仪器分析课件 第4章 红外分光光度法

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
特点:工作温度1200℃,发射波数5000~400cm-1。发光面 积大,寿命长。
2.吸收池 气体吸收池:测定气体和沸点较低的样品 液体吸收池:测定不易挥发液体/固体样品
均具有岩盐窗片,有NaCl、KBr等种类 3.单色器
棱镜:受湿度温度影响较大,要在恒温恒湿条件下使 用。早期用,现已淘汰。
光栅:反射光栅
五、红外光谱中吸收峰的类型
(一)基频峰:分子吸收一定频率红外线,振动能级从 基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰(即υ=0 → 1产生的峰)
• 基频峰的峰位等于分子的振动频率 • 基频峰强度大——红外主要吸收峰
(二)泛频峰
倍频峰:分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、第三
振动激发态等高能态时所产生的吸收峰(即υ=1→ υ=2,3- -产生的峰)
泛 倍频峰 二倍频峰(υ=0→υ=2)

三倍频峰(υ=0→υ=3)
峰 和频峰
差频峰(即υ=1→υ=2,3- - -产生的峰)
注:泛频峰强度较弱,难辨认→却增加了光谱特征性
(三)特征峰:可用于鉴别官能团存在的吸收峰。 (四)相关峰:由一个官能团引起的一组具有相互依存
关系的特征峰。 • 注:
相关峰的数目与基团的活性振动及光谱的波数范 围有关。
键轴为轴的转动原子的位置没有改变,转动惯量为零,不形成 转动的自由度。故仅有两个转动自由度。
水分子——非线性分子
CO2分子 ——线性分子
CO2分子中有四种基本振动形式,理论上有四个吸 收峰,但红外光谱上只出现了两个。
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
键能↑(大),键长↓(短),k↑
若用波数 代替 ,则:
1 k 2c
用原子A、B的折合原子量 代替 μ,则:
此式即所谓分子振动方程式。
某些键的伸缩力常数
-C≡C- > -C=C- > -C-C-
讨 论:
(1)同类原子组成的化学键,伸缩力常数大,基本振 动频率就越大。例如C-C、C=C和C≡C,折合原子 量均为6,振动频率分别为1190cm -1 、1683cm -1 、 2062cm-1。
F. W. 赫胥尔
(William Herschel)
1911年,诺贝尔物理学奖授予 德国乌尔兹堡大学的维恩,以表彰 他发现了热辐射定律。
它的研究得到了热力学和光谱 学的支持,还用到了电磁学和光学 的新技术,因此发展很快。
到19世纪末,这个领域已经达到 如此顶峰,以至于量子论这个婴儿 注定要从这里诞生。
红外分光光度法:利用样品的红外吸收光谱进行定性、 定量分析以及测定分子结构的分析方法,又称红外 吸收光谱法。
• 1672年人们发现太阳光(白光) 是由各种颜色的光复合而成的。
• 当时,牛顿做出了单色光在性质 上比白光更简单的著名结论。
• 1800年德国物理学家赫胥尔从 热的观点来研究各色光时,发现 了红外线。看视频
液体 溶液法——液体池
溶剂: CCl4 ,CS2常用。
研糊法(液体石腊法)
固体 KBr压片法 薄膜法
注意
1.样品纯度>98% 2.样品浓度和测试厚度 使T%在15%~70%之间。 3.样品中不应含有水分 使吸收池受潮,而且有-OH的干扰。 样品的制备和处理方法: 1.气态样品:纯化后直接用气体吸收池测定。 2.液态样品: • 液膜法:选用两圆形盐片,其间滴1~2滴样品,形成液膜,用
(2)对于相同化学键的基团,σ与原子质量平方根成反 比。原子质量越轻,振动频率越高。如C-H,振动频 率为2920cm -1 。
二、振动形式
两类基本振动形式: 伸缩振动 、弯曲(变形)振动
(一) 伸缩振动(vibration):以ν表示,原子沿键长方 向伸缩。特征:键长变化而键角不变。
(二)弯曲(变形)振动 以δ表示 定义:使键角发生周期性变化的振动 特征:键角变化、而键长不变的振动 1.面内弯曲振动β:弯曲振动发生在由几个原子构成的平面内 1)剪式振动δ:振动中键角的变化类似剪刀的开闭(scissoring) 2)面内摇摆ρ: 基团作为一个整体在平面内摇动
整数倍
2.分子在振、转过程中的净偶极矩的变化不为0, 即分子产生红外活性振动
• 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。 当分子发生振动能级跃迁的同时,必然伴随着
转动能级的跃迁,由此而产生的红外吸收光谱又称 为振动-转动光谱。
专用夹具将盐片夹紧,即可测定。
特点:吸收峰密集、难辨认→指纹
(二)X-H(X包括C、N、O、S等)伸缩振动区 ( 4000~2500cm-1) (1)羟基(醇羟基和酚羟基):
O-H的吸收范围处于3200~3700cm-1 ① 游离羟基:仅存在于气态或非极性溶剂 的低浓度溶液中,其红外吸收处于较高波数 (3700~3500cm-1),峰形尖锐。(m)
第四章 红外分光光度法 ( Infrared Spectrophotometry ,IR )
第一节 概 述
一、红外线及红外光谱
红外吸收光谱:当用一定频率的红外线光照射样品时, 因其辐射能量不足以引起分子中电子能级的跃迁, 只能被样品吸收,实现分子振动能级和转动能级的 跃迁,从而产生的吸收光谱即为红外吸收光谱,又 称分子的振动-转动光谱。
为单键的伸缩振动和各种弯曲振动。
总结
第三节 红外分光光度计和制样
一、仪器类型与结构 两种类型:色散型、干涉型(傅立叶变换红外光谱仪)
Nicolet公司的 AVATAR 360 FT-IR
一、主要部件
五个基本部件:光源、吸收池、单色器、检测器、显示器
1.光源 ①Nernst灯
特点:工作温度1750℃,预热,发射波数5000~400cm-1, 发光强度大,但寿命短,易损坏。 ②硅碳棒
起源
IR 分子振动能级伴随 转动能级跃迁
适用 所有红外吸收的 有机化合物
特征性 特征性强
用途
定性 (主要) 峰多
UV 分子外层价电子
能级跃迁
具n-π*跃迁有机化合物 具π-π*跃迁有机化合物
简单、特征性不强
定量(主要) 推测有机化合物 共轭骨架(峰少)
三、红外光谱的主要用途
用于定性鉴定和结构 分析,也可以定量。
(WilhelmWien , 1864-1928)
“热眼”长在蛇的眼睛和鼻孔 之间叫颊窝的地方,外面有 热收集器能够接收小动物身 上发出来的红外辐射。
• 松鼠用红外线交 流
• 动物的反捕猎行 为——松鼠加热 尾巴吓走响尾蛇
红外线还具有良好的穿透性,如穿透烟雾、水气等。 利用红外线发现健康、不健康的树木,森林,地脉甚至 矿藏; 医学上可以用于人体组织的穿透; 科研及工程摄影可以用于鉴别印色,穿透织物; 普通红外线摄影可以利用发散性产生虚幻图画效果。
4.检测器 • 热电偶:常用真空热电偶,
原理: 温差 电位差 • 高莱池(Glolay Cell) 灵敏度高于热电偶。
5.显示器:记录和处理数据
二、傅里叶变换红外光谱仪工作原理
• 三、仪器性能指标
指标:分辨率 波数准确度与重复性。
四、制样
气体——气体池 液膜法——难挥发液体(b.p.≥80C)
(3)烃基:烃基的红外吸收可分为饱和烃及不饱和 烃两种情况。
① 饱和碳原子上的-C-H
—CH3
2960 cm-1 不对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动
—CH2— 2930 cm-1 不对称伸缩振动
2850 cm-1 对称伸缩振动 —C—H 2890 cm-1 弱吸收
3000cm-1以下
• ② 缔合羟基:氢键缔合,键力常源自文库下降,红外吸 收移向较低波数(3300cm-1附近),峰形宽而钝 且强。(S)
如:羧酸由于分子内的羟基与羟基的强烈缔合, 吸收峰的底部可延续到2500cm-1处,形成一个很 宽的吸收带。
(2)胺基:N-H的红外吸收与羟基相似,游离胺基 的红外吸收在3300~3500cm-1范围,强度弱。缔 合胺基的吸收位置相应降低约100 cm-1。(w)
红外线光谱区域 红外线:波长在0.76~1000μm范围内的电磁波。 近红外区:0.75~2.5μm 中红外区:2.5~50μm 远红外区:50~1000μm 绝大多数有机物和无机离子的化学键基频吸收都出
现在中红外区。通常说的红外光谱实指中红外光谱区。
2.红外光谱图的表示方法
波数
透光率 吸收峰
(cm-1) 1 104 (cm) (m)
七、红外吸收光谱的重要区段
(一) 特征区和指纹区 1. 特征区: 4000~1500cm-1范围
包括:含氢原子的单键、各种叁键及双键的伸 缩振动基频峰,还包括部分含氢单键的面内弯曲振 动的基频峰。
特点:吸收峰稀疏、较强,易辨认
2. 指纹区: 1500~400cm-1的低频区 包含C—X(X:O、H、N)单键的伸缩振动及各种 面内弯曲振动。
基频峰少于振动自由度的原因:
• 发生了简并—即振动形式不同,但振动频率相同 的峰,在红外光谱图上重合,只能观察到一个峰, 称为简并。
• 红外非活性振动—偶极矩不发生变化的振动,称 为~,不产生红外吸收。
四、红外光谱的产生条件
红外光谱产生的条件 • 满足两个条件: 1.分子吸收红外辐射的频率恰等于分子振动频率
(rocking)
2.面外弯曲γ:弯曲振动垂直几个原子构成的平面 1)面外(非平面)摇摆ω:两个X原子同时向面下
或面上的振动(wagging) 2)扭曲振动τ:一个 X原子在面上,一个 X原子在面下的振动
(twisting)
三、振动自由度与峰数
• 振动自由度:指分子独立的振动数目,或基本的振动数目。 • N个原子组成分子,每个原子在空间具三个自由度。线性分子以
但操作繁琐,应用不 如紫外广泛。
第二节 基本原理
一、分子的振动和红外吸收 双原子分子的简谐振动及其频率 化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
这个体系的振动频率可通过Hooke(虎克)定律导出:
1k ν振 = 2π μ
其中:
式中:k — 化学键的力常数,单位为N·cm-1;
μ— 折合质量,g 力常数k :与键长、键能有关:
T~λ曲线
T ~σ曲线
二、红外光谱与紫外光谱的区别
• 1.形成原因不同 紫外:外层电子能级跃迁——电子光谱 红外:分子振动-转动能级跃迁——振动-转动光谱
• 2.特征性不同 紫外:吸收峰少 红外:吸收峰多
• 3.应用范围不同 紫外:研究不饱和化合物(液体/少量蒸气)、定量 红外:定性和结构分析(固/液/气)
是判断羰基化合物存在与否的主要依据。 ②C=C:1670~1450cm-1峰强不定,由所连基团决定。 a.分子比较对称,则峰较弱; b.如果是芳香族,在1650~1500cm-1有一个或一个以上
强峰,为芳环骨架振动。是确定芳环的重要依据。
上述区域4000~1500 cm-1范围内,大多是 一些特定官能团所产生的吸收峰,因此称为官能 团区,又称为特征区。 (五)指纹区(1500~400cm-1)
可以3000cm -1为界,区分饱和烃与不饱和烃。
②不饱和碳原子上的=C-H(≡C-H)
苯环上的C—H 3030 cm-1
=C—H 3085cm-1 3000cm-1以上
C—H 3300 cm-1
(三)叁键和累计双键的伸缩振动区
2500~2000cm-1 范围:吸收峰少,容易判断。
(1) R-C≡CH
2100~2140cm-1附近
R′ -C≡C-R R′=R
2190~2260cm-1附近 无红外活性
(2)-C≡N 基
非共轭
2240~2260cm-1附近。
共轭
2220~2230cm-1附近。
分子中仅含C、H、N原子,-C≡N基吸收比 较强而尖锐。
(四)双键的伸缩振动区
2500~1500cm-1范围 ①C=O吸收:1900~1600cm-1红外光谱图上最强吸收,
用一组相关峰才可以确定一个官能团的存在。
• 红外光谱按照波数大小分为两个区域,一个是基团区, 又称为官能团区,波数范围为4000~1300 cm-1,该区 域的吸收峰主要是伸缩振动产生的;
• 一个是指纹区,波数范围为1300~600cm-1,该区域 除了单键伸缩振动吸收峰外还有因变形振动产生的复 杂的吸收峰。谱带细密,峰密集,分子结构的微小变 化,都能在这一带体现出来,犹如人的指纹,因此称为 指纹区。(对结构改变比较敏感)
相关文档
最新文档