利用红外光谱仪分析含氧化合物的结构特征

利用红外光谱仪分析含氧化合物的结构特征

曹楠

（枣庄学院实验中心，山东枣庄277160）

[摘要]红外光谱仪测定结果表明，所有含氧化合物，无论是有机物还是无机物，其红外活性都是很大的，表现为强宽的吸收峰，这为判定化合物是否含氧提供了有力的分析检测依据。

[关键词]含氧化合物；红外光谱；结构特点

物质的红外光谱是其分子结构的反映，红外光谱图的吸收峰，与分子中各基团的振动形式相对应。利用红外光谱仪，对含氧化合物进行测定，得到其红外光谱。通过对谱图的分析，得知它们都存在着一定的规律和共性的特征，本文将具体讨论。

1 实验部分

样品

水，羟基化合物，羰基化合物，硝基化合物，醚类化合物，磷氧化合物，硫酸盐，碳酸盐，硅酸盐，硝酸盐，金属氧化物等。

1.2仪器与测试条件

美国Nicolet公司Nexus智能研究型FT-IR红外光谱仪，高级智能采样器，光谱范围7400~350cm-1。

样品测定

将测试样品分别放入智能采样器中，放到Nexus红外光谱仪的光路中，对样品进行扫描，用Omnic软件处理，得到样品的红外光谱图。

2 结果与讨论

从表1可以得出以下规律：

(1)所有含氧化合物的红外活性都极强。

(2)随与氧连接的元素原子量的增大，吸收谱带的波数降低。

(3)与氧双键结合的官能团吸收谱带的波数比单键结合的官能团高。

(4)与多氧原子结合的官能团，存在两个以上强吸收峰。

表1 有机含氧官能团红外光谱特征吸收峰表

官能团类型吸吸收峰波数范围(ｃｍ-1)结构类型与振动类型吸收峰特征

羟基化合物ＯＨ3600～3500

3500～3200

3100～2500

游离羟基νO-H

分子间缔合νＯ-Ｈ

分子内螯合νＯ-Ｈ

尖强

强宽

强宽

羰基化合物Ｃ=Ｏ1850～1600νc=o强宽

硝基化合物—ＮＯ21580～1510

1390～1300νs

νas

强宽

强宽

醚类Ｃ—Ｏ—Ｃ1280～1000νc-o-c强宽硫氧化合物

—ＳＯ21400～1200νas,so2强宽

1200～1000νs,so2强宽—ＳＯ1200～1000νs,s=o强宽

900～600νs,s-o强宽磷氧化合物

—Ｐ=Ｏ1350～1100νp=o强度

—Ｐ—Ｏ—1250～900νp-o强宽

硅氧化合物

Ｓｉ—Ｏ—Ｓｉ1100～1000νsi-o宽强现在就以上结论分别解析如下：

(1)产生红外吸收的条件是有偶极矩改变，偶极矩改变愈大，吸收峰愈强。根据量子力学原理，原子间的偶极矩为一矢量，它是电量与电荷之间距离的积。氧原子的电负性很大，它的2ｐ电子层存在一个空轨道，一个轨道上有两个电子才稳定，这为吸电子提供了空间，因此，当氧原子与其它原子形成共价键时，随着它外层空轨道电子云密度的增加，电量成倍增加，偶极矩也成倍增加，所以红外活性很大，表现出强宽的吸收谱带。

(2)原子键伸缩振动的基频可近似用下式表示：

ν=

ν为键的振动基频，ｃ为光速，ｋ为化学键力常数，Ｍ是质量分别为ｍ1，ｍ2二原子的折合质量，Ｍ=(ｍ1×ｍ2)/(ｍ1+ｍ2)，设ｍ1为氧原子质量，当ｍ2的质量增大时，Ｍ增大，那么ν降低，因此，随与氧连接原子的原子量的增大，吸收波数降低。

(3)根据量子化学原理，单键原子间由σ键结合，而双键原子之间的电子云是由一个σ键和一个π键组成。π键的电子云叠合少，电子云的位置易受外界电场影响而改变，从而产生极化，因此使得键能增强，那么化学键力常数随之增大。同样根据上述公式，当ｋ值增大时，ν值增大，这样可以得出结论，即与氧原子双键结合的化合物的红外吸收频率大于单键结合的化合物的红外吸收频率。

(4)根据分子振动的方式，非线型分子中，当一个原子与多原子结合时，存在对称与不对称两种振动形式，因此，当多个氧原子与另一原子结合时，必然存在两个以上吸收峰，如对称振动吸收峰νs和不对称振动峰νas，另外还有弯曲振动。

从表2可以看出含氧酸根离子和金属氧化物都具有极强宽的吸收峰，这也都与氧有孤对电子存在，吸电子能力强有关。

总之，在红外光谱中，如果有极强宽的吸收谱带，首先要判断可能含有氧原子，然后再根据具体的峰位，推断可能存在的官能团，这样为红外解析工作创造了快捷的途径。

表2 无机含氧官能团红外光谱特征吸收峰表

官能团类型吸吸收峰波数范围(ｃｍ-1)吸收峰特征

CO3-21450-1400强宽

NO3-11390-1350强宽

SO4-21200-1100强宽

SiO3-31100-900宽强

SiO21080极宽强

MgO500极宽强

ZnO500-400极宽强

CuO500宽强

[参考文献]

[1]赵藻藩.仪器分析[M].北京：高等教育出版社，2000.

[2]王彤.仪器分析与实验[M].青岛：青岛出版社，2000.

[3]夏玉宇.化验员实用手册[M].北京：化学工业出版社，1999.

[4]周永洽.分子结构分析[M].北京：化学工业出版社，1991.

[5]马旭.红外光谱分析技术的应用[J].大连海事大学学报，2003，(1).

[6]乔冬平.浅谈傅立叶变换红外光谱技术与应用[J].材料开发与应用，1999，(1).

Analyse Structure Characteristics of Oxide with Infrared Spectrometer

CAO Nan

(Zaozhuang Teachers’ College Zaozhuang 277160,China)

Abstract:Infrared spectrometer determined show that organic compound and inorganic compound have great infrared activity, and have intense and wide absorption peaks. This provides the strong basis on which we can distinguish the oxide from the compound.

Key words: oxide; infrared spectrum; Structure Characteristics

[作者简介]曹楠（1960-），女，山东威海市人，山东省枣庄学院实验中心高级实验师。

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[通信地址]山东省枣庄学院实验中心，邮编：277160