第五章 红外光谱

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第五章 红外吸收光谱分析法2PPT课件

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Ev Ev1 Ev2 h
(动画)
(2)必须是引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收光谱。
电场
不耦合 无偶极矩变化
无红外吸收
磁场
红外吸收
耦合
交变磁场
分子固有振动
a
偶极矩变化 (能级跃迁)
2020/10/31
8
二、红外吸收光谱产生的条件
如:单原子分子、同核双原子分子:He、Ne、N2、O2、Cl2、 H2 没有红外活性 极性分子具有红外活性,HCl,H2O
2020/10/31
2
2020/10/31
振动能级跃迁的能量: ΔE振动 ≈ 0.05~1 eV λ振动≈ 25 ~1.25 m 转动能级跃迁的能量: ΔE转动 ≈ 0.005~0.050 eV λ转动 ≈ 25 0~25 m
电子能级跃迁的能量: ΔE电子≈ 1~20 eV 200-800 nm
3
y
x
非线形分子:振动自由度= 3N-6
每个振动自由度对应于红外光谱图上的一个基频吸收带
2020/10/31
13
(2)振动基本类型 伸缩振动
振动类型 变形振动
对称性伸缩振动 νs 反对称性伸缩振动 νas
面内变形振动
剪式振动 δs 平面摇摆 ρ
面外变形振动
扭曲振动 τ 垂直摇摆 ω
伸缩振动的k比变形振动k大;因此伸缩振动出现在红外 吸收光谱的高波数区,变形振动出现在红外吸收光谱的低 波数区。
C-C(1430) < C-N(1330)< C-O(1280)(力常数相近)单位:cm-1 kCC (2222) >kC=C (1667) > kC-C (1429)(质量相近)单位:cm-1

红外光谱分析全解

红外光谱分析全解

1000
-1 0 500
(3)谱带的强度:与样品的厚度、种类及其 含量有关,与偶极矩变化有关。IR可对某一 基团定量分析。 (4)谱带的形状:与结晶程度及相对含量有 关。结晶差说明晶体结构中键长与键角有差 别,引起振动频率有一定变化范围,每一谱 带形状就不稳定。可用半高宽表示(width at half full maximum, WHFM)。
三、红外光谱产生的原理
1、分子内部的能级
分子的运动可分为平动、转动、振动和分子内电子的 运动。每种运动状态都属于一定的能级。因此,分子的 总能量可以表示为:
E = E0 +Et + Er + Ev + Ee
E0是分子内在的能量,不随分子运动而改变,即所谓
的零点能。Et、Er、Ev和Ee分别表示分子的平动、转动、
第五章 振动光谱分析
振动光谱分类
定义: 所谓振动光谱是指物质由于吸收了能量而引
起其分子或原子内部基团振动的能量改变所产生 的光谱。 分类:
主要包括红外吸收光谱和激光拉曼光谱。 如果用的光源是红外光谱范围,即0.781000µm,就是红外吸收光谱。如果用的是强单色 光,例如激光,产生的是激光拉曼光谱。
第一节 红外光谱的基本原理
一、红外光
光是一种电磁波,根据其波长范围的不同而被命名为各种 不同性质的光,如下图所示。其中波长在0.75~1000μm范围的 电磁波,是从可见光区外延到微波区的一段电磁波,习惯上叫 做红外光。
红外光通常用波长λ表示,但在红外光谱中习惯用波数 ΰ表示,单位为cm-1,两者的关系是:
波 数 / c m- 1
1500
ห้องสมุดไป่ตู้
1000
80 70 60 50 40 30 20 10 0 -1 0 500

红外光谱(最全最详细明了)课件

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THANKS
感谢观看样ຫໍສະໝຸດ 制备固体样品液体样品
气体样品
注意事项
研磨成粉末,与KBr混合 压片或涂在ZnSe窗片上

稀释在适当的溶剂中, 涂在CaF2或ZnSe窗片
上。
通过干燥管进入光谱仪 。
避免样品中的水分和二 氧化碳干扰,确保样品
纯净。
实验操作
打开红外光谱仪电源,预热 稳定。
调整仪器至最佳状态,如光 路对中、调零等。
对实验操作的要求
总结词
红外光谱实验操作需要一定的技巧和经验,以确保结 果的准确性和可靠性。
详细描述
红外光谱实验涉及到样品的制备、仪器操作和谱图解析 等多个环节。每个环节都需要一定的技巧和经验,以确 保结果的准确性和可靠性。例如,在样品的制备过程中 ,需要选择合适的制样方法,以获得均匀、平整的样品 ;在仪器操作中,需要正确设置参数,以保证谱图的质 量;在谱图解析中,需要具备丰富的经验和专业知识, 以准确解析谱图特征。因此,进行红外光谱实验的人员 需要经过专业培训和实践经验的积累。
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contents
目录
• 红外光谱基本原理 • 红外光谱与分子结构的关系 • 红外光谱的应用 • 红外光谱实验技术 • 红外光谱的局限性
01
红外光谱基本原理
红外光谱的产生
分子振动
分子中的原子或分子的振动,导致偶 极矩变化。
偶极矩变化
辐射吸收
分子吸收特定波长的红外光,导致振 动能级跃迁。
02
01 03
放入样品,记录光谱。
实验结束后,关闭仪器,清 理样品。
04
05
注意事项:保持室内温度和 湿度的稳定,避免仪器受到

第5章 紫外光谱 红外光谱 核磁共振和质谱

第5章 紫外光谱 红外光谱 核磁共振和质谱

N N X
NO2
结论:紫外光谱是检测(1)共轭烯烃;(2)共轭羰基化合物 (3)芳香化合物;(4)顺反异构体构型的有力工具。
5.4.2 红移现象和蓝移现象 5.4.3 增色效应和减色效应
5.5 lmax计算规律
1. 共轭双烯lmax计算规律:
化合物 母体-C=C-C=C- or 双键(参与共轭)(扩展双键) 同环二烯 烷基(R) 环外双键 烷氧基(RO) 烷硫基(RS) 卤素(Cl,Br) lmax(nm) 217(基本值) +30 +36 +5 +5 +6 +30 +5
δ: 7.3
7 6 5 4 PPM 3
H H
H
2
1
0
去屏蔽效应使核磁信号向低场移动。
电子的各向异性效应:去屏蔽效应
例2: CH3CH3
δ:0.86
δ: 5.3
H C H
H感 H
C H
2
PPM
1
0
CH2=CH2
H0
外加磁场
5 4
δ: 5.3
3 PPM 2 1 0
1HNMR
of CH≡CH
乙炔碳是SP杂化,电负较
如果质子的外层电子密度越大,则屏蔽越大, 质子的信号出现在高场,δ值变小。如果质子 的外层电子密度越小,则受到屏蔽越小,质子 的信号出现在低场,δ值变大。
低场 高场
δ
12
11 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
δ
5.11.3 化学位移δ的表示
由于分子中氢所处的化学环境不同,显示不 同的吸收峰,峰与峰之间的差距,就称为化 学位移δ (chemical shift)

红外光谱图文课件PPT

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红外光谱可以监测化学反应过程中分 子结构的动态变化,有助于理解反应 机理。
04
红外光谱实验技术
Байду номын сангаас
样品制备技术
01
02
03
固体样品制备
将样品研磨成粉末,然后 与KBr混合压制成透明片 或与Ge晶片接触测量。
液体样品制备
将液体样品涂在CaF2或 NaCl晶片上,或使用液膜 法测量。
气体样品制备
将气体样品通过吸收池, 利用适当的吸收剂吸收后 进行测量。
红外光谱的表示方法
谱图
红外光谱图是以波长为横坐标,以透 射比或吸光度为纵坐标绘制的图谱。
峰的位置与强度
特征峰与峰带
特征峰是指特定官能团对应的吸收峰, 峰带则是由多个特征峰组成的区域, 可以反映分子中存在的官能团及其结 构特征。
峰的位置表示特定波长的红外光被吸 收,峰的强度则反映该波长下分子振 动的程度。
红外光谱图文课件
目录
• 红外光谱基本概念 • 红外光谱与分子结构的关系 • 红外光谱的应用 • 红外光谱实验技术
01
红外光谱基本概念
红外光谱的产生
分子振动
分子中的原子或分子的振动会产 生能量变化,当这些变化与红外 光相匹配时,光被吸收,形成红 外光谱。
分子振动类型
分子振动主要有伸缩振动和弯曲 振动两种类型,伸缩振动是指原 子沿键轴方向的往复运动,弯曲 振动则是指分子构型的变化。
02
仪器维护
定期对仪器进行校准和维护,确保测量准确性。
03
安全防范措施
了解并遵守实验室安全规定,避免直接接触有毒有害物质;在操作过程
中注意防止气体泄漏和火灾事故的发生;实验结束后,应按照实验室规
定正确处理废弃物。

红外光谱

红外光谱

第九章红外光谱学习要求:1、学会如何借助光学技术来分析化合物的结构。

2、掌握谱图分析,了解各个官能团的吸收峰位置,和吸收分的特点。

3、知道影响吸收峰位置的因素。

有机化合物分子结构的鉴定,是研究有机化合物的重要组成部分,也是有机化学工作者的一项重要任务。

有机化合物的结构、性质和合成的研究是相辅相成的,性质和合成的研究帮助人们对结构的认识,反过来,对结构的深入研究又必然会促进性质和合成研究的进展。

随着科学技术的进步,运用物理方法来研究有机化合物的结构有了巨大的发展,使有机化合物的鉴定以及结构的确定都大大简化了。

这些方法中特别重要的是波谱技术,它研究电磁辐射与分子的作用,为鉴定有机化合物和确定其结构提供了非常有价值的信息。

波谱方法具有分析速度快、用量少等优点,而且与经典官能团试验不同,样品经测试后常不会被破坏,可另作它用。

根据课程的要求和分工,本章将简要介绍常用的波谱方法:红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱和质谱。

11.1电磁波电磁波或称电磁辐射,是一种空间传播着的交变电磁场,它的区域范围很广,从波长只有千万分之一纳米(nm)的宇宙线到波长用米,甚至千米计的无线电波都是电磁波(见图9-1)。

红外光(IR)、紫外光(UV)和可见光都是某一波长范围的电磁波。

电磁波具有相同的传播速度,即C=3×1010cm/s。

电磁波常用波长或频率来表示。

它们之间的关系为:ν=c/λ式中,ν为频率,单位是赫兹(Hz),λ是波长,单位是厘米(cm)、微米(μm)或纳米(nm)。

它们的关系是:1nm=10-9m=10-7cm=10-3μm。

在红外光谱中频率还常用波数(σ)来表示,即每一厘米长度中所含波的数目,其单位是厘米-1(cm-1)。

σ=1/λ=υ/c例如,波长为300nm的光,它的频率为:ν=c/λσ=1/λ光具有波动性和微粒性,因此电磁波还可以用光量子的能量来描述。

E=hν=hc/λ这里E是光量子能量,h=6.624×10-34J.s是普朗克(Plank)常数。

红外光谱详解课件

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06
习题与思考题
基础概念题
题目1
简述红外光谱的基本原理
答案1
红外光谱是利用物质对红外光的吸收特性来研究物质分子结构和组成的一种方法。当红 外光与物质分子相互作用时,某些波长的光被吸收,形成特定的光谱图,通过分析这些
光谱图可以了解物质分子的振动和转动能级。
基础概念题
要点一
题目2
列举红外光谱中的主要吸收区域
要点二
答案2
红外光谱主要分为四个吸收区域,分别是近红外区( 12500-4000 cm^-1)、中红外区(4000-400 cm^-1) 、远红外区(400-10 cm^-1)和超远红外区(10-5 cm^-1)。其中中红外区是研究分子振动和转动能级的主 要区域。
光谱解析题
题目3
根据给定的红外光谱图,分析可能的物质组 成
分子转动
02
分子除了振动外,还会发生转动,转动也会产生能量变化,从
而吸收特定波长的红外光。
分子振动和转动与红外光谱的关系
03
分子振动和转动产生的能量变化与红外光的能量相匹配时,光
子会被吸收,形成红外光谱。
分子振动与转动
振动模式
分子中的原子或分子的振动模式决定 了其吸收特定波长的红外光。不同化 学键或基团具有独特的振动模式,形 成了特征的红外光谱。
镜反射后相干叠加。
检测器
检测器用于检测干涉仪产生的相干 光束,将光信号转换为电信号。
光谱采集系统
光谱采集系统负责收集检测器输出 的电信号,并将其转换为光谱数据 。
傅里叶变换红外光谱技术
傅里叶变换
傅里叶变换是一种数学方法,用于将干涉图转换为光谱图 。通过傅里叶变换,可以获得样品的红外光谱。
分辨率

《红外光谱》PPT课件

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(cm-1) = 104 / λ (μ m)
纵坐标:吸光度(A)或透光率(T) 多以百分透光率T%来表示
*
T = I / I0 (遵守Lambert-Beer定律

A = lg (1 / T)
IR中,“谷”越深(T越小),吸光 度越大,吸收强度越强。
*
二、红外光谱基本原理
满足两个条件: (1)辐射能满足物质产生振动能级跃迁所需的能量; (2)伴随净的偶极矩的变化。
*
对称伸缩振动s 非对称伸缩振动as 剪式振动
面内摇摆
*
面外摇摆
扭曲振动
分子振动自由度
研究多原子分子时,常把复杂振动分解为许多简单的基本振动, 这些基本振动数目称为分子的振动自由度,简称分子自由度。
原子在三维空间的位置可用x,y,z表示,即3个自由度。
含N个原子的分子,分子自由度的总数为3N个。
分子总的自由度3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度
非线性分子:3N-6 (平动3、转动3) 线性分子:3N-5 (平动3、转动2)
*
峰位、峰数与峰强
(1)峰位 化学键的力常数K越大,原子折合质量越小,键的
振动频率越大,吸收峰将出现在高波数区(短波长区);反之, 出现在低波数区(高波长区)。
(2)峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极距变化时, 无红外吸收。
(3)瞬间偶基距变化大,吸收峰强;键两端原子电负性相差越 大(极性越大),吸收峰越强。
(4)由基态跃迁到第一激发态,产生一个强吸收峰,基频峰。
(5)由基态跃迁到第二激发态或更高激发态,产生的弱的吸收 峰,倍频峰。
*
影响吸收谱带位置的主要因素(内部因素)
1. 诱导效应(I效应)

红外光谱1

红外光谱1

C≡C
0.116
836.8
15.6
2100~2600
μ :μ ↓,(v)↑,红外吸收信号将出现在高波数区。
注 意:
双原子分子并非理想的谐振子, 经典力学导出的波数 计算式为近似式。

原因:振动能量变化是量子化;
分子中各基团之间、化学键之间会相互影响,即分子 振动的波数与分子结构(内因)和所处的化学环境(外因)
决定峰强的因素
(1) 基频峰的强度主要取决于振动过程中 的偶极矩的变化。
偶极矩的影响因素: 原子的电负性 化学键的振动形式 分子的对称性:对称性高,峰强大 氢键的形成:变强变宽 与偶极矩大的基团共轭:增加峰强 振动耦合和费米振动:增加峰强
(2)倍频峰的强度主要取决于跃迁几率。
简正振动的数目称为振动自由度,每个振动自由度
相当于红外光谱图上一个基频吸收带。
设分子的原子数为n, 对非线型分子,理论振 动数=3n-6 如 H2O 分子,其振动 数为3×3-6=3 对线型分子,理论振 动数=3n-5 如 CO2 分子,其理论 振动数为3×3-5=4
注 意:
实际上,绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数远小
分子质心保持不变, 整体不转动,每个 原子都在其平衡位 置附近做简谐振动, 其振动频率和相位 都相同,即每个原 子都在同一瞬间通 过其平衡位置,而 且同时达到其最大 位移值。
16
伸缩振动
沿轴振动,只改变键长,不改变键角
对同一基团,不对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动。
变形振动(又称弯曲振动或变角振动)
3.2.3 吸收谱带的强度和形状
宽峰 吸收峰的形状
尖峰
肩峰 双峰
峰强的表示方法

第五章 反射光谱及其应用

第五章  反射光谱及其应用

③圆形池ATR附件
两端为圆锥体的圆柱体,这种形状的ATR晶体与进入样品室的 红外光斑能很好地相匹配。 只能用于测试液体样品,非常适合于液体流动体系的研究, 因为它的光滑的圆形池ATR晶体表面用O形密封圈很容易密 封,而矩形ATR晶体却不容易密封。 圆形池ATR在许多方面已经得到应用,包括在线检测,它可以 监控高效液相色谱流出物峰的特性。 圆形池ATR的体积有25μL、400μL、660μL 和2.2mL、5.0mL 供选择。
A N C
反射定律:反射线BC位于入射 线AB和由入射点所引的法线BN 所决定的平面内,同时反射线在 法线的另一侧,反射角i1’的数值 等于入射角i1,即i1’= i1。 折射定律:折射线BD是在入射 线AB和由入射点引出的法线BN 所决定的平面内,入射角i1的正 弦与折射角i2的正弦之比,对于 给定的两种物质而言为一常数, 即
3、漫反射附件的使用技术
尽量减少镜面反射,增加漫反射成分 镜面反射光不负载样品信息,会干扰测试,引起光谱畸变。 测试时浓度应尽量低 粒度尽量小,2~5μm 样品的折射率越高,镜面反射越多 漫反射的制样要求 中红外漫反射,通常用KBr或KCl粉末稀释 近红外和远红外的漫反射光谱,通常不需要对样品进行稀释, 直接将固体样品研成粉末进行测试 如果需要加稀释剂,近红外用硫酸钡粉或溴化钾粉末,远红外 用碘化铯或聚乙烯粉末 液体样品的漫反射测试:可将液体样品滴在粉末表面就可以进 行测试了,也可以将固体溶于易挥发溶剂中,滴在粉末表面, 待溶剂挥发后测试漫反射光谱。
B
n1 n2
D
光在不同介质分界面上的反射和折射
sin i1 n2 = = n21 sin i2 n1
n1,n2分别为第一种和第二种物质的折射系数 n21称为第二种物质对第一种物质的相对折射系数

红外光谱 ppt课件

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饱和醛(酮)1740-1720 cm-1 ;强、尖;不饱和向低波移动;
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29
酸酐的C=O
双吸收峰:1820~1750 cm-1 ,两个羰基振动偶合裂分; 线性酸酐:两吸收峰高度接近,高波数峰稍强;
环形结构:低波数峰强;
羧酸的C=O
1820ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1750 cm-1 , 氢键,二分子缔合体;
22:21:44
22:21:44
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22
常见的有机化合物基团频率出现的范围:4000 670 cm-1 依据基团的振动形式,分为四个区: (1)4000 2500 cm-1 X—H伸缩振动区(X=O,N,C,S) (2)2500 1900 cm-1 三键,累积双键伸缩振动区
(3)1900 1200 cm-1 双键伸缩振动区 (4)1200 670 cm-1 X—Y伸缩, X—H变形振动区
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30
4. X—Y,X—H 变形振动区 < 1650 cm-1
指纹区(1350 650 cm-1 ) ,较复杂。 C-H,N-H的变形振动; C-O,C-X的伸缩振动; C-C骨架振动等。精细结构的区分。 顺、反结构区分;
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31
基团吸收带数据
特 征 吸 收 带 ( 伸 缩 振 动 ) 指 纹 吸 收 带 含 氢 化 学 键 伸 缩 振 动 变 形 振 动 活 泼 氢 不 饱 和 氢 饱 和 氢 三 键 双 键
H H H
C
H
-1 2 7 2 0 cm
C
(CH3)1460 cm-1,1375 cm-1。 (CH3)2930 cm-1,2850cm-1。
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与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键振动频率——基团 特征频率(特征峰); 例: 2800 3000 cm-1 —CH3 特征峰; 1600 1850 cm-1 — C=O 特征峰; 基团所处化学环境不同,特征峰出现位置变化: —CH2—CO—CH2— —CH2—CO—O— —CH2—CO—NH— 1715 cm-1 1735 cm-1 1680 cm-1 酮 酯 酰胺

第5章 红外光谱法

第5章   红外光谱法

四、分子中基团的基本振动形式 basic vibration of the group in molecular
1.多原子分子的振动
多原子分子由于原子数目增多,组成分子的键或基团和空间结构不 同,其振动光谱比双原子分子要复杂。但是可以把它们的振动分解 成许多简单的基本振动,即简正振动。 简正振动
简正振动的振动状态是分子质心保持不变,整体不转动, 每个原子都在其平衡位置附近做简谐振动,其振动频率和相位都相 同,即每个原子都在同一瞬间通过其平衡位置,而且同时达到其最 大位移值。
C
H
(CH3)1460 cm-1,1375 cm-1。 (CH3)2930 cm-1,2850cm-1。
五、红外光谱法的特点
化合物结构不同,红外光谱图不同 紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物, 特别是具有共轭体系的有机化合物,而红外光谱法 主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物(没 有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现)。因此, 除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之外, 几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。除 光学异构体,某些高分子量的高聚物以及在分子量 上只有微小差异的化合物外,凡是具有结构不同的 两个化合物,一定不会有相同的红外光谱。
(4)有些吸收带落在仪器检测范围之外。 例如,线型分子二氧化碳在理论上计算其基本振动数为 4,共有4个振动形式,在红外图谱上有4个吸收峰。但在实 际红外图谱中,只出现667 cm-1和2349 cm-1两个基频吸收峰。 这是因为对称伸缩振动偶极矩变化为零,不产生吸收,而面 内变形和面外变形振动的吸收频率完全一样,发生简并。
化时,无红外吸收。
如叔丁醇(C4H9OH):CH3-C(CH3)2 OH的IR谱图如下所示:

第5章 红外吸收光谱法(1)

第5章 红外吸收光谱法(1)
讲授内容: 1. 红外吸收光谱法基本原理 2. 红外光谱仪 3. 红外吸收光谱的应用
§1 红外吸收光谱法基本原理
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生: 振-转光谱
红外光谱法简介(IR) 基于物质对红外区域辐射的选择性吸收引起分子 振动能级和转动能级的跃迁而进行分析的方法,主 要用于有机化合物的成分和结构分析.
δ+
1715cm-1
O
O
R C Cl Cl C Cl
1800cm-1 1828cm-1
O FCF
1928cm-1
(ii)共轭效应(C效应)。共轭效应使共轭体系中的电 子云密度平均化,结果使原来的双键略有伸长(即电子 云密度降低),力常数减小,使其吸收频率往往向低波 数方向移动。例如酮的C=O,因与苯环共轭而使C=O 的力常数减小,振动频率降低。
基团频率区:主要包括X-H、双键和叁键的伸缩 振动.基团频率常用于鉴定有机化合物官能团区或 特征区 ,因此,基团频率区又称官能团区或特征区.
指纹区:主要包括C-X键的伸缩振动和C-H键的 弯曲振动.当分子结构稍有不同时,该区的吸收就 有明显的改变,类似于人的指纹.
2-丁醇
2-甲基-2-丙醇
影响基团频率位移的因素
某些键的键力常数(毫达因/埃)
键类型 力常数 峰位 波数
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
4.5m
6.0 m
2500~2000 2000~1500
7.0 m 1500≥
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。
因此,在红外光谱测定中 包括诱导效应、共轭效应和中介效应,

谱图分析课件第5章红外光谱

谱图分析课件第5章红外光谱

➢共轭效应对键能和键长有影响,因此对力常数 k 也有影 响。
羰基的伸缩振动频率在 1715 cm-1。当羰基与C=C产生共 轭作用效应时,其振动频率降至 1675 ∼ 1680 cm-1。这是 因为共轭效应使C=O键的键长有所增加,双键性降低。
振动的量子力学处理
(薛定谔方程)简谐振动方式的振动能级为:
36
5.5 官能团的特征频率
5.5.1 官能团具有特征吸收频率 有机分析的对象是多原子分子,而多原子分子具有大
量的简正振动数。虽然实际测得的红外吸收谱峰数目远小 于其简正振动数,但一个化合物仍具有较多的红外吸收 峰,若要将每个吸收峰归属于一个具体的振动形式是困难 的。因此化学家们通过大量标准样品的测试,从实践的观 点总结出了一定的官能团总对应有一定的特征吸收,归纳 出各种官能团的特征频率表,这对从谱图推 测分子结构具 有重要的意义。
➢弯曲振动或变形振动(bending vibration),以δ表示, 为垂直于化学键方向的振动,只改变键角而不影响键 长,它的吸收频率相对在低波数区。
17
例如:H2O分子的三种振动形式:
对称伸缩振动 不对称伸缩振动
弯曲振动
18
19
CO2分子的四种振动形式
线性分子,33-5=4,四个基本振动形式
羰基与别的双键共轭,其π 电子的离域增大,从而减小了 双键的键级, 使其双键性降低,亦即振动频率降低。
π −π 共轭
p −π 共轭
➢偶极场效应(Field effect)
不同原子或基团不是通过化学键,而是以它们的静电场通过 空间相互作 用,产生相互极化,从而引起相应键红外吸收谱带的 位移。
卤代酮的不同构象
2. 峰强
红外吸收谱带的强度主要由两个因素决定: ➢能级跃迁的概率。基频跃迁概率大,吸收峰较强;倍频跃迁概率很

第05章红外光谱分析

第05章红外光谱分析
EV=(V+1/2)h
为分子振动频率,V为振动量子数,其值取 0,1,2,… 分子中不同振动能级差为
EV=(V1+1/2)h -(V0+1/2)h = Vh 也就是说,只有当EV=Ea或者a=V 时,才有可能发生振转 跃迁。例如当分子从基态(V=0)跃迁到第一激发态(V=1),此 时V=1,即a= 。发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两
杂),但可将其分解为多个简正振动来研究。 简正振动
整个分子质心不变、整体不转动、各原子在原地作简谐振动且 频率及位相相同,此时分子中的任何振动可视为所有上述简谐振 动的线性组合。 简正振动基本形式 伸缩振动:原子沿键轴方向伸缩,键长变化但键角不变的振动。 变形振动:基团键角发生周期性变化,但键长不变的振动。又称
ArC-H
比饱和 C-H 峰弱,但峰
(3030)
形却更尖锐
19
2区:叁键及累积双键区(2500~1900cm-1)

CC,CN,C=C=C,C=C=O 等
键 RCCH
2100-2140
及 RCCR’ 2196-2260
R=R’则无红外吸收
累 积 CN
2240-2260
分子中有 N,H,C,峰
5. 振动频率 1)基团频率
中 红 外 光 谱 区 可 分 为 4000~1300 ( 1800 ) cm-1 和 1800 (1300)~600cm-1两个区域。基团频率区位于4000~1300cm-1
之间,又称官能团区,或特征区,是由伸缩振动产生的吸收 带。
基团频率区可分为三个区: 1区:X-H伸缩振动区(4000-2500cm-1 )
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。

有机波谱第五章红外光谱

有机波谱第五章红外光谱

5.1.3、红外吸收光谱产生的基本原理
示例

CO2分子 ——线性分子
F 3 3 5 4
• •
吸收峰数少于振动自由度的原因: 发生了简并——即振动频率相同的峰重叠 红外非活性振动
5.1.3、红外吸收光谱产生的基本原理
4. 产生吸收峰的条件
只有偶极矩大小或方向有一定改变的振动,才能 有红外吸收。
按照胡克定律,双原子分子的振动频率为:
1 2 k


1 2c
k

1 2c
其中

m1m 2 mห้องสมุดไป่ตู้ m 2
k

称为折合质量
k
为化学键的力常数
C=3*108m/s
双原子分子的吸收频率及吸收波数表达式
1 2
k


1 2c
k

1) 测定键力常数 2) 推测红外吸收频率 单键 3x1028 x102N/m (5x102 N/m左右) 双键 1 103N/m 叁键 1.5 103N/m
5、相关峰:一个基团除了有特征峰外,还有许多
其它的振动形式的吸收峰,习惯上把这些相互 依存而又相互可以佐证的吸收峰称为相关峰
5.1.4 基本术语
6、特征区:波数在4000~1330cm-1(2.5-7.5um)区间,
各种化合物的官能团的特征频率位于该区又称特征 频率区
7、指纹区:波数在1330-667cm-1(7.5-15um)的区域,
二、制样方法
sampling methods
1)气体——气体池 2)液体: ①液膜法——难挥发液体(BP》80C)
②溶液法——液体池
溶剂: CCl4 ,CS2常用。 ①研糊法(液体石腊法)
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胺类: 游离——3500~3300cm-1
缔合——吸收位置降低约100cm-1 伯胺:3500 ~ 3400cm-1,吸收强度比羟基弱,双峰;
仲胺:3400cm-1,吸收峰比羟基要尖锐,单峰;
叔胺:无吸收。 酰胺: 伯酰胺:3350 ~ 3150cm-1 附近出现双峰; 仲酰胺:3200cm-1 附近出现一条谱带; 叔酰胺:无吸收。 各种胺盐(N+H3、N+H2、N+H)的ν N-H在3000-2250 cm-1出峰,峰形较胖,季铵盐无ν N-H 。 原因: N+-H中N-H的力常数↓。
O-H £ N-H º± ² ¤¹ Í C-H (C CH £C=CH £Ar-H) Y-H ¤¹ ± Í C-H (CH3 £CH2 £CH £CHO) C C £ C N C A C=O £ ¨Ë áô û¡ ¢õ £Â È¡ ¢õ ¤¡ ¢È ©¡ ¢Í ª¡ ¢ô ÈË á¡ ¢õ £° ²£ © A=B C=C £ C=N
-CH3:~2960(s)、~2870 cm-1(m)
-CH2-:~2925(s)、~2850 cm-1(s) >CH-:~2890 cm-1 醛基:2850~2720 cm-1,两个吸收峰;
巯基:2600~2500 cm-1,谱带尖锐,容易识别。
讨论:
3000cm-1以上有峰是不饱和氢和芳氢的吸收; 3000cm-1以下有峰是脂肪族饱和氢的吸收; (2) 因大多数有机物中都含有-CH3、-CH2-, νC-H (饱和)特征性不强。 (3) νC-H(醛)2720cm-1特征性很强,是-CHO存在的 依据之一。 ~2720cm-1峰是费米共振的典型实例: (1)
5.1 基本原理
红外光谱就是当红外光照射有机物时,用仪器记录 下来的吸收情况(被吸收光的波长及强度等),用来进 行分析的方法。红外线可分为三个区域:
红外光谱法主要讨论有机物对中红区的吸收(振动能 级跃迁)。
红外光谱的基本原理:
用不断改变波长的红外光照射样品,当某一波长的频 率刚好与分子中某一化学键的振动频率相同时,分子就会 吸收红外光,产生吸收峰。用波长(λ)或波长的倒数波 数(cm-1)为横坐标,百分透光率(T%)或吸收度(A) 为纵坐标做图,得到红外吸收光谱图(IR)。分子振动所 需能量对应波数范围在400 cm-1~4000 cm-1。

m1 .m2 m1 m2
式中:k — 化学键的力常数,单位为N.cm-1 ;μ — 折合质量,单位为 g。
力常数k:与键长、键能有关:键能↑(大),键长 ↓(短),k↑。
化学 键 C― C C= C C≡ C 键长 (nm) 0.154 0.134 0.116 键能 (KJ mol-1) 347.3 610.9 836.8 力常数 k(N.cm-1) 4.5 9.6 15.6 波数范围 (cm-1) 700~1200 1620~1680 2100~2600
有时,峰的数目大于计算值,其原因是:
①泛频 基频:基态→第一激发态的跃迁; 倍频:基态→第二或第三激发态的跃迁; 合频:ν1+ν2 差频:ν1-ν2 倍频、合频、差频统称为泛频。 在IR光谱中,绝大多数吸收峰都是基频,泛频出现的 机率很小,而且往往很弱。泛频吸收适合于有机物的定 量分析。 ②偶合:吸收频率相近的峰之间相互作用。 ③费米共振:泛频位于强吸收(基频)附近,二者相互 作用,使泛频强度明显增加或发生裂分。
5.2 各类有机化合物的红外特征吸收
红外谱图一般以1300cm-1为界:
4000 ~ 1300cm-1 :官能团区,用于官能团鉴定;该区域 出现的吸收峰,较为稀疏,容易辨认. 1300~650cm-1:指纹区,用于鉴别两化合物是否相同。 这一区域主要是:C-C、C-N、C-O 等单键和各种弯曲振 动的吸收峰,其特点是谱带密集、难以辨认。 官能团区——吸收峰大多由成键原子的伸缩振动而产生, 与整个分子的关系不大,不同化合物中相同官能团的出峰位置 相对固定,可用于确定分子中含有哪些官能团。 指纹区—吸收峰大多与整个分子的结构密切相关,不同分 子的指纹区吸收不同,象不同的人有不同的指纹,可鉴别两个 化合物是否相同。指纹区内的吸收峰不可能一一指认。
产生红外光谱的必要条件是:
1) 红外辐射光的频率与分子振动的频率相当,才能 满足分子振动能级跃迁所需的能量,而产生吸收光谱。
2) 振动过程中必须是能引起分子偶极矩变化的分子才 能产生红外吸收光谱。
4.有机化合物基团的特征频率
总结大量红外光谱资料后,发现具有同一类型化学键或官 能团的不同化合物,其红外吸收频率总是出现在一定的波数范 围内,我们把这种能代表某基团,并有较高强度的吸收峰,称
3. C-H
烃类:3300~2700 cm-1范围,3000 cm-1是分界线。
不饱和碳(三键、双键及苯环)>3000 cm-1 饱和碳(除三元环外)<3000 cm-1 炔烃:~3300 cm-1,峰很尖锐; 烯烃、芳烃:3100~3000 cm-1 饱和烃基:3000~2700 cm-1,四个峰,
C H
-1
N
H
O
H
-1
2800-300cm
3000-3600cm
3. 分子的振动能级跃迁和红外吸收峰位
分子的振动是量子化的,其能级为:
E振
1 ( v )h 振 2
式中:v — 为振动量子数(0,1,2,…); ν
振为化学键的振动频率。
分子由基态v = 0 跃迁到激发态v = 1 时,吸收光的能 量为:
为该基团的特征吸收峰(又称官能团吸收峰)。
1).特征频率区:
在1600~Biblioteka 700 cm-1区域(称为:高频区)出现的吸
收峰,较为稀疏,容易辨认,主要有: (1) Y-H 伸缩振动区: 2500~3700 cm-1,Y = O、N、C。 (2) Y≡Z 三键和累积双键伸缩振动区: 2100~2400 cm-1,主要是:C≡C、C≡N 三键和 C=C=C、C=N=O 等累积双键的伸缩振动吸收峰。 (3) Y=Z双键伸缩振动区: 1600~1800 cm-1,主要是:C=O、C=N、C=C等双 键存在。
相关峰——由于某个官能团的存在而出现的一组相 互依存、相互佐证的吸收峰。 例1:若分子中存在-COOH,则其IR谱图应出现下列一 组相关峰:
-1 3335-2500cm ÅÖ· å( O-H )
~1700cm-1 ~1250cm-1 ~930cm-1
( C=O )
( C-O ) ( d O-H )
对于吸收峰强度或形状,常用下列符号表示:
三、分子振动与红外光谱
分子中的一个化学键可有几种不同的振动形式,而产生 不同的红外吸收峰,键的振动分为两大类。 伸缩振动,用ν表示,原子间沿键轴方向伸长或缩短。 弯曲振动用δ表示,形成化学键的两个原子之一与键轴垂直 方向作上下或左右弯曲。 组成化学键的原子的质量越小,键能越高,键长越短,振 动所需能量越大,吸收峰所在的波数就越高。
一些常见化学键的力常数如下表所示:
键型
O H N H
-1
C H 5.9
C H 5.1
C H C N C C C O C C C O C C 4.8 17.7 15.6 12.1 9.6 5.4 4.5
k /N.cm
7.7 6.4
折合质量μ :两振动原子只要有一个的质量↓,μ ↓, σ (ν )↑,红外吸收信号将出现在高波数区。
1 1 E1 E 2 h [(1 ) (0 )]h 振 2 2
分子振动频率习惯以σ (波数)表示:
1 c 2c

k

1307
k

由此可见:σ (ν )∝ k,σ (ν )与μ 成反比。 吸收峰的峰位:化学键的力常数k 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(短 波长区);反之,出现在低波数区(高波长区)。
££COOH
例2:若分子中存在-CONH-,则其IR谱图应出现下列一组 相关峰:
-1 3450-3250cm ( N-H ) -1 1680-1640cm ( C=O ) -1 1560-1530cm (d
£ ° õ ²I´ ø £ ° õ ²II´ ø
N-H
C-N ) £
用一组相关峰确定一个官能团的存在是IR光谱解析的 一条重要原则!
一、波长和波数
电磁波的波长( )、频率( v)、能量(E)之间的关系:
二、红外光谱的表示方法
红外光谱是研究波数在4000-400cm-1范围内不同
波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。谱图以波 长或波数为横坐标,以透过率为纵坐标而形成。
横坐标:波长/λ或波数/cm-1。 纵坐标:吸光度A或透过率T, A越大或T越小,吸收峰强度越大。 透光度以下式表示:
弯曲振动只改变键角,不改变键长。
值得注意的是:不是所有的振动都能引起红外吸收,只有 偶极矩(μ )发生变化的,才能有红外吸收。 H2、O2、N2 电荷分布均匀,振动不能引起红外吸收。 H―C≡C―H、R―C≡C―R,其C≡C(三键)振动也不能引起 红外吸收。
2.振动方程式(Hooke定律)

1 2 k
例1:
H
O
H
为非线状分子,应有3N-6=9-6=3个峰。
例2:O=C=O为线状分子,便有3N-5=9-5= 4个峰。
Why? ①νs ②δs
O£ £C£ £O 不改变分子的偶极矩;
O£ £C£ £O 与δw
£C£ £O + + O£ 简并。
大多数情况下,实际吸收峰的数目少于计算值。其 原因为:
①吸收峰的位置不在中红区(400-4000 cm-1); ②吸收峰太弱; ③振动时不改变分子的偶极矩; ④振动能级简并;(如下CO2中的667 cm-1) ⑤强而宽的峰掩盖其附近弱峰。
ùÆ º µ£ ¹ 2900-2700cm-1
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