《仪器分析》教案7 - 红外吸收光谱法
仪器分析红外分光光度法
（二）振动形式 modes of vibration -多原子分子 伸缩振动 弯曲振动 -双原子分子
伸缩振动
H C H
伸缩振动 stretching vibration
不对称伸 as asymmetrical
对称伸缩 s symmetrical
H
H
C
*
弯曲振动
banding vibration
*
非谐振子
Ev = ( V+1/2 ) h -（V+1/2）2xh + …
1
非谐性常数，其值远小于0
2
*
2. 振动频率
（s -1）
（cm-1）
K—化学键力常数
’— 折合原子量
’=
mA.mB
mA + mB
*
K(N/cm) （cm-1） c-c 单键 5 1190 c=c 双键 10 1690 c=c 三键 15 2100 c-H 5 2900 K越大，基频峰的波数越高。 由于氢原子的原子量最小，因此含氢官能团的基频峰的波数都很大。
正己烷
CCl4
CHCl3
1727cm-1
1720cm-1
1705cm-1
*
（四）特征区和指纹区
在特征区吸收峰较稀疏，包括大多数特征峰，很少与其他峰重叠，强度也大，最易识别。
指纹区谱带密集，反映分子结构中的微小变化，如同人的指纹一样各不相同。
特征区 指纹区
(二)基频峰的分布规律
01
折合原子质量越小，基团的伸缩振动频率越高
02
折合原子量相同的基团，K越大，基团的伸缩振动频率越高
03
折合原子量相同的基团，一般 > >
实验七 红外光谱测定苯等化合物
深圳大学实验报告课程名称：仪器分析实验实验项目名称：实验七红外吸收光谱法的应用学院：化学与化工学院专业：应用化学指导教师：米宏伟报告人：习雯影学号：2006141075 班级：06应化同组人员：习雯影赵倩冯倩张秋吉郑艳萍陈丰音杨菲实验时间：2009-5-27实验报告提交时间：2009-6-3教务处制一、实验目的1、学习并掌握色散型红外光谱仪的使用方法和原理；2、了解红外光谱的应用，以及掌握红外光区分析时试样的制备方法；3、观察不同基团的特征吸收，并从红外光谱图中识别基团以及从这些基团确定未知化合物的主要结构。
二、实验原理1、色散型红外光谱仪基本工作原理红外分光光度计，是一种用棱镜或光栅进行分光的红外光谱仪。
由光源发出的红外线分成完全对称的两束光：参考光束与样品光束。
它们经半圆型调制镜调制，交替地进入单色仪的狭缝，通过棱镜或光栅分光后由热电偶检测两束光的强度差。
当样品光束的光路中没有样品吸收时，热电偶不输出信号。
一旦放入测试样品，样品吸收红外光，两束光有强度差产生，热电偶便有约10Hz的信号输出，经过放大后输至电机，调节参考光束光路上的光楔，使两束光的强度重新达到平衡，由笔的记录位置直接指出了某一波长的样品透射率，波数的连续变化就自动记录了样品的红外吸收光谱或透射光谱。
红外光谱的测绘原理是，用一定频率的红外线聚焦照射被分析的试样，如果分子中某个基团的振动频率与照射红外线相同就会产生共振，这个基团就吸收一定频率的红外线，把分子吸收的红外线的情况用仪器记录下来，便能得到全面反映试样成份特征的光谱，从而推测化合物的类型和结构。
IR光谱主要是定性技术，但是随着比例记录电子装置的出现，也能迅速而准确地进行定量分析。
光源：红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射高强度连续红外辐射。
常用的有能斯特灯和硅碳棒两种。
能斯特灯是由氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结而成，是一直径为1～3mm，长约20～50mm的中空棒或实心棒，两端绕有铂丝作为导线。
仪器分析实验有机化合物的红外光谱分析解读
仪器分析实验有机化合物的红外光谱分析 2015年4月21日有机化合物的红外光谱分析开课实验室：环境资源楼312【实验目的】1、初步掌握两种基本样品制备技术及傅里叶变换光谱仪器的简单操作；2、通过谱图解析及网上标准谱图的检索，了解由红外光谱鉴定未知物的一般过程；3、掌握有机化合物红外光谱测定的制样方法，回顾基础有机化学光谱的相关知识。
【基本原理】• 原理概述：物质分子中的各种不同基团，在有选择地吸收不同频率的红外辐射后，发生振动能级之间的跃迁，形成各自独特的红外吸收光谱。
据此，可对物质进行定性和定量分析。
特别是对化合物结构的鉴定，应用更为广泛。
• 红外吸收法：类型：吸收光谱法；原理：电子的跃迁：电子由于受到光、热、电等的激发，从一个能级转移到另一个能级的现象。
这是因为分子中的电子总是处在某一种运动状态中，每一种状态都具有一定的能量，属于一定的能级。
当这些电子有选择地吸收了不同频率的红外辐射的能量，发生振动能级之间的跃迁，形成各自独特的红外吸收光谱。
据此，可对化合物进行定性和定量分析；条件：分子具有偶极矩。
【仪器与试剂】1、仪器：傅里叶变换红外光谱仪（德国Bruker公司，TENSOR 27型; 美国Thermo Fisher 公司， Nicolet 6700型）；压片机；玛瑙研钵；红外灯。
2、试剂：NaCl窗片、KBr晶体，待分析试样液体及固体。
【实验步骤】1、样品制备（1）固体样品：KBr压片法在玛瑙研钵将KBr晶体充分研磨后加入其量5%左右的待测固体样品，混合研磨直至均匀。
在一个具有抛光面的金属模具上放一个圆形纸环，用刮勺将研磨好的粉末移至环中，盖上另一块模具，放入油压机中进行压片。
KBr压片形成后，若已透明，可用夹具固定测试；（2）液体样品：液膜法取一对NaCl窗片，用刮勺沾取液体滴在一块窗片上，然后用另一块窗片覆盖在上面，形成一个没有气泡的毛细厚度薄膜，用夹具固定，即可放入仪器光路中进行测试，此法适用于高沸点液体样品。
仪器分析-红外吸收光谱法
第 6 章红外吸收光谱法6.1 内容提要6.1.1 基本概念红外吸收光谱——当用红外光照射物质时，物质分子的偶极矩发生变化而吸收红外光光能，有振动能级基态跃迁到激发态（同时伴随着转动能级跃迁），产生的透射率随着波长而变化的曲线。
红外吸收光谱法——利用红外分光光度计测量物质对红外光的吸收及所产生的红外光谱对物质的组成和结构进行分析测定的方法，称为红外吸收光谱法。
振动跃迁——分子中原子的位置发生相对运动的现象叫做分子振动。
不对称分子振动会引起分子偶极矩的变化，形成量子化的振动能级。
分子吸收红外光从振动能级基态到激发态的变化叫做振动跃迁。
转动跃迁——不对称的极性分子围绕其质量中心转动时，引起周期性的偶极矩变化，形成量子化的转动能级。
分子吸收辐射能（远红外光）从转动能级基态到激发态的变化叫做转动跃迁。
伸缩振动——原子沿化学键的轴线方向的伸展和收缩的振动。
弯曲振动——原子沿化学键轴线的垂直方向的振动，又称变形振动，这是键长不变，键角发生变化的振动。
红外活性振动——凡能产生红外吸收的振动，称为红外活性振动，不能产生红外吸收的振动则称为红外非活性振动。
诱导效应——当基团旁边连有电负性不同的原子或基团时，通过静电诱导作用会引起分子中电子云密度变化，从而引起键的力常熟的变化，使基团频率产生位移的现象。
共轭效应——分子中形成大键使共轭体系中的电子云密度平均化，双键力常数减小，使基团的吸收频率向低波数方向移动的现象。
氢键效应——氢键使参与形成氢键的原化学键力常数降低，吸收频率将向低波数方向移动的现象。
溶剂效应——由于溶剂（极性）影响，使得吸收频率产生位移现象。
基团频率——通常将基团由振动基态跃迁到第一振动激发态所产生的红外吸收频率称为基团频率，光谱上出现的相应的吸收峰称为基频吸收峰，简称基频峰。
振动偶合一一两个相邻基团的振动之间的相互作用称为振动偶合。
基团频率区一一红外吸收光谱中能反映和表征官能团（基团）存在的区域。
(完整版)红外吸收光谱法教案
第六章红外吸收光谱法基本要点：1.红外光谱分析基本原理；2.红外光谱与有机化合物结构；3.各类化合物的特征基团频率；4.红外光谱的应用 ;5.红外光谱仪 .学时安排： 3 学时第一节概述分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不能够避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动 - 转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。
红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。
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偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁 ,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。
记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。
一、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，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 ~ 2.5 μm），中红外光区（ 2.5 ~ 25μm），远红外光区（ 25 ~ 1 000μm）。
近红外光区（ 0.7 5 ~ 2. 5μm）近红外光区的吸收带主要是由低能电子跃迁、含氢原子团（如O — H 、 N — H 、 C — H ）伸缩振动的倍频吸收等产生的。
该区的光谱可用来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 ~ 2 5μm）绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在该光区。
由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。
同时，由于中红外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量的数据资料，因此它是应用极为广泛的光谱区。
通常，中红外光谱法又简称为红外光谱法。
远红外光区（ 25 ~ 10 00μm）该区的吸收带主要是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。
仪器分析实验教案
仪器分析实验教案基础化学实验中心2008年2月目录实验一分光光度法测定邻二氮菲一铁(Ⅱ)络合物的组成 (3)实验二食品中NO2-含量的测定 (4)实验三有机化合物紫外吸收光谱及溶剂对吸收光谱的影响 (5)实验四红外光谱的校正—薄膜法聚苯乙烯红外光谱的测定 (6)实验五红外光谱测定有机物结构 (7)实验六磷酸的电位滴定 (8)实验七火焰原子吸收光谱法灵敏度和自来水中钙、镁的测定 . 9实验八巯基棉分离富集-原子吸收光谱法测定痕量镉 (10)实验九原子吸收法测定矿石中某些金属元素的含量 (11)实验十电位滴定法测定陈醋中的总酸含量 (13)实验一分光光度法测定邻二氮菲一铁(Ⅱ)络合物的组成一、实验目的1.熟练分光光度计使用2. 掌握分光光度计确定络合物的组成二、实验原理M + nL====MLn以吸光度对摩尔比c L/c M作图，如图2-1所示。
图2-1 摩尔比法测定络合物组成将曲线的线性部分延长相交于一点，该点对应的c L/c M值即为配位数n。
摩尔比法适用于稳定性较高的络合物组成的测定。
三、仪器与试剂1．仪器721或722型分光光度计。
2．试剂10-3mol·L-1铁标准溶液；100 g·L-1盐酸羟胺溶液；10-3mol·L-1邻二氮菲水溶液；1.0 mol·L-1乙酸钠溶液。
四、实验步骤以A对c L/c M作图，将曲线直线部分延长并相交，根据交点位置确定络合物的配位数n。
五、思考题1．在什么条件下，才可以使用摩尔比法测定络合物的组成?2．在此实验中为什么可以用水为参比，而不必用试剂空白溶液为参比?实验二 食品中NO 2-含量的测定一、实验目的 1.熟练分光光度计使用2. 掌握分光光度计进行食品中NO 2-含量的测定二、实验原理H 2N-Ar-SO 3H +NO 2- +2H + →N ≡N +-Ar-SO 3H +2H 2O N ≡N +-Ar-SO 3H+盐酸萘乙二胺→紫红色偶氮染料 三、仪器与试剂721分光光度计，研钵，小刀；饱和硼砂溶液，1.0mol ·L -1ZnSO 4溶液。
《仪器分析》电子教案
《仪器分析》电子教案第一章：绪论1.1 课程介绍了解《仪器分析》课程的基本概念、内容、目标和意义。
强调仪器分析在科学研究和实际应用中的重要性。
1.2 仪器分析方法的分类介绍光学分析法、电化学分析法、色谱分析法等常见仪器分析方法。
解释各种方法的原理和特点。
1.3 实验操作规范强调实验室安全、实验操作规范和数据处理的要求。
第二章：光谱分析2.1 紫外-可见光谱分析解释紫外-可见光谱的原理和应用。
介绍紫外-可见光谱仪的使用方法和操作步骤。
2.2 红外光谱分析解释红外光谱的原理和应用。
介绍红外光谱仪的使用方法和操作步骤。
2.3 拉曼光谱分析解释拉曼光谱的原理和应用。
介绍拉曼光谱仪的使用方法和操作步骤。
第三章：色谱分析3.1 气相色谱分析解释气相色谱的原理和应用。
介绍气相色谱仪的使用方法和操作步骤。
3.2 高效液相色谱分析解释高效液相色谱的原理和应用。
介绍高效液相色谱仪的使用方法和操作步骤。
3.3 色谱数据处理解释色谱数据的处理方法，如峰面积计算、峰高度计算等。
介绍色谱数据处理软件的使用方法和操作步骤。
第四章：电化学分析4.1 电位分析解释电位分析的原理和应用。
介绍电位分析仪的使用方法和操作步骤。
4.2 电化学发光分析解释电化学发光分析的原理和应用。
介绍电化学发光分析仪的使用方法和操作步骤。
4.3 电化学探针技术解释电化学探针技术的原理和应用。
介绍电化学探针技术的使用方法和操作步骤。
第五章：质谱分析5.1 质谱原理和仪器解释质谱分析的原理和应用。
介绍质谱仪的使用方法和操作步骤。
5.2 质谱数据解析解释质谱数据的解析方法和技巧。
介绍质谱数据解析软件的使用方法和操作步骤。
5.3 质谱应用案例分析分析质谱在蛋白质分析、代谢组学等领域的应用案例。
强调质谱在科学研究和实际应用中的重要性。
第六章：原子吸收光谱分析6.1 原子吸收光谱原理解释原子吸收光谱的原理，包括光源、样品原子化、检测器等。
介绍原子吸收光谱仪的使用方法和操作步骤。
仪器分析红外光谱法
仪器分析红外光谱法红外光谱法是一种常用的仪器分析方法，可以用于分析物质的组成和结构。
本文将详细介绍红外光谱法的原理、仪器设备和应用领域，并对其中的一些关键技术进行探讨。
红外光谱法是一种基于化学键振动的分析技术。
通过测量样品在红外辐射下的吸收光谱，可以获得有关样品分子的信息。
红外辐射的波长范围为0.78-1000微米，对应的频率范围为12.82-3000THz。
在这个频率范围内，物质的分子会吸收特定波长的辐射能量，这些吸收峰对应着不同的化学键振动。
通过比较样品的吸收光谱和标准库中的光谱，可以确定样品的组分或结构。
红外光谱仪是进行红外光谱分析的关键设备。
它主要由光源、样品室、光谱分束系统和探测器组成。
常见的光源有红外灯、光纤波导和测量系统本体产生的光源，它们的特点是辐射能量可见、红外或拉曼光谱区域。
光谱分束系统可以将样品吸收的红外光谱分解为连续光的波长与光强分布的结果，常用的分束器有棱镜和光栅两种。
光谱分束系统将被分解的光聚集到一个探测器上进行测量，常见的探测器有热电偶、焦平面阵列、差分红外探测器等。
根据实际需要，还可以配备测光计、计算机等辅助设备，以提高测量的准确性和效率。
红外光谱法在实际应用中有广泛的用途。
它可以用于各种领域的研究和分析，如化学、材料科学、制药、食品科学等。
红外光谱法可以用于分析有机化合物、无机物质、生物大分子等类型的样品。
在有机化合物分析中，红外光谱法可以确定化学键的类型、鉴别不同的功能基团、判断化学结构等。
在材料科学中，红外光谱法可以用于表面分析、结构表征、聚合物反应动力学等研究。
在制药和食品科学中，红外光谱法可以用于药物质量控制、药物配方优化、食品成分分析等。
为了提高红外光谱法的测量精度和灵敏度，一些关键技术被引入到了仪器分析中。
其中，ATR技术（全反射红外光谱技术）是一种常用的技术。
它通过将样品直接置于晶体表面进行测量，避免了传统方法中液体制备和气体膜片制备的麻烦。
此外，荧光红外光谱技术也是一项重要的技术。
《红外吸收光谱》教案
《红外吸收光谱》教案教案：红外吸收光谱一、教学目标1.了解红外吸收光谱的基本概念和原理。
2.掌握红外吸收光谱的测定方法与数据解读。
3.培养学生分析问题和解决问题的能力。
4.增强学生的实验操作能力和科学思维能力。
二、教学重点与难点1.红外吸收光谱的基本概念和原理。
2.测定红外吸收光谱的方法和数据解读。
三、教学内容1.红外吸收光谱的基本概念和原理（1）红外光谱的定义和分类（2）红外光谱仪的组成和工作原理2.红外吸收光谱的测定方法与数据解读（1）红外光谱仪的操作步骤（2）红外吸收峰的解析和判断（3）红外吸收光谱的应用案例四、教学方法1.讲授法：通过课堂讲解介绍红外吸收光谱的基本概念、仪器构造和工作原理。
2.实验操作法：组织学生进行红外吸收光谱的测定实验，并进行数据解读。
3.讨论法：引导学生结合案例，共同分析红外吸收光谱的应用。
五、教学过程1.导入（5分钟）通过展示一些物质的红外吸收图谱和应用案例，引起学生的兴趣和好奇心。
2.讲解红外吸收光谱的基本概念和原理（20分钟）（1）红外光谱的定义和分类：解释红外光谱的概念，介绍近红外、中红外和远红外的区别与应用。
（2）红外光谱仪的组成和工作原理：介绍红外光谱仪的主要部件和工作原理，包括光源、样品室、光谱仪和检测器。
3.实验操作：红外吸收光谱的测定方法与数据解读（40分钟）（1）红外光谱仪的操作步骤：分组进行实验操作，按照红外光谱测定的步骤进行样品的制备和测定。
（2）红外吸收峰的解析和判断：对测得的红外吸收图谱进行解析，根据吸收峰的位置和形状判断样品的特性和结构。
（3）红外吸收光谱的应用案例：通过展示一些实际应用案例，引导学生综合运用红外吸收光谱的知识进行分析和解决问题。
4.讨论与总结（10分钟）组织学生分组进行讨论，总结红外吸收光谱的应用，以及实验中遇到的问题和解决方法。
六、教学评价根据学生的理解程度和实验操作能力，进行个别评价，以及总结讨论的结果和问题解决方法。
《仪器分析》课程教案
《仪器分析》课程教案一、课程概述1. 课程目的：《仪器分析》课程旨在帮助学生掌握各种现代仪器分析方法的基本原理、仪器结构、操作技巧和数据分析，培养学生具备实验设计、实验操作和实验结果分析的能力。
2. 课程内容：本课程内容包括光谱分析、色谱分析、电化学分析、质谱分析、原子吸收光谱分析、X射线荧光光谱分析等现代仪器分析方法。
3. 适用对象：本课程适用于化学、化工、环境、生物、医药等专业本科生和研究生。
二、教学方法1. 讲授与实践相结合：通过理论讲授，使学生掌握各种仪器分析方法的基本原理；通过实验实践，使学生熟悉仪器操作和数据分析。
2. 案例分析：引入实际案例，使学生了解仪器分析在科研和生产中的应用。
3. 小组讨论：鼓励学生针对实验结果进行小组讨论，提高学生的分析问题和解决问题的能力。
三、教学目标1. 知识目标：（1）掌握各种仪器分析方法的基本原理；（2）了解仪器分析方法的应用领域；（3）熟悉常见仪器的操作和维护。
2. 能力目标：（1）具备实验设计、实验操作和实验结果分析的能力；（2）能够运用仪器分析方法解决实际问题。
四、教学安排1. 课时：共计32课时，其中理论讲授20课时，实验实践12课时。
2. 教学进度：（1）第1-8课时：光谱分析方法；（2）第9-16课时：色谱分析方法；（3）第17-24课时：电化学分析方法；（4）第25-32课时：质谱分析、原子吸收光谱分析和X射线荧光光谱分析方法。
五、教学评价1. 平时成绩：课堂表现、作业完成情况，占总成绩的30%。
2. 实验报告：实验操作、实验结果和数据分析，占总成绩的40%。
3. 期末考试：理论知识测试，占总成绩的30%。
六、教学资源1. 教材：《仪器分析原理与应用》2. 实验设备：各种仪器分析设备，如光谱仪、色谱仪、电化学分析仪等。
3. 辅助材料：课件、实验指导书、案例分析资料等。
七、教学注意事项1. 确保实验安全：在实验过程中，教师应指导学生遵守实验规程，注意实验安全。
红外吸收光谱法
显示器
计算机 绘图仪 干涉图结构框图
西北大学基础化学实验
动镜
半透镜
固定反射镜
light
干涉仪示意图
西北大学基础化学实验
Nicolet Avatar FT-IR 360 红外光谱仪工作原理图
Sample
Detector
Laser
Interferometer Source
－CC （ 2260 2120 ） CN （ 2260 2220 ）
第四区域
1300600 cm-1 单键区
-C-CC-N
C=C=C （ 1950）
…
… 西北大学基础化学实验
二、谱图解析
1.不饱和度 根据分子式计算不饱和度
1 ni 为原子i的数目,i为原子i的价态. u ni ( i 2) 2 2 i
2. 谱图解析 3. 综合分子式和不饱和度信息确定结构式
并从结构式计算不饱和度进一步验证
西北大学基础化学实验
4. 谱图解析步骤
计算不饱和度 基团区
1700 cm-1 附近
无
芳香烃 ？
羰基的吸收带
（强，中等宽度）
有
根据基团区其它吸收峰， 推测 是否为下列化合物？ 酸、酯、醛、酰胺、酮 芳香烃 ？
根据基团区其它吸收峰， 推测 是否为下列化合物？ 醇、酚、醚、胺等
同核双原子分子是非红外 活性的: 如: N2、O2、Cl2； O=C=O 对称伸缩振动也 是非红外活性的。
偶极子与交变电场的作用示意图
西北大学基础化学实验
红外光谱的三个波区和能级跃迁类型
可按波长将红外光谱分为近红外̖ 中红外和远红外三个波区, 中 红外区对应分子振动基态到第一激发态的跃迁 , 可伴随转动能级的跃 迁,是最为常用的红外光谱区.
仪器分析(xrd、红外、拉曼等)讲课教案
各种仪器分析的基本原理及谱图表示方法——牛人总结，留着备用来源：刘艳的日志紫外吸收光谱UV分析原理：吸收紫外光能量，引起分子中电子能级的跃迁谱图的表示方法：相对吸收光能量随吸收光波长的变化提供的信息：吸收峰的位置、强度和形状，提供分子中不同电子结构的信息荧光光谱法FS分析原理：被电磁辐射激发后，从最低单线激发态回到单线基态，发射荧光谱图的表示方法：发射的荧光能量随光波长的变化提供的信息：荧光效率和寿命，提供分子中不同电子结构的信息红外吸收光谱法IR分析原理：吸收红外光能量，引起具有偶极矩变化的分子的振动、转动能级跃迁谱图的表示方法：相对透射光能量随透射光频率变化提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率拉曼光谱法Ram分析原理：吸收光能后，引起具有极化率变化的分子振动，产生拉曼散射谱图的表示方法：散射光能量随拉曼位移的变化提供的信息：峰的位置、强度和形状，提供功能团或化学键的特征振动频率核磁共振波谱法NMR分析原理：在外磁场中，具有核磁矩的原子核，吸收射频能量，产生核自旋能级的跃迁谱图的表示方法：吸收光能量随化学位移的变化提供的信息：峰的化学位移、强度、裂分数和偶合常数，提供核的数目、所处化学环境和几何构型的信息电子顺磁共振波谱法ESR分析原理：在外磁场中，分子中未成对电子吸收射频能量，产生电子自旋能级跃迁谱图的表示方法：吸收光能量或微分能量随磁场强度变化提供的信息：谱线位置、强度、裂分数目和超精细分裂常数，提供未成对电子密度、分子键特性及几何构型信息质谱分析法MS分析原理：分子在真空中被电子轰击，形成离子，通过电磁场按不同m/e分离谱图的表示方法：以棒图形式表示离子的相对峰度随m/e的变化提供的信息：分子离子及碎片离子的质量数及其相对峰度，提供分子量，元素组成及结构的信息气相色谱法GC分析原理：样品中各组分在流动相和固定相之间，由于分配系数不同而分离谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：峰的保留值与组分热力学参数有关，是定性依据；峰面积与组分含量有关反气相色谱法IGC分析原理：探针分子保留值的变化取决于它和作为固定相的聚合物样品之间的相互作用力谱图的表示方法：探针分子比保留体积的对数值随柱温倒数的变化曲线提供的信息：探针分子保留值与温度的关系提供聚合物的热力学参数裂解气相色谱法PGC分析原理：高分子材料在一定条件下瞬间裂解，可获得具有一定特征的碎片谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：谱图的指纹性或特征碎片峰，表征聚合物的化学结构和几何构型凝胶色谱法GPC分析原理：样品通过凝胶柱时，按分子的流体力学体积不同进行分离，大分子先流出谱图的表示方法：柱后流出物浓度随保留值的变化提供的信息：高聚物的平均分子量及其分布热重法TG分析原理：在控温环境中，样品重量随温度或时间变化谱图的表示方法：样品的重量分数随温度或时间的变化曲线提供的信息：曲线陡降处为样品失重区，平台区为样品的热稳定区热差分析DTA分析原理：样品与参比物处于同一控温环境中，由于二者导热系数不同产生温差，记录温度随环境温度或时间的变化谱图的表示方法：温差随环境温度或时间的变化曲线提供的信息：提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息示差扫描量热分析DSC分析原理：样品与参比物处于同一控温环境中，记录维持温差为零时，所需能量随环境温度或时间的变化谱图的表示方法：热量或其变化率随环境温度或时间的变化曲线提供的信息：提供聚合物热转变温度及各种热效应的信息静态热―力分析TMA分析原理：样品在恒力作用下产生的形变随温度或时间变化谱图的表示方法：样品形变值随温度或时间变化曲线提供的信息：热转变温度和力学状态动态热―力分析DMA分析原理：样品在周期性变化的外力作用下产生的形变随温度的变化谱图的表示方法：模量或tgδ随温度变化曲线提供的信息：热转变温度模量和tgδ透射电子显微术TEM分析原理：高能电子束穿透试样时发生散射、吸收、干涉和衍射，使得在相平面形成衬度，显示出图象谱图的表示方法：质厚衬度象、明场衍衬象、暗场衍衬象、晶格条纹象、和分子象提供的信息：晶体形貌、分子量分布、微孔尺寸分布、多相结构和晶格与缺陷等扫描电子显微术SEM分析原理：用电子技术检测高能电子束与样品作用时产生二次电子、背散射电子、吸收电子、X射线等并放大成象谱图的表示方法：背散射象、二次电子象、吸收电流象、元素的线分布和面分布等提供的信息：断口形貌、表面显微结构、薄膜内部的显微结构、微区元素分析与定量元素分析等原子吸收AAS原理：通过原子化器将待测试样原子化，待测原子吸收待测元素空心阴极灯的光，从而使用检测器检测到的能量变低，从而得到吸光度。
仪器分析第八章红外吸收光谱法
典力学中的Hooke定律导出：
15
ν=1303√K/μ （cm-1）
④
式中：k—以N/cm为单位表示的化学键的力 常数
μ—以2个原子的摩尔质量表示的折
合质量
1303—等于
1 2πc
√N*×105
上式推广到多原子分子并且可以得出：
16
1.吸收峰的位置即基团振动频率与化学键的 力常数成正比，与折合质量成反比，若已 知K和μ，则可计算出各基团基频吸收峰的 位置。
Ⅱ.2500～2000cm-1 这是叁键和累积双键的伸缩振动产生的吸
收峰区域。如：C≡C、C≡N、C=C=C、 N=C=O。 在这个区域内，除有时作图未能扣除CO2的 吸收外，此区域内任何小的吸收峰都应引 起注意，它们都能提供结构信息。
31
Ⅲ.2000～1500cm-1 是双键伸缩振动产生的吸收峰区域，这是
图1. 乙酸乙酯的IR谱图
6
图2．对硝基苯甲醛的红外光谱
7
8.2红外吸收光谱法基本原理
一、红外吸收光谱产生的条件 红外吸收光谱是由分子振动能级跃迁（同
时伴随分子转动能级跃迁）而产生的。物 质吸收电磁辐射应满足两个条件：①能级 间的能量差等于辐射能，即ΔE=hν；②辐 射与物质之间有偶合作用。因此产生红外 吸收光谱的第一个条件为：
IR已成为现代结构化学、分析化学最常用 和不可缺少的工具。
红外光谱区域：习惯上按红外线的波长， 将红外光谱分成三个区域
4
λ/µm
σ/cm-1
近红外 0.78～2.5 12820～4000
红外光谱 中红外 2.5～25 4000～400
远红外
25～300 400～33
红外光谱吸收法
❖ （3）按式3计算配合物的稳定常数。
仪器分析
7、思考题
❖ （1）在何种情况下，可以使用摩尔比法、等摩尔 连续变化法测定配合物的组成？
仪器❖分析
A' - A a=
A'
由可以计算配合物的稳定常数K：
1-a K=
[MLn]a2
仪器分析
5、注意事项
❖ 在测定系列溶液的吸光度时，应按编号的顺 序进行。其他注意事项参见5。
仪器分析
6、数据处理
❖ （1）用摩尔比法定配合物组成：用表1中的数据， 作吸光度A与R的关系图，将曲线的两直线部分延长 相交于一点，确定配位数n。
2、实验原理
❖ 分光光度法是研究配合物组成和测定配 合物稳定常数的一种十分有效的方法。 如果金属离子M和配位体L形成配合物， 配合反应为
❖ M ＋ nL MLn
仪器分析
❖ （1）摩尔比法：配制一系列溶液，维持各溶 液的金属离子浓度、酸度、离子强度、温度不 变，只改变配位体的浓度，在配合物的最大吸 收波长处测定各溶液的吸光度A，以吸光度A对 摩为尔 金比 属离R（子R浓＝度C）L／作C图M，得C到L为图配1。位由体图浓可度见，，CM 当R＜n时，配位体L全部转变为MLn，吸光度 A随L浓度增大而增高，并与R呈线性关系。当 R＞n时，金属离子 M全部转变为 MLn，继续 增加 L，吸光度不再增高。将曲线的线性部分 延长，相交于一点，该点所对应的R即为配合 物的配位数n。
。
仪器分析
Hale Waihona Puke 图1 摩尔比法图示图2 等摩尔连续变化法 图示
红外光谱法(仪器分析课件)
z
目录
Contents
1 红外光谱法基本原理 2 红外光谱仪 3 红外光谱实验技术 4 红外光谱仪虚拟仿真训练 5 红外光谱法在结构分析中的应用
红外光谱法
能力目标
• 能够熟练的操作傅立叶红外光谱仪； • 能够根据样品的状态、性质选择合适
的样品处理方法； • 能够根据谱图确定常见有机化合物的
—NH2，—NH（游离） —NH2，—NH（缔合）
—SH
C—H伸缩振动
一
不饱和C—H
≡C—H（叁键） ═C—H（双键） 苯环中C—H
区
饱和C—H
域
—CH3 —CH3
—CH2
—CH2
吸收频率 （cm-1）
3650—3580 3400—3200 3500—3300 3400—3100 2600—2500
近红外、中红外、远红外区域。
概述
红外谱图的表示法
样品的红外吸收曲线称为红外吸收光谱，多用百分透射比与波数或百分透
射比与波长曲线来描述。
纵坐标为吸收强度，横坐标为波长λ （μm）和波数1/λ，单位：cm-1
有机化合物的结构解析；定性（基团的特征吸收频率）；定量（特征峰的强度）
红外光谱法原理 红外吸收光谱产生的条件
C=O、C=C、C=N、NO2、苯环等的伸缩振动
1500~400cm-1
C－C、C－O、C－N、C－X等的伸缩振动及含氢基团的弯曲振动
• 基团特征频率区的特点和用途
• 吸收峰数目较少，但特征性强。不同化合物中的同种基团振动吸收 总是出现在一个比较窄的波数范围内。
• 主要用于确定官能团。
• 指纹区的特点和用途
振动形式
伸缩 伸缩 伸缩 伸缩 伸缩
红外光谱分析法简介教学设计
教学设计沈阳市第二十七中学刘盛楠§高中化学人教版选修6《实验化学》附录Ⅶ红外光谱分析法简介教学设计【教材分析】本节课为人教版高中课程标准实验教科书化学选修 6 附录Ⅶ几种仪器分析方法简介——红外光谱分析法简介的内容，同时在人教版化学选修5《有机化学基础》第一张第四节研究有机化合物的一般步骤和方法中，用较长的篇幅也介绍了包括红外光谱在内的现代波谱分析在确定分子结构中的应用中的重要作用。
化学是一门以实验为基础的学科，实验贯穿于整个学习过程。
随着教育改革的不断推进，高中化学实验的课程标准也在不断改变。
高中化学新课程在化学分析方法和实验手段方面发生了较大的改变，其中一点就是从只应用近代实验方法向适当应用现代实验方法和现代化仪器转变。
具体体现在：新课程中引入了现代仪器分析的四大类仪器，即光谱类、色谱类、质谱类和电化学类。
要求学生了解现代化学分析仪器在物质的组成和结构的测定中具有的重要作用，并能在具体的化学实验中对这些现代仪器分析加以运用。
【学情分析】在高中教材中引的入现代化仪器分析手段，不但能让高中生感觉到科学技术的巨大魅力，同时他们对未知科学世界探索有相当强烈的渴望。
但购买现代仪器分析设备及日常维护所需资金十分庞大，而且还存在大型设备在中学里用于教学的次数有限、仪器利用率低、仪器需要专人专管、在职化学教师未必都会使用现代仪器分析等诸多不利因素。
一般的中学都不具备讲授现代分析仪器的条件。
同时近年来三谱分析受到高考命题组的青睐，在历年的高考真题和各地模拟题中频频出现，如2 0 0 7年高考理综宁夏卷就有相关内容的考査。
而学生仅仅限于教材上的简单介绍而止步，不能满足学生科学探究的进一步热情和高考的需要。
【教学目标】1.知识与技能●了解光谱的发现历史和红外光谱分析法的基本原理；●初步掌握红外光谱分析法在生活中、化学学科和国民生产中的应用；●能参照红外光谱图像解决高中有机化合物结构推断的一般问题。
2.过程与方法●初步了解科学家科学探究的过程和方法；●初步掌握辨别使用现代仪器分析的能力，学会科学实验研究的基本方法；●提高获取信息的能力。
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第十章红外吸收光谱法10．1教学建议一、从应用实例入手，介绍红外吸收光谱法的基本原理和红外光谱仪结构特征。
二、依据红外谱图确定有机化合物结构,推断未知物的结构为目的,介绍红外光谱分析方法在定性及定量分析的方面的应用。
10．2主要概念一、教学要求：（一）、掌握红外吸收光谱法的基本原理；（二）、掌握依据红外谱图确定有机化合物结构,推断未知物的结构方法；（三）、了解红外光谱仪的结构组成与应用。
二、内容要点精讲（一）基本概念红外吸收光谱——当用红外光照射物质时，物质分子的偶极矩发生变化而吸收红外光光能，有振动能级基态跃迁到激发态（同时伴随着转动能级跃迁），产生的透射率随着波长而变化的曲线。
红外吸收光谱法——利用红外分光光度计测量物质对红外光的吸收及所产生的红外光谱对物质的组成和结构进行分析测定的方法，称为红外吸收光谱法。
振动跃迁——分子中原子的位置发生相对运动的现象叫做分子振动。
不对称分子振动会引起分子偶极矩的变化，形成量子化的振动能级。
分子吸收红外光从振动能级基态到激发态的变化叫做振动跃迁。
转动跃迁——不对称的极性分子围绕其质量中心转动时，引起周期性的偶极矩变化，形成量子化的转动能级。
分子吸收辐射能（远红外光）从转动能级基态到激发态的变化叫做转动跃迁。
伸缩振动——原子沿化学键的轴线方向的伸展和收缩的振动。
弯曲振动——原子沿化学键轴线的垂直方向的振动，又称变形振动，这是键长不变，键角发生变化的振动。
红外活性振动——凡能产生红外吸收的振动，称为红外活性振动，不能产生红外吸收的振动则称为红外非活性振动。
诱导效应——当基团旁边连有电负性不同的原子或基团时，通过静电诱导作用会引起分子中电子云密度变化，从而引起键的力常熟的变化，使基团频率产生位移的现象。
共轭效应——分子中形成大 键使共轭体系中的电子云密度平均化，双键力常数减小，使基团的吸收频率向低波数方向移动的现象。
氢键效应——氢键使参与形成氢键的原化学键力常数降低，吸收频率将向低波数方向移动的现象。
溶剂效应——由于溶剂（极性）影响，使得吸收频率产生位移现象。
基团频率——通常将基团由振动基态跃迁到第一振动激发态所产生的红外吸收频率称为基团频率，光谱上出现的相应的吸收峰称为基频吸收峰，简称基频峰。
振动偶合——两个相邻基团的振动之间的相互作用称为振动偶合。
基团频率区——红外吸收光谱中能反映和表征官能团（基团）存在的区域。
指纹区——红外吸收光谱中能反映和表征化合物精细结构的区域。
分子振动自由度——多原子分子中原子振动形式的数目，称为分子振动自由度。
倍频峰——振动能级由基态跃迁至第二激发态、第三激发态……所产生的吸收峰称为倍频峰。
组（合）频峰——多原子分子中由于各种振动之间的相互作用而形成的组合频率（等于两个或多个基团频率之和或差）的吸收峰。
泛频与泛频峰——倍频与组（合）频，统称为泛频。
相应的吸收峰称为泛频峰。
相关峰——表征某一基团存在的一组特征峰称为相关峰。
（二）基本内容1. 红外吸收光谱的基本原理利用物质分子对红外辐射的吸收，并有其振动及转动引起偶极矩的净变化产生振动和转动能级由基态跃迁到激发态，获得分子振动和转动能级变化的振动-转动光谱，即红外吸收光谱。
除对称分子外，几乎所有具有不同结构的化合物都有相应的特征红外吸收光谱。
它反映了分子中各基团的振动特征。
因此可以用以确定化学基团和鉴定未知物结构。
同时，物质对红外辐射的吸收符合朗伯-比尔定律，故可用于定量分析。
2. 红外吸收光谱产生的条件（1）照射的红外光必须满足物质振动能级跃迁时所需的能量，即光的能量E = hv必须等于两振动能级间的能量差∆E(∆E =E振动激发态-E振动基态)。
（2）红外光与物质之间有偶合作用及分子的振动必须是能引起偶极矩变化的红外活性振动。
3. 分子的振动方程σ=由方程可知，振动波数σ（或频率ν）随键力常数k的增加或折合相对原子质量Ar的减少而增大，实际用于真实分子时应加以修正。
4. 分子振动的形式和类型分子中的基本振动形式（理论数）：对于非线性分子有（3N―6）个基本振动（即简正振动）形式；线性分子有（3N―5）个基本振动形式（N为分子中原子数目），实际上大多数化合物在红外光谱图上出现的吸收峰数目比理论数要少。
振动类型：多原子分子中有伸缩振动（对称和非对称伸缩振动）和弯曲（或变形）振动两大类。
5. 红外吸收光谱与有机化合物分子结构的关系（1）红外吸收光谱的分区：按照红外吸收光谱与分子结构的关系可将其分为基团频率区（或特征区）（4000～1300cm-1）和指纹区（1300～670cm-1）两大区域。
基团频率区包括：①X—H伸缩振动区（4000～2500cm-1），主要包括C—H，O—H，N—H 和S—H键伸缩振动频率区；②三键及积累双键区（2500～1900cm-1），主要包括C≡C，C≡N键伸缩振动及C═C═C和C═C═O等累积双键的不对称伸缩振动频率区；③双键伸缩振动区（1900～1500cm-1），主要包括C═O（1900～1650cm-1）和C═C（1680～1500cm-1）伸缩振动频率区。
指纹区包括：①1300～900cm-1振动区：主要包括C—O，C—N，C—F，C—P，C—S，P —O，Si—O等单键和C═S，S═O，P═O等双键的伸缩振动频率区以及一些弯曲振动频率区。
如C—O的伸缩振动（1300～1000cm-1）和甲基的弯曲振动（～1380cm-1）；②900cm-1以下振动区，主要包括一些重原子伸缩振动和一些弯曲振动频率区，δφC—H在这一区域的吸收峰可用来确定苯环的取代类型。
某些吸收峰还可用来判定化合物的顺反构型。
6. 影响红外吸收光谱的主要因素（1）影响吸收峰位置（即基团频率）的因素内部因素：诱导效应、共轭效应和氢键效应；外部因素：物质的物理状态和溶剂效应。
（2）影响吸收峰数目的因素通常大多数化合物在红外光谱上出现的吸收峰数目比理论计算数目有所增减，这主要是由于：①分子中存在着红外非活性振动；②某些振动频率完全相同，即简并为一个吸收峰；有些振动频率相近，仪器分辨不出来；③某些振动吸收强度太弱，仪器检测不出来或某些振动吸收频率超出了仪器的检测范围；④倍频峰和合频峰的产生，使吸收峰增加；⑤振动偶合使得吸收峰发生分裂；⑥费米共振，倍频峰和组频峰与基频峰之间相互偶合而产生的吸收峰的分裂，使吸收峰增多。
7. 红外吸收光谱仪用于测量和记录待测物质红外吸收光谱并进行结构分析及定性、定量分析的仪器，称为红外吸收光谱仪或红外吸收分光光度计。
仪器的类型：色散型红外吸收光谱仪和干涉型红外吸收光谱仪。
仪器的结构：红外光谱仪的基本结构与紫外光谱仪类似，也由光源、吸收池、单色器、检测器和记录系统等部分组成。
干涉型（傅里叶变换型）与普通色散型红外光谱的主要区别在于它有干涉仪和计算机两部分。
8. 红外吸收光谱法的应用红外吸收光谱法广泛用于有机物的定性分析、定量分析及未知物结构的确定。
三、重点、难点（一）重点内容1、红外吸收光谱法的基本原理；2、依据红外谱图确定有机化合物结构,推断未知物的结构方法。
（二）难点影响基团频率位移的因素、双原子分子振动及未知物结构的确定。
10．3 例题例3．1由下述力常数k数据，计算各化学键的振动频率（波数）。
（1）乙烷的C―H键，k=5.1N·cm-1;(2) 乙炔的C―H键，k=5.1N·cm-1(3) 苯的C=C键，k=7.6N·cm-1;(4) 甲醛的C=O键, k=12.3N·cm-1。
由所得计算值，你认为可以说明一些什么问题？答：计算（1）乙烷的C―H键，11 13072cm σ--===同理可得（2）乙炔的C―H键：σ2=3304 cm-1（3）苯的C=C键：σ3=1471 cm-1（4）甲醛的C=O键：σ4=1750 cm-1由此可知，①折合相对原子质量Ar的平方根与化学键的振动频率（波数）成反比，与折合相对原子质量Ar小的C―H键相比，C=C键和C=O键的振动波数比较低；②键力常数k 的平方根与化学键的振动频率（波数）成正比，不同的化学键有不一样的键力常数，键力常数差异决定了折合相对原子质量相近的化学键，如C=C键和C=O键的频率（波数）有明显的差异。
【评注】本题给定条件明了、直接，解题思路清晰。
例3．2氯仿（CHCl3）的红外光谱表明其C―H伸缩振动频率为3100 cm-1,对于氘代氯仿(CDCl3)，其C―D伸缩振动频率是否会改变，如果变动，是向高波数还是低波数方向移动？答：因为σ=1307（k1/Ar）1/2,的折合相对原子质量Ar1=12×1/（12+1）=12/13，而C―2H的折合相对原子质量Ar2=12×2/（12+2）=12/7，显然，Ar2≈2 Ar1，所以，与氯仿（CHCl3）红外光谱中的C―H伸缩振动频率比较，氘代氯仿(CDCl3)的C―2H伸缩振动频率会改变。
从Ar2≈2 Ar1来看，C―2H伸缩振动频率向低波数方向移动。
例3．3 图6-1为1-辛烯的红外光谱，试给出各峰的归属。
图6-1 1-辛烯的红外光谱图答：（1）如═CH2的反对称伸缩振动（末端═C—H出现在3085 cm-1附近）及═CH2的对称伸缩振动（═CH2出现在2975 ±10cm-1附近），═CH—的伸缩振动（C—H伸缩振动出现在3040～3010cm-1附近）。
（2）C═C的振动（C═C伸缩振动出现在1680～1620cm-1附近）。
（3）—CH2，—CH3的反对称变形（在1460±10cm-1附近）及—CH3的对称变形（在1370～1380cm-1附近）。
（4）═C—H的面外弯曲振动（在1000～650cm-1处出现强吸收峰）。
（5）═CH2面外摇摆振动（910～890cm-1附近）（6）—(CH2)5面外摇摆振动 [—(CH2)n—(n＞4)的面内摇摆振动720cm-1]。
10．4习题精选详解（题号）2.1.羧基（－COOH）中C＝O、C－O、O－H等键的力常数分别为12.1N.cm-1、7.12N.cm-1和5.80N.cm-1，若不考虑相互影响，计算：（1）各基团的伸缩振动频率；（2）基频峰的波长与波数；（3）比较ν（O－H）与ν（C－O），ν（C＝O）与ν（C－O），说明键力常数与折合原子质量对伸缩振动频率的影响。
解：Ar（H）=1.00794，Ar（O）=15.9994，Ar（C）=12.0107)(9.1730161216121.1213031-==+⨯=cm O C σ)(777.5109.1730114m μσλ=⨯==)(1051931039.17301010Hz c ⨯=⨯⨯=⋅=συ)(7.13271612161212.713031--=+⨯=cm O C σ)(532.7107.1327114m μσλ=⨯==)(101.39831037.13271010Hz c ⨯=⨯⨯=⋅=συ)(6.323416116180.513031--=+⨯=cm H O σ)(092.3106.3234114m μσλ=⨯==)(108.97031036.32341010Hz c ⨯=⨯⨯=⋅=συ2.2. 化合物的不饱和度是如何计算的？答：不饱和度是有机化合物分子中含有双键、三键及环的个数，即碳原子的不饱和程度，其经验公式为Ω=1+n4+1/2(n3-n1)n4、n3、n1分别为四价元素（C,Si 等）、三价元素（N,P 等）和一价元素（H,F,Cl,Br 等）的个数。