《儀器分析實(shí)驗(yàn)》實(shí)驗(yàn)2紅外吸收光譜法InfraredAbsorptionSpectrometry(IR)

紅外吸收光譜

InfraredAbsorptionSpectroscopy（IR）一、基本原理紅外光譜的頻率范圍紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件官能團(tuán)的特征吸收譜帶二、譜圖解析與應(yīng)用

1.不飽和度

2.譜圖解析

3.綜合分子式、不飽和度確定可能的結(jié)構(gòu)式三、儀器原理和操作色散型紅外光譜儀Fourier變換紅外光譜一（FTIR）四、樣品制備和實(shí)驗(yàn)步驟五、注意事項(xiàng)一?紅外吸收光譜基本原理(1)紅外光應(yīng)具有能滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動(dòng)躍遷所需的能量；(2)紅外光與物質(zhì)間有相互偶合作用－分子振動(dòng)時(shí)，必須伴有瞬時(shí)偶極矩的變化，即分子顯示紅外活性。偶極子與交變電場(chǎng)的作用示意圖

紅外光是波長(zhǎng)范圍為0.75~1000m的電磁波,可引起分子中基團(tuán)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷,產(chǎn)生紅外吸收光譜,也稱分子振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)光譜.

同核雙原子分子是非紅外活性的:如:N2、O2、Cl2；

O=C=O對(duì)稱伸縮振動(dòng)也是非紅外活性的。產(chǎn)生紅外吸收的條件區(qū)域/m/cm-1能級(jí)躍遷類型近紅外區(qū)(泛頻區(qū))0.75~2.513158~4000OH,NH及CH鍵的倍頻吸收中紅外區(qū)(基本振動(dòng)區(qū))2.5~154000~650分子振動(dòng)，伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)遠(yuǎn)紅外區(qū)(轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū))15~1000650~10分子轉(zhuǎn)動(dòng)紅外光譜的三個(gè)波區(qū)和能級(jí)躍遷類型

可按波長(zhǎng)將紅外光譜分為近紅外?中紅外和遠(yuǎn)紅外三個(gè)波區(qū),中紅外區(qū)對(duì)應(yīng)分子振動(dòng)基態(tài)到第一激發(fā)態(tài)的躍遷,可伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷,是最為常用的紅外光譜區(qū).分子振動(dòng)能量振動(dòng)能級(jí)躍遷對(duì)應(yīng)的能量變化分子振動(dòng)頻率與躍遷能量的關(guān)系基本振動(dòng)頻率(雙原子分子)-振動(dòng)量子數(shù),0,1,2,…基本振動(dòng)頻率

對(duì)應(yīng)的紅外吸收能量紅外光譜圖

當(dāng)一束連續(xù)變化的各種波長(zhǎng)的紅外光照射樣品時(shí)，其中一部分被吸收，吸收的這部分光能就轉(zhuǎn)變?yōu)榉肿拥恼駝?dòng)能量和轉(zhuǎn)動(dòng)能量；另一部分光透過，若將其透過的光用單色器進(jìn)行色散，就可以得到一帶暗條的譜帶。若以波長(zhǎng)或波數(shù)為橫坐標(biāo)，以百分吸收率為縱坐標(biāo)，把這譜帶記錄下來，就得到了該樣品的紅外吸收光譜圖,獲得紅外振動(dòng)信息。（1）峰位

化學(xué)鍵的力常數(shù)k越大，原子折合質(zhì)量越小，鍵的振動(dòng)頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)（短波長(zhǎng)區(qū)）；反之，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)（高波長(zhǎng)區(qū)）。紅外光譜圖主要參量(2）峰強(qiáng)瞬間偶基距變化大，吸收峰強(qiáng)；鍵兩端原子電負(fù)性相差越大（極性越大），吸收峰越強(qiáng)；（3）峰形鍵兩端原子電負(fù)性相差大的伸縮振動(dòng)吸收峰形較寬,如O-H,N-H等氫鍵的伸縮振動(dòng)峰寬,C=O伸縮振動(dòng)具有中等寬度,而C-C振動(dòng)峰型較窄.峰位,峰強(qiáng)和峰形是確定分子結(jié)構(gòu)的重要信息.

同一類基團(tuán)在不同化合物中的振動(dòng)頻率相近，且強(qiáng)度較大，稱特征振動(dòng)頻率，對(duì)應(yīng)的吸收帶（峰）稱基團(tuán)的特征吸收帶。好的特征基團(tuán)應(yīng)具有以下特點(diǎn)：較窄的吸收區(qū)域,可解釋的位移,吸收強(qiáng)度高,與其它頻率分得開,特征的吸收形狀

指紋頻率由整個(gè)分子或分子的一部分振動(dòng)產(chǎn)生的，對(duì)分子結(jié)構(gòu)的微小變化具有較大的靈敏性，對(duì)于分子是特征的，因此可用于整個(gè)分子的表征。指紋頻率通常出現(xiàn)在1330cm-1

以下的低頻區(qū)。指紋頻率基團(tuán)特征吸收帶基團(tuán)吸收頻率區(qū)第一區(qū)域第二區(qū)域第三區(qū)域第四區(qū)域40002500cm-1氫鍵區(qū)25002000cm-1叁鍵區(qū)20001300cm-1雙鍵區(qū)1300600cm-1單鍵區(qū)O-H（s,wide)－CC（22602120

）C=C-C-C--C-H(v.multi)

＝C-H(m,multi)

C-H(s,sh)CN（22602220

）C=OC-NN-HC=C=C（

1950）……官能團(tuán)區(qū)指紋區(qū)1.不飽和度根據(jù)分子式計(jì)算不飽和度二、譜圖解析ni

為原子i的數(shù)目,i為原子i的價(jià)態(tài).3.綜合分子式和不飽和度信息確定結(jié)構(gòu)式并從結(jié)構(gòu)式計(jì)算不飽和度進(jìn)一步驗(yàn)證2.譜圖解析

基團(tuán)區(qū)1700cm-1

附近羰基的吸收帶（強(qiáng)，中等寬度）有芳香烴？無根據(jù)基團(tuán)區(qū)其它吸收峰，推測(cè)是否為下列化合物？醇、酚、醚、胺等指紋區(qū)有的放矢地檢查與基團(tuán)有關(guān)的吸收帶計(jì)算不飽和度根據(jù)基團(tuán)區(qū)其它吸收峰，推測(cè)是否為下列化合物？酸、酯、醛、酰胺、酮芳香烴？4.譜圖解析步驟三、儀器原理和操作1.色散型紅外光譜儀參考池樣品池light斬波器單色器檢測(cè)器記錄儀光柵優(yōu)點(diǎn):頻率域光譜儀-簡(jiǎn)單缺點(diǎn):采譜速度慢;靈敏度低;波數(shù)分辨率低.干涉儀光源樣品室檢測(cè)器顯示器繪圖儀計(jì)算機(jī)干涉圖光譜圖FTS傅里葉變換紅外光譜儀結(jié)構(gòu)框圖2.傅里葉變換紅外（FTIR)光譜儀時(shí)間域光譜儀干涉儀示意圖light半透鏡固定反射鏡動(dòng)鏡NicoletAvatarFT-IR360紅外光譜儀工作原理圖SourceInterferometerDetectorSampleLaser可在短時(shí)間內(nèi)得到頻率范圍內(nèi)的干涉圖－快通過多次掃描提高信噪比.

S/N

n-2-靈敏度高分辨率高(<0.1

cm-1)傅里葉變換紅外光譜儀主要優(yōu)勢(shì)傅里葉變換紅外光譜儀是時(shí)間域光譜儀,需要進(jìn)行FTIR變換后得到頻率域光譜圖.目前廣泛使用傅立葉變換紅外光譜儀.溶劑：CCl4，CS2常用。①研糊法（液體石臘法）②KBr壓片法③薄膜法2.固體：1.液體：①液膜法——難揮發(fā)液體（bp>80C）②溶液法——液體池(KBr為稀釋劑)常用樣品池窗片（載