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1、第五章第五章 红外吸收光谱法红外吸收光谱法 Infraredspectrometry5.1概述概述5.2基本原理基本原理1.产生红外吸收的条件产生红外吸收的条件2.分子振动分子振动3.谱带强度谱带强度4.振动频率振动频率5.影响基团频率的因素影响基团频率的因素5.3红外光谱仪器红外光谱仪器5.4试样制备试样制备5.5应用简介应用简介5.1 5.1 概述概述1.定义定义红红外外光光谱谱又又称称分分子子振振动动转转动动光光谱谱，属属分分子子吸吸收收光光谱谱。样样品品受受到到频频率率连连续续变变化化的的红红外外光光照照射射时时，分分子子吸吸收收其其中中一一些些频频率率的的辐辐射射，分分子子振振动动或
2、或转转动动引引起起偶偶极极矩矩的的净净变变化化，使使振振-转转能能级级从从基基态态跃跃迁迁到到激激发发态态，相相应应于于这这些些区区域域的的透透射射光光强强减减弱弱，记记录录百百分分透透过过率率T%对对波波数数或或波波长长的的曲曲线线，即红外光谱。即红外光谱。主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。光谱区与能量相关图双原子分子能级跃迁示意图红外光谱的表示方法：红外光谱的表示方法：红外光谱以红外光谱以T 或或T来表示，下图为来表示，下图为苯酚苯酚的红外光谱。的红外光谱。T(%)2.红外光区划分红外光谱红外光谱(0.751000 m)
3、远红外远红外(转动区转动区)(25-1000 m)中红外中红外(振动区振动区)(2.525 m)近红外近红外(泛频）泛频）(0.752.5 m)倍频倍频分子振动转动分子振动转动分子转动分子转动分区及波长范围分区及波长范围 跃迁类型跃迁类型（常用区）（常用区）3.3.红外光谱特点红外光谱特点1）红外吸收只有振）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；转跃迁，能量低；2）应应用用范范围围广广：除除单单原原子子分分子子及及单单核核分分子子外外，几几乎乎所所有有有有机物均有红外吸收；机物均有红外吸收；3）分分子子结结构构更更为为精精细细的的表表征征：通通过过IR谱谱的的波波数数位位置置、波波峰峰数目及强度确定
4、分子基团、分子结构；数目及强度确定分子基团、分子结构；4）定量分析；）定量分析；5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；6）分析速度快。）分析速度快。7）与色谱等联用）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。具有强大的定性功能。5.2基本原理基本原理1.产生红外吸收的条件产生红外吸收的条件分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件：分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件：条件一：条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。根据量子力学原理，分子振动能量根据量子力学原理，分子振动能量E振振
5、 是量子化的，是量子化的，即即E振振=（V+1/2）h 为分子振动频率，为分子振动频率，V V为振动量子数，其值取为振动量子数，其值取 0 0，1 1，2 2，分子中不同振动能级差为分子中不同振动能级差为 E振振=Vh 也就是说，吸收光子的能量（也就是说，吸收光子的能量（h a）要与该能量差）要与该能量差相等，即相等，即 a=V 时，才可能发生振转跃迁。时，才可能发生振转跃迁。例如当例如当分子从基态（分子从基态（V=0）跃迁到第一激发态（）跃迁到第一激发态（V=1），此），此时时 V=1，即，即 a=条件二：条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用辐射与物质之间必须有耦合作用磁场磁场电场电场交变磁
6、场交变磁场 分子固有振动分子固有振动 a a偶极矩变化偶极矩变化（能级跃迁）（能级跃迁）耦合耦合不耦合不耦合红外吸收红外吸收无偶极矩变化无偶极矩变化无红外吸收无红外吸收2.2.分子振动分子振动1）双原子分子振动）双原子分子振动分分子子的的两两个个原原子子以以其其平平衡衡点点为为中中心心，以以很很小小的的振振幅幅（与与核核间间距距相比）作周期性相比）作周期性“简谐简谐”振动，其振动可用经典刚性振动描述：振动，其振动可用经典刚性振动描述：k为化学键的力常数（为化学键的力常数（N/cm=mdyn/），），为双原子折合质量为双原子折合质量如将原子的实际折合质量（通过如将原子的实际折合质量（通过Avog
7、aro常数计算）代入，则有常数计算）代入，则有影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化学键力常数影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化学键力常数k和原子质量。和原子质量。k大，化学键的振动波数高，如大，化学键的振动波数高，如kC C(2222cm-1)kC=C(1667cm-1)kC-C(1429cm-1)（质量相近）质量相近）质量质量m大，化学键的振动波数低，如大，化学键的振动波数低，如mC-C(1430cm-1)mC-N(1330cm-1)五五元元环环六六元元环。随环张力增加，红外峰向高波数移动。环。随环张力增加，红外峰向高波数移动。6）物质状态及制样方法）物质状态及制样方法通通常常
8、，物物质质由由固固态态向向气气态态变变化化，其其波波数数将将增增加加。如如丙丙酮酮在在液液态态时时，C=O=1718cm-1;气气态态时时 C=O=1742cm-1，因因此此在在查查阅阅标标准准红红外图谱时，应注意试样状态和制样方法外图谱时，应注意试样状态和制样方法。7）溶剂效应）溶剂效应极极性性基基团团的的伸伸缩缩振振动动频频率率通通常常随随溶溶剂剂极极性性增增加加而而降降低低。如如羧羧酸中的羰基酸中的羰基C=O：气态时：气态时：C=O=1780cm-1非极性溶剂：非极性溶剂：C=O=1760cm-1乙醚溶剂：乙醚溶剂：C=O=1735cm-1乙醇溶剂：乙醇溶剂：C=O=1720cm-1因此
9、红外光谱通常需在非极性溶剂中测量。因此红外光谱通常需在非极性溶剂中测量。分子振动动画演示1.分子振动两种基本方式(动画)2.分子的基本振动(动画)3.红外产生的条件(动画)4.水分子的振动(动画)5.二氧化碳分子的振动(动画)5.3 5.3 红外光谱仪红外光谱仪 目目前前有有两两类类红红外外光光谱谱仪仪:色色散散型型和和干干涉涉型型（傅傅立立叶叶变变换换红红外光谱仪外光谱仪)（Fourier Transfer,FT）一、色散型与双光束一、色散型与双光束UV-Vis仪器类似，但部件材料和仪器类似，但部件材料和顺序不同顺序不同。红外光谱仪的测量光路1.光源光源常用的红外光源有常用的红外光源有Ner
10、nst灯和硅碳棒。灯和硅碳棒。2.吸收池吸收池红红外外吸吸收收池池使使用用可可透透过过红红外外的的材材料料制制成成窗窗片片；不不同同的的样样品品状状态态（固固、液液、气气态态）使使用用不不同同的的样样品品池池，固固态态样样品品可可与与晶晶体体混混合压片制成。合压片制成。3.单色器单色器由由色色散散元元件件、准准直直镜镜和和狭狭缝缝构构成成。其其中中可可用用几几个个光光栅栅来来增增加加波数范围，狭缝宽度应可调。波数范围，狭缝宽度应可调。狭狭缝缝越越窄窄，分分辨辨率率越越高高，但但光光源源到到达达检检测测器器的的能能量量输输出出减减少少，这这在在红红外外光光谱谱分分析析中中尤尤为为突突出出。为为减
11、减少少长长波波部部分分能能量量损损失失，改改善善检检测测器器响响应应，通通常常采采取取程程序序增增减减狭狭缝缝宽宽度度的的办办法法，即即随随辐辐射射能能量量降降低低，狭狭缝缝宽宽度度自自动动增增加加，保保持持到到达达检检测测器器的的辐辐射射能能量量的的恒定。恒定。4.检测器及记录仪检测器及记录仪红红外外光光能能量量低低，因因此此常常用用热热电电偶偶、测测热热辐辐射射计计、热热释释电电检检测测器和碲镉汞检测器等。器和碲镉汞检测器等。几种红外检测器几种红外检测器以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处：以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处：1）需采用狭缝，光能量受到限制；）需采用狭缝，光能量受到限制；
12、2）扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪器联用；）扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪器联用；3）不适于过强或过弱的吸收信号的分析。）不适于过强或过弱的吸收信号的分析。二、傅立叶红外光谱仪二、傅立叶红外光谱仪它是利用光的相干性原理而设计的干涉型红外分光光度仪。它是利用光的相干性原理而设计的干涉型红外分光光度仪。单色光单色光单色光单色光二色光二色光多色光多色光多色干涉光经样品吸收后的干涉图多色干涉光经样品吸收后的干涉图(a)及其及其Fourier变换后的红外光谱图变换后的红外光谱图(b)Nicolet公司的AVATAR 360 FT-IR仪器外观图片仪器外观图片仪器内部结构仪器内部结构3.4试样
13、制备试样制备一、对试样的要求一、对试样的要求1）试样应为）试样应为“纯物质纯物质”（98%），通常在分析前，样品需要纯化；），通常在分析前，样品需要纯化；对于对于GC-FTIR则无此要求。则无此要求。2）试样不含有水（水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗）；）试样不含有水（水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗）；3）试样浓度或厚度应适当，以使）试样浓度或厚度应适当，以使T在合适范围。在合适范围。二、制样方法二、制样方法液体或溶液试样液体或溶液试样1）沸点低易挥发的样品：液体池法。）沸点低易挥发的样品：液体池法。2）高沸点的样品：液膜法（夹于两盐片之间）。）高沸点的样品：液膜法（夹于两盐片之间）。3）固体样品可
14、溶于）固体样品可溶于CS2或或CCl4等无强吸收的溶液中。等无强吸收的溶液中。固体试样固体试样1）压片法：）压片法：12mg样样+200mg KBr干燥处理干燥处理研细：粒度小研细：粒度小于于2 m（散射小）（散射小）混合压成透明薄片混合压成透明薄片直接测定；直接测定；2）石蜡糊法：试样）石蜡糊法：试样磨细磨细与液体石蜡混合与液体石蜡混合夹于盐片间；夹于盐片间；石蜡为高碳数饱和烷烃，因此该法不适于研究饱和烷烃。石蜡为高碳数饱和烷烃，因此该法不适于研究饱和烷烃。3）薄膜法：）薄膜法：高分子试样高分子试样加热熔融加热熔融涂制或压制成膜；涂制或压制成膜；高分子试样高分子试样溶于低沸点溶剂溶于低沸点溶
15、剂涂渍于盐片涂渍于盐片挥发除溶剂挥发除溶剂样品量少时，采用光束聚光器并配微量池。样品量少时，采用光束聚光器并配微量池。3.5应用简介应用简介一、定性分析一、定性分析1.已知物的签定已知物的签定将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱图对照。将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱图对照。2.未知物结构分析未知物结构分析如果化合物不是新物质，可将其红外谱图与标准谱图对照（查对）如果化合物不是新物质，可将其红外谱图与标准谱图对照（查对）如果化合物为新物质，则须进行光谱解析，其步骤为：如果化合物为新物质，则须进行光谱解析，其步骤为：1）该该化化合合物物的的信信息息收收集集：试试样样来来源源、熔熔
16、点点、沸沸点点、折折光光率率、旋旋光光率等；率等；2）不饱和度的计算：）不饱和度的计算：通过元素分析得到该化合物的分子式，并求出其不饱和度过通过元素分析得到该化合物的分子式，并求出其不饱和度过.=0 时，分子是饱和的，分子为链状烷烃或其不含双键的衍生物；时，分子是饱和的，分子为链状烷烃或其不含双键的衍生物；=1 时，分子可能有一个双键或脂环；时，分子可能有一个双键或脂环；=3 时，分子可能有两个双键或脂环；时，分子可能有两个双键或脂环；=4 时，分子可能有一个苯环。时，分子可能有一个苯环。一些杂原子如一些杂原子如S、O不参加计算。不参加计算。3）查找基团频率，推测分子可能的基团；）查找基团频率
17、，推测分子可能的基团；4）查找红外指纹区，进一步验证基团的相关峰；）查找红外指纹区，进一步验证基团的相关峰；5）能能过过其其它它定定性性方方法法进进一一步步确确证证：UV-V is、MS、NMR、Raman等。等。红外光谱法动画例子红外光谱法动画例子1.正己烷红外光谱图(动画)2.乙烯-1红外光谱图(动画)3.辛炔-1红外光谱图(动画)4.红外光谱仪(动画)5.压片示意动画(动画)3.6 激光拉曼光谱基本原理Raman散射：散射：非弹性碰撞；方向改变且有能量交换。Raman位移：位移：Raman散射光与入射光频率差。对不同物质，不同。对同一物质，与入射光频率无关，与分子振-转能级有关，是定性和
18、结构分析的依据。拉拉曼曼C.V.RamanCVRaman(1888-1970)wasoneofthebrilliantscientistsofIndiawhowontheNobelPrizein1930forhisdiscoveryoftheRamanEffect.(Thediscoverythatmonochromaticlightrayintheincidentbeamcanbesplitupintoanumberofcomponentswithwavelengthsmallerorgreaterthanthatoftheincidentray).接红外识谱学习目标学习目标1、复述故事，深
19、入理解文章内、复述故事，深入理解文章内容，初步把握人物形象。容，初步把握人物形象。2、学会利用文中关键词句分、学会利用文中关键词句分析人物形象。析人物形象。3、体会文章所揭示的深刻道、体会文章所揭示的深刻道理。理。故事发生的时间、地点、人物、故事发生的时间、地点、人物、事件的起因、经过和结果要复述事件的起因、经过和结果要复述清楚。清楚。看图复述课文内容看图复述课文内容自学指导自学指导(一一)1、作者运用哪几种方法去刻画人物的形象？从文、作者运用哪几种方法去刻画人物的形象？从文中找出具体句子进行分析。并说说你是如何看待这中找出具体句子进行分析。并说说你是如何看待这两个人物的。两个人物的。2、从这
20、个故事中你懂得了什么道理？、从这个故事中你懂得了什么道理？自学指导自学指导(二二)陈尧咨（善射）陈尧咨（善射）卖油翁（善酌）卖油翁（善酌）动作动作神态神态语言语言睨之睨之无他，但手熟尔无他，但手熟尔以我酌油知之以我酌油知之我亦无他，惟手熟尔我亦无他，惟手熟尔汝亦知射乎汝亦知射乎吾射不亦精乎吾射不亦精乎尔安敢轻吾射尔安敢轻吾射释担而立释担而立但微颔之但微颔之取取置置覆覆酌酌沥沥性格性格:自矜（骄傲）自矜（骄傲）谦虚谦虚对比对比道理道理:熟能生巧熟能生巧,即使有什么长处也不必骄傲自满。即使有什么长处也不必骄傲自满。忿然忿然笑而遣之笑而遣之笑而遣之笑而遣之1、联系生活、学习，说说熟能生巧的、联系生活
21、、学习，说说熟能生巧的事例。事例。2、你认为一个人应该如何看待自己、你认为一个人应该如何看待自己的长处？又如何看待他人的长处？的长处？又如何看待他人的长处？课外延伸课外延伸人外有人，天外有天。人外有人，天外有天。取人之长，补己之短。取人之长，补己之短。自满人十事九空，虚心人万事可成。自满人十事九空，虚心人万事可成。谦受益，满招损。谦受益，满招损。三人行，必有我师焉。三人行，必有我师焉。择其善者而从之，其不善者而改之。择其善者而从之，其不善者而改之。骄傲自满是我们的一座可怕的陷阱；而且，这个陷骄傲自满是我们的一座可怕的陷阱；而且，这个陷阱是我们自己亲手挖掘的。阱是我们自己亲手挖掘的。老舍老舍尺有
22、所短；寸有所长。物有所不足；智有所不明。尺有所短；寸有所长。物有所不足；智有所不明。屈原屈原1、正视自己的长处，扬长避短，、正视自己的长处，扬长避短，2、正视自己的缺点，知错能改，、正视自己的缺点，知错能改，3谦虚使人进步，谦虚使人进步，4、人应有一技之长，、人应有一技之长，5、自信是走向成功的第一步，、自信是走向成功的第一步，6强中更有强中手，一山还比一山高，强中更有强中手，一山还比一山高，7艺无止境艺无止境8、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来，刻苦、宝剑锋从磨砺出，梅花香自苦寒来，刻苦训练才能有所收获，取得成效。训练才能有所收获，取得成效。9、骄傲自大、不可一世者往往遭人轻视；、骄傲自大、不可一世者往往遭人轻视；10、智者超然物外、智者超然物外