材料测试与研究方法 第三章 红外吸收光谱

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红外光谱(IR)分析copy

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与红外光谱比较,Raman光谱用于有机化合 物分析有一定优点。
∗因Raman光谱与红外光谱的选择定则不同,
对红外吸收很弱的C≡C、C=C、C-S、S-S等 键的伸缩振动及其它对称振动,都有很强的 Raman散射光。
∗拉曼光谱的另一大优点是不要求样品具有
光透性,可以很容易地得到浑浊样品的拉曼光 谱。 Raman光谱制样简单,很多情况下样品不 需处理,粉、块、薄膜状的固体、液态、溶 液及溶液中的沉淀物均可直接得到散射光谱。 特别是FI-Raman光谱可用作合适的非破 坏现场测试方法,在有机化合物、高分子材 料、医学、文物保护和生物分子研究中的应用 具有其独到之处。
∗特别重要的是:可用水作溶剂。(水是弱的散射
体)因此有利于生物分子、络合物、水污染等问题 的研究。 水分子是一种极性分子,有十分明显的红外吸收 谱带,要得到含水样品的红外吸收光谱却很困难。 相反,水分子的拉曼光谱信号很弱,可以较容易 地得到含水样品的拉曼光谱。因此,拉曼光谱可被 广泛地用于研究含水分的生物体系中,作为一种鉴 别物质结构的分析测试手段。
(问题:键力常数K还表明了红外谱峰位置与什 么因素有密切的关系?)
1-2 多原子分子的振动 在多原子分子中,由于组成原子数目多,以 及分子中原子排布情况不同,故多原子分子的 振动光谱远比双原子分子复杂得多。
1-4 影响峰位变化的因素 虽然基团吸收峰的频率主要由原子的质量和 原子的力常数决定,但基团的特征吸收峰并不 能固定在一个频率位置上,而是在一定范围内 波动。 (为什么?) 分子内部结构和外部环境的改变都可使其频 率发生改变。
4. 空间效应: (1)环状化合物的环张力效应:环张力越大,羰 基νC=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νC=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。

红外吸收光谱法

红外吸收光谱法

).未知物结构的测定 ( 2 ).未知物结构的测定
基本方法: 基本方法:图谱解析 测绘样品的红外谱图 分析吸收峰的位置、形状、强度等要素 分析吸收峰的位置、形状、 确定分子中所含的基团或化学键 推断分子的结构
步骤1 步骤1: 准备工作 了解样品的来源、制备过程、外观、 了解样品的来源、制备过程、外观、 纯度、 纯度、经元素分析后确定的化学式以及熔 沸点、溶解性质等物理性质, 点、沸点、溶解性质等物理性质,取得对 样品有个初步的认识或判断
特点 光谱来源:分子振动和转动; 光谱来源:分子振动和转动; 样品:气态、液态、固态样品; 样品:气态、液态、固态样品; 应用:结构分析。 应用:结构分析。
一、
红外吸收光谱法的基本原理
1、红外光谱(IR)的产生 、红外光谱 的产生 样品受到的红外光照 射时, 射时,分子吸收其中 一些频率的辐射, 一些频率的辐射,发 生振-转能级的跃迁, 生振-转能级的跃迁, 分子的偶极矩发生变 即得红外光谱。 化,即得红外光谱。
3. 单色器
组成:色散元件、准直镜和狭缝。 组成:色散元件、准直镜和狭缝。 棱镜: 单晶。 棱镜:LiF、CaF2、NaF、KBr单晶。 、 、 单晶 光栅:可用几个光栅组合。 光栅:可用几个光栅组合。
三、
红外光谱法的应用
1
).已知物的鉴定 ( 1 ).已知物的鉴定 ).未知物结构的测定 ( 2 ).未知物结构的测定
二、色散型红外光谱仪
与紫外可见分光光度计对比 基本组成部件相似: 均有光源、吸收池、 基本组成部件相似: 均有光源、吸收池、单 相似 色器、检测器等。 色器、检测器等。 每个部件的结构、材料和性能不同: 每个部件的结构、材料和性能不同: 不同 如光源、吸收池等。 如光源、吸收池等。

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。

材料测试与研究方法 第三章 红外吸收光谱概论

材料测试与研究方法 第三章 红外吸收光谱概论

(3)共轭效应:当双键之间以一个单键相连时, 双键电子发生共轭而离域(即共轭体系中电子云 密度平均化),降低了双键的力常数,从而使双 键的伸缩振动频率降低,但吸收强度提高。
2、空间效应 (1)空间障碍:指分子中的大基团产生的位阻作用,
迫使邻近基团间的键角变小或共轭体系之间单键键 角偏转,使基团的振动频率和峰形发生变化。
双原子分子的势能曲线
根据量子力学观点,作谐振动粒子的波动方程是薛
定谔波动方程: E振
(V
1 )h
2
h
2
K (V 1 ) m2
(V=0,1,2…..为振动量子数)
量子化是粒子波动性的产物。
假如双原子分子的振动满足量子化条件,则能级跃迁的能量差:
E01
h
2
K (1 1 ) h
m 2 4
K h
m 2
诱导效应是沿化学键直接作用的,与分子的空间结构无关。
(2)中介效应:氧、氮和硫等原子有孤电子对,能与 相邻的不饱和基团共轭,为了与双键的π电子云共 轭相区分,称其为中介效应(M)。
此效应能使不饱和基团的振动频率降低,而自身连接 的化学键振动频率升高。
电负性弱的原子,孤对电子容易共出去,中介效应大; 反之中介效应小。
1)]
根据振动特点,可将化合物分为以下两种类型:
♫振动过程中分子的偶极矩变化平行于分子轴,服从ΔJ=±1的 选律;
♫振动过程中分子的偶极矩变化垂直分子轴,其选律服从 ΔJ=0,±1…..。
第三节 红外光谱与分子结构的关系
一、分子的振动形式
对称伸缩振动(νs表示) 伸缩振动(键长变化) 非对称伸缩振动(νas表示)
ν为振动频率,A为投影常数。
对(4)式求导得到

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

2013923第三章 红外答案

2013923第三章 红外答案

第三章红外光谱一、名词解释基频峰、倍频峰、费米共振、特征频率区、指纹区基频峰:当分子吸收一定频率的红外线后,振动能级从基态(V)跃迁到第一激发态(V1)时所产生的吸收峰,称为基频峰。

倍频峰:如果振动能级从从基态(V0)跃迁到第二激发态(V2)、第三激发态(V3)……所产生的吸收峰称为倍频峰。

费米共振:当一振动的倍频(或组频)与另一振动的基频吸收峰接近时,由于发生相互作用而产生很强的吸收峰或发生裂分,这种倍频(或组频)与基频峰之间的振动偶合称费米共振。

特征频率区:特征谱带区有机化合物的分子中一些主要官能团的特征吸收多发生在红外区域的 4000~1500cm-2 。

该区域吸收峰比较稀疏, 容易辨认, 故通常把该区域叫特征谱带区。

红外光谱指纹区:红外吸收光谱上 1500~40Ocm-1的低频区, 通常称为,在核指纹区。

该区域中出现的谱带主要就是 C-X (X=C,N s O) 单键的伸缩振动以及各种弯曲振动对与确认有机化合物时用处很大。

二、填空1、红外光谱的产生就是由于------------------。

化学键的振动与转动跃迁。

2、红外光谱产生的条件就是-----------------------------、--------------------------------------------------。

红外光谱产生的条件就是辐射的能量满足跃迁所需能量,辐射引起偶极矩的变化。

3、红外光谱中影响基团频率位移的因素有外部因素与内部因素,内部因素主要有、、等。

此外,振动耦合、费米共振等也会使振动频率位移。

外部因素(样品的状态等)、电子效应(诱导效应、共轭效应与偶极场效应)、空间效应、氢键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≡N与-C≡CH,-C=C-与-C=N-的伸缩振动频率范围分别就是cm-1, cm-1, cm-1。

红外吸收光谱法

红外吸收光谱法
因为KBr和样品分子中的HCl会发 生阴离子交换,使测得的谱带发生很 大的变化。对于分子式中含有HCl的化 合物应该采用氯化钾压片法。
红外光谱图测定
• 药典规定,压片时,若样品(包括盐酸盐) 与溴化钾之间不发生离子交换反应,则采 用溴化钾作为制片基质。否则,盐酸盐样 品制片时必须使用氯化钾作为制片基质。
所不同的是,氟油研磨法得到的光谱 只能观测1300cm-1以上的光谱区间,在 1300cm-1以下会出现非常强的C-F吸 收峰。
所谓氟油,就是全氟代石蜡油,石蜡 油中的 H 全部被 F 所取代。
石蜡油和氟油
糊法制备红外样品采用石蜡油和氟油可 以得到互补。 氟油在1300cm-1以上没有吸收谱带,而 石蜡油在1300cm-1以下没有吸收谱带(除 了在720cm-1出现一个弱的吸收峰以外)。 石蜡油研磨法和氟油研磨法相比,石蜡 油研磨法在中红外应用的更多些。
• 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:近红外光区 (0.75 ~ 2.5µm ),中红外光区(2.5 ~ 25µm ), 远红外光区(25 ~ 1000µm )。
• 由于中红外光谱应用最为成熟、简单,而且目前 已积累了该区大量的数据资料,是应用极为广泛 的光谱区。
• 由于样品的晶型问题,可能导致样品图谱 与标准图谱不同,应采取下列方法进行处 理:
• ①按照标准图谱中该品种备注方法进行预 处理后,再绘制图谱进行对比;
• ②如无预处理方法,使用对照品和样品用 同样溶剂和方法重结晶,再绘制图谱进行 对比。
中国药典2005年版附录Ⅳ 红外分光光度法的规定
• (4)绘制的红外光谱图是以波数(cm-1)为横 座标,以透光率(T%)为纵坐标。

第三章-红外吸收光谱分析

第三章-红外吸收光谱分析

第三章红外吸收光谱分析3.1概述3.1.1红外吸收光谱的基本原理红外吸收光谱法又称为分子振动转动光谱,属于分子光谱的范畴,是有机物结构分析的重要方法之一。

当一定频率的红外光照射分子时,若分子中某个基团的振动频率和红外辐射的频率一致,两者产生共振,光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子,该基团就吸收了这个频率的红外光,产生振动能级跃迁;如果红外辐射的频率和分子中各基团的振动能级不一致,该频率的红外光将不被吸收。

如果用频率连续变化的红外光照射某试样,分子将吸收某些频率的辐射,引起对应区域辐射强度的减弱,用仪器以吸收曲线的形式记录下来,就得到该试样的红外吸收光谱,稀溶液谱带的吸光度遵守Lambert-Beer定律。

图3-1为正辛烷的红外吸收光谱。

红外谱图中的纵坐标为吸收强度,通常用透过率或吸光度表示,横坐标以波数或波长表示,两者互为倒数。

图中的各个吸收谱带表示相应基团的振动频率。

各种化合物分子结构不同,分子中各个基团的振动频率不同。

其红外吸收光谱也不同,利用这一特性,可进行有机化合物的结构分析、定性鉴定和定量分析。

图3-1 正辛烷的红外光谱图几乎所有的有机和无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一些同系物外,结构不同的两个化合物,它们的红外光谱一定不会相同。

吸收谱带出现的频率位置是由分子振动能级决定,可以用经典力学(牛顿力学)的简正振动理论来说明。

吸收谱带的强度则主要取决于振动过程中偶极矩的变化和能级跃迁的概率。

也就是说,红外光谱中,吸收谱带的位置、形状和强度反映了分子结构的特点,而吸收谱带的吸收强度和分子组成或官能团的含量有关。

因此,红外吸收光谱在化学领域中的应用,大体上可分为两个方面,即分子结构的基础研究和用于化学组成的分析。

首先,红外光谱可以研究分子的结构和化学键。

利用红外光谱法测定分子的键长和键角,以此推断出分子的立体构型;利用红外光谱法测定分子的力常数和分子对称性等,根据所得的力常数就可以知道化学键的强弱;由简正频率来计算热力学函数等等。

材料检测-红外与拉曼光谱

材料检测-红外与拉曼光谱

红外谱仪
• 色散型红外光谱仪 光源,吸收池,单色器和检测器以及数据记 录系统组成
• Fourier变换红外光谱仪 光源,吸收池,干涉仪和检测器以及数据记 录系统组成
红外光源
• 红外光谱的光源主要采用Nernst灯或硅碳棒。 • Nernst灯的工作温度为 1700度,其优点是发光强 度高,使用寿命长以及稳定性好。其缺点是价格 贵,机械强度差,操作复杂。 • 硅碳棒的工作温度在 1200-1500 度。其优点是在 低波数区的发光强度高,使用低波数范围可低致 200cm - 1 。此外,硅碳棒坚固,发光面积大,寿 命长。
基团频率
• 在红外光谱中,每种官能团均具有特征的 结构,因此也具有特定的吸收频率。 • 根据特征频率就可以对有机物的基团进行 鉴别。这也是红外光谱分析有机物结构的 依据。 • 在中红外中,把4000-1300波数范围称为基 团频率区,把1800-600波数称为指纹频率 区。
指纹区的应用
Compound: CwHx NyOz
红外光谱的划分
红外区域 近红外区 λ /μm 0.75-2.5 ν /cm-1 13158-4000 能级跃迁类型 OH 、 NH 及 CH 键 的倍频吸收 分子振动 分子转动
中红外区 远红外区
2.5-25 25-1000
4000-400 400-10
红外吸收原理
• 红外吸收的产生 分子内部具有振动和转动能级,当物质 被一束红外光线辐照时,只要红外光的能量 与能级跃迁的能级合适,在分子内部就可以 产生振动或转动跃迁,产生红外吸收。因此 其吸收的能量是量子化的,由跃迁的两个能 级决定。 • 振动能量E=(n+1/2)hν
Absorbance
Mr(s). XYZ
3400

第三章 红外和近红外光谱分析技术

第三章 红外和近红外光谱分析技术

4). 检测器及记录仪
红外光能量低,因此常用热电偶、测热辐射计、 热释电检测器和碲镉汞检测器等。
以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处: 1)需采用狭缝,光能量受到限制; 2)扫描速度慢,不适于动态分析及和其它仪 器联用; 3)不适于过强或过弱的吸收信号的分析。
2、傅立叶变换红外光谱仪 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:光源、迈克尔逊干涉仪、探测 器和计算机
(二)图谱分析 红外图谱主要用于物质定性分析。 1. 已知物的鉴定 将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱 图对照。 2. 未知物结构分析 如果化合物不是新物质,可将其红外谱图与标准 谱图对照(查对); 如果化合物为新物质,则须进行光谱解析,其步 骤为:
1)该化合物的信息收集:试样来源、熔点、 沸点、折光率、旋光率等; 2)不饱和度的计算: 通过元素分析得到该化合物的分子式,并 求出其不饱和度Ω。
条件二:辐射与物质之间必须有耦合作用: 振动过程中须有偶极距的改变才能吸收红 外辐射
• 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。
2)分子振动决定吸收峰
A.双原子分子振动 分子的两个原子以其平衡点为中心,以很小的振 幅(与核间距相比)作周期性“简谐”振动,其 振动可用经典刚性振动描述:
• 1690 cm-1:醛基-C=O伸缩振动吸收(1735 cm-1~1715cm-1,由于与苯环发生共轭向低频 率方向位移)。 • 2820 cm-1和2730 cm-1:醛基的C-H伸缩振动 (2820 cm-1和2720 cm-1)。 • 1465 cm-1和1395 cm-1:甲基的弯曲振动 (1460 cm-1和1380 cm-1)。 • 1260 cm-1和1030 cm-1:C-O-C反对称和对称伸 缩振动(1275 cm-1~1010 cm-1)。 • 由以上信息可知化合物的结构为

材料分析方法第三章_红外光谱剖析

材料分析方法第三章_红外光谱剖析
~3080cm-1: 烯烃C—H伸缩振动;~1820:910cm-1倍频; ~1650cm-1: C=C伸缩振动;~993,910cm-1: C=CH2 非平面摇摆振动
烯烃类型对=C-H的面外弯曲振动的影响
对判断烯烃类 型非常有用
烯烃类型
R1CH=CH2 R1R2C=CH2 R1CH=CHR2(顺) R1CH=CHR2(反) R1R2C=CHR3
(4)分析时间短。一般红外光谱做一个样可在10~30分钟 内完成。如果采用傅里叶变换红外光谱仪在一秒钟以内 就可完成扫描。为快速分析的动力学研究提供了十分有 用的工具。
(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。
IR光谱表示法: 横坐标为吸收波长(m),或吸收频率(波数
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。
到了六十年代,用光栅代替棱镜作分光器 的第二 代红外光谱仪投入了使用。这种计算机化的光栅为分光 部件的第二代红外分光光度计仍在应用。
七十年代后期,干涉型傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)投入了使用,这就是第三代红外分光光度计。
断烯烃的存在 , 苯环 C-H 大于3000
初步判断烯烃结构 的存在
影响碳碳双键伸缩振动吸收的因素
对称性:对称性越高,吸收强度越低。 取代基:与吸电子基团相连,振动波数下
降。 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。 共轭效应:使波数下降约30厘米-1 。
1-己烯的红外光谱图
吸收池和检测器
由于玻璃,石英等常规透明材料不能透过红外线, 因此红外吸收池必须采用特殊的透红外材料制作 如:NaCl,KBr,CsI,KRS-5等作为窗口。由于 该类材料均属于无机盐,很容易吸收水汽发生潮 解。固体粉体样品可以直接与KBr混合压片,直 接进行测定。

红外光谱法——精选推荐

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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。

实验三红外吸收光谱法

实验三红外吸收光谱法

红外光谱的产生与特征
红外光谱是由于分子振动和转动能级跃迁而产生的。当特 定波长的红外光与分子相互作用时,分子吸收光能并发生 振动和转动能级跃迁,导致透射光强度减弱,形成红外吸 收光谱。
红外光谱具有特征性,不同化学键或基团在特定波数范围 内有吸收峰,可用于推断分子结构和化学组成。
基团频率与分子结构的关系
误差分析与实验讨论
误差分析是实验结果可靠性的重要保障,需要 对实验过程中可能出现的误差进行详细分析。
误差来源可能包括仪器误差、样品不均匀、环 境因素等,需要采取相应措施减小误差对实验 结果的影响。
实验讨论部分需要对实验结果进行深入分析和 讨论,总结实验的优缺点,提出改进意见和建 议,为后续实验提供参考和借鉴。
样品处理
根据实验需求,对样品进 行适当处理,如干燥、研 磨、溶解等,以便于后续 操作。
样品制备
将处理后的样品制备成适 合测试的形态,如溶液、 薄膜等,以满足测试要求。
仪器准备与校准
仪器检查
确保仪器各部件完好,无 损坏,能够正常工作。
校准
根据仪器使用说明,对仪 器进行校准,确保测试结 果的准确性。
参数设置
基团频率是指特定化学键或基团在红 外光谱中出现的波数范围。基团频率 与分子结构密切相关,不同基团具有 不同的振动频率和吸收峰位置。
通过分析基团频率和峰形特征,可以 推断出分子中的化学键类型、键长、 键角等信息,从而了解分子的结构特 征和性质。
03
实验步骤
样品制备
01
02
03
样品选择
选择具有代表性的样品, 确保样品纯净度高、无杂 质。
根据实验需求,设置合适 的测试参数,如扫描范围 Nhomakorabea 分辨率等。

第三章 红外吸收光谱分析-4.

第三章 红外吸收光谱分析-4.

H C CH2
练习: C8H7N,确定结构
解:1) =1-(1-7)/2+8=6
2)峰归属 3)可能的结构
H3C
CN
第三章 红外吸收光谱分析
3.5 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,还必须有合适的样品 制备方法。
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:
如用计算机谱图检索,则采用相似度来判别。 使用文献上的谱图应当注意试样的物态、结晶
状态、溶剂、测定条件以及所用仪器类型均应 与标准谱图相同。
未知物结构的测定
测定未知物的结构,是红外光谱法定性分析 的一个重要用途。如果未知物不是新化合物,可 以通过两种方式利用标准谱图进行查对:
(1)查阅标准谱图的谱带索引,与寻找试样 光谱吸收带相同的标准谱图;
如果样品为新化合物,则需要结合紫外、质谱、核磁等
数据,才能决定所提的结构是否正确。
几种标准谱图
(1)萨特勒(Sadtler)标准红外光谱图 (2)Aldrich红外谱图库 (3)Sigma Fourier红外光谱图库
练习: 推测C8H8纯液体
解:1) =1-8/2+8=5
2)峰归属 3)可能的结构
谱图解析步骤-确定未知物的不饱和度
=0: 表示分子是饱和的,应是链状烃及 其不含双键的衍生物。
=1: 可能有一个双键或脂环; =2: 可能有 两个双键和脂环,也可能有
一个叁键; =4: 可能有一个苯环等。
谱图解析步骤-官能团分析
根据官能团的初步分析可以排除一部分 结构的可能性,肯定某些可能存在的结构, 并初步可以推测化合物的类别。

红外反射吸收光谱

红外反射吸收光谱

VS
光的波动方程描述了光在传播过程中 振幅和相位的变化,以及光与物质相 互作用时发生的干涉和衍射现象。这 些现象在红外反射吸收光谱的测量中 具有重要的应用价值。
光的反射与吸收
当光遇到物质表面时,一部分光会被反射,另一部分光会被 吸收。反射和吸收的程度取决于物质的性质和光的波长。在 红外反射吸收光谱中,主要关注的是被吸收的光,因为物质 的吸收特性与其内部的分子结构和化学键有关。
不同波长的红外光具有不同的能量,而能量 决定了光与物质相互作用的方式和程度。在 红外反射吸收光谱中,选择适当的波长范围 对于获得有意义的测量结果至关重要。
03 红外反射吸收光谱实验技 术
样品制备
01
02
03
样品选择与处理
选择具有代表性的样品, 确保样品纯净、无杂质, 并进行必要的研磨和干燥 处理。
在红外反射吸收光谱中,不同的化学键和分子结构具有不同的振动和转动频率。通过测量和分析反射吸收光谱,可以推断出 物质中存在的特定化学键和分子结构,进而了解物质的性质和组成。
红外光的波长与能量
红外光是指波长在可见光和微波之间 的电磁波,通常用于光谱学研究。在 红外反射吸收光谱中,使用的红外光 的波长范围通常在2.5-20微米之间。
陶瓷和玻璃材料分析
通过红外光谱可以了解陶瓷和玻璃材料的组成和结构。
复合材料研究
红外光谱可以用于研究复合材料的组成、结构和相容 性等方面。
05 红外反射吸收光谱的未来 发展与挑战
新技术与新方法的发展
新型探测器技术
利用高灵敏度、高分辨率的红外探测器,提高光 谱分辨率和测量精度。
光谱成像技术
结合光学成像和光谱技术,实现样品表面的快速、 无损检测。
原理
当红外光照射到物质表面时,部分光会被反射,部分光会被吸收。不同物质对 不同波长的红外光有不同的吸收和反射特性,因此通过测量反射和吸收的光谱, 可以推断出物质的成分和结构。

红外吸收光谱法课件PPT

红外吸收光谱法课件PPT

02 红外吸收光谱仪的组成与 操作
红外吸收光谱仪的组成
01
02
03
04
光源
发射特定波长的红外光,为样 品提供能量。
干涉仪
将红外光分成两束,分别经过 样品和参比,再合并形成干涉

检测器
检测干涉后的红外光,转换为 电信号。
数据处理系统
处理检测器输出的电信号,生 成红外吸收光谱。
红外吸收光谱仪的操作流程
多光谱融合
将红外光谱与其他光谱技 术进行融合,实现多维度、 多角度的物质成分和结构 分析。
云平台与大数据
利用云平台和大数据技术, 实现红外光谱数据的共享、 挖掘和分析,推动科研合 作与成果转化。
感谢您的观看
THANKS
检查部件
定期检查仪器各部件是否正常 工作,如光源、干涉仪、检测 器等。
定期校准
为保证测试结果的准确性,应 定期对仪器进行校准。
数据备份
对测试结果进行备份,以防数 据丢失。
03 红外吸收光谱法的实验技 术
样品的制备与处理
样品制备
将待测物质研磨成粉末,以便更 好地分散在测试介质中。
样品处理
根据实验需求,对样品进行纯化 、干燥等预处理,以消除干扰因 素。
用于检测大气和水体中 的污染物,如挥发性有 机化合物、重金属等。
用于研究生物大分子的 结构和功能,如蛋白质、
核酸等。
红外吸收光谱法的历史与发展
历史
红外吸收光谱法自19世纪中叶被发现以来,经历了多个发展阶段,不断完善和 改进。
发展
随着仪器的改进和计算机技术的发展,红外吸收光谱法的应用范围不断扩大, 分析精度和灵敏度也不断提高。未来,红外吸收光谱法将继续在各个领域发挥 重要作用。

红外光谱1

红外光谱1
差频峰:当吸收峰与发射峰相重叠时产生的 峰,频率为 1-2。 泛频峰可以观察到,但很弱,可提供分子 的“指纹”。
条件二:辐射与物质之间必须有耦合作用,使偶极矩
发生变化
电场
无偶极矩变化
磁场
无红外吸收
红外吸收
偶极矩变化
交变磁场
分子固有振动

a
(能级跃迁)
对称分子:无偶极矩变化,辐射不能引起共振,无红外 活性。如:N2、O2、Cl2 等。 非对称分子:有偶极矩变化(△≠0),有红外活性。
倍频吸收
分子振动转动 (常用区)
分子转动 跃迁类型
近红外光区(0.75~2.5 m): 低能电子跃迁、含氢原子团(如O-H、N-H、C-H)伸缩振动的倍 频吸收等产生。用于研究稀土和其它过渡金属离子的化合物,并 适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量 分析; 中红外光区(2.5 ~ 25µ ) : m 基频吸收带,吸收最强,最适于定性和定量分析,应用极为广泛。 通常,中红外光谱法又简称为红外光谱法。波数范围是4000 ~ 400 cm-1 ; 远红外光区 ( 25 ~ 1000µ ) : m 由气体分子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁、液体和固体中重原 子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动 所引起的。 适宜异构体的研究。还能用于金属有机化合物(包括 络合物)、氢键、吸附现象的研究。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。
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

红外光谱材料分析与测试技术作业-PPT

红外光谱材料分析与测试技术作业-PPT
故 线性分子得振动自由度= 3n-5 非线性分子得振动自由度= 3n-6
例:水分子(非线性分子) 振动自由度数=3 ×3 -6 =3
红外谱图上得峰数往往少于基本振动得数目。原因: (1)红外非活性振动:分子偶极距不发生变化 (2)峰得简并:振动频率完全相同,吸收带重合 (3)峰得掩盖:宽而强得吸收峰掩盖频率相近得窄
8、振动耦合效应与费米共振 振动耦合效应:当两个振动频率相同或相近得基团在分子中靠得很近时 ,她们得振动可能产生相互影响,使吸收峰裂分为两个,一个高于原来得 频率,一个低于原来得频率。 费米共振:当某一振动得倍频或组频位于另一强得基频附近时,由于相 互产生强烈得振动耦合作用,使原来很弱得泛频峰强化,或出现裂分双 峰,这种特殊得振动耦合称为费米共振。 9、互变异构 如果分子有互变异构现象发生,吸收峰将发生位移。
根据普朗克方程,发生振动能级跃迁需要能量得大小取 决于键两端原子得折合质量和键得力常数,即取决于分 子得结构特征。
结论: (1)化学键越强,K 越大,振动频率越高; (2)二原子μ越大,振动频率越低。
二分子得振动能级与吸收峰位置
分子得振动能级就是量子化得,相应能级得能量为: E振=(V+1/2)hν
V :振动量子数,其值可取0,1,2,3 …等整数 ν :化学键得振动频率
E1 = 1/2 hν E2 = 3/2 hν ……
△E=E2-E1= hν
……
大家有疑问的,可以询问和交流
可以互相讨论下,但要小声点
分子振动能级就是量子化得,振动能级差得大小与分子得结 构密切相关。分子振动吸收能量等于其振动能级差得频率 得光。
二、分子外部因素对峰位得影响
外部因素包括:样品得物理状态、溶剂、仪器等。
1、样品得物理状态。 气态分子吸收峰尖锐,有时会出现转动能级跃迁引起得精细结构 小峰。 液态分子之间距离减小,作用力增强,谱带变宽,精细结构减弱或消 失,频率降低。 固态分子红移程度增大,振动耦合使谱带增多

材料研究方法与实验红外光谱

材料研究方法与实验红外光谱

材料研究方法与实验红外光谱引言材料研究是一门广泛应用于不同学科的学科,其目的在于了解和掌握材料的结构、性质和功能等方面的信息。

红外光谱是材料研究中常用的方法之一,通过测定样品对红外光的吸收和散射情况,可以得到样品的结构信息和化学键的性质等。

一、红外光谱的原理红外光是电磁波的一种,其波长范围为0.75至1000微米。

在红外光谱仪中,光线通过一个用来产生红外光的光源,然后通过一个分光器进行分光,产生不同波长的红外光。

这些红外光穿过样品后,会被检测器接收并转换成电信号,然后经过信号放大和数字化后,就可以通过计算机进行进一步处理和分析。

样品中的化学键在各个振动模式下会产生特定的频率,因此不同的化学键会表现出不同的红外光谱特征。

红外光谱图上的吸收峰对应着特定的振动频率,可以用来确定化学键的类型和相对强度。

二、红外光谱仪的构造和操作红外光谱仪通常由光源、分光器、样品室、检测器和数据处理系统等组成。

光源通常是一种产生连续波长的红外光的热源,例如钨灯或硅钛酸钡晶体等。

分光器用于分离出一定波长范围内的红外光,常见的有棱镜和反射光栅等。

样品室是用来放置样品的小隔室,通常有吸收采样室和透射采样室两种形式。

检测器则将红外光转换成电信号进行检测,常用的有热电偶和半导体探测器等。

数据处理系统可以将电信号转换成数字信号,并进行数据处理和结果显示。

操作红外光谱仪时,首先应进行基线校准。

即在没有样品的情况下,记录红外光的强度。

然后将待测样品放入样品室,进行吸收或透射测量。

通过对测得的信号进行背景补偿和数据平滑等处理,可以得到红外光谱图。

三、红外光谱的数据解析红外光谱图上的吸收峰位置和强度对应着样品中化学键的类型和相对丰度。

常见的红外光谱特征包括振动吸收峰、伸缩吸收峰和指纹区等。

振动吸收峰通常出现在4000至1500波数范围内,对应着分子中氢键、氨基、羟基等振动模式。

伸缩吸收峰则通常出现在1500至400波数范围内,对应着分子中的碳-氧和碳-氮等伸缩振动模式。

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三、授课主要内容
• 第一节 概述
• 第二节 红外吸收光谱的基本原理
• 第三节 红外光谱与分子结构的关系
• 第四节 红外光谱仪及样品制备技术 • 第五节 各类化合物的红外特征光谱 • 第六节 红外光谱图的解析 • 第七节 红外光谱的应用 • 第八节 拉曼光谱简介
第一节
概述
红外光谱是一种分子吸收光谱,又称为分子振动光 谱或振转光谱。
红外光谱中的振动吸收峰:
基频:分子吸收红外光后由基态跃迁到第一激发态时产生 的吸收峰,是最重要的跃迁; 倍频:分子吸收红外光后,由振动能级基态跃迁到第二、 第三激发态时所产生的吸收峰;
组合频:是一种频率红外光,同时被两个振动所吸收。
组合频和倍频统称为泛频。 振动偶合::当相同的两个基团相邻,且振动频率相近时, 会发生振动偶合裂分,结果引起吸收频率偏离基频,一个 移向高频方向,另一个移向低频方向。 费米共振:是基频与倍频或组合频之间发生的振动偶合。
2ν2m=K
(5)
将式(4)和式(5)代入式(3)得4π
1 2
K m
(6)
1 如用波数表示频率,则式(6)变为 2C
K为化学键力常数,单位达因·厘米-1
K m
1
(7)
m1 m2 m m为分子的折合质量,对双原子分子来说: 1 1 m1 m2 m1 m2
力常数是衡量价键性质的重要参数,质量相近的基团,力常 数有: 叁键〉双键〉单键。
量子力学证明角动量为: P I h
2 则双原子分子的转动能量: h2 E转 2 J ( J 1) 8 I E h 分子转动频率为: B 转 BJ ( J 1) 2
hc
J ( J 1)
J=1,2…转动 量子数
8 Ic
转动常数
转动能级的跃迁选律为:
• 非极性双原子分子转动时无偶极矩变化, 不发生转动能级的跃迁,ΔJ=0,没有转动 光谱;
K m
1 1 对于非谐振子,振动能量为: E振 (V )h (V ) 2 Xh 2 2
(X为非谐性常数,表示非谐性大小的量。) 根据两原子的折合质量m与相对原字量M之间的关系 (M=mN),N为阿佛加得罗常数,并代入C=3×1010cm· s-1 K 可得 4.12 M:相对原子量 M 例1 、计算碳氢化合物中C-H键的伸缩振动频率,已知 K=5×105dyn· cm-1。 例2 、计算C=O双键的伸缩振动频率,已知K=12×105dyn· cm-1。

2
2
m
2
(V=0,1,2…..为振动量子数)
量子化是粒子波动性的产物。
假如双原子分子的振动满足量子化条件,则能级跃迁的能量差:
E01 h 2 K 1 h (1 ) m 2 4 K h m 2 K m
1 将上式代入 ΔE=hν,则其振动频率为: 2
K m
1 2C
常把前三个区域,即4000~1500cm-1区域称为特 征频率区——吸收峰数目少,特征性强,主要用 于鉴定官能团; 把小于1500cm-1的区域称为指纹区——吸收峰多 而复杂,没有强特征性,但对整个分子结构十分 敏感,可与红外光谱的标准谱图比较来鉴定化合 物。
三、影响基团频率位移的因素
对官能团的识别要考虑吸收峰的频率(峰的位置)、 峰的强度、峰形等多方面信息。
(2)中介效应:氧、氮和硫等原子有孤电子对,能与 相邻的不饱和基团共轭,为了与双键的π 电子云共 轭相区分,称其为中介效应(M)。 此效应能使不饱和基团的振动频率降低,而自身连接 的化学键振动频率升高。 电负性弱的原子,孤对电子容易共出去,中介效应大; 反之中介效应小。
(3)共轭效应:当双键之间以一个单键相连时, 双键电子发生共轭而离域(即共轭体系中电子云 密度平均化),降低了双键的力常数,从而使双 键的伸缩振动频率降低,但吸收强度提高。
分子振动频率的规律:
因力常数的大小关系为: 叁键〉双键〉单键,所以 红外频率的大小亦为叁键〉双键〉单键。 与碳原子成键的其他原子,随着其原子质量的递 增,折合质量也递增,红外波数递减; 与氢原子相连的化学键的折合质量都小,红外吸 收在高波数区;
弯曲振动比伸缩振动容易,弯曲振动的K均较小, 故弯曲振动吸收在低波数区。
2)对于化学键相似的基团,振动频率与组成的原 子折合质量的平方根成反比。
基团振动频率与原子折合质量的关系
基团 折合质量(m) 振动频率(ζ /cm-1)
C-H C-C
C-Cl C-I
0.9 6
7.3 8.9 叁键和累积双键区 2500~2000cm-1
2800~3100 约1000
约625 约500 双键区 2000~1500cm-1 单键区 1500~400cm-1
2、基团频率区的划分
区域名称 氢键区 频率范围 4000~2500c m-1
基团及振 O-H、C-H、 C C、C N、N N等 C=O、C=C、 C-C、C-O、 动形式 N-H等的含 叁键和C=C=C、 C=N、NO2、苯 C-N、C-X(X 为卤素)等单 氢基团的伸 N=C=O等累积双键 环等双键基团 缩振动 基团的伸缩振动 的伸缩振动 键的伸缩振动 及C-H、O-H 等含氢基团的 弯曲振动
E振转 hc 振 B[ J ' ( J '1) J ( J 1)]
根据振动特点,可将化合物分为以下两种类型: ♫振动过程中分子的偶极矩变化平行于分子轴,服从ΔJ=±1的 选律; ♫振动过程中分子的偶极矩变化垂直分子轴,其选律服从 ΔJ=0,±1…..。
第三节
红外光谱与分子结构的关系
环戊烷的红外光谱图 环戊烷的红外光谱用文字形式表示为:2955cm-1(s)为CH2的 反对称伸缩振动,2870cm-1(m)为CH2的对称伸缩振动, 1458cm-1(m)为CH2的面内弯曲振动等等。
第二节
红外吸收光谱的基本原理
一、红外光谱产生的基本条件
E红外光=ΔE分子振动
红外光与分子之间有偶合作用,即分子振动时 其偶极矩(μ )必须发生变化,即Δμ ≠0。
• 极性分子转动时有偶极矩变化,允许转动 能级跃迁,跃迁选律ΔJ=±1。
四、分子的振动与转动光谱及方程式
以双原子分子为例,当分子处于某一能级时,其能 量为:E E E [V 1/ 2]h BhcJ( J 1)
振转 振 转
当分子受激发产生跃迁时,对应的谱线波数频率为:
振转
对称伸缩振动(νs表示)
一、分子的振动形式
伸缩振动(键长变化) 非对称伸缩振动(νas表示) 振动类型 剪式振动(δ 表示) 面内 平面摇摆振动(r或ρ 表示) 变形振动(键角变化) 面外 垂直摇摆振动(ω 表示) 扭曲振动
(η 或t表示)
一个双原子分子只有对称伸缩振动一种振动形式。
亚甲基的伸缩振动
中红外区
2.5um~25um
远红外区
25um~1000um 分子的纯转动能级跃迁 及晶体的晶格振动
红外光谱图的表示方法:
以透过率T%为纵坐标,表示吸收强度; 以波长λ 或波数ζ 为横坐标,表示吸收峰的位置。 波数是频率的一种表示方法,表示每厘米长的光波 4 10 中波的数目。与波长关系为: (cm 1 ) (um) 红外光谱图通过吸收峰的位置、相对强度、峰的形 状提供化合物的结构信息。
亚甲基的弯曲振动
红外吸收强度及其表示符号
摩尔消光系数ε >100 20~100 峰强 峰很强 强峰 符号 Vs s
10~20
1~10
中强峰
弱峰
m
w
另外,用b表示宽峰,用sh表示大峰边的小肩峰。
红外光谱谱带的强度取决于: 振动中偶极矩变化的程度; 能级跃迁的概率。
偶极矩变化的大小与以下四个因素有关:
峰位置与官能团的关系
影响吸收峰位置的因素:
1、电子效应
(1)诱导效应:由于取代基的不同电负性,通过 静电诱导作用,使分子中电子云分布发生变化从 而引起化学键力常数的变化,影响基团振动频率, 这种作用称为诱导效应。 分为推电子诱导效 应(+I)和吸电子诱导效应(-I)两种。
诱导效应是沿化学键直接作用的,与分子的空间结构无关。
三、分子的转动光谱及方程式
分子的转动光谱主要出现在远红外区和微波区。
分子的转动能级
e A B m r m B rB 上图中A、B两原子有如下关系: A A
r r r
mB rA re m A mB mA rB re m A mB
体系的转动惯量 I m A rA2 mB rB2 m A mB re2 m re2
2、空间效应
二、红外光谱的分区
1、基团结构与振动频率的关系
1)对于具有相同(或相似)质量的原子基团,振动 频率与化学键的力常数K的平方根成正比。
基团 C C C=C C-C 化学键力常数(K/Ncm-1) 12~18 8~12 4~6 振动频率(ζ /cm-1) 2262~2100 1600~1680 1000~1300(弱)
第三章 红外吸收光谱 (Infrared Absorption Spectroscopy,IR)
一、教学目的与要求 了解红外光谱的特点、波长分区;掌握红外吸收 光谱产生的条件及分子振动光谱方程式;理解分 子振动频率的规律;掌握红外光谱中的振动吸收 峰类型;掌握基团频率区的划分;理解影响基团 频率位移和强度的因素;了解红外光谱仪的分类 及样品制备方法;理解红外光谱图的解析步骤和 注意事项;掌握拉曼光谱的原理。 二、学习重点及难点分析 • 重点:红外光谱的产生条件;基团结构与振动频 率的关系;影响基团频率位移的因素分析;拉曼 光谱的工作原理。 • 难点:各类化合物的红外特征光谱谱图解析。
分子的偶极矩是分子正、负电荷中心的距离(r) 与正、负电荷中心所带电荷(δ )的乘积,是 分子极性大小的一种表示方法。 r
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