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1、 第四章第四章 红外吸收光谱法红外吸收光谱法 第一节第一节 概述概述利用物质利用物质分子分子对对红外辐射红外辐射的特征吸收而建的特征吸收而建立起来的光谱分析方法。立起来的光谱分析方法。红外光谱红外光谱分子吸收光谱分子吸收光谱分子分子振振动动- -转转动光谱动光谱HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 红外光区划分红外光区划分红外光谱红外光谱(0.781000 m)远红外远红外(转动区转动区)(50-1000 m)中红外中红外(振动区振动区)(2.550 m)4000-200cm-1近红外近红外(泛频）泛频
2、）(0.782.5 m)12820-4000cm-1倍频倍频分子振动转动分子振动转动分子转动分子转动分区及波长范围分区及波长范围 跃迁类型跃迁类型 （常用区）（常用区） HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 一、一、 红外光谱特点红外光谱特点1 1红外吸收只有振红外吸收只有振- -转跃迁，能量低；转跃迁，能量低；2 2应应用用范范围围广广：除除单单原原子子分分子子及及单单核核分分子子外外，几几乎所有有机物均有红外吸收；乎所有有机物均有红外吸收；3 3分分子子结结构构更更为为精精细细的的表表征征：通通过过
3、IRIR谱谱的的波波数数位位置、波峰数目及强度确定分子基团、分子结构；置、波峰数目及强度确定分子基团、分子结构；HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 4定量分析；定量分析；5固、液、气态样均可用，且用量少、固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；不破坏样品；6分析速度快。分析速度快。7与色谱等联用与色谱等联用GC-FTIR具有强具有强大的定性功能。大的定性功能。HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 二、红外光
4、谱图 T- 或或T- 曲线曲线 透透射射比比波长、波数波长、波数波数：波数：cm-1，线性波数表示法线性波数表示法HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 波长：波长： m，线性波长表示法，线性波长表示法 cm-1)=104/ ( m)HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science一、分子的振动一、分子的振动 分子简谐振动方程式分子简谐振动方程式 第二节 红外吸收根本理论化学键越强，键的力常数化学键越强，键的力常数(化学键由平
5、衡化学键由平衡位置伸长单位长度时的恢复力。位置伸长单位长度时的恢复力。N/cm)越大，原子折合质量越小，化学键的振越大，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。动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。 HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science =例例计算计算HCl伸缩振动所产生的吸收峰的频率伸缩振动所产生的吸收峰的频率k H-Cl理论值：理论值：-1实验值：实验值：-1计算计算O-H伸缩振动所产生的吸收峰的频率伸缩振动所产生的吸收峰的频率k O-H理论值：理论值：-1实验值：实验值：36
6、00cm-1HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Sciencek大，化学键的振动波数高，如大，化学键的振动波数高，如kC C(2062cm-1)kC=C(1683cm-1)kC-C(1190cm-1) 小小，化学键的振动波数高，如，化学键的振动波数高，如 C-H(3000cm-1) C-N(1330cm-1)100 100 极强极强vsvs 20 20 100 100 强强s s 10 10 20 20 中强中强m m 1 1 10 10 弱弱w w 1 2000cm-1区域能量输出远大于能斯特灯，区域能量输出远大于
7、能斯特灯，巩固、寿命长、发光面积大。巩固、寿命长、发光面积大。HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material ScienceHEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science二吸收池二吸收池中红外光不能透过玻璃和石英中红外光不能透过玻璃和石英盐类盐类NaCl，KBr，CsI，ZnSe单晶制成，易吸湿，使吸收池窗口单晶制成，易吸湿，使吸收池窗口模糊模糊Si，Ge单晶单晶KRS-5 (TlBr + TlI)耐湿，折射率高耐湿，折射率高透射率低透射率低固态样
8、品可与晶体混合压片制成。固态样品可与晶体混合压片制成。由色散元件、反射镜和狭缝构成。其中可用几个由色散元件、反射镜和狭缝构成。其中可用几个光栅来增加波数范围，狭缝宽度应可调。光栅来增加波数范围，狭缝宽度应可调。单色器：棱镜或光栅单色器：棱镜或光栅三单色器三单色器狭缝越窄，分辨率越高，但光源到达检测器的能量狭缝越窄，分辨率越高，但光源到达检测器的能量输出减少。输出减少。为减少长波局部能量损失，改善检测器响应，采取为减少长波局部能量损失，改善检测器响应，采取程序增减狭缝宽度的方法，即随辐射能量降低，程序增减狭缝宽度的方法，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狭缝宽度自动增
9、加，保持到达检测器的辐射能量的恒定。恒定。狭缝可控制单色光的纯度和强度狭缝可控制单色光的纯度和强度HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science四检测器四检测器 作用：将红外光信号转变成电信号作用：将红外光信号转变成电信号 常见的检测器：常见的检测器： 真空热电偶、测热辐射计、热电量热计、光电导管真空热电偶、测热辐射计、热电量热计、光电导管HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science真空热电偶真空热电偶 ： 温差热电效应温差热电效
10、应镀黑金箔连接两种金属，封在真空腔内，当红镀黑金箔连接两种金属，封在真空腔内，当红外线照射时，产生温差电势。外线照射时，产生温差电势。测热辐射计：测热辐射计： 涂黑金箔作为惠斯登电桥的涂黑金箔作为惠斯登电桥的一臂，温度改变，电阻改变，电桥输出信号。一臂，温度改变，电阻改变，电桥输出信号。 真空热电偶原理真空热电偶原理惠斯登电桥测量原理惠斯登电桥测量原理HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science热电量热计：硫酸三苷肽热电量热计：硫酸三苷肽TGS单晶两面镀不单晶两面镀不同的金属，形成两个电极，温度升高，极化同的金
11、属，形成两个电极，温度升高，极化度改变，两极产生感应电荷，放大后以电流度改变，两极产生感应电荷，放大后以电流或电压的形式测量。或电压的形式测量。光电导管：光导性的半导体材料，红外线照光电导管：光导性的半导体材料，红外线照射时，电导改变，可检测红外光强度。射时，电导改变，可检测红外光强度。HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science(五五)记录系统记录系统仪器配有计算机，以控制仪器操作、仪器配有计算机，以控制仪器操作、优化谱图中各参数，进行检索。优化谱图中各参数，进行检索。HEBEI NORMAL UNIVERS
12、ITY, College of Chemistry & Material Science二、色散型红外分光光谱仪二、色散型红外分光光谱仪天津天光光学仪器天津天光光学仪器HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Sciencel将将光光源源发发出出的的红红外外光光分分为为两两束束，一一束束测测量量光光束束，一一束束参参比比光光束束，当当样样品品对对测测量量光光束束产产生生吸吸收收后后，那那么么两两束束光光强强度度不不再再相相等等，检检测测器器将将检检测测到到这这种种变变化化，产产生生与与光光强强差差成成正正比比的的信信号号，
13、最最终终得得到到红红外光谱图。外光谱图。HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science 三、傅里叶变换红外光谱仪三、傅里叶变换红外光谱仪干预仪取代单色器干预仪取代单色器干预仪的作用：将光源发出的光分为两束，干预仪的作用：将光源发出的光分为两束，再以不同的光程差重新组合发生干预，得到再以不同的光程差重新组合发生干预，得到的是具有中心极大，并向两边迅速衰减的对的是具有中心极大，并向两边迅速衰减的对称干预图。称干预图。HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Mat
14、erial Science样品吸收某波数的光辐射，干预图强度曲线样品吸收某波数的光辐射，干预图强度曲线产生相应变化产生相应变化利用计算机技术，实现傅里叶数学变换，得利用计算机技术，实现傅里叶数学变换，得到正常的红外光谱图到正常的红外光谱图HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science干预仪干预仪光源光源样品室样品室检测器检测器计算机计算机干预图干预图光谱图光谱图FTS傅里叶变换红外光谱仪测定流程傅里叶变换红外光谱仪测定流程HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry
15、& Material Science傅立叶变换红外光谱仪特点傅立叶变换红外光谱仪特点扫描速度快扫描速度快 1s完成全光谱扫描，可用于测完成全光谱扫描，可用于测定不稳定物质的红外光谱定不稳定物质的红外光谱 分辨率高分辨率高 -1精密度高精密度高0.1%，测定的光谱范围宽。，测定的光谱范围宽。HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science第四节第四节 红外吸收光谱分析红外吸收光谱分析一、试样的制备一、试样的制备一固态试样一固态试样压压片片法法：将将样样品品与与KBr粉粉末末混混匀匀压压成成透明薄片进行测定透明薄片进行
16、测定HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science二液态试样二液态试样挥发性小挥发性小涂片法涂片法直接涂于直接涂于 KBr片片 液膜法液膜法滴在两块滴在两块KBr片间片间挥发性大挥发性大液体池法液体池法封闭液体池中封闭液体池中常用溶剂：常用溶剂：CCl4 CS2三气态试样三气态试样先对气槽抽真空，再通入枯燥气体样品进行测定先对气槽抽真空，再通入枯燥气体样品进行测定1. 试样纯化：试样纯化：98%、枯燥、枯燥、T：15-75%2、了解样品来源、性质、相关实验资料、了解样品来源、性质、相关实验资料外观、气味，以及元素
17、分析结果、分子量、沸外观、气味，以及元素分析结果、分子量、沸熔点、折光率等物理常数，有助于化合物的熔点、折光率等物理常数，有助于化合物的判断和分析。判断和分析。计算不饱和度，推测化合物可能的范围计算不饱和度，推测化合物可能的范围3、用适当的方法制样，记录红外光谱图、用适当的方法制样，记录红外光谱图 二二 红外吸收光谱分析红外吸收光谱分析HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science不饱和度不饱和度 有机分子中碳原子的不饱和程度有机分子中碳原子的不饱和程度经验公式为经验公式为n1，n3，n4分别为一、三、四价原子数
18、目分别为一、三、四价原子数目双键、饱和环状结构的不饱和度双键、饱和环状结构的不饱和度1、叁键不饱和度、叁键不饱和度2、苯不饱和度、苯不饱和度4HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science4.、谱图解析、谱图解析根据红外光谱图的吸收峰位置、强度和根据红外光谱图的吸收峰位置、强度和形状，利用基团振动频率与分子结构形状，利用基团振动频率与分子结构的关系，确定吸收峰的归属，确认分的关系，确定吸收峰的归属，确认分子中的基团，最终推断出分子的结构。子中的基团，最终推断出分子的结构。主要靠实践经验，无一定的规那么主要靠实践经
19、验，无一定的规那么HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science图谱解析的几点经验图谱解析的几点经验程序：先特征，后指纹；先最强峰，后次程序：先特征，后指纹；先最强峰，后次强峰；先粗查，后细找；先否认，后肯强峰；先粗查，后细找；先否认，后肯定。定。1从特征区第一强峰入手，在指纹区进从特征区第一强峰入手，在指纹区进一步核证一步核证2用一组相关峰鉴别一个官能团的存在用一组相关峰鉴别一个官能团的存在3排除法，否认某些官能团的存在，缩排除法，否认某些官能团的存在，缩小范围小范围HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science5. 与标准谱图对照与标准谱图对照被测物与标准谱图的聚集态、制被测物与标准谱图的聚集态、制样方法应一致样方法应一致对指纹区要仔细对照对指纹区要仔细对照HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science
