红外光谱分析

有机化合物的红外光谱分析

一、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）通过谱图解析及标准谱图的检索，了解由红外光谱鉴定未知物的一般过程。

二、实验原理

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。

三、仪器和试样

1. 仪器

傅里叶变换红外光谱仪（德国Bruker公司，TENSOR 27型;）；压片机；玛瑙研钵；红外灯。

2. 试剂

NaCl窗片、KBr晶体、待分析试样等。

四、实验步骤

1．样品制备

(1) 固体样品：KBr压片法

用一玛瑙研钵将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，并使其颗粒大小比所检测的光波长更小(约2μm以下)。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，用夹具固定测试。油压机的使用方法a压片模具放置在活塞下方。b关紧通气口。c上下摇把，使活塞下行，压紧模具，直至压力指示到500Kgf/cm2停止摇把，保持1分钟。d打开通气口，压力指示回零，取出模具。

（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。

2．仪器测试与解析

（1）打开红外光谱测试软件→进入测试对话框→背景测试→样品测试→标峰值→打印谱图→取出样品室中样品。

（2）解析谱图，推出可能的结构式。

（3）查阅萨特勒标准谱图集，直至查到与所测试样品红外光谱图完全一致的谱图才

能确定化合物结构。

五、结果处理

1、样品及仪器：

KBr压片法适合于固体样品，液膜法适合于沸点较高不易挥发的液体样品，操作仪器时需要注意背景的测量以及保持样品室的稳定。

2、KBr压片法所得C7H6O3固体样品红外光谱分析：

3237.30cm-1的峰为酚羟基伸缩振动峰，由于分子内氢键的作用使其由高频向低频位移；2500 cm-1~3200 cm-1宽带与1400 cm-1~1600 cm-1的峰区可以确定为苯环芳香结构，前者为C-H伸缩振动谱带，后者为芳环双键骨架伸缩振动谱带，根据1659.40 cm-1位置的峰判断有羰基的存在，再根据1155.88 cm-1和1284.00 cm-1两个峰结合化合物分子式判断存在羧基，由此已经可以判断该化合物为一羟基取代的苯甲酸，再根据759.37 cm-1位置的强峰判断其为邻二取代结构，低频的697.37 cm-1与659.35 cm-1两谱带峰为由于分子内氢键的干扰而形成。综上可推断化合物结构为

邻羟基苯甲酸（水杨酸）

再与标准化合物库中结果进行比对：

与实验结果吻合完好，可确定此化合物为水杨酸。

3、液膜法所得C16H22O4液体样品红外光谱分析：

cm-1和2874.10 cm-1位置的强峰加上1300 cm-1~1500 cm-1范围的中强峰推断存在甲基和亚甲基等饱和基团，根据3000 cm-1左右的宽峰及1400 cm-1~1600 cm-1区域的中强峰推测确实存在苯环，而744.24 cm-1峰的存在证明其为邻二取代结构，根据1727.59 cm-1强峰的存在说明应该含有羰基结构，再根据1074.45 cm-1，1122.51 cm-1，1286.95 cm-1几个峰判断其为酯基结构，分别为不同的C-O伸缩振动。由此初步判断其结构为

邻苯二甲酸二丁酯

与标准化合物库中谱图参照：

与实验结果吻合完好，确认化合物为邻苯二甲酸二丁酯。

（以上标准谱图数据来自SDBS数据库。）

六、思考题

（1）为什么测试红外光谱选用KBr、NaCl制样?有何优缺点?

答：因为二者在选择波段范围内无吸收，如KBr在4000 cm-1~400 cm-1范围内无吸收，NaCl在4000 cm-1~600 cm-1范围内无吸收，因而不会对测量结果造成干扰，便于结果分析。但是对于无机物需要用到小于600 cm-1或400 cm-1的情形便不再适用，另外二者容易被腐蚀，容易潮解，需要注意保存。

（2）用FT-IR仪测试样品为什么要先测试背景?

答：消除空气中水和二氧化碳分子的吸收干扰。

（3）如何用红外光谱鉴定饱和烃，不饱和烃和芳香烃的存在?

答：对于饱和烃，其C-H的面内伸缩振动特征吸收位于3000cm-1以内，在1465cm-1左右是甲基的C-H面外弯曲振动，亚甲基的略低，若存在-(CH2)n-的结构在720cm-1附近会有一个中强峰；对于不饱和烃，与双键C相连的氢伸缩振动吸收位置一般在3000～3100cm-1之间，在1620～1680cm-1之间是双键的伸缩振动；芳香族化合物的C-H伸缩振动与不饱和烃类比较接近，IR谱图主要的区别在于芳香族化合物在1420cm-1～1600-1有2～4个明显的吸收，这是苯环的骨架振动；同时苯也有一个700～1000cm-1的指纹区用于判断芳环上的取代情况。

（4）醇类、羧酸和酯类化合物的红外光谱有何区别?

答：在酯类化合物中是看不到羟基的特征吸收峰的，对于醇类化合物一般-OH伸缩振动，游离态3630 cm-1 非常尖锐；有氢键存在时为3550 ~ 3200cm-1的宽峰，羧酸的羟基伸缩振动一般在2500～3300cm-1之间，缔合状态是一个宽峰；另外醇的C-O伸缩振动在1000～1200cm-1左右，高于羧酸；羧酸在1700cm-1处有羰基的吸收峰而醇类没有；对于羧酸和酯类，除了酯类没有羟基的吸收外，酯类在1000～1300cm-1有几个宽而强的C-O伸缩振动吸收峰。