红外光谱测定注意事项及定性分析1

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二、傅立叶红外光谱仪
1、红外光谱仪
目前有两类红外光谱仪:色散型和傅立叶变换型 色散型:与双光束UV-Vis仪器类似,目前已少用
2、傅立叶红外光谱仪20世纪70年代引入我国
它是利用光的相干性原理而设计的干涉型红外分光光度仪。
仪器组成为:
红外光源
摆动的 凹面镜
迈克尔逊 干扰仪
光阑
样品池 参比池
同步摆动
(3000-2800) -CH2(2930,2850)
不饱和=C-H 末端=CH(3085) (3010~3040)
不饱和C-H 较弱(2890)、较强(3300) (2890~3300)
ArC-H
比饱和 C-H 峰弱,但峰
(3030)
形却更尖锐
叁键及累积双键区(2500~1900cm-1)

CC,CN,C=C=C,C=C=O 等
振动 特点:吸收峰稀疏、较强,易辨认 指纹区: 1250~400cm-1的低频区 ➢ 包含C—X(X:O,H,N)单键的伸缩振动及各种面内弯 曲 振动 特点:吸收峰密集、难辨认→指纹 在红外分析中,通常一个基团有多个振动形式,同时产 生多个谱峰(基团特征峰及指纹峰),各类峰之间相互 依存、相互佐证。通过一系列的峰才能准确确定一个基 团 的 存 在 。 ( 如 水 的 变 曲 振 动 1645cm-1, 伸 缩 振 动
•光阑孔径太大
动镜传动速度太慢
4、干涉图不稳定----控制电路板元件损坏或疲劳
5、空气背景光谱有杂峰----光学台有污染气体或反射镜、 分束器、检测器上有污染物
6、光中检测时基线漂移----开机时间不够长
三、样品制备及注意事项
对固体、液体、气体样品,对单一组分的纯净物和 多组分混物都可用红外光谱法测定
2800
2400
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
40
cm-1
88.4 85
80
75
70
65
60
55
4037.23
50
45 %T
40
35
30
25
20
15
10
5
0.0 4400.0
4000
3001.60
2849.53
2924.51 3081.99
3025.61
3059.90
吸收峰。为弱峰。
基团频率 处于不同有机物分子的同一种官能团的振动频率变
化不大,具有明显的特征性。即各基团有其自已特征的吸收 谱带
基团频率受分子中其余部分影响较濉有特征性,可用于鉴别
基团,
6、各种可能的振动形式(以甲基和亚甲基为例)。
同一基团的振动同形式 峰不 位不同
关联峰
7、影响红外光谱吸收频率的因素
4、优点:灵敏度高、波数准确、重复性好
5、基本概念
吸收峰的位置(峰位)
即振动能级跃迁所吸收的红外线的波长或波数。
基频峰 是分子吸收光子后从一个能基跃迁到相邻的
高一能基产生的吸收。
倍频峰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。为弱吸收。
和频峰 是在两个以上基频峰波数之和或差处出现的
1000
450.0
日常管理 1、电源通电15分能量就能达到最高,开机30分即可
测试样品,减少开关机次数,下班后关机切断电源。 2、控制空气湿度,特别夏天,致少每周开机几小时,
如天天使用,即使空气湿度大,对仪器也不会造成 影响。 3、红外光谱仪除样品舱外,其余部分为密闭体系, 并安装有干燥剂除湿,要经常观察干燥剂的颜色, 及时处理和更换失效的干燥剂。样品舱中放干燥剂, 并经常于120 ℃ 干燥,放至室温后放入样品舱。 4、发束器和检测器最容易损坏,由于含有溴化钾或 碘化铯结晶最怕潮气,一定要保持光学部分的干燥 剂处于有效状态。分束器不要轻易取出,光学台定 期用干燥的氮气或空气吹扫
常见故障的处理
1、干涉仪不扫描,不出现干涉图
计算机与红外通讯失败 分束器没固定好或已坏 控制电路板损坏 电源输出电压不正常 室温太高或太低 He-NE激光器不亮或能量太低 软件出现问题
2、干涉图能量太低
分束器出现裂缝 光路没有准直好 光源能量太低
3、干涉图能量溢出
光阑孔径太小 检测器损坏 各种红外反射镜太脏
红外样品的制备
固体样品: 压片法 、糊状法 、溶液法 、 薄膜法
液体样品的制备:溶液法、成膜法 气体样品的制备:充入气体样品槽。
药品检验中最常见为固体样品压片法
摆动的 凹面镜
检测器
干涉图谱 计算机
解析
M1
还原
I
II
M2
光学系统
红外谱图
BS
D
迈克逊干涉仪
干涉图
单、双及多色光的干涉示意图
单色光 单色光
二色光 多色光
3、FTIR光谱仪的优点
光学部件简单,只有一个动镜在实验中运动, 不易磨损。 测量波长范围宽,其波长范围可达到 45000~6cm-1 精度高,光通量大,所有频率同时测量,检测 灵敏度高。 扫描速度快,可作快速反应动力学研究,并可 与GC、LC联用。 杂散光不影响检测。 对温度湿度要求不高。
透射光强减弱,记录百分透过率T%(或吸光度)对波
数或波长的曲线,即为红外光谱。
2、红外光谱的表示方法:
透光率是红外透过样品光强与红外透过背景光强的比值,用 百分数表示,吸光度是T的负对数。一般科学论文中以吸光度 表示。
~
波数与波长换算公式: (cm 1)10 4/(m)
光谱图的表示方法:等分法、分裂法(2000cm-1, 2200cm-1、1000 cm-1) 图谱处理:基线校正,校正背景漂移100%、扣除背景(药典 法)、通过计算消除水峰。平滑降供低噪声改善形状等
苯衍生
物 的 泛 2000-1650

强峰。是判断酮、醛、酸、酯及酸酐的 特征吸收峰,其中酸酐因振动偶合而具 有双峰。 峰较弱(对称性较高)。在 1600 和 1500 附近有 2-4 个峰(苯环骨架振动),用于 识别分子中是否有芳环。 C-H 面外、C=C 面内变形振动,很弱, 但很特征(可用于取代类型的表征)。
4000---2000 cm –1允许误差± 8cm-1 ,2000 cm –1 以下± 4cm-1
80.0 75 70 65 60 55 50 45 40
%T 35 30 25 20 15 10 5 0.0 3500.0
3400
7个峰
3081.99 3059.90
3200
3001.60 2924.51
指纹区(可分为两个区)
单、双键伸缩振动 (不含氢)
1800-900
C-O(1300-1000) C-(N、F、P),P-O,Si-O
面内外弯曲振动
900-650
用于顺反式结构、 取代类型的确定
基频峰分布图
9、红外光谱的吸收强度
•峰强度可用很强(vs)、强(s)、中 (m)、弱(w)、很弱(vw)等来表示。
4、红外光谱仪的保养和维护
仪器安装:
电源:220V,火、零、地三相电源,并安装磁力启动 器。如无规范的地线应单独安装,要求接地良好,电 阻在1 Ω , 以下最好配稳压电源。
环境:温度17--27℃ ,相对湿度50%左右,湿度太低 易产生静电,太高仪器部件易损。注意防尘,地面不 宜铺地毯并与化学实验室分开,防止卤化物进入。
3000
1745.03 1870.44
1802.62 1942.95
1583.25
841.75
1154.56
1328.47
1181.54
965.32
1372.06
1069.30
907.04
1601.36
1452.68 1493.07
2000
CM-1
1500
1028.48
701.00 757.49
540.30
诱导效应(吸电效应)使振动频率移向高波数区
吸电 , 性 双 , 键 K性
共轭效应: 使振动频率移向低波数区
共轭效电 应子 使离域, , 双 K键 性
❖ 氢键效应:使伸缩频率降低(OH,COOH,NH2,H2O等)分子内外
其强度增加但峰形变宽
❖ 杂化的影响:杂化轨道中s轨道成分↑,
键能↑,键长↓,υ↑(如苯环C-H,大于3000cm-1)
影响基本振动跃迁的波数或频率(基团频率)的直接
因素为化学键力常数 k 和原子质量。 k 大,化学键的振动波数高,如:
kCC(2222cm-1)>kC=C(1667cm-1)>kC-C(1429cm-1) 质量m大,化学键的振动波数低,如:
mC-C(1430cm-1)<mC-N(1330cm-1)<mC-O(1280cm-1)
倍频 分子振动转动 (常用区)
分子转动 跃迁类型
4、特点
1、药典所说的红外区实为中红外(振动 区)(2.5~25 m、4000~400/cm-1),是分子吸 收能量产生的振动能级的跃迁,所产生的振动 光谱。
2、红外光谱(IR) ,是确定分子组成和结构 的有力工具。主要用于化合物鉴定及分子结构 表征,亦可用于定量分析。 (与NMR、UV、 MS并称四大光谱) 3、根据光谱中吸收峰的强度、位置和形状, 可确定分子中包含哪些基团(官能团)。
不同的样品采用不同的制样技术,同一样品 采用不同的制样技术,可能会得到不同的光 谱
要得到一张高质量的光谱图,除优良的仪器, 选用合适的制样方法,制样技术和技巧也非 常重要。可能相同的样品,采用相同的制样 方法,不同的实验者制备的样品测定的光谱 差别很大。
正己酸在液态和气态的红外光谱 a 蒸气(134℃)b 液体(室温)
键 RCCH
2100-2140
及 RCCR’ 2196-2260
R=R’则无红外吸收

2240-2260
分子中有 N,H,C,峰
积 CN
(非共轭) 强且锐;

2220-2230
有 O 则弱,离基团越近

(共轭) 则越弱。
双键伸缩振动区(1900~1200cm-1)
C=O 1900-1650
C=OC 1680-1620
红外光谱以T~或T~ 来表示,苯酚的红外光谱。
T(%)
3、红外光区划分
红外光谱
(0.75~1000m)
近红外(泛频)
(0.75~2.5 m)
13158~4000/cm-1
中红外(振动区)
(2.5~25 m)
4000~400/cm-1
远红外(转动区)
(25-1000 m)
400~10/cm-1
分区及波长范围
X-H伸缩振动区:4000-2500cm-1
O-H N-H
C-H
3650~3200 3500~3100
3000 左右
醇、酚、酸等
3650~3580 低浓度(峰形尖锐)
3400~3200 高浓度(强宽峰)
胺、酰胺等,可干扰 O-H 峰
饱和(3000 以下)与不饱和(3000 以上)
饱和-C-H
-CH3(2960,2870)
实验台应结实、牢靠,防止长期放置产生变形弯曲, 仪器后留一定空间,离墙壁0.5米以上
验收:
仪器的最高分辨率(红外仪最重要指标,一般 测量水汽光谱吸收峰半高宽)。
仪器的信噪比(透射率光谱100%线峰-峰值)
稳定性和基线的倾斜程度(4cm-1分辨率测 100%线,10min测1次测6次)
波数的准确性和重复性(聚苯乙烯薄膜)
大于18%
3025.61
2849.53
3000 CM-1
2800
2600
0139 0.013
0.012
0.011
0.010
0.009
0.008
0.007
0.006
0.005
0.004
0.003
0.002
0.001
0.000
0.001
0.002
0.003
0.004
0050
3996.8
3600
3200
❖ 分子互变结构 C=0
C-OH 成盐
❖ 空间效应 空间位阻 成环,张力↑ υ ↓,位阻 υ ↑
❖ 费米共振 峰距离加大
❖ 样品所处物态(液态、固态)
a 蒸气(134℃) b 液体(室温) 正己酸在液态和气态的红外光谱
8、特征区与指纹区
特征区:4000~1250cm-1的高频区 ➢ 包含H的各种单键、双键和三键的伸缩振动及面内弯曲
红外光谱测定注意事项 及定性分析
红外光谱基本概念 傅立叶红外光谱仪 样品制备及注意事项 定性分析
一、红外光谱基本概念
1、红外光谱
又称分子振动转动光谱,属分子吸收光谱。样品受 到频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变化,使 振-转能级从基态跃迁到激发态,相应于这些区域的
10、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。分子对称度高,振动偶极矩
小,产生的谱带就弱;如C=C,C-C因对称度高,其振动峰
强度小;而C=X,C-X,因对称性低,其振动峰强度就大。
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π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。 氢键使参与形成氢键的化学键伸缩振动吸收显著增加。
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