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1、有机物红外光谱的测有机物红外光谱的测绘及结构分析绘及结构分析第1页，本讲稿共23页一、基本原理一、基本原理跃迁类型：跃迁类型：第2页，本讲稿共23页一、基本原理一、基本原理l波长与波数之间的关系为：（波数）/cm-1=104/（/m）波数波长红外光区红外光区第3页，本讲稿共23页近红外区（NIR）：低能电子跃迁、含氢官能团伸缩振动的倍频和合频吸收 产生，谱带宽，重叠较严重 中红外区（中红外区（MIR）：）：多数分子的基频吸收产生（官能区和指纹区）多数分子的基频吸收产生（官能区和指纹区）有机物的定性分析有机物的定性分析远红外区（FIR）：小分子转动 光谱区 适合研究无机化合物和小分子气体第4页，
2、本讲稿共23页分子的基本振动的类型分子的基本振动的类型双原子分子的振动形式双原子分子的振动形式化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧第5页，本讲稿共23页分子的基本振动的类型分子的基本振动的类型l1）伸缩振动（）伸缩振动（）：原子沿着价键方向来回运动原子沿着价键方向来回运动CH2对称伸缩振动对称伸缩振动CH2反对称伸缩振动反对称伸缩振动多原子分子的振动形式多原子分子的振动形式第6页，本讲稿共23页CH2剪式弯曲剪式弯曲CH2平面摇摆平面摇摆2）弯曲振动）弯曲振动()：原子的运动方向与价键方向垂直：原子的运动方向与价键方向垂直+CH2非平面摇摆非平面摇摆+-CH
3、2面外扭曲面外扭曲第7页，本讲稿共23页红外光谱产生的条件红外光谱产生的条件例例2：H2O分子分子先看看先看看H2O和和CO2分子的谱图产生情况：分子的谱图产生情况：例例3：CO2分子的振动分子的振动第8页，本讲稿共23页红外光谱产生的条件红外光谱产生的条件 条件：(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；(2)分子产生红外活性振动：振动过程伴随偶极距的变化。对称分子对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红 外活性。如：N2、O2、Cl2 等。非对称分子非对称分子：有偶极矩，红外活性。第9页，本讲稿共23页红外光谱谱图认识红外光谱谱图认识红外光谱图红外光谱图：纵坐标为透过率，横坐标
4、为波长（m）或波数（cm-1)例1：辛烷红外光谱图第10页，本讲稿共23页谱图三要素：谱图三要素：峰位、峰强和峰形峰位、峰强和峰形（2）峰强峰强：红外吸收峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化。一般说来，极性较红外吸收峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化。一般说来，极性较强的基团强的基团(如如C=O,C-X)振动，吸收强度较大；极性较弱的基团振动，吸收强度较大；极性较弱的基团(如如C=C,N-C等等)振动，振动，吸收强度较弱；吸收强度较弱；（1）峰位峰位：分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光波谱的一定范分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光波谱的一定范围围。（3）峰形峰形：不同基团的某
5、一种振动形式可能会在同一频率范围内都有红外吸收，如不同基团的某一种振动形式可能会在同一频率范围内都有红外吸收，如-OH、-NH的伸缩振动峰都在的伸缩振动峰都在3400-3200 cm-1但二者峰形状有显著不同。但二者峰形状有显著不同。第11页，本讲稿共23页红外光谱的四个峰红外光谱的四个峰区区第一区域第一区域第一区域第一区域第二区域第二区域第二区域第二区域第三区域第三区域第三区域第三区域第四区域第四区域第四区域第四区域40004000 2500 2500 cmcm-1 -1 X-H X-H 键区键区键区键区25002500 2000 2000 cmcm-1 -1 叁键区叁键区叁键区叁键区200
6、02000 131300 00 cmcm-1 -1 双键区双键区双键区双键区13001300 6 600 00 cmcm-1 -1 单键区单键区单键区单键区 O-H O-H C C C C C=CC=C-C-C-C-C-C-H -C-H C-HC-H C-HC-H C C N NC=O C=O C-N C-N N-H N-H C=C=C C=C=C官能团区官能团区官能团区官能团区指纹区指纹区指纹区指纹区第12页，本讲稿共23页二、红外光谱仪二、红外光谱仪色散型红外光谱仪色散型红外光谱仪 光源、吸收池、单色器、检测器、记录系统光源、吸收池、单色器、检测器、记录系统傅立叶变换红外光谱仪（傅立叶变换
7、红外光谱仪（FTIRFTIR）光源、干涉仪、吸收池、检测器、记录系统光源、干涉仪、吸收池、检测器、记录系统第13页，本讲稿共23页色散型红外光谱仪色散型红外光谱仪各部件排序与紫外各部件排序与紫外-可见分光光度计有何不同，为什么？可见分光光度计有何不同，为什么？第14页，本讲稿共23页缺点：缺点：采用了狭采用了狭缝缝，能量受到限制，能量受到限制，远红远红外区能量尤其弱；外区能量尤其弱；扫扫描速度太慢，使得一些描速度太慢，使得一些动态动态研究以及和其他研究以及和其他仪仪器器联联用用发发生困生困难难；对对一些吸收一些吸收红红外外辐辐射很射很强强的或者信号很弱的的或者信号很弱的样样品的品的测测定定及痕
8、量及痕量组组分的分析等，也受到一定限制。分的分析等，也受到一定限制。第15页，本讲稿共23页傅里叶变换红外光谱仪的组成傅里叶变换红外光谱仪的组成 第16页，本讲稿共23页检测器检测器检测器检测器迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪-1定镜定镜定镜定镜 l 0 -l干涉仪干涉仪干涉仪干涉仪动镜动镜动镜动镜IR IR 光源光源光源光源分束器分束器分束器分束器BM光程差光程差=0BMBF=BF第17页，本讲稿共23页傅立叶变换红外光谱仪的优点傅立叶变换红外光谱仪的优点l扫描速度极快扫描速度极快l具有很高的分辨率具有很高的分辨率l灵敏度高灵敏度高l不用狭缝和光的色散元件，使光的利用率大大提高；不用狭缝和光的色
9、散元件，使光的利用率大大提高；l其他优点：如光谱范围宽；测定精度高，重复性可达其他优点：如光谱范围宽；测定精度高，重复性可达0.10.1；杂散光干扰小；杂散光干扰小第18页，本讲稿共23页三、样品的制备三、样品的制备气体气体：玻璃气槽玻璃气槽 玻璃气槽两端粘有红外透光的玻璃气槽两端粘有红外透光的NaClNaCl或或KBrKBr窗片。先将气槽窗片。先将气槽抽真空，再将试样注入。抽真空，再将试样注入。红外光谱的试样可以是气体、固体或液体。红外光谱的试样可以是气体、固体或液体。l 液体液体：液体池法，液体池法，液膜法液膜法 沸点较高沸点较高（BP 80 C）的试样，直接滴在两片盐片之间，形的试样，直
10、接滴在两片盐片之间，形成液膜。成液膜。l 固体固体：压片法压片法，石蜡糊法，薄膜法，石蜡糊法，薄膜法 将将1 1-2 2mgmg试样与试样与200200mgmg纯纯KBrKBr研细均匀，置于模具中，用研细均匀，置于模具中，用（5 5-1010）10107 7PaPa压力在油压机上压成透明薄片，待测。压力在油压机上压成透明薄片，待测。第19页，本讲稿共23页注意事项：注意事项：1 1、试样和、试样和KBrKBr都应经干燥处理，研磨到粒度小于都应经干燥处理，研磨到粒度小于2 2umum；2 2、掌握样品和溴化钾的用量；、掌握样品和溴化钾的用量；3 3、对于压坏的片，不要随意丢弃，放回研钵中重新研磨
11、；、对于压坏的片，不要随意丢弃，放回研钵中重新研磨；5 5、NaClNaCl盐片装入后，螺丝不宜拧得过紧，以免压碎盐片；盐片装入后，螺丝不宜拧得过紧，以免压碎盐片；6 6、测定完毕立即将样品取出，以免样品挥发污染仪器、测定完毕立即将样品取出，以免样品挥发污染仪器第20页，本讲稿共23页四、实验步骤四、实验步骤 在红外吸收谱图上，从高波数到低波数，在红外吸收谱图上，从高波数到低波数，标出个特征吸收标出个特征吸收峰的峰的频率，并指出各特征吸收峰属于何种基团的频率，并指出各特征吸收峰属于何种基团的振动形式振动形式。第21页，本讲稿共23页五、思考题五、思考题l红外分光光度计与紫外红外分光光度计与紫外
12、-可见分光光度计在光路设计上有何可见分光光度计在光路设计上有何不同？不同？l试样含有水分及其它杂质时，对红外吸收光谱分析有何影响？如何试样含有水分及其它杂质时，对红外吸收光谱分析有何影响？如何消除？消除？l压片法对压片法对KBrKBr有哪些要求？为什么研磨后粉末颗粒直径不能大于有哪些要求？为什么研磨后粉末颗粒直径不能大于2m2m？l羟基的伸缩振动在乙醇及苯甲酸中为何不同？羟基的伸缩振动在乙醇及苯甲酸中为何不同？第22页，本讲稿共23页实验过程中请保持安静实验过程中请保持安静每次实验之前必须预习并写好预习报告每次实验之前必须预习并写好预习报告实验谱图要给老师检查是否合格，不合格的要重做实验谱图要给老师检查是否合格，不合格的要重做实验完成后要收拾好台面，实验报告给老师签字后方可实验完成后要收拾好台面，实验报告给老师签字后方可离开离开六、实验纪律要求六、实验纪律要求第23页，本讲稿共23页