红外吸收光谱分析实验.doc

红外吸收光谱分析实验红外吸收光谱分析实验概述 红外吸收光谱法是以一定波长的红外光照射物质时，若该红外光的频率，能满足物 质分子中某些基团振动能级的跃迁频率条件，则该分子就吸收这一波长红外光的辐射能量， 引起偶极距变化，而由基态振动能级跃迁到较高能级的激发态振动能级检测物质分子对 不同波长红外光的吸收强度，就可以得到该物质的红外吸收光谱 各种化合物分子结构不同，分子振动能级吸收的频率不同，其红外吸收光谱也不同， 利用这一特性，可进行有机化合物的结构剖析、定性鉴定和定量分析 绝大多数有机化合物的基团振动频率分布在中红外区（波长 400-4000cm-1）,研究和 应用最多的也是中红外区的红外吸收光谱法，该法具有灵敏度高、分析速度快、试样用量 少，而且分析不受试样物态限制，可用于物质的气态、液态和固态的分析，所以应用范围 非常广泛红外吸收光谱法是现代结构化学、有机化学和分析化学等领域中最强有力的测 试手段之一 实验部分 聚乙烯和聚苯乙烯膜的红外吸收光谱的测绘—薄膜法制样 目的要求 （1）学习聚乙烯和聚苯乙烯膜的红外吸收光谱的测绘方法； （2）学习对该图谱的解释，掌握红外吸收光谱分析基本原理； （3）学习红外分光光度计的工作原理及其使用方法。

基本原理 在由乙烯聚合成聚乙烯的过程中，乙烯的双键被打开，聚合生成—（CH2-CH2）n长链， 因而聚乙烯分子中原子基团是饱和的亚甲基（CH2-CH2） ，其红外吸收光谱如图所示由图 可知聚乙烯的基本振动形式有：A. νC-H(-CH2-)2926cm-1、2853cm-1; B. δC-H(-CH2-)1468cm-1 C. δC-H(-CH2-)n,n>4 时 720cm-1, 由于 δC-H1306cm-1和 δC-H1250cm-1为弱吸收峰，在红外吸收光谱上未出现，因此只 能观察到四个吸收峰在聚苯乙烯的结构中，除了亚甲基(-CH2-)和次甲基CHCH2n外，还有苯环上不饱和碳氢基团（=CH-）和碳碳骨架（-C=C-）,它们构成了聚CH苯乙烯分子中基团的基本振动形式图 2 为聚苯乙烯的红外吸收光谱，由图可知，聚苯乙 烯的基本振动形式有：A. ν=C-H(Ar 上)3010cm-1;3030cm-1;3060cm-1;3080 cm-1B. νC-H(-CH2-)2926cm-1;2853cm-1;和 νC-H( )2955cm-1CHC. δC-H1468 cm-1;1360 cm-1;1306 cm-1；D. νC=C(Ar 上)1605cm-1;1550cm-1;1450cm-1; E.δC-H(Ar 上单取代倍频峰)1944cm-1;1871cm-1;1800cm-1; F.δC-H(Ar 上邻接五氢)770~730cm-1和 710~690cm-1. 可见聚苯乙烯的红外吸收光谱比聚乙烯的复杂得多。

由于聚乙烯和聚苯乙烯是两种不 同的有机化合物，因此，可通过红外吸收光谱加以区别，进行定性鉴定和结构剖析 一、仪器 美国 nicoletavatar 360FT-IR 红外分光光度计 二、试样 聚乙烯薄膜、聚苯乙烯薄膜 三、实验条件 1.测定波长范围 1.5~15μm(波数 4000~400cm-1) 2.参比物 空气 3.扫描速度 3 档（全程 4min） 4.室内温度 18~20℃ 5.室内相对湿度 <65% 四、 实验步骤 1.将聚乙烯膜试样卡片置于试样窗口前 2.根据实验条件，将红外分光光度计按仪器操作步骤进行调节，然后测绘聚乙烯膜的红 外吸收光谱 3.在同样的实验条件下，测绘聚苯乙烯膜的红外吸收光谱 五、数据及处理 1.记录实验条件 2.在获得的红外吸收光谱图上，从高波数到低波数，标出各特征吸收峰的频率，并指出 各特征吸收峰属于何种基团的什么形式的振动 注意事项在解释红外吸收光谱时，一般从高波数到低波数，但不必对光谱图的每一个吸收峰都进 行解释，只需指出各基团的特征吸收峰即可 思考题 1.化合物的红外吸收光谱是怎样产生的？ 2.化合物的红外吸收光谱能提供哪些信息？ 3.如何进行红外吸收光谱图的图谱解释？ 4.单靠红外吸收光谱，能否判断未知物是何种物质，为什么？ 实验 2 苯甲酸红外吸收光谱的测绘—KBr 晶体压片法制样 目的要求 （1）学习用红外吸收光谱进行化合物的定性分析； （2）掌握用压片法制作固体试样晶片的方法； （3）熟悉红外分光光度计的工作原理及其使用方法。

基本原理 在化合物分子中，具有相同化学键的原子基团，其基本振动频率吸收峰（简称基频峰） 基本上出现在同一频率区域内，例如，,,等分子中CH3(CH2)5CH3CH3(CH2)4CNCH3(CH2)5CH CH2都有—CH3,—CH2—集团，它们的伸缩振动基频峰与 CH3(CH2)6CH3分子的红外吸收光谱中—CH3,—CH2—集团，它们的伸缩振动基频峰都出现在同一频率区域内，即在<3000cm-1波 数附近，但又有所不同，这是因为同一类型原子基团，在不同化合物分子中所处的化学环境有所不同，使基频峰频率发生一定移动，例如基团的伸缩振动基频峰频率一CO般出现在 1650~1860cm-1范围内，当它位于酸酐中时，νC=O为 1820~1750cm-1、在酯类中时，νC=O为 1750~1720cm-1;在与苯环共轭时，如乙酰苯中 νC=O为 1695~1680cm-1,在酰胺 中时，νC=O为 1650cm-1等因此掌握各种原子基团基频峰的频率及其位移规律，就可应 用红外吸收光谱来确定有机化合物分子中存在的原子基团及其在分子结构中的相对位置 由苯甲酸分子结构可知，分子中个原子基团的基频峰的频率在 4000~650cm-1范围内有：原子基团的基本振动形式基频峰的频率/cm-1ν=C-H(Ar 上)3077，3012νC=C (Ar 上)1600，1582，1495，1450δ=C-H(Ar 上邻接五氢)715，690νO-H（形成氢键二聚体）3000~2500（多重峰）δO-H935νC=O1700δC-O-H （面内弯曲振动）1250本实验用溴化钾晶体稀释苯甲酸标样和试样，研磨均匀后，分别压制成晶片，以纯溴 化钾晶片作参比，在相同的实验条件下，分别测绘标样和试样的红外吸收光谱，然后从获 得的两张图谱中，对照上述得个原子基团基频峰的频率及其吸收强度，若两张图谱一致， 则可认为该试样是苯甲酸。

一、仪器 1.AVATAE 360 FT-IR 红外分光光度计 2.压片机 3.玛瑙研钵 4.红外干燥灯 二、试剂 1.苯甲酸、溴化钾 均为优级纯 2.苯甲酸试样 三、实验压力 四、实验步骤 1.开启空调机，使室内温度控制在 18~20℃，相对湿度≤65% 2.苯甲酸标样、试样和纯溴化钾晶片的制作 取预先在 110℃下烘干 48h 以上，并保 存在干燥器内的溴化钾 150mg 左右，置于洁净的玛瑙研钵中，研磨成均匀、细小 的颗粒，然后转移到压片模具上，取出晶片，并保存在干燥器内 另取一份 150mg 左右溴化钾置于洁净的玛瑙研钵中，加入 2-3mg 苯甲酸试样，同 上操作制成晶片，并保存在干燥器内 必须注意 制得的晶片，必须无裂痕，局部无发白现象，如同玻璃般完全透明，否则应重新 制作晶片局部发白，表示压制的晶片厚薄不匀，晶片模糊，表示晶体吸潮，水在光谱图 3450cm-1和 1640cm-1处出现吸收峰 3.将溴化钾参比晶片和苯甲酸标样晶片分别测样 4.在相同实验条件下，测绘红外吸收光谱 五、数据及处理 1. 记录实验条件 2.在苯甲酸标样和试样红外吸收光谱图上，标出各特征吸收峰的波数，并确定其归 属 3.将苯甲酸试样光谱图与其标样光谱图进行对比，如果两张图谱上的各特征吸收峰及其吸收强度一致，则可认为该试样是苯甲酸。

思考题 1.如何着手进行红外吸收光谱的定性分析？ 2.红外光谱实验室为什么对温度和相对湿度要维持一定的指标？ 。