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1、LOGO 红外吸收光谱分析法 Infrared Absorption Spectroscopy LOGO内容概述1红外光谱的特征性，基团频率2影响基团频率位移的因素3谱图解析45红外光谱仪LOGO一、概述分子振动方程2红外光谱的吸收强度4红外光谱产生条件 3 1分子振动形式3 3LOGO红外吸收光谱又称为振动转动光谱，在化学领域有两 个主要的应用： 应用化学组成分析分子结构的 基础研究测定键长、键角， 计算热力学函数等由谱峰位置、形状 推断结构； 特征吸收峰的强度 来测定混合物中各 组分的含量LOGO名称/m/cm-1跃迁类型近红外 区（泛 频区）0.78-2.512820- 4000OH,
2、NH , C-H 倍频 吸收 中红外 （基频 振动区 ）2.5-254000- 400基团振动 ，分子转 动远红外 （转动 区）25-300400-33分子转动 ，晶格振 动波数(/cm-1) =1/=104/(m) LOGO1. 产生条件(1) 辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2) 辐射与物质间有相互偶合作用。偶极子在交变电场中的作用示意图在振动过程中，引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收 ，称为红外活性；反之，称为红外非活性。双原子分子： 对称分子：没有偶极矩变化，辐 射不能引起共振，无红外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。非对称分子：有偶极矩变化，红 外活性。LOG
3、O2.分子振动方程（经典力学）化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧K化学键的力常数, 为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）根据小球质量与相对原子质量间的关系：LOGO某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）键类型: CC C =C C C 力常数: 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6 峰位: 2062cm-1 1683cm-1 1190cm-1化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质 量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波 数区。LOGO3.分子振动的形式分子简正振动数目：直线形分子：3n-5 非直线形分子：3n-63n-6=33-63水分子的简正振动的数量：CO2
4、的简正振动： 33-54 LOGO伸缩振动(stretching vibration)： Change in bond lengths Symmetric stretching (sym) Asymmetric stretching (asym) 弯曲振动( bending vibration): Change in bond anglesScissoring() wagging ( )rocking () twisting/torsion ()LOGO亚甲基的振动：LOGO每种简正振动都有其特定的振动频率，似乎都应有 相应的红外吸收带。实际上，绝大多数化合物在红 外光谱图上出现的峰数远小于理
5、论上计算的振动数 ，这是由如下原因引起的： （1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收； （2）相同频率的振动吸收重叠，即简并； （3）仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带很弱，仪器无法检测； （4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。LOGO4. 红外光谱的吸收强度红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化 ，而偶极矩与分子结构的对称性有关。振动的对称性 越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越 弱。一般地，极性较强的基团（如C=O，C-X等）振 动，吸收强度较大；极性较弱的基团（如C=C、C-C 、N=N等）振动，吸收较弱。红外光谱的吸收强度一 般定性地用很强（vs）、强（s）、
6、中（m）、弱（w ）和很弱（vw）等表示。按摩尔吸光系数的大小划 分吸收峰的强弱等级，具体如下： 100 非常强峰（vs）203000cm-1C-H 苯环3030cm-1 (比饱和C-H 弱，但尖锐） CH-3040-3010cm-1 =CH23085cm-1 CH3300cm-1LOGOLOGOC-H C-H stretching vibration: 3300 cm-1LOGOLOGO2. 叁键和累积双键（2500-1900cm-1)R-CC-R该区域的谱带较少，主要有 Bands 2100-2140cm-1R-CCH2190-2260cm-1R-CN2240-2260 cm-1 ( 强且
7、尖锐与O 相毗邻，则变弱）与苯核或 不饱和键共轭2220-2230cm-1LOGOLOGOLOGO3.双键伸缩区（1900-1200cm-1)链烯（C=C-)的伸缩振动出现在1680-1620cm-1， 其强度与R1,R2,R3,R4 的差异性和分子的对称性有关。LOGO单核芳烃 单核芳烃的C=C 伸缩振动主要有四个吸收谱带，出现在 1620-1450cm-1 范围， 是苯环的骨架振动，其中1450cm-1 , 常常观察不到。 其余三个峰分别出现在 1620-1590cm-1, 1580cm-1, 1520-1480cm-1； 其中， 1500cm-1 最强， 1580cm-1 最弱，常被16
8、00cm-1 峰所掩盖 或变成其肩峰。 1600，1500cm-1 两个谱带是鉴定芳核很价 值。 LOGO苯衍生物在2000-1650cm-1 范围出现 C-H 面外和C=C面内变形振动的泛频 吸收，虽然很弱，但它们的吸收面貌 在表征芳核取代类型上很有用。 LOGOC=O 的伸缩振动C=O的伸缩振动出现在1850-1600cm-1, 其吸收非常强烈，为红外 光谱中的最强吸收峰。含C=O 基团的化合物有 酮类，醛类，酯类 以及酸酐等。酸酐的C=O 吸收峰有两个，分别出现在1820和 1750cm-1, 它们 是由于两个羰基的振动耦合所产生。可根据这两个峰的相对强弱 来判断酸酐是环状的还是线型的。
9、线型酸酐的两个峰强度接近， 高波数稍强于低波数，环状酸酐的低波数强于高波数峰。LOGO酯类中的C=O 基的吸收出现在1750-1725cm-1,为一强峰，且不 受氢键的影响。当羰基和不饱和的键共轭时，吸收向低波数移 动，吸收强度不变。LOGO醛和酮的羰基吸收峰出现在1740-1720 cm-1，其中，醛比酮略高 10-15cm-1,但这不是鉴别二者的依据。醛的C-H 伸缩振动出现在 2820 和2720cm-1 ， 为中等强峰， 后者较尖锐，易于辨别。因 此可将C=O 伸缩振动以及2720cm-1 峰判定醛的存在。LOGO羧酸由于氢键作用，通常以二聚体形式存在，其吸收峰出现在 1725-170
10、0cm-1. 在CCl4溶剂中，单，二聚体同时存在，单体的吸 收峰在1760cm-1. LOGO4 X-Y 伸缩振动及 X-H 变形振动 （ 98%或符合商 业规格，才便于与纯物质的标准光谱进行对照。多组份试样 应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进行分 离提纯，否则各组份光谱相互重叠，难于判断。 （2）试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会严重干 扰样品谱，而且会侵蚀吸收池的盐窗。 （3）试样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。LOGO二、制样的方法 1 .气体样品气态样品 可在玻璃气槽内进行测定，它的两端粘 有红外透光的Na
11、Cl或KBr窗片。先将气槽抽真空，再将 试样注入。2 . 液体和溶液试样 （1）液体池法沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体池中 ，液层厚度一般为0.011mm。 （2）液膜法沸点较高的试样，直接滴在两片盐片之间，形成液膜 。对于一些吸收很强的液体，当用调整厚度的方法仍然 得不到满意的谱图时，可用适当的溶剂配成稀溶液进行LOGO测定。一些固体也可以溶液的形式进行测定。常用的红外光 谱溶剂应在所测光谱区内本身没有强烈的吸收，不侵蚀盐窗 ，对试样没有强烈的溶剂化效应等。 3 . 固体试样 （1）压片法将12mg试样与200mg纯KBr研细均匀，置于模具中，用 （510）107Pa压力在油压机上压成透明薄片，即可用于测 定。试样和KBr都应经干燥处理，研磨到粒度小于2微米，以 免散射光影响。LOGO（2）石蜡糊法将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡或全氟代烃混合 ，调成糊状，夹在盐片中测定。 （3）薄膜法主要用于高分子化合物的测定。可将它们直接加热熔融 后涂制或压制成膜。也可将试样溶解在低沸点的易挥发溶剂 中，涂在盐片上，待溶剂挥发后成膜测定。当样品量特别少或样品面积特别小时，采用光束聚光器， 并配有微量液体池、微量固体池和微量气体池，采用全反射 系统或用带有卤化碱透镜的反射系统进行测量。LOGO
