振动 1390cm-1的倍频2780cm-1发生费米共振，结果产生 2820、2720cm-1二个吸收峰。 1.5.2 振动自由度和选律 分子振动时,分子中各原子之间的相对位置称为该分 子的振动自由度. 分子中每一个原子都可以沿x、y、z轴方向移动，有 三个自由度。含n个原子的分子，有3n个自由度。 其中，平动自由度：3 个 转动自由度：非线性分子：3 个 线性分子：2 个 振动自由度：非线性分子：3n 6 个 线性分子：3n 5 个 理论上每个振动自由度在IR中可产生1个吸收峰， 实际上IR光谱中的峰数少于基本振动自由度。 转动
6、 平动 峰数目减少的原因： IR选律：只有偶极矩()发生变化的振动，才能有 红外吸收。 H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不引起红外吸收。 HCCH、RCCR，其CC（三键）振动 也不能引起红外吸收。 频率完全相同的吸收峰，彼此峰重叠 强、宽峰覆盖相近的弱、窄峰 有些峰落在中红外区之外 吸收峰太弱，检测不出来 例：二氧化碳的IR光谱 n n O=C=O O=C=O O=C=O O=C=O 对称伸缩振动 反对称伸缩振动 面内弯曲振动 面外弯曲振动 不产生吸收峰 2349 667 667 因此O=C=O的 IR光谱只有2349 和 667cm-1 二个吸收峰 H2O有3种振动形式，相应的呈现3个
7、吸收谱带。 结论： 2. 只有引起分子偶极矩发生变化的振动才能产生 红外吸收光谱。 1. 红外辐射光的频率与分子振动的频率相等，才 能发生振动能级跃迁，产生红外吸收光谱。 产生红外光谱的必要条件是： 1.6 IR光谱得到的结构信息 1 峰位：吸收峰的位置（吸收频率） 2 峰强： 吸收峰的强度 vs (very strong), s (strong), m (medium), w (weak), vw (very weak), b (broad) , sh (sharp) 3 峰形：吸收峰的形状 (尖峰、宽峰、肩峰) 1.峰位 分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光 波谱的一定范围，如：C=
8、O的伸缩振动一般在1700 cm-1左右。 C=O 1650 cm-1C=O 1715 cm-1C=O 1780 cm-1 吸电子效应：高波数移动；推电子效应：低波数移动 2.峰强 峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化。 偶极矩的变化越小，谱带强度越弱。 极性大的基团，吸收强度大。极性大的基团，吸收强度大。 C=O C=O 比比 C=C C=C 强，强， C C N N 比比 C C C C 强强 使基团极性降低的诱导效应，吸收强度减小，使基团极性降低的诱导效应，吸收强度减小， 使基团极性增大的诱导效应，吸收强度增加。使基团极性增大的诱导效应，吸收强度增加。 共轭效应使共轭效应使 电子离域程度
9、增大，极化度增大，吸收强度增加电子离域程度增大，极化度增大，吸收强度增加. . 形成氢键使振动吸收峰变强变宽。形成氢键使振动吸收峰变强变宽。 振动耦合使吸收增大。振动耦合使吸收增大。 费米振动使倍频或组频的吸收强度显著增加。费米振动使倍频或组频的吸收强度显著增加。 3.峰形 不同基团可能在同一频率范围内都有红外吸收， 如-OH、-NH的伸缩振动峰都在34003200 cm-1，但二 者峰形状有显著不同。 峰形的不同有助于官能团的鉴别。 二、红外光谱仪及样品制备技术 n色散型红外光谱仪 n傅立叶变换红外光谱仪（FT-IR） n 红外样品的制备 2.1 色散型红外光谱仪 2.2 Fourier变换
10、红外光谱仪(FT-IR仪) 仪器组成及工作原理 由光源(硅碳棒、高压汞灯)、Michellson干涉仪、 检测器、计算机和记录仪组成。 迈克逊干涉仪 干涉图干涉图 FI-IR光谱中背景峰（水、CO2）的扣除： 背景干涉图 样品干涉图 FTIR光谱仪的优点 n信号累加，信噪比提高（可达60：1）。 n检测灵敏度高，样品量减少。 n波数精度高，分辨率可达0.05cm-1。 n测量频率范围宽，可达到45006cm-1 n扫描速度快（几十次/秒），可跟踪反应历程，作反 应动力学研究，并可与GC、LC联用。 n对温度、湿度要求不高。 n光学部件简单，只有一个动镜在运动，不易磨损。 2.3 红外光谱的测定
11、方法 1. 1. 对样品的要求对样品的要求 (1) 单一组分的纯物质，纯度应98%，便于与纯化合 物的标准进行对照。 (2) 试样要干燥无水。水本身有红外吸收，不仅严重干 扰样品谱，还会侵蚀吸收池的盐窗。 (3) 样品的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中 的大多数吸收峰的透射比处于10%80%范围内。 (1) 固体样品的制备 a.压片法: 将12mg固体试样与200mg纯KBr研细混合， 研磨到粒度小于2m，在油压机上压成透明薄片 ，即可用于测定。 b.糊状法: 研细的固体粉末和石蜡油调成糊状，涂在两盐 窗上，进行测试，此法可消除水峰的干扰。 液体石蜡本身有红外吸收，此法不能用来研究 饱和
12、烷烃的红外吸收。 2.制样方法 (2) 液体样品的制备 a. 液膜法 对沸点较高的液体，直接滴在两块盐片之间，形成没 有气泡的毛细厚度液膜，然后用夹具固定，放入仪器 光路中进行测试。 b. 液体吸收池法 对于低沸点液体样品和定量分析，要用固定密封液体 池。制样时液体池倾斜放置，样品从下口注入，直至 液体被充满为止，用聚四氟乙烯塞子依次堵塞池的入 口和出口，进行测试。 (3) 气态样品的制备 气态样品一般都灌注于气体吸收池内进行测试。 三、影响振动频率的因素 1、键力常数k和原子质量的影响 对于A-H(A=C、N、O)键的伸缩振动: 单一粒子的简谐振动振动方程式（Hooke定律） k 化学键的力
13、常数，单位为N.cm-1 振动方程式（Hooke定律） k 化学键的力常数，单位为N.cm-1 折合质量，单位为 g 一般成键双原子的伸缩振动: 结论结论: : 化学键的力常数化学键的力常数 k k 越大，原子的折合质量越小，越大，原子的折合质量越小， 振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区；反振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区；反 之，出现在低波数区。之，出现在低波数区。 化学 键 键长（ nm） 键能 （KJ mol-1） 力常数 k（N.cm-1） 波数范围 （cm-1） CC0.154347.34.57001200 CC0.134610.99.616201680 CC0.116836.815.621002600 一些常见化学键的力常数如下表所示： 力常数k：与键长、键能有关 键能（大），键长(短)，k。 k k值值 对单键而言，对单键而言，k k一般为一般为5
