《小組紅外光譜》PPT課件.ppt

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1、傅立葉紅外光譜測(cè)試儀 第三小組：冼婷婷、黃惠成、黃文 毓、曾建華、曾沂德、黃協(xié) 紅外吸收光譜法（ IR） 一、概述 定義：根據(jù)物質(zhì)分子特征吸收了紅外輻射后發(fā)生振 動(dòng)能級(jí)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷的而建立起來的光譜分析 方法 紅外吸收光譜 分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜 四大譜學(xué)方法：紫外吸收、紅外吸收、核磁共振波譜、質(zhì)譜 傅里葉紅外光譜儀分析 （惠成） ： 特點(diǎn) 掃描速度快，可以在 1S內(nèi)測(cè)得多張紅外光譜圖 靈敏度高、檢測(cè)樣品量少 光譜量大， 是一種無損檢測(cè)方法 ， 可以檢測(cè)透射較低的樣品， 可以檢測(cè)氣體、固體、液體、薄膜等樣品 分辨率高，便于觀察氣態(tài)分子的精細(xì)結(jié)構(gòu) 測(cè)定光譜范圍寬， 分子的振動(dòng)能級(jí)與許多結(jié)構(gòu)特征因素

2、相 關(guān)， 只要改變光源、分束器和檢測(cè)器的配置，就可以得到整個(gè)紅 外區(qū)光譜。 每種化合物均有紅外吸收（除了單原子分子同核雙原子）， 因此應(yīng)用范圍廣 應(yīng)用 分子結(jié)構(gòu)的研究和化學(xué)組成的分析， 廣泛應(yīng) 用于有機(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、化 工、催化、石油、材料、生物、醫(yī)藥等領(lǐng)域。 技術(shù)參數(shù) 最高分辨率： 2.0cm-1 / 1.0cm-1 / 0.5cm-1 信噪比： 15000:1(P-P) / 30000:1(P-P) / 40000:1(P-P) 分束器： 溴化鉀鍍鍺 / 寬帶溴化鉀鍍鍺 檢測(cè)器： DTGS檢測(cè)器 / DLATGS檢測(cè)器 光源： 空冷陶瓷光源 原理 光源發(fā)出的光被分束器（類似半

3、透半反鏡）分為兩 束，一束經(jīng)透射到達(dá)動(dòng)鏡，另一束經(jīng)反射到達(dá)定鏡。 兩束光分別經(jīng)定鏡和動(dòng)鏡反射再回到分束器，動(dòng)鏡 以一恒定速度作直線運(yùn)動(dòng)，因而經(jīng)分束器分束后的 兩束光形成光程差，產(chǎn)生干涉。干涉光在分束器會(huì) 合后通過樣品池，通過樣品后含有樣品信息的干涉 光到達(dá)檢測(cè)器，然后通過傅里葉變換對(duì)信號(hào)進(jìn)行處 理，最終得到透過率或吸光度隨波數(shù)或波長(zhǎng)的紅外 吸收光譜圖。 紅外光譜的基本原理 紅外光譜起源于分子中化學(xué)鍵的振動(dòng) ,屬于分子光譜 中的振動(dòng)光譜， 紅外吸收譜帶的位置（波數(shù) cm-1 ）對(duì)應(yīng)分子振動(dòng)能 級(jí)躍遷的能級(jí)差； 紅外吸收譜帶強(qiáng)度反映能級(jí)躍遷的幾率。 紅外光在電磁波譜中的波數(shù)范圍： 近紅外： 128

4、004000 cm-1 (0.782.5 m ) 中紅外： 4000400 cm-1 (2.525 m ) 遠(yuǎn)紅外： 40010 cm-1 (251000 m ) 使用方法 （文毓、沂德） 1、開機(jī)前準(zhǔn)備（電源電壓 -穩(wěn)定，室溫： 15- 25攝氏度，濕度小于或等于 60%） 2、開機(jī) 3、制樣 4、掃描和輸出紅外光譜 5、關(guān)機(jī) 6、清洗壓片模具和瑪瑙研缽 樣品的制備方法 制品的最佳厚度為： 1030um 1.薄膜法 ：（ 1） 直接采用法 ：試品本身是 透明的薄膜，厚度適合；（ 2） 熱壓成膜法 ： 熱塑性高聚物可以通過加熱壓成適當(dāng)厚度的 薄膜。（ 3） 溶液鑄模法 ：溶劑溶解試品 溶液至玻

5、璃板至溶劑完全揮發(fā) 取薄膜 2.壓片法 ：用于固體粉末的制樣方法，將研 磨好的粉末放入壓片模中，用油壓機(jī)制成透 明的薄片。 3.液膜法 （ 1） 溶液法 ：將高聚物溶液在 KBr 晶片上涂成薄薄的一層液膜進(jìn)行測(cè)定（ 2） 懸 浮法 很少用 4.鑒于高聚物材料的復(fù)雜性，故在制樣之前 常要進(jìn)行樣品預(yù)處理： 方法 1.分離與提純 ； 2.熱裂解 ； 3.化學(xué)處理 。 制品的預(yù)處理 1：分離與提純：可用溶解 -沉淀法；萃取法； 色譜法 2:熱裂解：用于不溶不熔的高聚物材料 3：化學(xué)處理 維護(hù)方法 1、 溫度 ：測(cè)定時(shí)實(shí)驗(yàn)室的 溫度 應(yīng)在 15 30 ， 相 對(duì)濕度 應(yīng)在 65%以下，所用 電源 應(yīng)配備

6、有穩(wěn)壓裝置 和接地線。因要嚴(yán)格控制室內(nèi)的相對(duì)濕度，因此紅 外實(shí)驗(yàn)室的面積不要太大，能放得下必須的儀器設(shè) 備即可，但室內(nèi)一定要有除濕裝置。 2、 除濕： 為防止儀器受潮而影響使用壽命，紅外 實(shí)驗(yàn)室應(yīng)經(jīng)常保持干燥，即使儀器不用，也應(yīng)每周 開機(jī)至少兩次，每次半天，同時(shí)開除濕機(jī)除濕。特 別是霉雨季節(jié)，最好是能每天開除濕機(jī) 紅外光譜圖的分析 （建華、婷婷） 譜圖解析的一般程序 一種是按光譜圖中吸收峰強(qiáng)度順序解析，即首先識(shí)別特征區(qū)的最強(qiáng)峰，然 后是次強(qiáng)峰或較弱峰，它們分別屬于何種基團(tuán)，同時(shí)查對(duì)指紋區(qū)的相關(guān)峰 加以驗(yàn)證，以初步推斷試樣物質(zhì)的類別，最后詳細(xì)地查對(duì)有關(guān)光譜資料來 確定其結(jié)構(gòu)； 另一種是按基團(tuán)順序

7、解析，即首先按 C=O、 O-H、 C-O、 C=C（包括芳 環(huán)）、 CN 和 NO2等幾個(gè)主要基團(tuán)的順序，采用肯定與否定的方法，判 斷試樣光譜中這些主要基團(tuán)的特征吸收峰存在與否，以獲得分子結(jié)構(gòu)的概貌 ，然后查對(duì)其細(xì)節(jié)，確定其結(jié)構(gòu)。 注意：在解析過程中，要把注意力集中到主要基團(tuán)的相關(guān)峰上，避免孤立 解析。 具體的解譜分析法 各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍 ：從第一區(qū)域到第四區(qū)域， 4000cm-1到 400cm-1各種官能團(tuán)的特征吸收頻率范圍。 區(qū) 域 基 團(tuán) 吸收頻率 （ cm-1） 振動(dòng)形式 吸收 強(qiáng)度 說 明 第 一 區(qū) 域 OH（ 游離 ） OH（ 締合 ） NH2， NH（ 游離 ） NH

8、2， NH（ 締合 ） SH C H伸縮振動(dòng) 不飽和 C H C H（ 叁鍵 ） C H（ 雙鍵 ） 苯環(huán)中 C H 飽和 C H CH3 CH3 CH2 CH2 3650 3580 3400 3200 3500 3300 3400 3100 2600 2500 3300附近 3010 3040 3030附近 2960 5 2870 10 2930 5 2850 10 伸縮 伸縮 伸縮 伸縮 伸縮 伸縮 伸縮 伸縮 反對(duì)稱伸縮 對(duì)稱伸縮 反對(duì)稱伸縮 對(duì)稱伸縮 m ， sh s， b m s， b s s s s s s s 判斷有無醇類 、 酚類和有機(jī) 酸的重要依據(jù) 不飽和 C H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)

9、在 3000cm-1以上 末端 C H2出現(xiàn)在 3085cm-1 附近 強(qiáng)度上比飽和 C H稍弱 ， 但 譜帶較尖銳 飽和 C H 伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在 3000cm-1 以下 （ 3000 2800cm-1） ， 取代基影響較小 三元環(huán)中的 CH2出現(xiàn)在 3050cm- 1 C H出現(xiàn)在 2890cm-1， 很弱 各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍 第 二 區(qū) 域 CN NN CC C=C=C 2260 2220 2310 2135 2260 2100 1950附近 伸縮 伸縮 伸縮 伸縮 s m v v 干擾少 R CC H ， 2100 2140 ； R CC R ， 2190 2260 ；若 R=R

10、， 對(duì)稱分子無紅外譜帶 第 三 區(qū) 域 C=C 芳環(huán)中 C=C C=O NO2 NO2 S=O 1680 1620 1600， 1580 1500， 1450 1850 1600 1600 1500 1300 1250 1220 1040 伸縮 伸縮 伸縮 反對(duì)稱 伸縮 對(duì)稱伸縮 伸縮 m， w v s s s s 苯環(huán)的骨架振動(dòng) 其他吸收帶干擾少 ， 是 判斷羰基 （ 酮類 、 酸類 、 酯類 、 酸酐等 ） 的特 征頻率 ， 位置變動(dòng)大 各種官能團(tuán)的吸收頻率范圍 四 區(qū) 域 C O C O C CH3， CH2 CH3 NH2 C F C Cl C Br C I =CH2 （ CH2） n

11、 ,n4 1300 1000 900 1150 1460 10 1370 1380 1650 1560 1400 1000 800 600 600 500 500 200 910 890 720 伸縮 伸縮 CH3反對(duì) 稱變形 ， CH2變形 對(duì)稱變形 變形 伸縮 伸縮 伸縮 伸縮 面外搖擺 面內(nèi)搖擺 s s m s m, s s s s s s v C O鍵 （ 酯 、 醚 、 醇類 ） 的極性很強(qiáng) ， 故強(qiáng)度強(qiáng) ， 常成為 譜圖中最強(qiáng)的吸收 醚類中 C O C的 as=1100 50 是 最強(qiáng)的吸收 。 C O C對(duì)稱伸縮在 900 1000， 較弱 大部分有機(jī)化合物 都含有 CH3、 C

12、H2基 ， 因此此峰經(jīng)常出 現(xiàn) 常見基團(tuán)紅外吸收帶 紅外吸收帶的波數(shù)位置 波峰的數(shù)目 吸收譜帶的強(qiáng)度 分子結(jié) 構(gòu)特點(diǎn) 與分子組成或化學(xué)基團(tuán)的含 量有關(guān)，可進(jìn)行定量分析 定 性 分 析 紅外光區(qū)光譜表示方法： T 曲線 or T 曲線 波長(zhǎng) 與 波數(shù) 之間的關(guān)系為： （ cm-1） =104 / （ m ） 例： 5 m的紅外線，它的波長(zhǎng)為 104 / 5 2000 cm-1 紅外 光譜 波段的劃分 波段 波長(zhǎng) ( , m) 波數(shù) ( , c m - 1 ) 頻率 ( , H z ) 近紅外 0 . 7 8 2 . 5 1 2 , 8 0 0 4 , 0 0 0 3 . 8 x 1 0 14 1

13、 . 2 x 1 0 14 中紅外 2 . 5 50 4 , 0 0 0 200 1 . 2 x 1 0 14 6 . 0 x 1 0 12 遠(yuǎn)紅外 50 1000 200 10 6 . 0 x 1 0 12 3 . 0 x 1 0 11 常用區(qū)域 2 . 5 25 4 , 0 0 0 400 1 . 2 x 1 0 14 1 . 2 x 1 0 13 二、紅外光譜區(qū)域 中紅外區(qū)研究應(yīng)用最廣，是主要的研究對(duì)象 中紅外光區(qū)吸收帶（ 2.5 25m ） :基本振動(dòng)區(qū)， 絕大多數(shù)有機(jī)化合物和無機(jī)離子的基頻吸收帶， 由于基頻振動(dòng)是紅外光譜中吸收最強(qiáng)的振動(dòng)，所 以該區(qū)最適于進(jìn)行紅外光譜的定性和定量分析。

14、 遠(yuǎn)紅外光區(qū)吸收帶 （ 25 1000m ） ：轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)， 分子轉(zhuǎn)動(dòng)和晶格振動(dòng)產(chǎn)生的。 近紅外區(qū)吸收帶（ 0.78 2.5m ）： 泛頻區(qū)， O H， N H及 C H的倍頻吸收 紅外譜圖解題思路 1、求不飽和度 0（飽和烴）； 1（烯烴）； 2， 3（炔烴，或是含有 C O等不飽和烴）； 4（含有苯環(huán)） 2、確定基本結(jié)構(gòu)和基團(tuán) 3、考慮指紋區(qū)峰結(jié)構(gòu)排除不可能的基團(tuán) 4、推斷結(jié)構(gòu) )( 2 11 134 nnn 紅外光譜譜圖分析 特征吸收： 指基團(tuán)在特定的區(qū)域有吸收 ， 且其它 部分對(duì)此吸收位置的影響較小 ， 并有較強(qiáng)的吸收譜帶 。 最有分析價(jià)值的基團(tuán)頻率在 4000 cm-1 1300 cm-

15、1 之間 ， 這一區(qū)域稱為 基團(tuán) 頻率區(qū) 、 官能團(tuán)區(qū)或特征區(qū) 。 區(qū)內(nèi)的峰是 由伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的 吸收帶 ， 比較稀疏 ， 容 易辨認(rèn) ， 常用于鑒定官能團(tuán) 。 在 1300 cm-1 600 cm-1 區(qū)域內(nèi) ， 除單鍵的伸縮振動(dòng)外 ， 還有多數(shù)基團(tuán)因變形 振動(dòng)產(chǎn)生的譜帶 。 這種振動(dòng)與整個(gè)分子的結(jié)構(gòu)有關(guān) 。 當(dāng)分子結(jié)構(gòu)稍有不同時(shí) ， 該區(qū) 的吸收就有細(xì)微的差異 ， 并顯示出分子特征 ， 稱為 指紋區(qū) 。 1、紅外光譜的區(qū)域劃分 常見的化學(xué)基團(tuán) 在 4000 670 cm-1范圍 內(nèi) 有特征吸收。常將該波數(shù)范圍分成四個(gè)區(qū)域 （ 1） X H伸縮振動(dòng)區(qū) 4000 2500 cm-1 （ 2）叁

16、鍵和積累雙鍵區(qū) 2500 1900 cm-1 （ 3）雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū) 1900 1200 cm-1 （ 4） X Y伸縮振動(dòng)及 X H變形振動(dòng)區(qū) 1650 cm-1 （ 1）、 X H伸縮振動(dòng)區(qū) 4000 2500 cm- 1 （ X O， N， C， S） O H 3650 3200 cm-1(醇、酚、羧酸 ) 游離酚中 O H 3700 3500 cm-1 胺和酰胺的 N-H伸縮振動(dòng)也出現(xiàn)在 35003100 cm-1 ， 因此，可能會(huì)對(duì) O-H伸縮振動(dòng)有干擾 。 C-H的伸縮振動(dòng)可分為飽和和不飽和的兩種 : 飽和的 C-H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在 3000 cm-1以下，約 30002800 cm

17、-1 ，取代基對(duì)它們影響很小。 CH3（ 2960、 2870cm-1）、 CH2（ 2930、 2850cm-1）、 CH（ 2890cm-1）幾乎觀察不到 不飽和的 C-H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在 3000 cm-1以上 CH2的吸收在 3085cm-1附近 =C-H伸縮振動(dòng) :3100-3000cm-1 C-H伸縮振動(dòng) : 3300cm-1 苯環(huán)的 C-H鍵伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在 3030 cm-1附近，它的 特征是強(qiáng)度比飽和的 C-H鍵稍弱，但譜帶比較尖銳。 HC C H H C H C C H 2 H 3080 cm-1 3030 cm-1 3080 cm-1 3030 cm-1 3300 cm-1

18、（ C-H） 3080-3030 cm-1 2900-2800 cm-1 3000 cm-1 C-H 伸縮振動(dòng) ( 3000 cm-1) 烯烴，炔烴的判斷 =C-H伸縮振動(dòng) :3100-3000cm-1 =C-H伸縮振動(dòng) : 3300cm-1 C=C伸縮振動(dòng) :1680-1620 cm-1 =C-H彎曲振動(dòng)： 1000-650cm-1 C=C伸縮振動(dòng) :2260-2100cm-1 =C-H彎曲振動(dòng) : 700-610cm-1 （ 2）、叁鍵和積累雙鍵區(qū) 2500 1900 cm-1 這個(gè)區(qū)域的譜帶用得較少，因?yàn)楹I和積累雙 鍵的化合物，遇到的機(jī)會(huì)不多。 R-CCH的伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在 21002

19、140 cm-1附近； R-C C-R出現(xiàn)在 21902260 cm-1附近； R-C C-R分子是對(duì)稱，則為非紅外活性； -C N 基的伸縮振動(dòng) 在 非共軛的情況下出現(xiàn) 2240 2260 cm-1 ， 在共軛的情況下出現(xiàn) 22202230 cm-1附近。 （ 3）、雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū) 1900 1200 cm-1 主要包括： C C， C O， C N， NO2的伸縮振動(dòng) 苯環(huán)的骨架振動(dòng) 該區(qū)域包括三種重要的伸縮振動(dòng)： 酸酐的羰基吸收帶由于振動(dòng)耦合而呈現(xiàn)雙峰。 以此很容易判斷酮類、醛類、酸類、酯類 以及酸酐等有機(jī)化合物 是紅外光譜中特征的且往往是最強(qiáng)的吸收 C=O伸縮振動(dòng)： 19001650

20、cm-1 C=C伸縮振動(dòng)。 烯烴 的 C=C伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在 16801620 cm-1 ，一 般很弱。 單核芳烴的 C=C伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在 1600 cm-1和 1500 cm-1附近，有兩個(gè)峰，這是芳環(huán)的骨架結(jié)構(gòu)，用于 確認(rèn)有無芳核的存在。 苯的衍生物的泛頻譜帶，出現(xiàn)在 20001650 cm-1范圍，是 C-H面外和 C=C面內(nèi) 變形振動(dòng)的泛頻吸收，雖然強(qiáng)度很弱，但它們 的吸收面貌在表征芳核取代類型上有一定的作 用。 包括： C H， N H的變形振動(dòng) （ 4）、 X H變形振動(dòng)區(qū) 1650 - 1350 cm-1 甲基在 1370-1380 cm-1出現(xiàn)一個(gè)很特征的吸收 峰，可作為判斷有無

21、甲基存在的依據(jù)。 當(dāng)一個(gè)碳原子上存在二個(gè)甲基時(shí)，二個(gè)甲基的變形 振動(dòng) (1380 cm-1)互相偶合，分裂成二個(gè)峰： 1385 cm-1、 1375 cm-1，這對(duì)確定異丙基很有用。 （ 5） 900 650 cm-1區(qū)域（指紋區(qū)） 苯環(huán)取代而產(chǎn)生的吸收是這個(gè)區(qū)域重要內(nèi)容，該區(qū)域是利用紅外光譜推 斷 苯環(huán)取代位置 的主要依據(jù)。 該區(qū)域的某些吸收峰還可用來確認(rèn)化合物的順反構(gòu)型。烯烴的面外彎曲振動(dòng) 出現(xiàn)的位置： 反式構(gòu)型： 990-970 cm-1 順式構(gòu)型： 690 cm-1 總之，指紋區(qū)和官能團(tuán)區(qū)有著不同的功能，可以功能互補(bǔ)。從官能團(tuán)區(qū)可 以找出該化合物存在的官能團(tuán)，而指紋區(qū)的吸收宜于用來同標(biāo)

22、準(zhǔn)譜圖進(jìn)行比 較，以得出更確切的結(jié)論。 圖譜具體分析： 圖譜解析訓(xùn)練 1 圖譜解析訓(xùn)練 2 小 結(jié) 特征基團(tuán)的位置峰 ： 1、不飽和烴 CH 3000 2、 OH 3380 3、飽和烴 CH 2940 4、純羰基 1736 5、醛基 1725， 2720 6、 CH3 1380 7、 C （ CH3 ） 2 1385 1375 8、 OCH3 1182 9、 CN 2260 2220 10、 C O C 900 1150 11、 NH2 1650 1560 示例 1 7 1 5（酮）OC 1 7 2 5（醛）OC 1 8 0 0（酰氯）OC 900OCC 示例 3000H （仲）中強(qiáng)NC （伯

23、）弱NC （雙）1 5 0 0,1 6 0 0CC 取代苯衍生物的判斷 苯在 450、 1520、 1580、 1620-1590存在特征峰 取代類型 2000-1667cm-1 600- 900cm-1 單取代 四個(gè)峰 雙峰 (740/690) 鄰位取代 四個(gè)峰 單峰 (750) 間位取代 四個(gè)峰 三峰 (850/800/700) 對(duì)位取代 三個(gè)峰 單峰 (800) 856 影響因素 （黃協(xié)） 內(nèi)部因素 主要是 結(jié)構(gòu)因素 ，如相鄰基團(tuán)的影響、分子結(jié)構(gòu)的 空間分布等因素，使基團(tuán)頻率位移，其中包括： 1： 誘導(dǎo)效應(yīng) ：使吸收峰向高波數(shù)移動(dòng) ； 2： 共軛效 應(yīng) ：使吸收向低波數(shù)方向移動(dòng) ； 3： 空間效應(yīng) ； 4： 偶合效應(yīng) ：吸收一個(gè)向高波數(shù)一個(gè)向低波數(shù) ，分裂 為兩個(gè)，一個(gè)比原來的吸收峰的波數(shù)高一點(diǎn)，另一 個(gè)則低一點(diǎn)； 5： 氫鍵效應(yīng) ：使吸收向低波數(shù)方向 移動(dòng)，吸收峰變寬 ； 外部因素 主要是由于樣品的測(cè)定 狀態(tài)不同 及 溶劑極性 等引起的頻率位移，其中包括： 1：樣品測(cè)定狀態(tài)的影響 2：溶劑影響