《红外吸收光谱》PPT课件.ppt

第十章第十章 红外吸收光谱法红外吸收光谱法10-1 10-1 红外吸收光谱法的基本原理红外吸收光谱法的基本原理10-2 10-2 经典红外谱带吸收范围经典红外谱带吸收范围10-3 10-3 红外光谱解析实例红外光谱解析实例10-4 10-4 红外光谱仪红外光谱仪10-5 10-5 试样的处理试样的处理10-6 10-6 红外光谱法的应用红外光谱法的应用10-7 10-7 激光拉曼光谱法简介激光拉曼光谱法简介 试题试题1定义：定义：定义：定义： 红外光谱又称红外光谱又称红外光谱又称红外光谱又称分子振动分子振动分子振动分子振动- -转动光谱转动光谱转动光谱转动光谱，属分子吸收光谱属分子吸收光谱属分子吸收光谱属分子吸收光谱 样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振化，使振化，使振化，使振- -转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率的透射光强减弱，记录百分透过率的透射光强减弱，记录百分透过率的透射光强减弱，记录百分透过率T%T%对波数或波长的曲对波数或波长的曲对波数或波长的曲对波数或波长的曲线，即红外光谱。

线，即红外光谱线，即红外光谱线，即红外光谱2概概概概 述述述述分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱红外光谱也称分子的振、转动光谱红外光谱也称分子的振、转动光谱1.1.红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱E E1 1E E0 00 01 12 21 1 1 1J J J J0 0 0 02 2 2 23 3 3 3J J J J0 0 0 02 2 2 23 3 3 31 1 1 1J J J J0 0 0 02 2 2 23 3 3 31 1 1 1J J J J0 0 0 02 2 2 23 3 3 31 1 1 1分子振动吸收光谱分子振动吸收光谱分子转动吸收光谱分子转动吸收光谱mmmmmmmm作用：作用：有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红外特征吸收频率，确定化合物结构中基团；也可依据特外特征吸收频率，确定化合物结构中基团；也可依据特征峰的强度变化进行定量分析征峰的强度变化进行定量分析3红外光谱的表示方法：红外光谱的表示方法：纵坐标为百分透光率纵坐标为百分透光率(T%)，表示吸收峰强度，表示吸收峰强度横坐标为波长横坐标为波长(/m)或波数或波数(or/cm-1)4在处，对应的波数值为：在处，对应的波数值为：104/2.5(cm-1)=4000cm-1波数波数(cm-1)=104/(m)波数即波长的倒数，表示单位波数即波长的倒数，表示单位波数即波长的倒数，表示单位波数即波长的倒数，表示单位(cm)(cm)长度光中所含光长度光中所含光长度光中所含光长度光中所含光波的数目。

波的数目波的数目波的数目波长或波数可以按下式互换：波长或波数可以按下式互换：波长或波数可以按下式互换：波长或波数可以按下式互换：一般扫描范围在一般扫描范围在4000400cm-1波长在波长在2.525m，叫中红外区叫中红外区波长在，叫近红外区波长在，叫近红外区波长在波长在251000m，叫远红外区叫远红外区52.红外光谱的区的划分（红外光谱的区的划分（0.751000 m）波谱区波谱区近红外光近红外光中红外光中红外光远红外光远红外光波长波长/ m0.752.52.525251000波数波数/cm-1133334000400040040010跃迁类型跃迁类型分子振动分子振动分子转动分子转动近红外光谱区：近红外光谱区：v低能电子能级跃迁低能电子能级跃迁v含氢原子团：含氢原子团：-OH、-NH、-CH伸缩振动伸缩振动的倍频吸收峰的倍频吸收峰v稀土及过渡金属离子稀土及过渡金属离子配位化学的研究对象配位化学的研究对象v适用于水、醇、高分适用于水、醇、高分子化合物、含氢原子子化合物、含氢原子团化合物的定量分析团化合物的定量分析红外吸收光谱法：红外吸收光谱法：分子的振动、转动分子的振动、转动基频吸收光谱区基频吸收光谱区应用最为广泛的红应用最为广泛的红应用最为广泛的红应用最为广泛的红外光谱区外光谱区外光谱区外光谱区远红外光谱区：远红外光谱区：v气体分子的转动能级跃迁气体分子的转动能级跃迁v液体与固体中重原子的伸液体与固体中重原子的伸缩振动缩振动v晶体的晶格振动晶体的晶格振动v某些变角振动、骨架振动某些变角振动、骨架振动-异构体的研究异构体的研究v金属有机化合物、氢键、金属有机化合物、氢键、吸附现象研究吸附现象研究该光区能量弱该光区能量弱,较少用于分较少用于分析析6特点：特点：特点：特点：（1 1）红外光谱是依据样品）红外光谱是依据样品）红外光谱是依据样品）红外光谱是依据样品 吸收谱带的吸收谱带的吸收谱带的吸收谱带的位置、强度、形状、个数位置、强度、形状、个数位置、强度、形状、个数位置、强度、形状、个数，推测分子中某种官能团的存在与否，推测官能团的邻近基团，确推测分子中某种官能团的存在与否，推测官能团的邻近基团，确推测分子中某种官能团的存在与否，推测官能团的邻近基团，确推测分子中某种官能团的存在与否，推测官能团的邻近基团，确定化合物结构。

定化合物结构定化合物结构定化合物结构 （2 2） 红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱不破坏不破坏不破坏不破坏样品，并且对任何样品的存在状态都适用，样品，并且对任何样品的存在状态都适用，样品，并且对任何样品的存在状态都适用，样品，并且对任何样品的存在状态都适用，如气体、液体、可研细的固体或薄膜似的固体都可以分析测如气体、液体、可研细的固体或薄膜似的固体都可以分析测如气体、液体、可研细的固体或薄膜似的固体都可以分析测如气体、液体、可研细的固体或薄膜似的固体都可以分析测定方便，制样简单定方便，制样简单定方便，制样简单定方便，制样简单 （3 3）红外光谱）红外光谱）红外光谱）红外光谱特征性高特征性高特征性高特征性高由于红外光谱信息多，可以对不同结由于红外光谱信息多，可以对不同结由于红外光谱信息多，可以对不同结由于红外光谱信息多，可以对不同结构的化合物给出特征性的谱图，所以人们也常把红外光谱叫构的化合物给出特征性的谱图，所以人们也常把红外光谱叫构的化合物给出特征性的谱图，所以人们也常把红外光谱叫构的化合物给出特征性的谱图，所以人们也常把红外光谱叫“ “分子指纹光谱分子指纹光谱分子指纹光谱分子指纹光谱” ”。

4 4）分析时间短分析时间短分析时间短分析时间短一般红外光谱做一个样可在一般红外光谱做一个样可在一般红外光谱做一个样可在一般红外光谱做一个样可在1010分钟内完成分钟内完成分钟内完成分钟内完成如果采用傅里叶变换红外光谱仪在一秒钟以内就可完成扫描如果采用傅里叶变换红外光谱仪在一秒钟以内就可完成扫描如果采用傅里叶变换红外光谱仪在一秒钟以内就可完成扫描如果采用傅里叶变换红外光谱仪在一秒钟以内就可完成扫描5 5）所需样品用量少，且可以回收红外光谱分析一次用样量）所需样品用量少，且可以回收红外光谱分析一次用样量）所需样品用量少，且可以回收红外光谱分析一次用样量）所需样品用量少，且可以回收红外光谱分析一次用样量约约约约15mg15mg，甚至只用几十微克甚至只用几十微克甚至只用几十微克甚至只用几十微克7定量：定量：依据特征峰的强度，朗伯比尔定律依据特征峰的强度，朗伯比尔定律应用：应用：与紫外、核磁、质谱相结合，解析与紫外、核磁、质谱相结合，解析有机化合物的结构有机化合物的结构8 一、分子振动模型、振动形式及红外活性一、分子振动模型、振动形式及红外活性一、分子振动模型、振动形式及红外活性一、分子振动模型、振动形式及红外活性 红外光谱是由于分子振动能级的跃迁（同时伴有转动能红外光谱是由于分子振动能级的跃迁（同时伴有转动能红外光谱是由于分子振动能级的跃迁（同时伴有转动能红外光谱是由于分子振动能级的跃迁（同时伴有转动能级跃迁）而产生，即分子中的原子以平衡位置为中心作周期级跃迁）而产生，即分子中的原子以平衡位置为中心作周期级跃迁）而产生，即分子中的原子以平衡位置为中心作周期级跃迁）而产生，即分子中的原子以平衡位置为中心作周期性振动，其振幅非常小。

性振动，其振幅非常小性振动，其振幅非常小性振动，其振幅非常小 这种分子的振动通常想象为一根弹簧联接的两个小球体这种分子的振动通常想象为一根弹簧联接的两个小球体这种分子的振动通常想象为一根弹簧联接的两个小球体这种分子的振动通常想象为一根弹簧联接的两个小球体系，称为谐振子模型这是最简单的双原子分子情况，如图系，称为谐振子模型这是最简单的双原子分子情况，如图系，称为谐振子模型这是最简单的双原子分子情况，如图系，称为谐振子模型这是最简单的双原子分子情况，如图10-110-110-110-1所示双原子分子振动的总能双原子分子振动的总能双原子分子振动的总能双原子分子振动的总能量：量：量：量： E E振振振振= =（V V+1/2+1/2）hh式中：式中：式中：式中：V V是振动量子数；是振动量子数；是振动量子数；是振动量子数； 是基本振动频率是基本振动频率是基本振动频率是基本振动频率10-1 红外光谱分析的基本原理红外光谱分析的基本原理91 1、双原子分子振动方程式、双原子分子振动方程式、双原子分子振动方程式、双原子分子振动方程式双原子分子的简谐振动及其频率双原子分子的简谐振动及其频率分子的振动能级（量子化）：分子的振动能级（量子化）：E振动振动=（V+1/2）h：化学键的振动频率；：化学键的振动频率；V：振动量子数（振动量子数（V=0、1、2.）,当当V=0时，时，E0，称为，称为零点能零点能。

根据经典力学的根据经典力学的=m1m2/(m1+m2)虎克定律：虎克定律：k k-化学键的力常数化学键的力常数(N/cm)，与键能和键长有关；，与键能和键长有关；-双原子的双原子的折合原子量折合原子量: =m1m2/(m1+m2)10任意两个能级间的能量差为：任意两个能级间的能量差为：当当V=1时，时，01振动能级的跃迁，称为振动能级的跃迁，称为基本振动频率基本振动频率或或基频吸收带基频吸收带 由由由由双原子分子振动方程式双原子分子振动方程式双原子分子振动方程式双原子分子振动方程式可以看出，折合质量和键力常数可以看出，折合质量和键力常数可以看出，折合质量和键力常数可以看出，折合质量和键力常数是影响基本振动频率的直接因素是影响基本振动频率的直接因素是影响基本振动频率的直接因素是影响基本振动频率的直接因素 K K K K 越大，越大，越大，越大，越小，化学键的振动频率越高，吸收峰将出现越小，化学键的振动频率越高，吸收峰将出现越小，化学键的振动频率越高，吸收峰将出现越小，化学键的振动频率越高，吸收峰将出现在高波数区；反之，则出现在低波数区在高波数区；反之，则出现在低波数区在高波数区；反之，则出现在低波数区。

在高波数区；反之，则出现在低波数区h 11例例例例1 1: : : : 由表中查知由表中查知由表中查知由表中查知 C=C C=C C=C C=C 键的键的键的键的 k k k k= 9.5 = 9.5 = 9.5 = 9.5 9.9 9.9 9.9 9.9 (N/cm) , , , ,令其为令其为令其为令其为9.6, 9.6, 9.6, 9.6, 计计计计算正己烯。