第三章 红外光谱法2--本科生

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红外光谱(IR)分析

红外光谱(IR)分析

4. 空间效应: (1)环状化合物的环张力效应:环张力越大,羰 基C=O频率越高。 环张力 四元环 五元环 六元环 (2)空间位阻效应:空间位阻使羰基与双键之间 的共轭受限制,故使C=O频率增高。 5. 氢键效应:氢键的形成,通常可使伸缩振动 频 率向低波数方向移动。
6. 振动偶合效应:当两个基团靠得很近时,产 生振动相互作用,使吸收峰发生分裂。
第三章 红 外 吸 收 光 谱 法
Infrared Absorption Spectrometry
§1 关于红外光谱
红外光谱在可见光区域微波区之间,其波长范 围约为0.75~1000m。
分为三个区: ◆近红外区 0.75~2.5m; ◆中红外区 2.5~25 m; ◆远红外区 25~1000 m
若分子由N个原子组成,则 需3N个坐标(自由度)确定N个原子位置; 分子自由度总数=平动、振动、转动自由度 总和 故 3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度 即 振动自由度=3N-(平度自由度+转动自由度) 问题:怎样确定一个分子的平动自由度和 转动自由度?
(1) 平动自由度:分子的质心可沿x、y、z三 个坐标轴方向移动,故平动自由度=3。
2. 共轭效应(C效应):该效应使共轭体系具有 共平面性,电子云密度平均化,造成双键略有 伸长,单键略有缩短。故双键的吸收峰频率向 低波数方向移动。
例. C=O C=O 1715 cm-1 1685~1665 cm-1
3. 中介效应(M效应): 例. C=O 在1680cm-1附近。 若用诱导效应看,则电负性大的N原子应使 C=O键力常数增加,吸收峰位应大于1715cm-1; 但实际情况相反,这是因中介效应造成的。 即N原子上的孤对电子与C=O的电子发生重 叠(p- 共轭),使电子云密度平均化,造成C=O 键力常数降低,故使吸收峰频率移向低波数。

第3章红外光谱法1共26页文档

第3章红外光谱法1共26页文档
2020/4/16
二、红外光谱法的特点 1、任何气态、液态和固态样品均可进行测定; 2、红外光谱可用来鉴定未知物的分子结构或确定其 化学基团; 3、样品用量少。
2020/4/16
§3-2 红外光谱法的基本原理 一、产生红外吸收的条件 1. 振动的偶极距必须发生变化
首先我们介绍一下偶极距的概念: 分子是由原子构成的,如果组成一个分子的原子的电负性不 同,此分子将表现出极性,如HCl,由于H与Cl的电负性不同, H带部分正电荷,Cl带部分负电荷。HCl的一端显“+”,一端 显“-”,在物理学上这种状态称为偶极子。 分子极性的大小,用偶极距描述,如HCl
H带正电荷+q,Cl带负电荷-q,两 原子中心距离为d,则偶极距为:
=qd
2020/4/16
当偶极子处在电磁辐射的电磁场中时,该电场做周期性反转, 偶极子将经受交替的作用力。如下图:
-
+
-
+
+
+
+
+




+
-
+
-
偶极子具有一定的原有振动频率,当辐射的频率与偶极子原 有频率匹配时,分子振动在电场作用下被加强,分子由低能 态跃向高能态。此时分子振动幅度增大,偶极距发生变化。 辐射能通过电场将能量传给分子,自身光强减弱,从宏观上 讲分子产生了吸收,致使光强减弱。
1 En(n 2)h ν n0,12 , 3 , .....
n为振动量子数
在常温下,绝大多数分子处于基态(n=0),接受能量后跃迁到 第一振动激发态(n=1),此时跃迁能差为
E(11)h(01)hh
2
2
吸收光子的能量为ha ,则 E= hν=ha

第三章红外光谱IR

第三章红外光谱IR

烷烃吸收峰
正己烷的红外光谱图
2,2,4-三甲基戊烷的红外光谱图
2、不饱和烃
• 烯烃 • 炔烃 • 芳香烃
2、1 烯烃 烯烃双键的特征吸收
影响双键碳碳伸缩振动吸收的因素
• 对称性:对称性越高,吸收强度越低。 • 与吸电子基团相连,振动波数下降,吸
收强度增加。 • 取代基的质量效应:双键上的氢被氘取
代后,波数下降10-20厘米-1。质量效应 • 共轭效应:使波数下降约30厘米-1 。
1-己烯的红外光谱图
~3060cm-1: 烯烃C—H伸缩振动;~1820:910cm-1倍频; ~1650cm-1: C=C伸缩振动;~995,905cm-1: C=CH2 非平面摇摆振动
顺式和反式2,2,5,5-四甲基己烯红外光谱 a 顺式 b 反式
v~
=
1
——
K
2C M
M = m1 m2 m1 + m2
双原子分子红外吸收的频率决定于折合质量和键力常数。
C-H C-C C-O C-Cl C-Br C-I
-1 cm
3000
1200 1100
800
550
500
v cm-1
力常数/g.s-2
CC 2200~2100
12~18105
C=C 1680~1620
C-H面外弯曲振动吸收峰位置(cm-1) 670
770-730,710-690 770-735
810-750,710-690 833-810
780-760,745-705 885-870,825-805 865-810,730-675
810-800 850-840 870-855
870
各类取代苯的倍频吸收和面外弯曲振动吸收

有机波谱解析-第三章_红外光谱

有机波谱解析-第三章_红外光谱

由于红外光谱吸收强度受狭缝宽度、温度和溶剂等因素影 响,故不易精确测定,在实际分析中,只是通过与羰基等强吸 收峰对比来定性研究。
谱带强度与振动时偶极矩变化有关,偶极矩变化愈 基团极性 大,谱带强度愈大;偶极矩不发生变化,谱带强度为0, 即为红外非活性。 电子效应
红外吸收强度 偶极距变化幅度 振动偶合
伸缩振动(
as
)两种形式。
弯曲振动:原子垂直于化学键方向的运动。又可以分
它们还可以细分为摇摆、卷曲等振动形式。
为面内弯曲振动()和面外弯曲振动( )两种形式,
+和-表示垂直于纸面方向的前后振动。
亚甲基的振动形式
三、分子振动与红外吸收峰的关系
理论上具有特定频率的每一种振动都能吸收相应 频率的红外光,在光谱图对应位臵上出现一个吸收 峰。实际上,因种种原因分子振动的数目与谱图中
纵坐标为: 百分透过率(%) 横坐标为: 波长(µ m)或波 数(cm-1)。
环戊烷
也可用文字形式表示为:2955cm-1(s)为CH2的反对称伸缩振动 (υasCH2),2870cm-1(m)为CH2的对称伸缩振动(υsCH2) 1458cm-1(m) 为CH2的面内弯曲振动(δ面内CH2),895cm-1(m)为CH2的面外弯曲振动 (面外CH2)
诱导效应大于共轭效应, C=O 蓝移至 1735 cm-1
三、空间效应
(1)空间位阻 破坏共轭体系的共平面性,使共
轭效应减弱,双键的振动频率蓝移(增大)。
CH(CH3)2 O O O
CH3 CH3
CH3 CH(CH3)2
CH3
1663cm-1
1686cm-1
1693cm-1
(2)环的张力:环的大小影响环上有关基 团的频率。

第三章 红外吸收光谱-2

第三章 红外吸收光谱-2

氢键区 叁键区 双键区 C≡C C-H C=C 伸缩 C≡N O-H C=O 振动 N-H 苯 ν C-H ——C-H键的伸缩振动 δC-H ——C-H键的弯曲振动
一、氢键区:4000~2500cm-1
X-H 伸缩振动吸收范围。X代表O、N、C、 S, 对应醇、酚、羧酸、胺、亚胺、炔烃、烯 烃、芳烃 及饱和烃类的 O-H、N-H、C-H 伸缩振动。 1. O-H
3000
2000
-CC-H ~2120 ~1370 ~1550 -NO2 >C=O ~1715 C=C ~1630
1000
游离OH ~3600 缔合OH ~3300
-NH2 3300~ 3500 -NHR C=C-H
COOH ~3000 -SH 2600~2550 -CHO 2820,2720
C-O-C 1300~1020 苯 指 纹 区
OH伸缩: NH伸缩: CH伸缩: 3200-3650cm-1 3300-3500cm-1 3000cm-1
饱和<的CH: <3000cm-1
不饱和C的CH:>3000cm-1
醛基的CH:
二、叁键区(2500-2000 cm-1)
叁键、累积双键(-C≡C-、-C≡N、 >C=C=C<、 -N=C=O、-N=C=S) 谱带为中等强度吸收或弱吸收。 干扰少,容易识别。
770~730cm-1 vs 710~690cm-1 s 5个相邻H
770~735cm-1 4个相邻H 900~860cm-1 810~750cm-1 725~680cm-1 3个相邻H 860~800cm-1 2个相邻H
vs m vs m vs
退 回
-(CH2)n- 平面摇摆δ
n≥4

IR-1第三章红外光谱-波谱分析课程

IR-1第三章红外光谱-波谱分析课程
光栅型分辨率:0.2cm-1重现性好 扫描速度快(<0.1s),可作快速反应动力学研究
, 并可与GC、LC联用。色散型:只能观测较窄的扫 描 一次需8、15、30s等。 杂散光不影响检测。 对温度湿度要求不高。 光学部件简单,不易磨损。
3.3 试样的处理和制备
3.3a 红外光谱法对试样的要求
薄膜法
高分子化合物可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。
4 基团频率和特征吸收
1. 基团频率区和指纹区 2. 红外光谱的区域划分 3. 影响基团频率的因素
4.1基团频率区和指纹区 指纹区:1300 cm-1-600 cm-1
基团频率区 (官能团区或 特征区)
试样:液体、固体或气体
1 试样
– 单一组份的纯物质:纯度>95%或符合商业规格,便于与 纯物质的标准光谱进行对照
– 多组份混合试样:测定前先用分馏、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
A-2 试样中不应含水分: 水有红外吸收(3500及 1640cm-1),严重干扰谱图;腐蚀吸收池的盐窗。
转动能级
△ E电子 △ E振动 △ E转动 红外吸收光谱由分子振动-转动能级跃迁引起的
1.2 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,
1.3 红外光谱的测定过程
当样品受到频率连续变化的红外光照射时,分子 吸收了某些频率的辐射,并由其振动或转动运动 引起瞬时偶极矩的变化,产生分子振动和转动能 级从基态到激发态的跃迁,使相应吸收红外光区域 的透射光强度减弱。记录百分透射率与波数(或 波长)关系曲线,就得到红外光谱。

红外光谱_2

红外光谱_2


振动能 小
能级差 (eV) 1-20
0.05-1
吸收的辐射能 光谱
可见光和紫外 电子光 谱
11 中红外区
振动光
三、红外吸收产生的原理
辐射 分子振动能级跃迁 红外光谱 官能团 分子结构 分子的振动所需的能量远大于分子的转动所需的 能量,因此对应的红外吸收频率也有差异:
远红外区:波长长,能量低,对应分子的转动吸收
一个整体,其运动状态可分为平动、 f总=f振+f平+f转=3N
转动、振动三类。分子总自由度应
该等于平动、转动和振动自由度的 f振=3N -f平-f转
总和,即:
26
三、红外吸收产生的原理
每一种振动形式都会产生一个基频峰,即一个 多原子分子所产生的基频峰的数目应该等于分子所 具有的振动形式的数目。无论是线形分子还是非线 形分子其平动的自由度都等于3。
2
dx 则 m d t2 = - kx(1)
c c
1k
v = 2π m
(3)
x = A cos (2π v t + Ф) (2) 1k
用波数表示 = 2πc m
(波数)与K成 正比; 与原子质量成反比
对双原子分子来说,约合质量
m1 m2 μ=
代替m: =
m1+m2
1 2πc
k μ
发生振动能级跃迁需要的能量的大小取决于键两端原
样品吸收红外辐射的主要原因是: 分子中的化学键
因此, IR可用于鉴别化合物中的化学键类型,可 对分子结构进行推测。既适用于结晶质物质,也 适用于非晶质物质。 应用:有机化合物的结构解析 定性:基团的特征吸收频率 定理:特征峰的强度
6
二、红外光区的划分

第三章 红外光谱法--本科生

第三章 红外光谱法--本科生

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. 必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能 产生红外吸收光谱。
4 吸收谱带的强度
红外光谱的吸收带强度即可用于定量分析,也是 化合物定性分析的重要依据。 基态分子中的很小一部分,吸收某种频率的红外 光,产生振动的能级跃迁而处于激发态。激发态分子 通过与周围基态分子的碰撞等原因,损失能量而回到 基态,它们之间形成动态平衡。跃迁过程中激发态分 子占总分子的百分数,称为跃迁几率,谱带的强度即 跃迁几率的量度。跃迁几率与振动过程中偶极矩的变 化(△μ)有关,△μ越大,跃迁几率越大,谱带强度 越强。
特征区(官能团区)分为三个区域:
(2)2500~1900 为叁键和累积双键区。 主要包括-CC、 -CN等等叁键的伸缩振动,以及-C =C=C、C=C=O等累积双键的不对称性伸缩振动。 对于炔烃类化合物,可以分成R-CCH和R-C C-R两种类型, RCCH的伸缩振动出现在2100~2140 cm-1附近; R-C C-R出现在 2190~2260 cm-1附近;-C N基的 伸缩振动在非共轭的情况下出现在 2240~2260 cm-1附近。当与不饱和键或芳香核共轭时,该峰位移到 2220~2230 cm-1附近。
k /N.cm
7.7 6.4
折合质量μ :μ ↓,(v)↑,红外吸收信号将出现在 高波数区。
v
振 σ
1 k 2 c
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)
v
v
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
结论:
产生红外光谱的必要条件是:

2013923第三章红外答案

2013923第三章红外答案
4、在红外光谱中,将基团在振动过程中有 偶极矩变化的称为,相反则
称为。红外活性,非红外活性。
5、基团-OH与-NH,-C三N与-C三CH,-C=C-与-C=N-的伸缩振动频率范围分别就是.
-1 -1 -1
cm,cm,cm。4000—2500(3000)、2500—2000、2000—
1500
6C=O与C=C键的伸缩振动谱带,强度大的就是。C=O
-1
cm、
8、 下列化合物在IR谱的1720cm1左右有强吸收峰的就是()
A、丙烷B、丙烯C、 丙炔D丙酮
9、线性分子的自由度为:
A3N-5 B: 3N-6 C: 3N+5 D: 3N+6
10、某化合物在3000-2500cm1有散而宽的峰,其可能为:
A有机酸B、醛C、醇D、醚
11、
12、
F列化合物的VC=C的频率最大的就是
、:-H
A、B、一C=C-C、•D—O-H
4、下面四种气体,不吸收红外光的就是:
A、H2OB CC2C HCID N2
5、某种化合物,其红外光谱上3000-2800cm-1,1460 cm-1,1375 cm-1与720cm-1等
处有主要吸收带,该化合物可能就是o
A、烷烃;B、烯烃;C、炔烃;D、芳烃;E、羟基化合物。
&分子不具有红外活性的者,必须就是:()
A:分子的偶极矩为零B:分子没有振动C:非极性分子
D:分子振动时没有偶极矩变化
7、 有一含氧化合物,如用红外光谱判断就是否为羰基化合物,重要依据的谱带范 围为o
A3500-3200cm-1; B、1500-1300 cm1; C、1000-650 cm1; D 1950-1650

红外光谱法——精选推荐

红外光谱法——精选推荐

第三章红外光谱法3.1 引言红外光谱属于分子光谱,分子光谱是四大谱学之一。

红外光谱和核磁共振光谱,质谱,紫外光谱一样,是鉴别化合物和确定物质分子结构的常用手段之一。

红外光谱分析技术的优点之一是应用范围非常广泛,可以说,对于任何样品,只要样品的量足够多,都可以得到一张红外光谱。

对固体,液体或气体样品,对单一组分的纯净物和多组分的混合物都可以用红外光谱法测定。

对于不同的样品要采用不同的红外制样技术。

对于同一样品,也可以采用不同的制样技术。

采用不同的制样技术测试同一样品时,可能会得到不同的光谱。

因此,要根据测试目的和测试要求采用合适的制样方法,这样才能得到准确可靠的测试数据。

对单一组分或混合物中各组分也可以进行定量分析,尤其是对于一些较难分离并在紫外,可见光区找不到明显特征峰的样品也可以方便,迅速地完成定量分析。

3.2 方法原理红外吸收光谱分析方法主要是依据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息进行测定。

3.2.1 双原子分子的红外吸收频率分子振动可以看作是分子中的原子以平衡点为中心,以很小的振幅做周期性的振动。

这种分子振动的模型可以用经典的方法来模拟,化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧,m1和m2分别代表两个小球的质量,即两个原子的质量,弹簧的长度就是分子化学键的长度。

上式中,ν是频率,Hz;к是化学键的力常数,g/s2; μ是原子的折合质量。

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。

表某些键的伸缩力常数(毫达因/埃)键类型—C≡C —> —C =C —> —C — C —力常数15 ~ 17 9.5 ~ 9.9 4.5 ~ 5.6峰位 4.5μm 6.0 μm 7.0 μm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。

一般说来,单键的к=4×105~6×105 g/s2; 双键的к=8×105~12×105 g/s2;三键的к=12×105~20×105 g/s2。

红外光谱

红外光谱

• (2). 空间障碍(空间位阻)
3.空间效应
• (3)环张力:环外双键和环上羰基随着 环的张力增加,其频率也相应增加。
4.氢键
• 分子内氢键:使谱带大幅度向低频方向移动。
4.氢键 乙醇在不同浓度下分子间氢键的影响
4.氢键
分子间氢键: 使OH基的伸缩振动吸收发生位移
5. 互变异构
6.振动偶合效应
研究。但由于该光区能量弱,除非其它波长区间内没有合适的
分析谱带,一般不在此范围内进行分析。
3.1 概述

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。
第三章 红外光谱
郭海明 河南师范大学
3.1 概述
发展史
1800年英国的天文学家willam在测定太阳光内外的温度 效应时,发现了红外光的存在。
1903年(103年以后)找到了红外光的检测方法,红外光
与物质之间的内在关系得以发展。 1930年红外光开始应用于化合物结构的研究,至今广泛 地用于化合物的定性分析、定量分析、化学动力学研究, 已经成为化学工作者不可缺少的分析工具。
2.振动方程式(Hooke定律)
化学
键长
键能
力常数
波数范围

C―C
(nm)
0.154
(KJ mol-1)
347.3
k(N.cm-1)
4.5
(cm-1)
700~1200

红外光谱-全ppt课件

红外光谱-全ppt课件
1905年科伯伦茨发表了128种有机和无机化合物的 红外光谱,红外光谱与分子结构间的特定联系才被确 认。
到1930年前后,随着量子理论的提出和发展,红 外光谱的研究得到了全面深入的开展,并且测得大量 物质的红外光谱。
1947年第一台实用的双光束自动记录的红外分光光 度计问世。这是一台以棱镜作为色散元件的第一代红外 分光光度计。
较高频率。
C-H弯曲振动:1475-1300 cm-1 ,甲基的对称变形 振动出现在1375 cm-1处 ,对于异丙基和叔丁基,
吸收峰发生分裂。
亚甲基平面摇摆:800-720cm-1对判断-(CH2)n-的碳
链长度有用, n>4 725,
n=3 729-726,
n=2 743-734, n=1 785-770
H
H
H
υ C=C υ =C H
1645cm-1 3017cm-1
1610cm-1 3040cm-1
1565cm-1 3060cm-1
精选课件
21
氢键效应(X-H):
形成氢键使电子云密度平均化(缔合态),使体系 能量下降,基团伸缩振动频率降低,其强度增加但峰形 变宽。
如: 羧酸 RCOOH (RCOOH)2
(5)所需样品用量少,且可以回收。红外光谱分析一次 用样量约1~5mg,有时甚至可以只用几十微克。
精选课件
5
红外光谱基本原理
化学键的振动与频率:
双原子分子中化学键的振动可按谐振子处理。
m1
m2
用虎克定律来表示振动频率、原子质量和键力常数之间的关系:
υ= 1 2
若用波数取代振动频率,则有下式:
μ为折合原子量
μ=
M1M2 M1 M2

第3章红外光谱法

第3章红外光谱法

Rayleigh散射:
激发虚态
弹性碰撞;无能
E1 + h0
h(0 - )
量交换,仅改变方向
Raman散射:
h0
非弹性碰撞;方
向改变且有能量交换 E1
E0 + h0
h0 h0 V=1
h0 +
E0
V=0
Rayleigh散射
Raman散射
h
E0基态, E1振动激发态; E0 + h0 , E1 + h0 激发虚态;
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。
14.06.2019
分析化学研究所
第8页
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
弯曲振动
亚甲基
14.06.2019
亚甲基
分析化学研究所
第9页
伸缩振动
甲基的振动形式
弯曲振动
对称 υ s(CH3) 2870 ㎝-1
频峰
14.06.2019
分析化学研究所
第13页
官能团区和指纹区
• 官能团区 4000~1300cm-1是基团伸缩振动出现的区域,对鉴定 基团很有价值
• 指纹区 1300~600cm-1是单键振动和因变形振动产生的复杂光 谱区,当分子结构稍有不同时,该区的吸收就有细微 的差异,对于区别结构类似的化合物很有帮助。
共轭效应:使共轭体系中的电子云密度平均化,使双键略有伸 长,因此,双键的吸收频率向低波数方向位移。
中介效应:当含有孤对电子的原子(如:O, N, S等)与具有多 重键的原子相连时,也可起类似的共轭作用,使吸收频率向低 波数方向位移。

第三章 红外吸收光谱完整版本ppt课件

第三章 红外吸收光谱完整版本ppt课件

解析完后,进行验证,不饱和度与计 算值是否相符,性质与文献值是否一致, 与标准图谱进行验证
谱图对照应注意:所用的仪器在分辨 率和精确度一致;测定的条件一致;杂质 引进的吸收带应仅可能避免。
.
三、红外光谱解析实例C8H16
例一:未知物分子式为C8H16,其红外图谱如 下图所示,试推其结构。
.
解:由其分子式可计算出该化合物不饱和度为1, 即该化合物具有一个烯基或一个环。
C C 2100
H 763 ,694(双峰)
CO 1638 C(C 芳环)1597 ,1495 ,1445
.

解:
U
2
29
1
7
7
可能含有苯环
2
1638cm1强吸收 为 CO 3270cm1有吸收 NH 1132353123003300ccccmmmm( ( 1111吸强 强收) ) C N含 含NHCCCH 13023608ccmm11 为CH H 1597 ,1495 和 1445cm(1 三峰) 为 C(C 芳环) 763 和 694cm(1 双峰) 为 H(单取代)
❖ 3387、3366 cm-1 :NH2的伸缩振动; ❖ 1624 cm-1 : NH2弯曲振动; ❖ 1274 cm-1 :C-N伸缩振动;
❖综合上述信息及分子式,可知该化合物为:
邻苯二胺
.
图谱解析实例 例1 某化合物,测得分子式为C8H8O,其红外
光谱如下图所示,试推测其结构式。
C8H8O红外光谱图
1查找基团时先否定以逐步缩小范围2在解析特征吸收峰时要注意其它基团吸收峰的干扰3350和1640cm1处出现的吸收峰可能为样品中水的吸收3吸收峰往往不可能全部解析特别是指纹区4掌握主要基团的特征吸收

红外光谱法

红外光谱法


指纹区:波数在1330~667cm-1(波长7.5~15μm) 的区域称为指纹区。 在该区域中各种官能团的特征频率缺乏鲜明的特征性。 在指纹区包括有单键的伸缩振动及变形振动所产生的复 杂光谱。当分子结构稍有不同时,该区的吸收就有细微 的差异,而且峰带非常密集,犹如人的指纹,故称指纹 区。因此,可以利用分子结构上的微小变化所引起的指 纹区内光谱的明显变化来确定有机化合物的结构。
2、特征峰与相关峰
红外吸收光谱具有极强的特征性。在含有许多原子基团 的复杂分子中,这种特征性与各类型化学键振动的特征相 关联。组成分子的各种原子基团都有自己的特征红外吸收 的频率范围和吸收峰,称这些能用于鉴定原子基团存在并 有较高强度的吸收峰为特征峰,其相应的频率称为特征频 率或基团频率。 对于一个基团来说,除了有特征峰之外,还有一些其它 振动形式的吸收峰。将这些相互依存及可相互佐证的吸收 峰称为相关峰。 在实际分析中,由于样品中含有多种原子基团,并相互 影响,给分析带来一定的难度。此时用一组相关峰鉴别其 团的存在显得尤为重要。
带强度较弱。
2、偶极矩的影响 由量子力学得出,吸收系数与偶极矩变化量(Δμ)的平 方成正比,即ε(Δμ)2。而Δμ又与分子或基团的偶极矩、 分子的对称性及振动形式等有关。
§2.3 化合物基团频率及特征吸收峰
一、红外吸收光谱中的常用术语
1、基频峰与泛频峰
基频峰:其分子的振动能级从基态(V0)跃迁到第一激发态(V1) 跃迁几率大,故强度也大。 泛频峰 倍频峰: 从基态跃迁至第二、第三激发态时所产 生的吸收峰。由于振动能级间隔不等距, 所以倍频不是基频的整数倍。 组频峰:一种频率红外光,同时被两个振动所吸 收即光的能量由于两种振动能级跃迁。 泛频峰:因不符合跃迁选律,发生的几率很小,显示为弱峰。

第三章 红外吸收光谱法

第三章 红外吸收光谱法

因此,并非所有的振动都会产 生红外吸收,只有发生偶极矩变化 (△≠0)的振动才能引起可观测 的红外吸收光谱,该分子称之为红 外活性的; △=0的分子振动不能 产生红外振动吸收,称为非红外活 性的。
当一定频率的红外光照射分 子时,如果分子中某个基团的振 动频率和它一致,二者就会产生 共振,此时光的能量通过分子偶 极矩的变化而传递给分子,这个 基团就吸收一定频率的红外光, 产生振动跃迁。
2 辐射与物质间有相互偶合作用,为了满足这个 条件,分子振动时其偶极炬必须发生变化(保证 红外光的能量能传递给分子)。
分子由于构成它的各原子的电负性的不同, 也显示不同的极性,称为偶极子。通常用分子的 偶极矩()来描述分子极性的大小。
分子的偶极距是分子中正、负电荷中心的距离 (r)与正、负电荷中心所带电荷(δ)的乘积, 它是分子极性大小的一种表示方法。
第一节 红外光谱法基本原理
一、概述
1. 红外光谱
红外光谱是是一种分子 光谱,是分子中基团的 振动和转动能级跃迁产 生的吸收光谱。也称分 子的振动光谱或振转光 谱。
E1 υ
υ υ
2
3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1 0 3 2 1 0
J J J
1
0
J
E0
分子振动吸收光谱
分子转动吸收光谱
但由于在分子的振动跃迁过程中也常常伴随转动跃迁, 使振动光谱呈带状。所以分子的红外光谱属带状光谱。
种。
但对于直线型分子,若贯
穿所有原子的轴是在x方向,
则整个分子只能绕y、z轴转
动,因此,直线性分子的振
动形式为(3n-5)种。
例如:三个原子的非线性分子H2O,有3个振动自由度。
红外光谱图中对应出现三个吸收峰, 3650cm-1,1595cm-1,3750cm-1。

第三章红外光谱分析法(波普分析)

第三章红外光谱分析法(波普分析)

第三章红外光谱分析法紫外-可见吸收光谱常用于研究具有共轭体系的有机化合物,而红外吸收谱则主要研究在振动中伴随偶极矩变化的化合物。

通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度,反映了分子结构上的特点,可用以鉴定未知物结构组成或确定其化学基团。

由于红外光谱分析特征性强,对气体、液体、固体均可分析,是鉴定有机化合物的最常用的方法之一。

常用的范围是400 - 4000cm-1。

一、红外吸收光谱的基本原理红外吸收光谱产生应满足两个条件:(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。

分子在振动过程中必须有瞬间偶极矩的改变。

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。

非对称分子:有偶极矩,红外活性。

分子的振动可近似看为一些用弹簧连接的小球的运动。

分子的振动能级(量子化): E振=(V+1/2)hnV:化学键的振动频率;n:振动量子数。

任意两个相邻的能级间的能量差为:K化学键的力常数,与键能和键长有关, m为双原子的折合质量 m =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。

多原子分子的振动多原子分子的振动较双原子分子振动复杂得多。

其振动的基本类型有伸缩振动(ν)和弯曲振动(δ)两大类。

伸缩振动是指原子沿键轴方向伸缩,使键长发生周期性变化的振动。

由于振动偶合作用,3个原子以上的基团还可分为对称伸缩振动和不对称伸缩振动,表示为ν对称和ν不对称。

弯曲振动又叫变形或变角振动,指基团键角发生周期性变化的振动。

弯曲振动的力常数较小,因此常出现在低频区。

红外吸收峰的强度主要取决于吸收过程中偶极矩的变化。

变化越大,吸收越强。

通常两个原子的电负性相差越大,吸收越强。

如C=O吸收峰是大多数红外谱图中吸收最强的峰。

二、基团频率与特征吸收峰组成分子的各个基团均有其特定的红外吸收区域。

根据化学健的性质,可将其分为四个区:4000 - 2500 cm-1 氢键区;2500 - 2000 cm-1 参键区;2000 - 1500 cm-1 双键区;1500 - 1000 cm-1 单键区。

有机波谱分析课件第三章++红外光谱

有机波谱分析课件第三章++红外光谱

影响吸收峰数目的因素:
吸收峰减少原因:没有偶极矩变化的振动不产生红外吸 收;吸收频率相同,简并为一个吸收峰;有时频率接近, 仪器分辨不出,表现为一个吸收峰;有些吸收程度太弱, 仪器检测不出;有些吸收频率超出了仪器的检测范围。
吸收峰增多原因:产生倍频峰( 0 2、 3) 和组频峰(各种振动间相互作用而形成)——统称泛频; 振动偶合—相邻的两个基团相互振动偶合使峰数目增多; 费米共振—当倍频或组合频与某基频峰位相近时,由于相 互作用产生强吸收带或发生峰的分裂,这种倍频峰或组频 峰与基频峰之间的偶合称为费米共振
(一)红外吸收光谱仪主要部件
红外光谱主要部件有:光源、样品池、单色器、检测器、 放大记录系统
根据红外吸收光谱仪的结构和工作原理不同可分为:色散 型红外吸收光谱仪和傅立叶变换红外吸收光谱仪(FI-IR)
1、光源
能发射高强度连续红外辐射的物质,常采用惰性固体作光源
能斯特灯—由锆、钇、铈或钍的氧化物 特点:发射强度大,尤其在高于1000cm-1的区域;稳定
可测定固、液、气态样品:
气态:将气态样品注入抽成真空的气体样品池 液态:液体样品可滴在可拆池两窗之间形成薄的液膜或将 液体样品注入液体吸收池中 固态:1~2mg 固体样品 + 100~200 mg KBr 研磨混 匀后 压成 1mm 厚的薄片
用于测定红外光谱的样品有较高的纯度(>98%),样 品中不应含有水分
有机结构分析课件
第三章 红外光谱
化学化工学院: 裴 强
QQ: 23403960;Tel: 15937681641 E-mail: peiqiang_6@
学习要求:
1、了解红外光谱的一般原理 2、了解红外光谱的特点及实验方法 3、掌握官能团的吸收波数与结构的关系 4、掌握红外光谱解析的步骤、熟练运用红外光 谱解析有机分子结构
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3.5.2 试样的处理和制备
要获得一张高质量红外光谱图,除了仪器本身的因素外, 还必须有良好的红外光谱测定技术。红外光谱测定技术分为 两类。 一类是指检测方法 如透射、衰减全反射、漫反射、 光声及红外发射等。 通常测定的都是透射光谱 一类是指制样技术 采用的制样技术主要有压片法、 糊法、膜法、溶液法、衰减全反射 和气体吸收池法等。
应用红外光谱进行定性分析的一般过程:
(1)试样的分离和精制 (2)了解试样来源及性质
计算不饱和度U的经验式为:
U =1+n4+1/2(n3-n1)
式中n1, n3, 和n4分别为分子式中 一价,三价和四价
原子的数目。通常规定双键(C=C、C=O)和饱和 环状结构的不饱和度为1,三键(C≡C、C≡N等) 的不饱和度为2,苯环的不饱和度为4(可理解为 一个环加三个双键)。链状饱和烃的不饱和度为零。
示例

水分子——非线性分子
F 3 3 6 3
吸收谱带的强度
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=0,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。
固体试样
(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。 (4) 衰减全发射法(ATR) 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。
1 928cm-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。
R
C O
R
C O
R
C O
1 665cm-1
1 715cm-1
1 680cm-1
(iii)中介效应(M效应)。当含有孤对 电子的原子(O、N、S等)与具有多重键 的原子相连时,也可起类似的共轭作用, 成为中介效应。例如,酰胺、酯
举例:
例1:由元素分析某化合物的分子式为C4H6O2,测 得红外光谱如图2.16,试推测其结构。
解: 由分子式计算不饱和度U = 4-6/2+1= 2 特征区:3 070cm-1有弱的不饱和C—H伸缩振动吸收, 与1 650cm-1的vc=c 谱带对应表明有烯键存在,谱带较 弱,是被极化了的烯键。 1 765cm-1强吸收谱带表明有羰基存在,结合最强吸收 谱带1 230cm-1和1 140cm-1的C-O-C吸收应为酯基。 这个化合物属不饱和酯,根据分子式有如下结构: (1) CH2=CH-COO-CH3 丙烯酸甲酯 (2) Biblioteka H3-COO-CH=CH2 醋酸乙烯酯
红外光谱法对试样的要求
红外光谱的试样可以是液体、固体或气体,一般应要求:
(1)单一组份的纯物质,纯度应>98%或符合药典规格 (多组分抗生素不列入红外光谱鉴别) (2)试样应适当干燥。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。
吸收峰的数量与振动的自由度有关。振动的自由度 指分子独立的振动数目或基本的振动数目.
分子自由度 平动自由度 转动自由度 振动自由度 3N
分子振动自由度 3N (平动自由度 转动自由度)
非线性分子: 3N 6 F
线性分子: 3N 5 F
• • •
注: 振动自由度反映吸收峰数量 并非每个振动都产生基频峰 吸收峰数常少于振动自由度数
R C O
1 650cm-1
NH2
R
C O
OR'
1 735cm-1
(2)氢键的影响
氢键的形成使电子云密度平均化,从而使伸缩 振动频率降低。
O......H RCOOH (游离) R C O H......O O C R(二聚体)
1 760cm-1
1 700cm-1
(3)振动偶合
当两个振动频率相同或相近的基团相邻并具有一公共 原子时,由于一个键的振动通过公共原子使另一个键 的长度发生改变,产生一个“微扰”,从而形成了强 烈的振动相互作用。其结果是使振动频率发生变化, 一个向高频移动,一个向低频移动,谱带裂分。
红外光谱的吸收强度一般定性地用很强(vs)、强(s)、中(m)、 弱(w)和很弱(vw)等表示。
3.4 影响基团频率位移的因素
1 外部因素 试样状态、测定条件的不同及溶剂极性的影响等 外部因素都会引起频率位移。一般气态时C=O伸缩振 动频率最高,非极性溶剂的稀溶液次之,而液态或固 态的振动频率最低。 同一化合物的气态和液态光谱或固态光谱有较大 的差异,因此在查阅标准图谱时,要注意试样状态及 制样方法等。
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NaCl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 0.01~1mm。 (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,有CCl4 、 CCl3 、CS2、C6H12等。
2 内部因素
1)电子效应 (i)诱导效应(I效应)。由于取代基具有不同的电 负性,通过静电诱导作用,引起分子中电子分布的 变化,从而改变了键力常数,使基团的特征频率发 生位移。
δ-
O
O R' R C Cl Cl
O C Cl F
O C F
R
C
δ
+
1 715cm-1
1 800cm-1
1 828cm-1
FTIR光谱仪具有以下优点:
a 光学部件简单,只有一个动镜在实验中转动, 不易磨损。 b 测量范围宽,其波数范围可达到45 000~6cm-1 c 精度高,光通量大,所有频率同时测量,检 测灵敏度高。 d 扫描速度快,可作快速反应动力学研究,并 可与气相色谱GC、液相色谱LC联用。 e 杂散光不影响检测。
测量操作注意事项



环境条件:红外实验室的室温应控制在15~30℃,相对 湿度应小于65%,适当通风换气,以避免积聚过量的二 氧化碳和有机溶剂蒸汽。 采用压片法时,以溴化钾最常用。若供试品为盐酸盐, 可比较氯化钾压片和溴化钾压片法的光谱,若二者没有 区别,则使用溴化钾。 供试品研磨应适度,通常以粒度2~5μ m为宜。供试品过 度研磨有时会导致晶格结构的破坏或晶型的转化。 压片模具及液体吸收池等红外附件,使用完后应及时擦 拭干净,必要时清洗,保存在干燥器中,以免锈蚀。



3.5 红外光谱仪及样品制备技术
3.5.1红外光谱仪
分为色散型和付里叶变换型两种。
1.色散型红外光谱仪
3.5 红外光谱仪及样品制备技术
2.Fourier变换红外光谱仪(FTIR)
红外光谱仪
Fourier变换红外光谱仪的特点:
(1)扫描速度极快 (2)具有很高的分辨率
(3)灵敏度高
指纹区 a 作为化合物含有什么基团的旁证,指纹区许多吸收 峰都是特征区吸收峰的相关峰。 b 确定化合物的细微结构
总的图谱解析可归纳为:先特征,后指纹;先最 强峰,后次强峰;先粗查,后细找;先否定,后肯定。 一抓一组相关峰。光谱解析先从特征区第一强峰入手, 确认可能的归属,然后找出与第一强峰相关的峰。第 一强峰确认后,再依次解析特征区第二强峰、第三强 峰,方法同上。对于简单的光谱,一般解析一、两组 相关峰即可确定未知物的分子结构。对于复杂化合物 的光谱由于官能团的相互影响,解析困难,可粗略解 析后,查对标准光谱或进行综合光谱解析。
O R R C O C O
~1 820cm-1
O R R C O C O
~1 760cm-1
(4)Fermi共振
当一振动的倍频与另一振动的基频接近时,由 于发生相互作用而产生很强的吸收峰或发生裂 分,这种现象叫Fermi共振。
COCI
1 773cm-1和1 736 cm-1出现两个C=O吸收峰。
3.5 红外光谱仪及样品制备技术
固体试样
(1)压片法 将1~2mg试样与200mg纯KBr研细均匀,置于模具 中,用(5~10)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。 (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。
3.6 红外吸收光谱法的应用
1 定性分析
红外光谱对有机化合物的定性分析具有鲜明的特征性。因为 每一化合物都具有特征的红外吸收光谱,其谱带数目、位置、形 状、和相对强度均随化合物及其聚集态的不同而不同,因此根据 化合物的光谱,就像辨认人的指纹一样,确定化合物或其官能团 是否存在。 红外光谱定性分析,大致可分为官能团定性和结构分析两个 方面。官能团定性是根据化合物的红外光谱的特征基团频率来检 定物质含有哪些基团,从而确定有关化合物的类别。结构分析或 称结构剖析,则需要由化合物的红外光谱并结合其它实验资料 (如相对分子量、物理常数、紫外光谱、核磁共振波谱、质谱等) 来推断有关化合物的化学结构。
这两种结构的烯键都受到邻近基团的极化,吸收强度较高。
普通酯的vC=O在1 745cm-1附近,结构(1)由于共轭效应vC=O频 率较低,估计在1700cm-1左右,且甲基的对称变形振动频率在1 440cm-1处,与谱图不符。谱图的特点与结构(2)一致,vC=O频 率较高以及甲基对称变形振动吸收向低频位移(1 365cm-1), 强度增加,表明有CH3COC-结构单元。vsC-O-C升高至1 140cm-1 处。且强度增加,表明不饱和酯。 指纹区:δ=CH 出现在955和880cm-1,由于烯键受到极化,比正 常的乙烯基δ=CH位置(990和910cm-1)稍低。 由上图谱分析,化合物的结构为(2),可与标准图谱对照
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