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。
1. 光源
类型 制作材料 工作温度 1200～ ～ 2200K 1300～ 1300～ 1500K 1100K 特点 稳定性好、 稳定性好、 机械强度差、 机械强度差、 价格高。 价格高。 波数范围广、 波数范围广、 机械强度大。 机械强度大。 辐射能较低、 辐射能较低、 寿命长。 寿命长。
调糊法：将固体样品( 10mg) mg)放入研 （ 2 ） 调糊法 ： 将固体样品 (5-10mg) 放入研 钵中充分研细， 滴重烃油调成糊状， 钵中充分研细，滴1-2滴重烃油调成糊状， 涂在盐片上用组合窗板组装后测定。 涂在盐片上用组合窗板组装后测定。 薄膜法：适用于高分子化合物的测定。 （3 ）薄膜法：适用于高分子化合物的测定。 将样品溶于挥发性溶剂后倒在洁净的玻璃 板上， 板上 ， 在减压干燥器中使溶剂挥发后形成 薄膜， 薄膜 ， 也可将它们直接加热熔融后涂制或 压制成膜，固定后进行测定。 压制成膜，固定后进行测定。
二、红外吸收光谱法
红外吸收光谱: 红外吸收光谱 物质的分子受到频率连续变 化的红外光照射时， 化的红外光照射时，吸收了某些特定频率的 红外光，发生了分子振动能级和转动能级的 红外光， 跃迁而形成的光谱。 跃迁而形成的光谱。 红外吸收光谱法: 红外吸收光谱法 利用红外光谱进行定性定 量分析的方法。 量分析的方法。
）．分子振动引起瞬间偶极矩 分子振动引起瞬间偶极矩µ （ 2 ）．分子振动引起瞬间偶极矩µ变化
有当分子内的振动引起偶极矩变化（ ≠0） 有当分子内的振动引起偶极矩变化（△µ≠0）时 才能产生红外吸收，该分子称之为红外活性的； 才能产生红外吸收，该分子称之为红外活性的； △µ=0的分子振动不能产生红外吸收，称为非红外活 =0的分子振动不能产生红外吸收， 的分子振动不能产生红外吸收 性的。同核双原子分子如H 性的。同核双原子分子如H2、O2、N2等其振动过程中 偶极矩始终为0 因此没有红外活性， 偶极矩始终为0，因此没有红外活性，不会产生红外 吸收光谱。 吸收光谱。
四、 实验技术
获得一张高质量红外光谱图， 获得一张高质量红外光谱图，除了仪 器本身的因素外， 器本身的因素外，还必须有合适的样品制 备方法
1、红外光谱法对试样的要求 、
试样应该是单一组份的纯物质，纯度应>98% 试样应该是单一组份的纯物质，纯度应>98%； 试样中不应含有游离水； 试样中不应含有游离水； 试样的浓度和测试厚度应选择适当， 试样的浓度和测试厚度应选择适当 ， 使大多数 吸收峰的透射比处于10%～80%内。 吸收峰的透射比处于10% 80% 10
基团频率
数据分析： 数据分析： C—H伸缩振动 ：2800-3300cm-1 伸缩振动 O－H伸缩振动： 3200～3650 cm-1 伸缩振动： － 伸缩振动 ～ N－H伸缩振动： 3100～3500cm-1 伸缩振动： － 伸缩振动 ～ 基团频率: 能代表基团存在， 基团频率: 能代表基团存在，并有较高强度的吸收 谱带称为基团频率， 谱带称为基团频率，其所在的位置一般又称为特征 吸收峰。 吸收峰。 基团频率和特征吸收峰对于分子结构鉴定具有重要意义。 基团频率和特征吸收峰对于分子结构鉴定具有重要意义
2、红外光谱产生的条件 、
（1）．辐射光子具有的能量与发生振动 1）．辐射光子具有的能量与发生振动 跃迁所需的跃迁能量相等
1 EV = (v + )hν 2
只有当红外辐射频率等于振动量子数的差值与 分子振动频率的乘积时， 分子振动频率的乘积时，分子才能吸收红外辐 产生红外吸收光谱。 射，产生红外吸收光谱。
注意红外光谱的三要素： 注意红外光谱的三要素：红外光谱的吸收峰 的位置、 的位置、强度和形状
2、定量分析 、
）．定量分析的理论依据 （ 1 ）．定量分析的理论依据 • 朗伯-比耳定律，即在单一波长下，吸 朗伯-比耳定律，即在单一波长下， 光度与物质的浓度成正比。 光度与物质的浓度成正比。 • 由于红外光谱的谱带较多，选择的余地 由于红外光谱的谱带较多， 大，所以能方便地对单一组份和多组份进 行定量分析。 行定量分析。 • 不受样品状态的限制，能定量测定气体、 不受样品状态的限制，能定量测定气体、 液体和固体样品。 液体和固体样品。红外光谱定量分析应用 广泛。 广泛。
（2）液体池法： ）液体池法： 适用于沸点较低、 适用于沸点较低、挥发性较大的液体样品 的测定。 的测定。可将液体样品直接注入封闭的液 体池中，液层厚度一般为0.01~1mm，再进 体池中，液层厚度一般为 ， 行测定。 行测定。也将样品溶于适当溶剂中配成一 定浓度的溶液(一般以 一般以10%w/w为宜 ，用注 为宜)， 定浓度的溶液 一般以 为宜 射器注入液池中进行测定。 射器注入液池中进行测定。
步骤2：确定未知物的不饱和度Ω 步骤 ：确定未知物的不饱和度Ω
n3 − n1 Ω = 1 + n4 + 2
n4、n3、n1分别为分子中所含的四价、三价和一价 分别为分子中所含的四价、 元素原子的数目。 二价原子如S、 等不参加计算 元素原子的数目。 二价原子如 、O等不参加计算 Ω=0：分子是饱和的，烷烃及其不含双键的衍生物； ：分子是饱和的，烷烃及其不含双键的衍生物； Ω=1：可能有一个双键或脂环； ：可能有一个双键或脂环； Ω=2：可能有两个双键或脂环，也可能有一个叁键； ：可能有两个双键或脂环，也可能有一个叁键； Ω=4：可能有一个苯环等。 ：可能有一个苯环等。
能斯特灯
稀土氧化物
碳化硅
SiC Ni+Cr丝； 丝 Rh线 线
白炽线圈
2. 吸收池 液、气态的样品往往使用样品池； 气态的样品往往使用样品池； 固态样品可压片测试。 固态样品可压片测试。
材料 NaCl单晶 单晶 KBr单晶 单晶 CsBr单晶 单晶 CsI单晶 单晶 KRS-5晶体 晶体 波长λ（ ） 波长 （µm） 0.2～17 ～ 0.2～25 ～ 1～38 ～ 1～50 ～ 1～45 ～ 注意事项 易潮解， 易潮解，要求湿度 低于40% 低于 易潮解， 易潮解，要求湿度 低于35% 低于 易潮解 易潮解 微溶于水
步骤3： 步骤 ：图谱解析 一般顺序： 一般顺序 ： 借助于手册或书籍中的基团 频率表， 频率表 ， 分析官能团区各主要吸收带的 基团归属， 基团归属 ， 初步判断化合物中可能含有 的基团和不可能含有的基团及分子的类 再查看指纹区, 型。再查看指纹区,进一步确定基团的存 在及其连接情况和基团间的相互作用。 在及其连接情况和基团间的相互作用。
光谱的基本要素： 光谱的基本要素：
峰的位置： 峰的位置： 与化学键的力常数、原子折合质量有关； 与化学键的力常数、原子折合质量有关； 峰的数目： 峰的数目： 与分子中振动数目、光谱产生的条件有关； 与分子中振动数目、光谱产生的条件有关； 峰的强度： 峰的强度： 与振动的类型、化学基团的含量等有关。 与振动的类型、化学基团的含量等有关。
2. 固体样品
压片法: 将固体样品0 mg与150mg mg左右 （1）压片法: 将固体样品0.5-1.0mg与150mg左右 KBr混合均匀 在研钵中一起粉碎。 混合均匀， 的 KBr 混合均匀 ， 在研钵中一起粉碎 。 将少许研 磨好的粉末置于模具中，用压片机压成均匀透明 磨好的粉末置于模具中， 薄片。 薄片。
3．气体样品
对于气体样品， 对于气体样品，可将它直接充入已预先抽 真空的气体池中进行测量， 真空的气体池中进行测量，池内测量气体 压力约50mmHg。 压力约 。
（3）水溶液的简易测定法。 ）水溶液的简易测定法。 由于盐片窗口怕水， 由于盐片窗口怕水，因此一般水溶液不 能测定红外光谱。 能测定红外光谱。利用聚乙烯薄膜是水溶液 红外光谱测定的一种简易方法。 红外光谱测定的一种简易方法。在金属管上 铺一层聚乙烯薄膜，其上压入一橡胶圈。 铺一层聚乙烯薄膜，其上压入一橡胶圈。滴 下水溶液后，再盖一层聚乙烯薄膜， 下水溶液后，再盖一层聚乙烯薄膜，用另一 橡胶圈固定后测定。 橡胶圈固定后测定。
2、制样的方法 、
（ 1 ）．液体样品的制样方法 （ 2 ）．固体样品的制样方法 （ 3 ）．气体样品的制样方法
1. 液体样品
（1）液膜法： ）液膜法： 该法适用于不易挥发(沸点高于 沸点高于80℃ 的液体或粘 该法适用于不易挥发 沸点高于 ℃)的液体或粘 稠溶液。使用两块KBr或NaCl盐片，将液体滴 盐片， 稠溶液。使用两块 或 盐片 1-2滴到盐片上，用另一块盐片将其夹住，用螺 滴到盐片上， 滴到盐片上 用另一块盐片将其夹住， 丝固定后放入样品室测量。 丝固定后放入样品室测量。