红外研究方法

红外光谱使用的电磁波
类型 近红外 中红外 远红外
波长? (? m) 0.75 ～ 2.5 2.5 ～ 25 25 ～ 830
波数 (cm-1) 13300 ～ 4000
4000 ～ 400 400 ～ 12
研究对象
分子振动的泛频吸收
分子振动的基频吸收
转动能级跃迁、重原 子团或化学键的振动 光谱及晶格振动光谱
第三代干涉型傅立叶变换红外光谱仪投入使用
FTS-14 型傅立叶变换红外光谱仪 美国Digilab 公司在1969 年开始生产 是最早商业化和完全由计算机控制傅立叶变换红外光谱仪
Nicolet 红外光谱仪
傅立叶红外光谱仪特点
? 具有快速、高信噪比和高分辨率等特点 ? 催生了许多新技术，例如步进扫描、时间分辨和
红外光谱
（FTIR）
电磁波与光谱
辐射 X射线 紫外-可见 红外
微波 无线电波
分子运动 内层电子跃迁 外层电子跃迁
振动跃迁 转动跃迁 自旋跃迁 核自旋跃迁
光谱类型
X射线谱
紫外-可见光谱 红外光谱 拉曼光谱 转动光谱 顺磁共振 核磁共振
分子振动光谱
红外光谱 拉曼光谱
对 偶极矩 变化敏感 鉴定官能团
对 极化率 变化敏感 提供高聚物的骨架特征
百分透过率 T%＝I/I0×100%
A：吸光度 T%：百分透过率 I0：入射光强 I：透射光强
? ：波长，? m
，cm-1
红外光谱
1. 红外光谱的基本原理 2. 影响官能团特征振动频率的因素 3. 红外光谱的分区 4. 常见聚合物的红外光谱 5. 红外光谱仪器 6. 红外光谱样品的制备方法 7. 计算机辅助技术 8. 红外光谱的解析技巧 9. 红外光谱的应用 10.其他红外光谱技术
红外光谱的发展
1666 年牛顿证明一束白光可分为 一系列不同颜色的可见光
1800年，W. Herschel 发现可见光区域红色末端之外还有 看不见的其他辐射区域存在，其次是这种辐射能够产生热
1881, Abney 和Festing 第一次将红外线用于分子结构研究, Hilger 光谱仪拍下了46个有机液体的从0.7到1.2微米区域的红外吸收 光谱。由于这种仪器检测器的限制，所能够记录下的光谱波 长范围十分有限。
X-H键伸缩振动频率
B－H
2400
Al－H
1750
C－H
2900
Si－H
2150
Ge－H
2070
Sn－H
1850
N－H
3400
P－H
2350
As－H
2150
Sb－H
1890
O－H
3600
S－H
2570
Se－H
2300
F－H
4000
Cl－H
2890
Br－H
2650
I－H
2310
氘代的影响
H
H
H
H
H
红外成像等
红外光谱
1. 红外光谱的基本原理 2. 影响官能团特征振动频率的因素 3. 红外光谱的分区 4. 常见聚合物的红外光谱 5. 红外光谱仪器 6. 红外光谱样品的制备方法 7. 计算机辅助技术 8. 红外光谱的解析技巧 9. 红外光谱的应用 10.其他红外光谱技术
源自文库
1. 红外光谱的基本原理
1.1 多原子分子的振动方式与谱带
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伸缩振动 ? 对称伸缩振动 ?s 不对称伸缩振动 ?as
弯曲振动 ?
面内剪式弯曲振动 ? 面外剪式弯曲振动 ? 面内摇摆弯曲振动 ? 面外摇摆弯曲振动 ?
多原子分子的红外吸收谱带
V2
V1
V0 ? 基频：V0? V1的跃迁 ? 倍频：V0? V2的跃迁 ? 组合频：两个或多个基频频率之和或之差
2. 影响官能团特征吸收频率的因素
CH OH NH CH
H
红外光谱的分区
影响官能团特征吸收频率的因素
2.1 键力常数和原子质量的影响 2.2 电子效应 2.3 氢键 2.4 空间效应 2.5 物态的影响 2.6 浓度的影响
2.1 化学键的力常数和原子质量的影响
：波数 k：化学键的力常数 C：光速 μ ：折合质量 m1, m2：原子质量
3610cm-1 OH
1622cm-1 2843cm-1 (宽) O OH
O 1673cm-1
O 1675cm-1
2.4 空间效应
① 环的张力
波数(C=O)： 1716 1745 1775 1850
发明测辐射热仪
1889，Angstrem首次证实尽管CO和CO2都是由碳原子和氧原子组成， 但因为是不同的气体分子而具有不同的红外光谱图。这个试 验最根本的意义在于它表明了红外吸收产生的根源是分子而 不是原子。
1892，Julius发表了20多种有机化合物的红外光谱，发现凡是含甲基 的物质在3.45? m（3000cm-1）处都有吸收。第一次将分子的 结构特征和光谱吸收峰的位置直接联系起来。
? 振动偶合：当两个或两个以上的基团连接在分子中同一 个原子上时，其振动吸收带常常发生裂分，形成双峰。
? 费米共振：当强度很弱的倍频带或组频带位于某一强 基频吸收带附近时，弱的倍频带或组频带和基频带之 间发生偶合，产生费米共振。
C? COCl
1.2 红外吸收的产生条件
? ? E＝ E激－E基＝ h ?
1905，科伯伦茨发表了128种化合物的红外光谱
1930，全面深入研究了红外光谱，研究了基频谱带的归属
第一代以棱镜做色散原件的商品化红外光谱仪问世
Elmer 21 双光束红外光谱议 美国Perkin-Elmer 公司1950 开始制造 是最早期商业化生产的双光束红外光谱议
1960，第二代以光栅做色散原件的红外光谱仪投入使用；开发 了红外全反射装置、红外显微镜、红外偏振光等附件； 应用了计算机
H
D
D
D
D
D
D
2.2 电子效应
分子中成键电子云分布发生变化而引起
① 诱导效应 电负性取代基使双键的双键性增强
C=O波数随X的变化
X基 波数(cm-1)
R'
H OR'
1715 1730 1740
Cl F 1800 1850
2.3 氢键
氢键使谱峰向低波数方向移动，谱峰同时加宽、变强
1676cm -1 O
? 分子振动中偶极矩发生变化
? ＝q×r
? ：偶极矩 q：负电荷量的大小 r：正负电荷中心距离
C＝O、O－H、N－H O－O、N－N、 O＝C＝O
O CO
不对称伸缩振动，2349cm? 1
OCO
对称伸缩振动，无红外吸收
OCO
O CO
弯曲振动，667cm? 1
1.3 红外谱图的表示
吸光度 A＝lg(I0/I) A = lg I0 /I = ? c l