整理仪器分析—红外光谱分析法课件
仪器分析第十五章红外吸收光谱法
苯的衍生物在2000－1650cm-1区域出现C－H面外弯曲变 形振动的倍频或者组合频吸收，但因为强度较弱，只有在加 大样品浓度时才呈现出来。可以根据该区的吸收情况，判断 苯环的取代情况。
影响基团频率位移的因素－外部因素和内部因素
（1）电子效应－包括诱导效应、共轭效应和中介 效应，是由于化学键的电子分布不均匀引起的。
诱导效应（I效应）－由于取代基的不同的电负性， 通过静电诱导作用，引起分子中的电子分布的变化， 改变了键的力常数，使特征频率发生位移。例如有 电负性较强的元素如Cl与羰基相连时，由于诱导效 应，发生氧上电子转移，使C=O的力常数变大，吸 收向高波数移动。元素电负性越强，移动越厉害。
组频——如果分子吸收一个红外光子，同时激 发了基频分别为v1和v2的两种跃迁，此时所产 生的吸收频率应该等于上述两种跃迁的吸收频 率之和，故称组频。
对谐振子，倍频、组频均为禁阻跃迁。
但由于真实分子的非谐性，倍频、组频跃迁几 率并不为零。但强度都很弱。
分子的振动自由度
每个原子在空间的位置必须有三个坐标来确定， 则由N个原子组成的分子就有了3N个坐标，或称为 有3N个运动自由度。分子本身作为一个整体，有三 个平动自由度和三个转动自由度。
线性分子只有两个转动自由度，因为总有一个 轴心于双原子分子的键轴重合，原子在空间的 坐标并不改变。线性分子的振动自由度为3N-5， 非线性为3N－6。
例如苯分子的振动自由度为3×12-6＝30，即30 种简正振动。任何一个分子的振动，都可看成 3N－6或者3N－5个简正振动的叠加而成。
仪器分析 第四章--红外吸收光谱法
章节重点：
分子振动基本形式及自由度计算；
红外吸收的产生2个条件；
各类基团特征红外振动频率；
影响红外吸收峰位变化的因素。
第八章 红外吸收光谱分 析法
第三节 红外分光光度计
1. 仪器类型与结构
2. 制样方法
3. 联用技术
1. 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）
弯曲振动：
1.4 振动自由度
多原子分子振动形式的多少用振动自由度标示。
三维空间中，每个原子都能沿x、y、z三个坐标方向独 立运动，n个原子组成的分子则有3n个独立运动，再除 掉三个坐标轴方向的分子平移及整体分子转动。
非线性分子振动自由度为3n-6，如H2O有3个自由度。 线性分子振动自由度为3n-5，如CO2有4个自由度。
某些键的伸缩力常数：
键类型: 力常数: 峰位:源自-CC15 2062 cm-1
-C=C10 1683 cm-1
-C-C5 1190 cm-1
-C-H5.1 2920 cm-1
化学键键强越强（即键的力常数K越大），原子折合 质量越小，化学键振动频率越大，吸收峰在高波数区。
1.2 非谐振子
实际上双原子分子并非理想的谐振子！随着振动量子 数的增加，上下振动能级间的间隔逐渐减小！
（1）-O-H，37003100 cm-1，确定醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐 ，强吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
注意区分： -NH伸缩振动：3500 3300 cm-1 峰型尖锐
（2）饱和碳原子上的-C-H -CH3 2960 cm-1 2870 cm-1 反对称伸缩振动 对称伸缩振动
红外光谱分析全解课堂PPT
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图4-16是聚苯乙烯膜C—H伸缩振动吸收区分辨率与狭 缝宽度的关系。由于狭缝宽不仅分辨率降低，而且谱带形 状和强度也发生变化。
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2．测量准确度 指仪器记录的样品真实透过度的准确程度。影响测
由于检测器产生的信号很微小，因此，必须将信 号放大，才能记录成红外光谱。
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三、红外分光光度计的操作性能及影响因素
1．分辨率 分辨率是仪器的重要性能之一，它表示仪器分开
相邻光谱波数（或波长）的能力。普通红外分光光度 计的分辨率至少应为2cm-1或1cm-1，更精密的仪器， 如付里叶变换光谱仪的分辨率可达到0.1cm-1，甚至 更小。
振动光谱分类
定义： 所谓振动光谱是指物质由于吸收了能量而引
起其分子或原子内部基团振动的能量改变所产生 的光谱。 分类：
主要包括红外吸收光谱和激光拉曼光谱。 如果用的光源是红外光谱范围，即0.781000µm，就是红外吸收光谱。如果用的是强单色 光，例如激光，产生的是激光拉曼光谱。
1
第一节 红外光谱的基本原理
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（5）谱带的划分：
10
11
高岭石{Al4[Si4O10](OH)8 }红外吸收光谱
透过率/%
80 70 60 50 40 30 20 10
0 -10
4000
3500
3000
2500
2000
波 数/cm-1
1500
1000
80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 500
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三、红外光谱产生的原理
光源 单色器 检测器 电子放大器 记录系统
仪器分析_红外光谱法
C
C
C
C
C
C
2220 cm-1
1667 cm-1
1430 cm-1
2 原子的折合质量 反映了基团质量特性，折合
质量越小，则基频峰波数越大。
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C
C
C
N
C
O
1430 cm-1
1330 cm-1
1280 cm-1
利用实验得到的化学键力常数和计算式，可以 估算各种类型基团的基频吸收峰的波数。
由于各种有机化合物的结构不同。它 们的原子质量和化学健力常数各不相同， 红外吸收频率也不相同，因此，不同有 机化合物的红外光谱具有高度特征性。
（转动自由度）
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2、振动自由度
设分子原子数目为 N 个，在空间确定一个原子的 位置，需要3个坐标（ x, y, z ），所以，N 个原子需要 3N个坐标或自由度，分子中N 个原子自由度总数：
3 N = 平动自由度 + 振动自由度 + 转动自由度
振动自由度数目： 振动自由度 = 3 N — 平动自由度— 转动自由度 显然，分子整体可以分别沿 x, y, z 三个方向移动， 所以，分子平动自由度为 3；
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二、分子的振动自由度与红外吸收的理论峰数
理论上讲，分子的每一种振动形式都会产生一 个基频吸收峰，即对于一个多原子分子：
基频吸收峰的数目 = 分子所有的振动形式的数目
（振动自由度）
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1、分子的运动形式
A 分子中各原子在其平衡位置附近的振动（振动自由度）
B 分子作整体的平动 （平动自由度）
C 分子围绕 x, y, z 轴的转动
第十章 红外吸收光谱分析 (红外吸收光谱法)
Infrared Spectrometry (IR)
仪器分析科目学习PPT-红外光谱法
红外光谱分析法哈工大市政环境工程学院陈忠林•红外光谱：Infrared Spectrometry, IR, 又称分子振动转动光谱，是一种分子光谱。
振动转动光谱是种分子光谱发展历程•发展历程：•19世纪人们通过实验证实了红外光的存在；•20世纪初人们进一步系统地了解了不同官能团具有不同红外吸收频率这事实；频率这一事实；•1950年后出现了自动记录式红外分光光度计，使红外光谱法研究得以开展，揭开了有机物结构鉴定的新篇章；•20世纪50年代末期已积累了丰富的红外光谱数据；年代末期已积累了丰富的红外光谱数据•至20世纪70年代中期，红外光谱法一直是有机化合物结构鉴定的最重要方法；•近30年来，傅立叶变换红外光谱仪的问世以及一些新技术（如反射光谱、光声光谱、色谱红外联用等）的出现，使红外光谱得到更加广泛的应用。
•红外光谱法的优点•气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定。
•每种化合物均有红外吸收，由有机化合物的红外光谱可得到丰富的结构信息。
的结构信息•常规红外光谱仪价格相对低廉（与核磁共振仪、质谱仪相比），易于购置。
•样品用量少。
（毫克级、甚至微克级）•针对特殊样品的测试要求，已发展了多种测量技术，如光声光谱、反射光谱、漫反射、红外显微镜等。
•红外光谱区域及其应用•红外光谱最重要的应用是中红外区有机化合物的结构鉴定。
通过谱的应中有机合物的结构鉴过与标准谱图比较,可以确定化合物的结构;对于未知样品,通过官能团\顺反异构、取代基位置、氢键结合以及配合物的形成等结构信息可以推测结构。
息可以推测结构•红外光谱区域及其应用•波数在4000~400的cm -1红外光不足以使样品分子产生电子能级的跃迁而只是振动能级与转子产生电子能级的跃迁，而只是振动能级与转动能级的跃迁。
•分子在振动和转动过程中只有伴随净的偶极矩变化的键才有红外活性（红外吸收）。
分子振动伴随偶极矩改变时分子内电贺分布•分子振动伴随偶极矩改变时，分子内电贺分布变化会产生交变电场，当其频率与入射辐射电磁波频率相等时才会产生红外吸收磁波频率相等时才会产生红外吸收。
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——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。
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教学日历（2020 至2021 学年第一学期）
课程名称现代仪器分析课程性
质必修
总学时48 讲授40 实验8 上机0
授课班级环科18-1，18-2 学生人
数51
任课教师王广利职称副教授
开课学院地球科学学院系（教研室）盆地中心教材名称仪器分析（第四版）编/著者朱明华
出版单位高等教育出版社出版时
间2008
中国石油大学（北京）教务处制
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整理丨尼克
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