红外分光光度计课件讲义
合集下载
红外分光光度法课件
大的定性功能。
红外分光光度法课件
二、红外光谱图 T-或T-曲线
波数：cm-1，线性波数表示法
透 射 比
波长、波数
红外分光光度法课件
波长：m，线性波长表示法
（cm-1)=104/ (m)
红外分光光度法课件
第二节 红外吸收基本理论
一、分子的振动
分子简谐振动方程式
红外分光光度法课件
HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science
2、只有能使偶极矩发生变化的振动才能吸收红外 辐射。
红外分光光度法课件
红外活性与非红外活性
• 不对称极性分子，正负电荷中心不重合，当发 生振动时，偶极矩发生有规则的波动，产生的 振动电磁场，与红外辐射的电磁场发生相互作 用，如果二者频率相同，则红外辐射被吸收， 发生振动能级跃迁——红外活性
• 非极性的同核分子的正负电荷中心重合，原子 振动不能引起偶极矩的改变——非红外活性
红外分光光度法课件
化学键两端所连接的原子电负性差别越大， 分子的对称性越差，振动时偶极矩的变化就 越大，吸收就越强。
伸缩振动的吸收强于弯曲振动，非对称振动 的吸收强于对称振动。
红外分光光度法课件
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-H、C=N等） 振动，吸收较弱。
< 1
极弱（vw）
红外分光光度法课件
三、基团振动与红外光谱区域
• 基频区（特征区或官能团区）4000-1350cm-1
• 化学键和基团的特征振动频率区，吸收光谱反 映分子中特征基团的振动，特征吸收峰可作为 鉴定基团的依据。
红外分光光度法课件
二、红外光谱图 T-或T-曲线
波数：cm-1，线性波数表示法
透 射 比
波长、波数
红外分光光度法课件
波长：m，线性波长表示法
（cm-1)=104/ (m)
红外分光光度法课件
第二节 红外吸收基本理论
一、分子的振动
分子简谐振动方程式
红外分光光度法课件
HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science
2、只有能使偶极矩发生变化的振动才能吸收红外 辐射。
红外分光光度法课件
红外活性与非红外活性
• 不对称极性分子，正负电荷中心不重合，当发 生振动时，偶极矩发生有规则的波动，产生的 振动电磁场，与红外辐射的电磁场发生相互作 用，如果二者频率相同，则红外辐射被吸收， 发生振动能级跃迁——红外活性
• 非极性的同核分子的正负电荷中心重合，原子 振动不能引起偶极矩的改变——非红外活性
红外分光光度法课件
化学键两端所连接的原子电负性差别越大， 分子的对称性越差，振动时偶极矩的变化就 越大，吸收就越强。
伸缩振动的吸收强于弯曲振动，非对称振动 的吸收强于对称振动。
红外分光光度法课件
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-H、C=N等） 振动，吸收较弱。
< 1
极弱（vw）
红外分光光度法课件
三、基团振动与红外光谱区域
• 基频区（特征区或官能团区）4000-1350cm-1
• 化学键和基团的特征振动频率区，吸收光谱反 映分子中特征基团的振动，特征吸收峰可作为 鉴定基团的依据。
第6章 红外分光光度法
52
5）键角效应——环双键
环外双键：张力增加，双键性增 加,键的力常数增大，振动频率向 高频方向移动。
υC=C (cm-1) 1650 1657
1678
1781
53
环内双键：张力增加，双键性 减弱，键的力常数减小，振动 频率减小。
υC=C (cm-1) 1639 1623 1566 1541
54
41
红外非活性振动的原因
平衡位置 r=0,μ＝0
对称伸缩振动 r=0,μ＝0,Δμ＝0
反对称伸缩振动 r≠0,μ≠0,Δμ≠0
42
~
六.吸收峰的峰位
表示方法：λmax 、σmax
同一种基团，同一种振动形式的 跃迁，在不同的化学环境中所受 的影响不同，使吸收峰位置在一 定范围内变动。
43
决定基频峰位置的 三方面因素：
7
三. 红外吸收光谱的表示方法
纵坐标——T% 横坐标——λ或σ 1. T－λ曲线 前密后疏---波长等距 2. T－σ曲线 前疏后密---波数等距
(cm1) 104 (m)
8
9
四. IR与UV的区别
相同点
1. 性 质：分子吸收光谱 2. 分析时间：都很快 3. 样品用量：都很少 4. 操 作：都较简单
2.跃迁几率
跃迁过程中激发态分子的百分数 称为跃迁几率。 谱带的强度是跃迁几率的量度。 跃迁几率取决于振动过程中分子 偶极矩的变化。
65
3.影响分子偶极矩的因素
1）化学键两端原子的电负性 2）分子的对称性
66
1）化学键两端原子的电负性
化学键两端连接的原子，若电负 性相差越大,则分子的瞬时偶极 矩越大，吸收峰的强度就越强。
域”使电子云的分布在整个共轭链上趋于 平
红外分光光度法培训PPT课件-50页PPT精品文档
有机化合物的典型光谱
讨论典型光谱，可熟悉各种官能团的特征峰和相关峰及 其与分子结构的关系，便于解析，进行结构分析。
一、脂肪烃类
1 .烷烃 主要特征峰有： C-H: -CH3 as 2962±10cm-1(S) s 2872±10cm-1 (S) -CH2 as 2926±10cm-1(S) s 2853±10cm-1 (S) -CH 2890 ±10cm-1(m) 常被掩盖 C-H: -CH3 as 1450±20cm-1(S) s 1380~1370cm-1 (S) -CH2 1465±20cm-1(m) ~722cm-1 (m)(n4)
影响峰位的因素
1.分子内部结构因素 （1）电子效应
诱导效应---吸电子基团的诱导效应使吸收峰向高 频方向移动。例：
共轭效应---使吸收峰向低频方向移动。例：
（2）空间效应
环张力效应---当环有张力时，环内双键被消弱，其 伸缩振动频率降低； 而环外双键被增强，其伸缩振 动频率增加，峰强也增加。例：
如是线型分子，转动自由度为2（以键轴为轴的转动惯 量=0，不发生能量变化），则振动自由度为3N-5 由振动自由度可估计基频峰的可能数目。
例1：非线型分子----H2O 振动自由度=33-6=3 说明水分子有三种基本振动形
式，可能产生三个吸收峰。即
3652cm-1 3756cm-1
1595cm-1
C=O: 1623cm-1(芳酮）
分子间氢键---受浓度影响较大，随浓度变化
峰位发生变化，可利用稀释法判断分子间氢
键。
例： 醇与酚的羟基，在极稀溶液中呈游离状态。 随浓度增加分子间形成氢键而成二聚体或多 聚体。使 O-H 降低。 游离 （3640cm-1）
第十四章--红外分光光度法
提要 返回
CO2分子 ——线性分子 f=3× 3-5=4
提要 返回
振动数（自由度）与红外吸收峰的关系：
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 远小于理论上计算的振动数。
（原因 ？？）
提要 返回
（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。
祭英烈的句子
1、 让 我 们 走 近英烈 ，让波 澜壮阔 的历史 涵养我 们的民 族精神 ，让烈士的鲜血和生 命 滋 润 国 家 文化软 实力， 让我们 学习先 烈的献 身精神 ，用我 们学到 的知识 建设国
家 。 清 明 拜 祭，我 们低头 ，用悲 壮的情 怀，默 默为先 烈们祈 祷。
2、 历 史 是 人 民群众 与人民 英雄共 同创造 的！历 史是劳 动群众 与革命英雄共同创造 的 ！今天 的幸福 生活是 革命先 烈的鲜 血和生 命和劳 动群众 辛勤的 汗水共 同换来 的！
提要 返回
B.外部因素 在测定红外光谱时，样品状态、溶
剂、样品厚度、仪器条件等也会影响基 团频率的位置、吸收峰的形状、强度等。 这些因素统称为外部因素。
1、氢键,浓度效应,温度效应,试样 的状态,制样方法,溶剂极性等
2、溶剂极性越强,谱带向低波数移 动,强度增大
提要 返回
六、红外光谱的重要区段
一、基团频率区 由高→低，分为以下四个区：
中红外 2.5~50
远红外
50~1000
4,000 ~200 200~10
1.2×1014~6.0×1012 6.0×1012~3.0×1011
第八章 红外分光光度法.ppt
900~650 cm-1：C－H弯曲振动吸收。确定化合物的顺
反构型或苯环的取代类型。
2019/11/15
上页 下页 回主目录 结束 返回上一级
28
第二节
二、影响基团频率的因素
内部因素
共轭效应： 共轭效应使共轭体系中电子云密度平均化，双
键强度，键力常数，双键的基团频率向低 波数方向移动
增大，谱带变宽。
RCOOH（游离） 1 760cm-1
O......H O
RC
C R(二聚体)
O H......O
1 700cm-1
2019/11/15
上页 下页 回主目录 结束
31
第二节
二、影响基团频率的因素
空间位阻：
空间位阻使共轭体系的共平面被偏离或破坏， 共轭效应强度降低，吸收频率向高波数移动
第八章
红外吸收光谱法
上页 下页 回主目录 结束
第七章 红外吸收光谱法 学习要求
掌握红外吸收光谱法原理（红外吸收光谱的产生；多 原子分子的振动；基团频率与振动的关系）
理解红外吸收光谱的特征吸收频率及其与分子结构的 关系
理解红外吸收光谱仪（色散型红外分光光度计；傅里 叶变换红外分光光度计）
变形振动 （弯曲振动 或变角振动） （键长变化）
面内变形 面外变形
剪式振动（ ） 面内摇摆振动（ ρ ）
面外摇摆振动（ ω ）
扭曲振动（ τ ）
2019/11/15
上页 下页 回主目录 结束
14
第一节
二、红外吸收的基本原理
分子中基团的振动形式
2019/11/15
上页 下页 回主目录 结束
波数：频率，1cm中所含 T
06 红外分光光度法PPT课件
二、红外光谱法的特点
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。
红外吸收带的波数位置、波峰 的数目以及吸收谱带的强度反映了 分子结构上的特点，可以用来鉴定 未知物的结构组成或确定其化学基 团；
而吸收谱带的吸收强度与分子 组成或化学基团的含量有关，可用 以进行定量分析和纯度鉴定。
由于红外光谱分析特征性强，气 体、液体、固体样品都可测定，并具 有用量少，分析速度快，不破坏样品 的特点。因此，红外光谱法不仅与其 它许多分析方法一样，能进行定性和 定量分析，而且是鉴定化合物和测定 分子结构的用效方法之一。
若把双原子分子（A-B）的两个原子 看作两个小球，把连结它们的化学键 看成质量可以忽略不计的弹簧，则两 个原子间的伸缩振动，可近似地看成 沿键轴方向的间谐振动。
分子的振动能量比转动能量大， 当发生振动能级跃迁时，不可避免 地伴随有转动能级的跃迁，所以无 法测量纯粹的振动光谱，而只能得 到 分子的振动-转动光谱，这种光 谱称为红外吸收光谱。
红外吸收光谱是一种分子吸收 光谱。
一、红外光区的划分
红外光谱在可见光区和微波光区之间，波 长范围约为 0.75 - 1000µm，根据仪器技术和 应用不同，习惯上又将红外光区分为三个区：
v 12 1c k13 k 0 7 131 0 9./6 2 2 716c5 m 10
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(二)干涉仪
我们所用的干涉仪是迈克尔逊干涉仪，迈克 尔逊干涉仪的作用是将复色光变为干涉光。 中红外干涉仪中的分束器主要由溴化钾材料 制成；近红外干涉仪中的分束器一般以石英 和CaF2为材料；远红外干涉仪中的分束器一 般由Mylar膜和网格固体材料制成。
(三)检测器
红外光区的检测器一般有两种类型： 热检测器和光导电检测器。红外光谱 仪中常用的热检测器有：热电偶；辐 射热测量计，以及热电检测器等。热 电偶和辐射热测量计主要用于色散型 分光光度计中，而热电检测器主要用 于中红外傅立叶变换光谱仪中
（ ）用样量少，分析速度快，不破坏样品。
（4）分析速度快。
（5）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。
红外光谱的应用
应用是多方面的，D分子结构的基础研究，如分子的空间构型化学键的力常 数，键长，键角。化学的定性分析，定量分析，化学反应机理的研究。主要 用于未知化合物的结构鉴定。
红外吸收光谱解析
• 基团频率
在红外吸收光谱中,处于不同有机化合物分子中的化学基 团,它们的化学键的振动频率总是出现在一个较窄的范围 内,都有自己特定的红外吸收区域 分子中其它部分对其 吸收位置的影响较小 通常把这种能代表基团存在,并有 高强度的吸收带称为基团频率,其所在的位置称为特征吸 收峰
基团频率区:主要包括X-H、双键和叁键的伸
（一）红外吸收光谱中的八个重要区域 （二）谱图解析的步骤
谱图解析的方法
包括直接法、否定法、肯定法
解析步骤：
无严格的程序和规则。一般经验为“四先四后一抓发四先四后一抓法”。即 先特征，后指纹；先最强峰，后次强峰，在中强峰；先粗查，在细查；先肯 定，后否定；一抓就是抓一组相关峰相关峰。
具体步骤为：
（1）了解样品来源，纯度（>98%），外观包括对对样品的颜色 气味、物理状态，灰分等观察，如未知物含杂质杂质，先进性分离、提纯。 （2）确定未知物的不饱和度 （ ）由IR谱图确定基团及结构 （4）推测可能的结构 （5）查阅标准，对照核实
应用：定性分析
定量分析
定性分析 • 化合物之间谱图比较 • 待测物谱图与红外标准谱图之间比较
定量分析
•定量依据：朗伯－比耳定律 •定量分析方法：工作曲线法、内标工作曲线法、
求联立方程法
红外吸收光谱主要研究在振动中有偶极矩变 化的化合物,除了单原子和同核原子如He,Ne,O2和 H2等之外,几乎所有的有机化合物在红外区均有吸 收
红外吸收光谱法的特点:
（1）特征性高。就像人的指纹一样，每一种化合物 都有自己的特征红外光谱，所以把红外光谱分析 形象的称为物质分子的“指纹”分析。 （2）应用范围广。从气体、液体到固体，从无机化合物 到有机化合物，从高分子到低分子都可用红外光谱 法进行分析。
红外吸收光谱法
Infrared absorption spectroscopy, IR
红外光谱法简介
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 红外光区的划分: 近红外光区（0 75 -2 5µm ） 中红外光区（2 5 -25µm ） 远红外光区（25 - 1000µm ）。 红外光谱在可见光和微波光区之间，波长范围为 0 75-1000 um，一般说的红外光谱指中红外区的红外 5-25um (4000 - 400 cm-1) 光谱2
缩振动 特征区
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
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
红外光谱的八个重要区段
§红外吸收光谱法基本原理
1 方法原理
红外光的波长较大，能量较紫外光和可见光较小，当红外光照射到 物质表面时，会引起分子的振动能级和转动能级的跃迁。红外光谱所 研究的是分子振动中伴有偶极矩变化的化合物，当这些化合物吸收红 外后，分子将产生不同方式的振动，消耗光能。
非对称分子：有偶极矩，红外活性。
红外光谱仪
仪器类型
色散型红外光谱仪 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）
岛津公司的IRAffinity-1
红外光谱仪的结构
光源 干涉仪 检测器
(一)光源
光源要求能发射出稳定、高强度连续波长的 红外光，能斯特灯、碳化硅或涂有稀土化合 物的镍铬旋状灯丝这些是我们通常使用光源 材料。
红外光谱图
纵坐标为透光率T% 表示吸收强度，横坐标为波长 λ（m）和波数σ（cm-1）表示 σ（cm-1） =104/λ（m）
红外吸收光谱产生的条件
1 2 辐射光子具有的能量与产生振动跃迁所需的能量相等； 分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化
对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无 红外活性。如：N2、O2、Cl2 等。
分子振动方程式
1 双原子分子的简谐振动及其频率
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
分子的振动能级（量子化）： E振=（V+1/2）h V ：化学键的 振动频率；
：振动量子数。
任意两个相邻的能级间的能量差为：
h E h 2 1 2c 1 k
k
1370 k
K化学键的力常数，与键能和键长有关，
为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）
发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的
折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。
分子中基团的基本振动形式
1 两类基本振动形式
伸缩振动
亚甲基：
变形振动
亚甲基
基团频率区和指纹区
按照吸收的特征,可将红外光谱分为4000-1500cm-1和1500600cm-1两区域,分别称为基团频率区和指纹区
2 仪器原理
傅里叶红外光谱仪 傅里叶红外光谱仪的基本结构如图所示：
傅里叶红外光谱仪的工作原理
光源发出的红外光由麦克尔逊干涉仪分 成两束相干光，相干光照射到样品上，含 有样品信息的相干光到达监测器，由监测 器将光信号转化为电信号，并将此电信号 传递到指示系统---计算机中。计算机将时 间域信息通过傅里叶变换转化为频率域信 息，最终得到透过率随波数变化的红外吸 收光谱图。