二、红外光谱分析法简介
合集下载
相关主题
- 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、"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、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)。
为横坐标作图得到红外吸收光谱图。
12
从红外光谱图上得到的信息： 峰的数目：与分子中基团有关 峰的形状：宽窄；结构定性的辅助手段 峰的位置：结构定性的主要依据 峰的强度：高低，结构定性的辅助手段，可作为定量依据
通过对大量标准样品的红外光谱的研究，处于不同有机物分子的同一 种官能团的振动频率变化不大，即具有明显的特征性。这是因为连接原子 的主要为价键力，处于不同分子中的价键力受外界因素的影响有限！即各 基团有其自已特征的吸收谱带。通常，基团频率位于4000~1300cm-1之 间，可分为三个区。
中混匀，充分研细至颗粒直径小于2μm，用不锈钢铲取70~90mg放入 压片模具内，在压片机压成透明薄片，即可用于测定。
压片法模具
• 特征区：即化学键和基团的特征振动频率区。在该区域出现的吸收 峰一般用于鉴定官能团的存在，特征吸收峰发生在4000 – 1333 cm-1的区域。这些吸收峰特征性强，比较稀疏，容易辨认，因此把 这一区域叫特征谱带区。
基础知识
基本结构和 工作原理
样品制备
谱图解析
红外吸收光谱又称为分子振动转动光谱，红外光谱在化学领域中的应 用可分为两个方面：
1.分子结构的基础研究：应用红外光谱可以测定分子的键长、健角， 以此推断出分子的立体构型，根据所得的力常数可以知道化学键的强弱； 由频率来计算热力学函数等等。
2.红外光谱用于化合物的定性分析具有鲜明的特征性，根据化合物红 外光谱的特征基团频率来检定物质含有哪些基团，从而确定有关化合物的 类别。
1800: 英国物理学家W.Herschel在研究太阳光谱时发现了红外光； 1892: 科学家发现凡含甲基的物质在3.4微米处均有一吸收带； 1905: 科学家Coblentz 系统研究了上百种化合物的红外吸收光谱， 并总结了物质分子基团与其红外吸收带间的关系； 1930: 光的二象性和量子力学理论的提出，使红外吸收光谱法的研究 更深入发展。
分子吸收红外辐射后，由基态振动能级（=0）跃迁至第一振动激发态 （=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰。
振动能级由基态（ =0）跃迁至第二激发态（ =2）、第三激发态（ =3） ，所产生的吸收峰称为倍频峰。
(2)辐射与物质间有偶合作用。 红外跃迁是偶极矩诱导的，即能量转移的机制是通过振动过程所导致的偶
傅里叶变换红外光谱仪结构图
试样制备的要求： （1）试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中大多数吸收峰 的透射比处于15~70%范围内。
浓度太小，厚度太薄，会使一些弱的吸收峰和光谱的细微部分不 能显示出来；
过大，过厚，又会使强的吸收峰超越标尺刻度而无法确定它的真 实位置。
（2）试样中不应含有游离水。水分的存在不仅会侵蚀吸收池的盐窗， 而且水分本身在红外区有吸收，将使测得的光谱图变形。常用溶剂为 CCl4和CS2。 （3）试样应该是单一组分的纯物质。多组分试样在测定前应尽量预先 进行组分分离（如采用色谱法柱分离、蒸馏、重结晶、萃取法等），否 则各组分光谱相互重叠，以致对谱图无法进行正确的解释。
气态试样的制备 气态试样可在气体吸收池内进行测定，它的两端粘有红外透光的
NaCI或KBr窗片。先将气体池抽真空，再将试样注入。 气体池
液态试样的制备 A、 液膜法：沸点较高的试样，直接滴在两块盐片之间，形成液膜。
B、 液体池法。沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体池中。 液层厚度一般为0.01~1mm。
红外光谱分析的特点 (1). 对研究的对象无限制，气、液、固都可以； (2). 特征性强，被称为“分子指纹”； (3). 样品用量少，测定速度快，仪器简单，操作方便； (4). 具有大量标准谱图可查。 红外光谱法也有局限性： (1). 有些物质不产生红外光谱，如原子，单原子离子，同质双原子分子， 有些物质不能用红外光谱法鉴别：如光学异构，不同分子量的同种高聚物 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ (2). 有些复杂吸收带无法解释，特别是指纹区。有时必须与拉曼光谱、核 磁、质谱等方法结合才能得出最后鉴定； (3). 用于定量分析的准确度和灵敏度低于可见、紫外光谱法。
1）直接加热熔融样品然后涂制或压制成膜；
2）先把样品溶解在低沸点的易挥发溶剂中，涂在盐片上，待溶剂挥发后 成膜来测定。
D、压片法 固体样品常用压片法，它也是固体样品红外测定的标准方法。将固
体样品与KBr一起粉碎，用压片机压成薄片。薄片应透明均匀。 一般取试样2~3mg样品与200~300mg干燥的KBr粉末在玛瑙研钵
• 指纹区：红外吸收光谱中1333-400 cm-1的低频区通常称为指纹 区。该区域出现的谱带主要是单键的伸缩振动以及各种弯曲振动引 起的。这一区域谱带特别密集，对分子结构的变化极为敏感，结构 上的微小变化往往导致光谱上的显著不同，如同人的指纹一样。
没有确定的原则。 一般来说： 先特征，后指纹
极矩的变化和交变的电磁场（红外线）相互作用发生的。 只有发生偶极矩变化（△≠0）的振动才能引起可观测的红外吸收光谱，该
分子称之为红外活性的； △=0的分子振动不能产生红外振动吸收，称为非红 外活性的。
3
2 1 E 0
红外光谱图表示方法
以透射比T％为纵坐标，以波长λ（ μm ）和波数1/λ（ σ，cm-1）
固态试样的制备
A、溶液法。对于不宜研成细末的固体样品，如果能溶于溶剂，可制成 5%溶液，按照液体样品测试的方法进行测试。
B、研糊法。将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡混合，调成糊状，加 在两KBr盐片中间进行测定。液体石蜡C-H吸收带有干扰，可用六氯丁二 烯。
C、薄膜法。一些高聚物样品，一般难于研成细末，可制成薄膜直接进行 红外光谱测定。薄膜的制备方法有两种：
1、光谱的产生 分子吸收红外辐射后基团的振动和转动能级跃迁产生振-转光谱，
称红外光谱。
2、基本原理 用红外光（0.5~1000um）照射化合物时，分子吸收红外光的能
量，使分子中键的振动从低能态向高能态跃迁，将这个过程记录下来 得到的红外光谱图。
3、红外吸收光谱产生的条件
(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
12
从红外光谱图上得到的信息： 峰的数目：与分子中基团有关 峰的形状：宽窄；结构定性的辅助手段 峰的位置：结构定性的主要依据 峰的强度：高低，结构定性的辅助手段，可作为定量依据
通过对大量标准样品的红外光谱的研究，处于不同有机物分子的同一 种官能团的振动频率变化不大，即具有明显的特征性。这是因为连接原子 的主要为价键力，处于不同分子中的价键力受外界因素的影响有限！即各 基团有其自已特征的吸收谱带。通常，基团频率位于4000~1300cm-1之 间，可分为三个区。
中混匀，充分研细至颗粒直径小于2μm，用不锈钢铲取70~90mg放入 压片模具内，在压片机压成透明薄片，即可用于测定。
压片法模具
• 特征区：即化学键和基团的特征振动频率区。在该区域出现的吸收 峰一般用于鉴定官能团的存在，特征吸收峰发生在4000 – 1333 cm-1的区域。这些吸收峰特征性强，比较稀疏，容易辨认，因此把 这一区域叫特征谱带区。
基础知识
基本结构和 工作原理
样品制备
谱图解析
红外吸收光谱又称为分子振动转动光谱，红外光谱在化学领域中的应 用可分为两个方面：
1.分子结构的基础研究：应用红外光谱可以测定分子的键长、健角， 以此推断出分子的立体构型，根据所得的力常数可以知道化学键的强弱； 由频率来计算热力学函数等等。
2.红外光谱用于化合物的定性分析具有鲜明的特征性，根据化合物红 外光谱的特征基团频率来检定物质含有哪些基团，从而确定有关化合物的 类别。
1800: 英国物理学家W.Herschel在研究太阳光谱时发现了红外光； 1892: 科学家发现凡含甲基的物质在3.4微米处均有一吸收带； 1905: 科学家Coblentz 系统研究了上百种化合物的红外吸收光谱， 并总结了物质分子基团与其红外吸收带间的关系； 1930: 光的二象性和量子力学理论的提出，使红外吸收光谱法的研究 更深入发展。
分子吸收红外辐射后，由基态振动能级（=0）跃迁至第一振动激发态 （=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰。
振动能级由基态（ =0）跃迁至第二激发态（ =2）、第三激发态（ =3） ，所产生的吸收峰称为倍频峰。
(2)辐射与物质间有偶合作用。 红外跃迁是偶极矩诱导的，即能量转移的机制是通过振动过程所导致的偶
傅里叶变换红外光谱仪结构图
试样制备的要求： （1）试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中大多数吸收峰 的透射比处于15~70%范围内。
浓度太小，厚度太薄，会使一些弱的吸收峰和光谱的细微部分不 能显示出来；
过大，过厚，又会使强的吸收峰超越标尺刻度而无法确定它的真 实位置。
（2）试样中不应含有游离水。水分的存在不仅会侵蚀吸收池的盐窗， 而且水分本身在红外区有吸收，将使测得的光谱图变形。常用溶剂为 CCl4和CS2。 （3）试样应该是单一组分的纯物质。多组分试样在测定前应尽量预先 进行组分分离（如采用色谱法柱分离、蒸馏、重结晶、萃取法等），否 则各组分光谱相互重叠，以致对谱图无法进行正确的解释。
气态试样的制备 气态试样可在气体吸收池内进行测定，它的两端粘有红外透光的
NaCI或KBr窗片。先将气体池抽真空，再将试样注入。 气体池
液态试样的制备 A、 液膜法：沸点较高的试样，直接滴在两块盐片之间，形成液膜。
B、 液体池法。沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体池中。 液层厚度一般为0.01~1mm。
红外光谱分析的特点 (1). 对研究的对象无限制，气、液、固都可以； (2). 特征性强，被称为“分子指纹”； (3). 样品用量少，测定速度快，仪器简单，操作方便； (4). 具有大量标准谱图可查。 红外光谱法也有局限性： (1). 有些物质不产生红外光谱，如原子，单原子离子，同质双原子分子， 有些物质不能用红外光谱法鉴别：如光学异构，不同分子量的同种高聚物 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ (2). 有些复杂吸收带无法解释，特别是指纹区。有时必须与拉曼光谱、核 磁、质谱等方法结合才能得出最后鉴定； (3). 用于定量分析的准确度和灵敏度低于可见、紫外光谱法。
1）直接加热熔融样品然后涂制或压制成膜；
2）先把样品溶解在低沸点的易挥发溶剂中，涂在盐片上，待溶剂挥发后 成膜来测定。
D、压片法 固体样品常用压片法，它也是固体样品红外测定的标准方法。将固
体样品与KBr一起粉碎，用压片机压成薄片。薄片应透明均匀。 一般取试样2~3mg样品与200~300mg干燥的KBr粉末在玛瑙研钵
• 指纹区：红外吸收光谱中1333-400 cm-1的低频区通常称为指纹 区。该区域出现的谱带主要是单键的伸缩振动以及各种弯曲振动引 起的。这一区域谱带特别密集，对分子结构的变化极为敏感，结构 上的微小变化往往导致光谱上的显著不同，如同人的指纹一样。
没有确定的原则。 一般来说： 先特征，后指纹
极矩的变化和交变的电磁场（红外线）相互作用发生的。 只有发生偶极矩变化（△≠0）的振动才能引起可观测的红外吸收光谱，该
分子称之为红外活性的； △=0的分子振动不能产生红外振动吸收，称为非红 外活性的。
3
2 1 E 0
红外光谱图表示方法
以透射比T％为纵坐标，以波长λ（ μm ）和波数1/λ（ σ，cm-1）
固态试样的制备
A、溶液法。对于不宜研成细末的固体样品，如果能溶于溶剂，可制成 5%溶液，按照液体样品测试的方法进行测试。
B、研糊法。将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡混合，调成糊状，加 在两KBr盐片中间进行测定。液体石蜡C-H吸收带有干扰，可用六氯丁二 烯。
C、薄膜法。一些高聚物样品，一般难于研成细末，可制成薄膜直接进行 红外光谱测定。薄膜的制备方法有两种：
1、光谱的产生 分子吸收红外辐射后基团的振动和转动能级跃迁产生振-转光谱，
称红外光谱。
2、基本原理 用红外光（0.5~1000um）照射化合物时，分子吸收红外光的能
量，使分子中键的振动从低能态向高能态跃迁，将这个过程记录下来 得到的红外光谱图。
3、红外吸收光谱产生的条件
(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