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1、化学系博士 生论坛 傅立叶红外变换波谱仪的原理 、样品制备、及波谱分析 马杰 Date1 红外光谱 红外光谱的基本概念 红外光谱仪及样品制备技术 红外光谱仪的操作步骤，及软件的功能 菜单介绍 分析举例 Date2 红外光谱的基本概念 红外光区分三个区段： 近红外区：0.752.5 m，133334000/cm, 泛音区（用于研究 单键的倍频、组频吸收） 中红外区：2.525 m，4000400/cm, 基频振动区（各种基团 基频振动吸收） 远红外区：25 m以上， 转动区（价键转动、晶格转动） 红外光谱的产生： 用波长2.525m,频率4000400/cm的光波照射样品，引起分子内 振动和转动
2、能级跃迁所产生的吸收光谱。 Date3 分子振动的类型 双原子分子振动 多原子分子振动 Date4 各种振动方式及能量 分子振动方式分为： 伸缩振动 -对称伸缩振动 s -反对称伸缩振动 as 弯曲振动 -面内弯曲振动 -剪式振动 s -平面摇摆 -面外弯曲振动- -非平面摇摆 -扭曲振动 按能量高低为： as s s 高频区 低频区 红外光谱的选律:使分子偶极矩发生改变的振动是红外 活性的. Date5 各种振动方式及能量 分子振动方式分为： 伸缩振动 -对称伸缩振动 s -反对称伸缩振动 as 弯曲振动 -面内弯曲振动 -剪式振动 s -平面摇摆 -面外弯曲振动- -非平面摇摆 -扭曲振动
3、 按能量高低为： as s s 高频区 低频区 红外光谱的选律:使分子偶极矩发生改变的振动是红外 活性的. Date6 测试仪器与其结构 两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪） Date7 1.内部结构 Nicolet公司的 AVATAR 360 FT-IR Date8 傅里叶变换红外光谱仪工作原理 图 Date9 FTIR光谱仪的优点 扫描速度快（几十次/秒），信号累加，信噪比提高（ 可达60：1）。 光通量大，所有频率同时测量，检测灵敏度高，样品 量减少。 扫描速度快，可跟踪反应历程，作反应动力学研究， 并可与GC、LC联用。 测量频率范围宽，可达到4500400cm-1 杂散光
4、少，波数精度高，分辨率可达0.05/cm 对温度、湿度要求不高。 光学部件简单，只有一个动镜在实验中运动，不易磨 损。 Date10 FTIR测试中样品的制备方法 样品要求：干燥无水、浓度适当、多组分样要先分离 固体样品：溴化钾压片法 糊状法（加石蜡油 Nujol调成糊状) 溶液法（溶剂CS2, CCl4 ,CHCl3) 薄膜法 (高分子化合物） 液体样品：液膜法 （BP80摄氏度） 溶液法（水熔液样品可用AgCl池子） 气体样品：气体样品槽 Date11 Date12 使用步骤 打开仪器电源 预热半小时左右 打开电脑，进入仪器操作界面 放样品 测试（多次测量可选择扫一次背底，也 可在每个样品
5、之后各扫一次） 保存和分析 Date13 Date14 Date15 Date16 Date17 Date18 Date19 Date20 IR光谱得到的结构信息 IR光谱表示法： 横坐标为吸收波长（m），或吸收频率（波数/cm ） 纵坐标常用百分透过率T%表示 从谱图可得信息： 1 吸收峰的位置（吸收频率） 2 吸收峰的强度 ,常用 vs (very strong), s (strong), m (medium), w (weak), vw (very weak), b (broad) ,sh (sharp),v (variable) 表示 3 吸收峰的形状 (尖峰、宽峰、肩峰) Date2
6、1 红外吸收强度及其表示符号 摩尔消光系数（）强度符号 200很强VS 75200强S 2575中等M 525弱W 05很弱VW Date22 质量效应 应用条件 Date23 常见术语 基频峰、倍频峰、合频峰、热峰 基频峰是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。V =0 V=1 倍频峰(2)是分子吸收比原有能量大一倍的光子之后， 跃迁两个以上能基产生的吸收峰，出现在基频峰波数n 倍处。2 为弱吸收。 合频峰是在两个以上基频峰波数之和(组频 1+ 2)或 差(1 - 2处出现的吸收峰。合频峰均为弱峰。 热峰来源于跃迁时低能级不是基态的一些吸收峰。 返回Date24 影响红外
7、光谱吸收频率的因 素 外在因素 内部因素 质量效应 电子效应 空间效应 氢键效应 偶极场效应 振动的偶合 Date25 外在因素（测定条件） 正己酸在液态和气态的红外光谱 a 蒸气（134）b 液体（室温） 样品所处物态、制备样品的方法、溶剂的性质、氢键、 结晶条件、吸收池厚度、色散系统以及测试温度等 Date26 质量效应 X-H 键的伸缩振动波数（cm-1） 化学键波数（cm-1 ） 化学键波数（cm-1 ） C-H3000F-H Cl-H 4000 2890 C=C-H3100-3000Br-H I-H 2650 2310 Ar-H3100-3000Si-H Ge-H 2150 2070
8、 C C-H3300Sn-H 1850 Date27 电子效应 1. 诱导效应 2. 中介效应 3. 共轭效应 Date28 诱导效应 诱导效应：RCOR中极性基团的取代使C=O 移向高波数 化合物 RCHO RCOR RCOCl RCOF ClCOCl FCOF C=O 1713 1715 1800 1920 1828 1928 共轭效应：使C=O 移向低波数 R-CH=CH2 C=C 1650 CH3CN C=N 2255 RCOOR C=O 1735 (C2H5)2C=C(CN)COOC2H5 C=C 1629 , C=N 2224, C=O 1727 Date29 中介效应 Date3
9、0 共轭效应:共轭效应使不饱和键的波数显 著降低 Date31 在许多情况下，诱导效应和共轭效应会同时存 在: RCOOR R1CO-NR2 RCOS-Ar ArCO-SR R1COR2 C=O 1735 1690 1710 1665 1715 (-I +C) (+C -I) (-I +C) (+C -I) Date32 空间效应：环张力， 环张力对红外吸收波数的影响: 环数减小，环的张力增大，环外双键加强，吸收频率增大， 环内双键减弱，吸收频率减小 Date33 空间位阻 Date34 跨环共轭效应 返回 Date35 偶极场效应 偶极场效应（Field effect)是通过分子内空间相对位
10、置 起作用的，只有在立体结构上互相靠近的基团之间才 能产生F效应，例如： 环己酮 4，4-二甲基环己酮 2-溴-环己酮 4，4-二甲基-2-溴-环己酮 C=O 1712 1712 1716 1728 -氯代丙酮的三个异构体的C=O 吸收频率不同 Date36 氢键效应 氢键使吸收峰向低波数位移，并使吸收强度加 强，例如： - 和-羟基蒽醌 -二酮 -酮酯 Date37 振动耦合效应 当一个化学键的伸缩振动与另一个化学键的振动吸收 频率很接近时，就会发生振动偶合。振动偶合的结果 是吸收峰发生分裂，强度加强。 费米共振：一个化学键的某一种振动的基频和他自己 或另一个连在一起的化学键的某一种振动的倍
11、频或组 频很接近时，可以发生偶合，这种偶合成为费米共振 。如： -CHO的C-H伸缩振动28302695 与C-H弯曲振动1390的倍频2780 发生费米共振， 结果产生2820和2720二个吸收峰。 返回 Date38 影响红外光谱吸收强度的因 素 振动中偶极矩的变化幅度越大，吸收强度越大 极性大的基团，吸收强度大，C=O 比 C=C 强， CN 比 C C 强 使基团极性降低的诱导效应使吸收强度减小，使基团 极性增大的诱导效应使吸收强度增加。 共轭效应使电子离域程度增大，极化程度增大，吸收 强度增加。 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。 形成氢键使振动吸收峰变强变宽。 能级跃迁的几率，v=0 v=2 比 v=0 v=1 能阶大， 但几率小，吸收峰弱 返回 Date39 红外光谱的分区 4000-2500cm-1:这是X-H单键的伸缩振动区。 2500-2000cm-1:此处为叁键和累积双键伸缩振动区 2000-1500cm-1:此处为双键伸缩振动区 1500-600cm-1:此区域主要提供C-H弯曲振动的信息 Date40 各种化学键的红外吸收位置 Date41
