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1、红外光谱分析本讲稿第一页，共五十三页*仪器类型与结构仪器类型与结构 types and structure of instruments两种类型：色散型两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）本讲稿第二页，共五十三页*傅里叶变换红外光谱仪傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)干涉仪干涉仪光源光源样品室样品室检测器检测器显示器显示器绘图仪绘图仪计算机计算机干涉图干涉图光谱图光谱图FTS本讲稿第三页，共五十三页*迈克尔干涉仪工作原理图迈克尔干涉仪工作原理图 本讲稿第四页，共五十三页*傅里叶变换红外光谱仪工作原理图傅里叶变换红外光谱仪工作原理图 本讲稿第五页，共五十
2、三页*傅立叶变换红外光谱仪傅立叶变换红外光谱仪-原理与特点原理与特点 光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光，通过试样光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光，通过试样后，包含的光信息需要经过数学上的傅立叶变换解析成后，包含的光信息需要经过数学上的傅立叶变换解析成普通的谱图。普通的谱图。特点特点（1）分辨率高；分辨率高；（2）准确度高；准确度高；（3）扫描速度快；扫描速度快；（4）信号强，灵敏度很高；）信号强，灵敏度很高；（5）光谱范围宽。）光谱范围宽。本讲稿第六页，共五十三页*3.1.2 制样方法制样方法 sampling methods1）气体）气体气体池气体池本讲稿第七页，共五十三页*3.1.2
3、制样方法制样方法 sampling methods2）液体：）液体：液膜法液膜法难挥发液体（难挥发液体（BP80 C）溶液法溶液法液体池液体池溶剂：溶剂：CCl4，CS2常用。常用。红外窗红外窗片都是片都是由氯化由氯化钠制备钠制备本讲稿第八页，共五十三页*3.1.2 制样方法制样方法 sampling methods3)固体固体:研糊法（液体石腊法）研糊法（液体石腊法）KBR压片法压片法薄膜法薄膜法本讲稿第九页，共五十三页*第三章第三章 红外吸收光谱分红外吸收光谱分析法析法第二节第二节 红外光谱分析基本原理红外光谱分析基本原理infrared absorption spec-troscopy，
4、IR principle of IR本讲稿第十页，共五十三页*分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱转光谱3.2.1 3.2.1 概述概述 introduction辐射辐射分子振动能级跃迁分子振动能级跃迁红外光谱红外光谱近红外区：近红外区：0.76-2.5um中红外区：中红外区：2.5-25um远红外区：远红外区：25um本讲稿第十一页，共五十三页*红外光谱图：红外光谱图：纵坐标为吸收强度，纵坐标为吸收强度，T%；横坐标为波长横坐标为波长（m）和波数）和波数1/（cm-1）；可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。应
5、用：有机化合物的结构解析；应用：有机化合物的结构解析；定性：基团的特征吸收频率；定性：基团的特征吸收频率；定量：特征峰的强度。定量：特征峰的强度。红外光谱与有机化合物结构红外光谱与有机化合物结构本讲稿第十二页，共五十三页*3.2.2 3.2.2 红外吸收光谱产生的条件红外吸收光谱产生的条件 condition of Infrared absorption spectroscopy 满足两个条件：满足两个条件：(1)(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；(2)(2)辐射与物质间有相互偶合作用。辐射与物质间有相互偶合作用。对称分子：对称分子：
6、没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：如：N2、O2、Cl2 等。等。非对称分子：非对称分子：有偶极矩，红外活性。有偶极矩，红外活性。本讲稿第十三页，共五十三页*分子振动方程式分子振动方程式 k：化学键的力常数化学键的力常数，与键能和键长有关，与键能和键长有关，：双原子的折合质量双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。键的力常数，即取决于分子的结构特征。本讲稿第十四页，共五十三页*3.2.3
7、 分子中基团的基本振动形式分子中基团的基本振动形式 basic vibration of the group in molecular1)1)两类基本振动形式两类基本振动形式伸缩振动伸缩振动 变形振动变形振动 本讲稿第十五页，共五十三页*例水分子例水分子（非对称分子）（非对称分子）)峰位、峰数与峰强峰位、峰数与峰强（1）峰位）峰位 化学键的力常数化学键的力常数K越大，原子折合质量越小，键的振越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。在低波数区（高波长区）。本讲稿第十六
8、页，共五十三页*)峰位、峰数与峰强峰位、峰数与峰强（2）峰数）峰数 峰数与分子自由度有关。峰数与分子自由度有关。分子振动自由度分子振动自由度=3N-6 线性分子振动自由度线性分子振动自由度=3N-5 无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。本讲稿第十七页，共五十三页*例例2CO2分子分子（有一种振动无红外活（有一种振动无红外活性）性）（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频基频峰峰；（5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰倍频峰；（3）瞬间偶
9、基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大）瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；（极性越大），吸收峰越强；)峰位、峰数与峰强峰位、峰数与峰强本讲稿第十八页，共五十三页*第三章第三章 红外吸收光谱分红外吸收光谱分析法析法第三节第三节 红外光谱与分子结构红外光谱与分子结构infrared absorption spec-troscopy，IRinfrared spectroscopy and molecular structure 本讲稿第十九页，共五十三页*3.3.1 红外吸收光谱的特征性红外吸收光谱的特征性 group frequency in I
10、R 与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键振动频率与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键振动频率-基团特征频率（特征峰）基团特征频率（特征峰）；例：例：2800 3000 cm-1 CH3 特征峰；特征峰；1600 1850 cm-1 C=O 特征峰；特征峰；基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：CH2COCH2 1715 cm-1 酮酮CH2COO 1735 cm-1 酯酯CH2CONH 1680 cm-1 酰胺酰胺本讲稿第二十页，共五十三页*红外光谱信息区红外光谱信息区常见的有机化合物基团频率出现的范围：常见的有机化合物基团
11、频率出现的范围：4000 670 cm-1依据基团的振动形式，分为四个区：依据基团的振动形式，分为四个区：(1)4000 2500 cm-1 XH伸缩振动区（伸缩振动区（X=O，N，C，S）(2)2500 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区三键，累积双键伸缩振动区(3)1900 1200 cm-1 双键伸缩振动区双键伸缩振动区(4)1200 670 cm-1 XY伸缩，伸缩，XH变形振动区变形振动区本讲稿第二十一页，共五十三页*3.3.2 分子结构与吸收峰分子结构与吸收峰 molecular structure and absorption peaks1)XH伸缩振动区（伸缩振动区（
12、4000 2500 cm-1）（1）OH 3650 3200 cm-1 确定确定 醇、酚、酸醇、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。度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。注意区分注意区分NH伸缩振动：伸缩振动：3500 3100 cm-1 本讲稿第二十二页，共五十三页*本讲稿第二十三页，共五十三页*（3）不饱和碳原子上的）不饱和碳原子上的=CH（CH）苯环上的苯环上的CH 3030 cm-1 =CH 3010 2260 cm-1 CH 3300 cm-1（2）饱和碳原子上的
13、）饱和碳原子上的CH3000 cm-1 以上以上 CH3 2960 cm-1 反对称伸缩振动反对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动对称伸缩振动 CH2 2930 cm-1 反对称伸缩振动反对称伸缩振动 2850 cm-1 对称伸缩振动对称伸缩振动 CH 2890 cm-1 弱吸收弱吸收3000 cm-1 以下以下本讲稿第二十四页，共五十三页*2)叁键（叁键（C C）伸缩振动区）伸缩振动区（2500 1900 cm-1）在该区域出现的峰较少；在该区域出现的峰较少；（1）RC CH （2100 2140 cm-1）RC CR （2190 2260 cm-1）R=R 时，无红外活性时，无红
14、外活性（2）RC N （2100 2140 cm-1）非共轭非共轭 2240 2260 cm-1 共轭共轭 2220 2230 cm-1 仅含仅含C、H、N时：峰较强、尖锐；时：峰较强、尖锐；有有O原子存在时；原子存在时；O越靠近越靠近C N，峰越弱；，峰越弱；本讲稿第二十五页，共五十三页*3)双键伸缩振动区（双键伸缩振动区（1900 1200 cm-1）（1）RC=CR 1620 1680 cm-1 强度弱，强度弱，R=R（对称）时，（对称）时，无红外活性。无红外活性。（2）单核芳烃）单核芳烃 的的C=C键伸缩振动（键伸缩振动（1626 1650 cm-1）本讲稿第二十六页，共五十三页*本讲
15、稿第二十七页，共五十三页*苯衍生物的苯衍生物的C=C 苯衍生物在苯衍生物在 1650 2000 cm-1 出现出现 C-H和和C=C键的面内变形振键的面内变形振动的泛频吸收（强度弱），可用来判断取代基位置。动的泛频吸收（强度弱），可用来判断取代基位置。20001600本讲稿第二十八页，共五十三页*（3）C=O（1850 1600 cm-1）碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。饱和醛饱和醛(酮酮)1740-1720 cm-1；强、尖；不饱和向低波移动；强、尖；不饱和向低波移动；本讲稿第二十九页，共五十三页*酸酐的酸酐的C=O 双吸收峰：双吸收峰：18201750
16、cm-1，两个羰基振动偶合裂分；，两个羰基振动偶合裂分；线性酸酐：两吸收峰高度接近，高波数峰稍强；线性酸酐：两吸收峰高度接近，高波数峰稍强；羧酸的羧酸的C=O 18201750 cm-1，氢键，二分子缔合体；氢键，二分子缔合体；本讲稿第三十页，共五十三页*4)XY，XH 变形振动区变形振动区 3000 cmcm-1-1)3080 cmcm-1-1 3030 cmcm-1-1 3080 cmcm-1-1 3030 cmcm-1-1 3300 cmcm-1-1 （C-HC-H）3080-3030 cmcm-1-1 2900-2800 cmcm-1-1 3000 cmcm-1-1 本讲稿第四十六页，
17、共五十三页*b)C=C 伸缩振动伸缩振动(1680-1630 cmcm-1-1 )1660cmcm-1-1 分界线分界线（C=CC=C）反式烯反式烯三取代烯三取代烯四取代烯四取代烯1680-1665 cmcm-1-1 弱，尖弱，尖顺式烯顺式烯乙烯基烯乙烯基烯亚乙烯基烯亚乙烯基烯1660-1630cmcm-1-1 中强，尖中强，尖本讲稿第四十七页，共五十三页*分界线分界线1660cmcm-1-1 顺强，反弱顺强，反弱 四取代（不与四取代（不与O，N等相连）无等相连）无（C=CC=C）峰峰 端烯的强度强端烯的强度强 共轭使共轭使（C=CC=C）下降下降20-30 cmcm-1-1 2140-2100cmcm-1-1 （弱）（弱）2260-2190 cmcm-1-1 （弱）（弱）小结小结本讲稿第四十八页，共五十三页*c)C-H 变形振动变形振动(1000-700 cmcm-1-1 )面内变形面内变形（=C-H）1400-1420 cmcm-1-1 （弱）（弱）面外变形面外变形（=C-H）1000-700 cmcm-1-1 （有价值）（有价值）本讲稿第四十九页，共五十三页*谱图谱图本讲稿第五十页，共五十三页*本讲稿第五十一页，共五十三页*对比对比烯烃顺反异构体烯烃顺反异构体本讲稿第五十二页，共五十三页*本讲稿第五十三页，共五十三页