1、第二章 紅外吸收光譜 (infrared spectroscopy，IR),1,學(xué)習(xí)交流PPT,2.1 紅外光譜概述 2.2 紅外光譜的基本原理 2.3 基團(tuán)振動(dòng)與紅外光譜區(qū)域 2.4 有機(jī)化合物的紅外特征吸收 2.5 IR光譜解析方法 2.6 紅外光譜儀 2.7 紅外光譜在材料研究中的應(yīng)用,2,學(xué)習(xí)交流PPT,2.1 紅外光譜概述,紅外光譜是由于物質(zhì)吸收電磁輻射后，分子振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷而產(chǎn)生的，稱為分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，簡(jiǎn)稱振轉(zhuǎn)光譜。 分子在未受光照射之前，能量處于最低能級(jí)，稱之為基態(tài)。 當(dāng)分子受到紅外光的輻射，產(chǎn)生振動(dòng)能級(jí)的躍遷，在振動(dòng)時(shí)伴有偶極矩改變者就吸收紅外光子，形成紅外吸收光譜。,

2、3,學(xué)習(xí)交流PPT,4,學(xué)習(xí)交流PPT,2.2 紅外光譜的基本原理,2.2.1 紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件 (1)分子振動(dòng)時(shí)，必須伴隨有瞬時(shí)偶極矩的變化（ 0 ）。分子是否顯示紅外活性（產(chǎn)生紅外吸收），與分子是否具有永久偶極矩?zé)o關(guān)，如CO2分子。只有同核雙原子分子才是非紅外活性，如H2、N2等。 (2) 照射分子的紅外光的頻率與分子某種振動(dòng)的頻率相同時(shí)（紅外=振），分子吸收能量后，才能產(chǎn)生躍遷，在紅外譜圖上出現(xiàn)相應(yīng)的吸收帶。,5,學(xué)習(xí)交流PPT,已知任何分子就其整個(gè)分子而言，是呈電中性的，但由于構(gòu)成分子的各原子因價(jià)電子得失的難易，而表現(xiàn)出不同的電負(fù)性，分子也因此而顯示不同的極性。 通常用分子的偶極

3、矩來描述分子極性的大?。?=qd,HCl，H2O的偶極矩,6,學(xué)習(xí)交流PPT,由于分子內(nèi)原子處于在其平衡位置不斷地振動(dòng)的狀態(tài)，在振動(dòng)過程中d的瞬時(shí)值亦不斷地發(fā)生變化，因此分子的也發(fā)生相應(yīng)的改變，分子亦具有確定的偶極距變化頻率。 對(duì)稱分子由于正負(fù)電荷中心重疊，d=0，故=0。,7,學(xué)習(xí)交流PPT,偶極子在交變電場(chǎng)中的 作用示意圖,物質(zhì)吸收紅外輻射，實(shí)質(zhì)上是外界輻射遷移它的能量到分子中去。而這種能量的轉(zhuǎn)移是通過偶極子的變化來實(shí)現(xiàn)。當(dāng)偶極子處在電磁輻射的電場(chǎng)中時(shí)，此電場(chǎng)作周期性反轉(zhuǎn)，偶極子將經(jīng)受交替的作用力的作用力而使偶極矩增加和減小。 由于偶極子具有一定的原有振動(dòng)頻率，只有當(dāng)輻射頻率與偶極子頻率相

4、匹配時(shí)，分子才與輻射發(fā)生相互作用而增加它的振動(dòng)能，使振幅加大，即分子由原來的基態(tài)振動(dòng)躍遷到較高的振動(dòng)能級(jí)。,8,學(xué)習(xí)交流PPT,2.2.2 分子振動(dòng)方程式,雙原子分子的簡(jiǎn)諧振動(dòng)及其頻率： 化學(xué)鍵的振動(dòng)類似于連接兩個(gè)小球的彈簧,虎克定律,式中：k 化學(xué)鍵的力常數(shù)，其含義是兩個(gè)原子由平衡位 置伸長(zhǎng)0.1nm后的回復(fù)力，單位為N.cm-1 折合質(zhì)量，單位為 g,9,學(xué)習(xí)交流PPT,任意兩個(gè)相鄰的能級(jí)間的能量差為：,發(fā)生振動(dòng)能級(jí)躍遷需要能量的大小取決于鍵兩端原子的 折合質(zhì)量和鍵的力常數(shù)，即取決于分子的結(jié)構(gòu)特征。,分子的振動(dòng)能級(jí)（量子化）： E振=(V+1/2)hv v：化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率； V ：振動(dòng)量

5、子數(shù)(0、1、2) 。,10,學(xué)習(xí)交流PPT,力常數(shù)k：與鍵長(zhǎng)、鍵能有關(guān)：鍵能（大），鍵長(zhǎng)(短)，k。,化學(xué)鍵鍵強(qiáng)越強(qiáng)（即鍵的力常數(shù)K越大）、原子折合質(zhì)量越小，化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。,11,學(xué)習(xí)交流PPT,折合質(zhì)量：兩振動(dòng)原子只要有一個(gè)的質(zhì)量，(v)，紅外吸收信號(hào)將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。,一些常見化學(xué)鍵的力常數(shù)如下表所示：,12,學(xué)習(xí)交流PPT,伸縮振動(dòng) 亞甲基：,彎曲振動(dòng) 亞甲基,2.2.3 分子中基團(tuán)的基本振動(dòng)形式,13,學(xué)習(xí)交流PPT,2.2.4 影響峰位變化的因素,(1) 內(nèi)部因素 電子效應(yīng) 1）誘導(dǎo)效應(yīng)：由于取代基具有不同的電負(fù)性，通過靜電誘導(dǎo)作用，引起分子中電子分

6、布的變化，從而引起鍵力常數(shù)的變化，改變了基團(tuán)的特征頻率，這種效應(yīng)通常稱為誘導(dǎo)效應(yīng)。,vC=O/cm-1,14,學(xué)習(xí)交流PPT,2）共軛效應(yīng)（C效應(yīng)）：共軛效應(yīng)要求共軛體系有共平面性。 共軛效應(yīng)使共軛體系的電子云密度平均化，鍵長(zhǎng)也平均化，雙鍵略有伸長(zhǎng)，單鍵略有縮短。,15,學(xué)習(xí)交流PPT,16,學(xué)習(xí)交流PPT,3）中介效應(yīng) 象氧原子、硫原子和氮原子等既存在誘導(dǎo)效應(yīng)(-I)，同時(shí)又存在p共軛效應(yīng)(C)的化合物，其特征頻率位移的最終值取決于兩種混合效應(yīng)的凈結(jié)果。 若C-I，vC=O較醛酮向低波數(shù)方向位移。,又如：,苯酯基中氧原子的共軛分散， -I突出， vC=O較烷基酯位于高波數(shù)端。苯甲酸酯中苯基對(duì)

7、C=O的共軛效應(yīng)與烷氧基對(duì)C=O的誘導(dǎo)效應(yīng)大體相當(dāng)，相互抵消，使vC=O較苯基酮位于高波數(shù)端，并與烷基酮一致。,17,學(xué)習(xí)交流PPT, 氫鍵效應(yīng) (分子內(nèi)氫鍵；分子間氫鍵)：對(duì)峰位，峰強(qiáng)產(chǎn)生極明顯影響。氫鍵使電子云密度平均化。 對(duì)于伸縮振動(dòng)來說，氫鍵越強(qiáng)，譜帶越寬，吸收強(qiáng)度越大，而且向低波數(shù)方向位移也越大。 對(duì)于彎曲振動(dòng)來說，氫鍵則引起譜帶變窄，同時(shí)向高波數(shù)方向位移。,18,學(xué)習(xí)交流PPT,（2）外部因素 外部因素主要指測(cè)定時(shí)物質(zhì)的狀態(tài)以及溶劑效應(yīng)等因素。 分子在氣態(tài)時(shí)，其相互作用力很弱，此時(shí)可以觀察到伴隨振動(dòng)光譜的轉(zhuǎn)動(dòng)精細(xì)結(jié)構(gòu)。 液態(tài)和固態(tài)分子間作用力較強(qiáng)，在有極性基團(tuán)存在時(shí)，可能發(fā)生分子間

8、的締合或形成氫鍵，導(dǎo)致特征吸收帶頻率、強(qiáng)度和形狀有較大的改變。 在結(jié)晶的固體中，分子在晶格中規(guī)則排列，加強(qiáng)了分子間的相互作用，使譜帶產(chǎn)生分裂。例如聚乙烯的CH2面內(nèi)搖擺振動(dòng)（位于720cm-1附近），在非晶態(tài)時(shí)只有一條譜帶，而在結(jié)晶態(tài)時(shí)分裂為720cm-1附近731cm-1兩條譜帶。,19,學(xué)習(xí)交流PPT,2.3 基團(tuán)振動(dòng)與紅外光譜區(qū)域 能代表基團(tuán)存在、并有較高強(qiáng)度的吸收譜帶稱為基團(tuán)頻率，其所在的位置一般又稱為特征吸收峰。 特征區(qū)（ 4000 1300 cm-1 ） 指紋區(qū)(1300 cm-1 ),20,學(xué)習(xí)交流PPT, O-H 、N-H 40003300 cm-1 確定醇、酚、酸；伯胺、仲胺

9、、叔胺 在非極性溶劑中，濃度較?。ㄏ∪芤海r(shí)，峰形尖銳，強(qiáng)吸收；當(dāng)濃度較大時(shí)，發(fā)生締合作用，峰形較寬。 OH游離 36503600 cm-1 強(qiáng)、尖吸收峰 OH締合(氫鍵) 35003200 cm-1 強(qiáng)、寬吸收峰,21,學(xué)習(xí)交流PPT, 飽和碳原子上的CH,-CH3 2960 cm-1 反對(duì)稱伸縮振動(dòng) 2870 cm-1 對(duì)稱伸縮振動(dòng) -CH2- 2930 cm-1 反對(duì)稱伸縮振動(dòng) 2850 cm-1 對(duì)稱伸縮振動(dòng) -C-H 2890 cm-1 弱吸收,3000 cm-1 以下, 不飽和碳原子上的=C-H（ C-H ） 苯環(huán)上的-C-H 3030 cm-1 =C-H 3100 3000 cm

10、-1 末端= CH2 3085 cm-1附近 C-H 3300 cm-1,3000 cm-1 以上,（2）C-H伸縮振動(dòng) 33002700 cm-1,22,學(xué)習(xí)交流PPT,(3) 叁鍵（ -CC、 -CN）伸縮振動(dòng)和累積雙鍵（-C=C=C、-C=C=O）的不對(duì)稱伸縮振動(dòng)區(qū)(2500 1900 cm-1 ) RC CH （2100 2140 cm-1 ） RC CR （2190 2260 cm-1 ） R R時(shí)， 無紅外活性 RC N （2100 2140 cm-1 ） 非共軛 （2240 2260 cm-1） 共 軛 （2220 2230 cm-1 ） 僅含C、H、N時(shí)：峰較強(qiáng)、尖銳； 有O原

11、子存在時(shí)，O越靠近C N，峰越弱；,23,學(xué)習(xí)交流PPT,（4）C=O伸縮振動(dòng)及芳烴中C-H彎曲振動(dòng)的倍頻和合頻 19001650 cm-1,碳氧雙鍵的特征峰，強(qiáng)度大，峰尖銳。 各類羰基化合物中C=O鍵的伸縮振動(dòng)：,24,學(xué)習(xí)交流PPT,（5）芳環(huán)、C=C、C=N伸縮振動(dòng)區(qū) 16751500cm-1, RC=CR 1620 1680 cm-1 強(qiáng)度弱， R=R（對(duì)稱）時(shí)，無紅外活性。 芳環(huán)骨架振動(dòng)在16001450 cm-1有二到四個(gè)中等強(qiáng)度的峰，是判斷芳環(huán)存在的重要標(biāo)志之一。,25,學(xué)習(xí)交流PPT,（6）C-H面內(nèi)彎曲振動(dòng) 15001300cm-1 一般甲基、亞甲基的彎曲振動(dòng)位置都比較恒定。

12、由于存在著對(duì)稱和不對(duì)稱彎曲振動(dòng)（對(duì)于-CH3），因此通?？吹絻蓚€(gè)以上的峰。而亞甲基的彎曲振動(dòng)在此區(qū)段內(nèi)僅有s（1465 cm-1）。 （7） C-O、C-F、Si-O伸縮振動(dòng)和C-C骨架振動(dòng) 13001000cm-1 （8）C-H面外彎曲振動(dòng)、C-Cl伸縮振動(dòng) 1000650 cm-1 不同取代類型的烯烴，其C-H位置不同，由此可以判斷烯烴的取代類型。 芳烴的C-H在900650 cm-1，對(duì)于確定芳環(huán)取代類型是很特征的。,26,學(xué)習(xí)交流PPT,2.4 有機(jī)化合物的紅外特征吸收,（1）飽和烴,27,學(xué)習(xí)交流PPT,(2) 烯烴,28,學(xué)習(xí)交流PPT,（3）炔烴,末端炔烴的C-H伸縮振動(dòng)一般在3

13、300 cm-1處出現(xiàn)強(qiáng)的尖吸收帶。 一取代：21502100cm-1 CC伸縮振動(dòng) 二取代：22702150cm-1,29,學(xué)習(xí)交流PPT,（4）芳烴,vC-H：31003000cm-1 C-H：面外彎曲振動(dòng)在900650cm-1，反映苯環(huán)上取代基類型很特征，常用來鑒定苯衍生物。 vC=C：苯環(huán)骨架伸縮振動(dòng)在16001450cm-1范圍內(nèi)通常以雙峰 (1600、1500cm-1) 出現(xiàn)（低強(qiáng)高弱）。芳環(huán)與不飽和基或孤對(duì)電子共軛時(shí)，還會(huì)在1580cm-1附近出現(xiàn)第三個(gè)峰。 倍頻與組頻：苯衍生物在20001660cm-1出現(xiàn)較弱的C-H面外彎曲振動(dòng)倍頻與組合頻峰，該區(qū)域的峰形對(duì)表征芳環(huán)取代類型很

14、有用處。,30,學(xué)習(xí)交流PPT,單取代 (含5個(gè)相鄰H) 770730cm-1（強(qiáng)） 710690cm-1（較強(qiáng)）,鄰取代（4個(gè)相鄰H） 770735cm-1與單取代峰位重疊 間取代（3個(gè)相鄰H，1個(gè)孤立H） 810750cm-1（強(qiáng)） 710690cm-1（較強(qiáng)） 900860cm-1（中強(qiáng)） 對(duì)取代（2個(gè)相鄰H） 840810cm-1（強(qiáng)）,苯環(huán)取代類型在20001667cm-1和900650cm-1的圖形,31,學(xué)習(xí)交流PPT,鄰、間及對(duì)位二甲苯的紅外光譜,32,學(xué)習(xí)交流PPT,（5）醇和酚,在稀溶液中，O-H鍵的特征吸收帶位于36503600 cm-1；在純液體或固體中，由于分子間氫鍵

15、的關(guān)系，使這個(gè)吸收帶變寬，并向低波數(shù)方向移動(dòng)，在35003200 cm-1處出現(xiàn)吸收帶。 v（C-O）酚1230cm-1 v （C-O）叔醇1150cm-1 v （C-O）仲醇1100cm-1 v （C-O）伯醇1050cm-1,33,學(xué)習(xí)交流PPT,（6）醚 C-O-C的非對(duì)稱伸縮振動(dòng)吸收譜帶在12601050 cm-1區(qū)域，但是由紅外光譜單獨(dú)確定醚鍵的存在是困難的，因?yàn)槿魏魏蠧-O鍵的分子（如醇、酚、酯、羧酸等），都對(duì)醚鍵的吸收產(chǎn)生干擾。,正丁醚的紅外光譜,34,學(xué)習(xí)交流PPT,（7）胺,伯胺：34003250cm-1（雙峰） N-H伸縮振動(dòng) 仲胺：3300 cm-1（單峰） 叔胺：無

16、N-H彎曲振動(dòng) 伯胺：16401560 cm-1（面內(nèi)） 900650 cm-1（面外） 仲胺：15801490 cm-1（面內(nèi)） 很難觀察面外彎曲峰 C-N伸縮振動(dòng)： 脂肪族：12501020cm-1（弱峰） 芳香族：13401266cm-1（強(qiáng)峰）,35,學(xué)習(xí)交流PPT,（8）醛和酮,C=O伸縮振動(dòng)：17501700cm-1 區(qū)別：醛的C-H伸縮振動(dòng)（-CHO中）在2820、2720 cm-1(后者尖銳 ),36,學(xué)習(xí)交流PPT,（9）羧酸 由于氫鍵作用，羧酸通常都以二分子締合體的形式存在，只有在測(cè)定氣態(tài)樣品或非極性溶劑的稀溶液時(shí)，方可看到游離羧酸的特征吸收。,游離羧酸：3550cm-1

17、O-H伸縮振動(dòng) 二分子締合體：33002500 cm-1（寬、強(qiáng)）,C=O伸縮振動(dòng)：17251700 cm-1,C-O伸縮振動(dòng)：13301210 cm-1,面內(nèi)：14401300 cm-1 O-H彎曲振動(dòng) 面外：920 cm-1（中等強(qiáng)度）,37,學(xué)習(xí)交流PPT,（10）羧酸鹽,羧酸與堿作用成為羧酸鹽之后，羧酸原有的vC=O、 vO-H和面外O-H產(chǎn)生的三個(gè)特征峰消失，新出現(xiàn)CO2-的反對(duì)稱和對(duì)稱伸縮振動(dòng)分別位于1580和1400cm-1左右。,丙酸鈉的紅外光譜,38,學(xué)習(xí)交流PPT,（11）羧酸衍生物 在18401630cm-1范圍都有羰基的伸縮振動(dòng)吸收峰。 酰氯 C=O伸縮振動(dòng)：18151

18、785cm-1（羰基的吸收峰位稍高于其它羧酸衍生物）,丙酰氯的紅外光譜,39,學(xué)習(xí)交流PPT, 酸酐,酸酐分子中有兩個(gè)羰基C=O，通常在紅外光譜中有兩個(gè)羰基吸收峰。另外在1100cm-1附近還有C-O伸縮振動(dòng)吸收峰。,丙酸酐的紅外光譜,40,學(xué)習(xí)交流PPT, 酯,C=O伸縮振動(dòng)：1740cm-1附近（具有共軛結(jié)構(gòu)的酯，例如，,-不飽和酯或-芳基酯羰基的吸收峰為稍有降低，在1725 cm-1附近）。 C-O伸縮振動(dòng)：12501050 cm-1,丁酸乙酯的紅外光譜,41,學(xué)習(xí)交流PPT, 酰胺,酰胺基的特征吸收譜帶/cm-1,42,學(xué)習(xí)交流PPT,（12）腈,腈基的CN伸縮振動(dòng)吸收峰在230022

19、00cm-1，峰形尖銳，中等強(qiáng)度，是-CN存在的特征吸收峰。 異腈酸酯基的-N=C=O的伸縮振動(dòng)也在23002200cm-1，非常強(qiáng)，常常是雙峰或具有不規(guī)則的形狀,鄰甲基苯腈的紅外光譜,43,學(xué)習(xí)交流PPT,2.5 IR光譜解析方法,（1）不飽和度的計(jì)算,式中n4、n3、n1分別為分子中所含的四價(jià)、三價(jià)和一價(jià)元素原子的數(shù)目。二價(jià)原子如S、O等不參加計(jì)算。 不飽和度： 苯環(huán)=4； 雙鍵，環(huán)=1； 叁鍵=2。,44,學(xué)習(xí)交流PPT,IR光譜解析實(shí)例,練習(xí) : 某化合物C9H10O，其IR光譜主要吸收峰位為3080， 3040，2980，2920，1690（s），1600，1580，1500， 13

20、70，1230，750，690cm-1，試推斷分子結(jié)構(gòu) 。,解:,45,學(xué)習(xí)交流PPT,2.6 紅外光譜儀紅外光譜儀的發(fā)展,46,學(xué)習(xí)交流PPT,色散型紅外光譜儀工作原理圖,光楔,從光源發(fā)出的紅外輻射，分成二束，一束進(jìn)試樣池，一束進(jìn)參比池，先經(jīng)斬光器周期地切割進(jìn)入單色器,即試樣光束和參比光束交替進(jìn)入單色器的色散光柵，若某波數(shù)的單色光不被試樣吸收，二束光的強(qiáng)度相等，檢測(cè)器不產(chǎn)生信號(hào)；若有吸收，在檢測(cè)器上產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)。經(jīng)放大器放大，進(jìn)入帶動(dòng)記錄筆和光楔的機(jī)械裝置。光楔的作用是進(jìn)行補(bǔ)償，即減弱參比光強(qiáng)，使與試樣光強(qiáng)相等，致二束光重新處于平衡。試樣對(duì)各不同波數(shù)紅外輻射吸收有多有少，則光楔相應(yīng)按比

21、例移動(dòng)補(bǔ)償。因而光楔改變相當(dāng)于試樣的透射比，以縱坐標(biāo)被記錄在紙上，單色光的波數(shù)連續(xù)改變，并與記錄紙移動(dòng)同步，這是橫坐標(biāo)。最后得到透視比對(duì)波數(shù)（波長(zhǎng)）的紅外光譜吸收曲線（光譜圖）。,47,學(xué)習(xí)交流PPT,1 . 光源 紅外光譜儀中所用的光源通常是一種惰性固體，用電加熱使之發(fā)射高強(qiáng)度的連續(xù)紅外輻射。常用的是Nernst燈或硅碳棒。Nernst燈是用氧化鋯、氧化釔和氧化釷燒結(jié)而成的中空棒和實(shí)心棒。工作溫度約為1700，在此高溫下導(dǎo)電并發(fā)射紅外線。但在室溫下是非導(dǎo)體，因此，在工作之前要預(yù)熱。它的特點(diǎn)是發(fā)射強(qiáng)度高，使用壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性較好。缺點(diǎn)是價(jià)格比硅碳棒貴，機(jī)械強(qiáng)度差，操作不如硅碳棒方便。硅碳棒是由碳

22、化硅燒結(jié)而成，工作溫度在1200-1500左右。,48,學(xué)習(xí)交流PPT,2 . 吸收池 因玻璃、石英等材料不能透過紅外光，紅外吸收池要用可透過紅外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5（TlI 58%，TlBr42%）等材料制成窗片。用NaCl、KBr、CsI等材料制成的窗片需注意防潮。固體試樣常與純KBr混勻壓片，然后直接進(jìn)行測(cè)定。,49,學(xué)習(xí)交流PPT,3 . 單色器 單色器由色散元件、準(zhǔn)直鏡和狹縫構(gòu)成。 色散元件常用復(fù)制的閃耀光柵。由于閃耀光柵存在次級(jí)光譜的干擾，因此，需要將光柵和用來分離次光譜的濾光器或前置棱鏡結(jié)合起來使用。,50,學(xué)習(xí)交流PPT,4 . 檢測(cè)器 常用的紅外檢測(cè)器有高

23、真空熱電偶、熱釋電檢測(cè)器和碲鎘汞檢測(cè)器。 高真空熱電偶是利用不同導(dǎo)體構(gòu)成回路時(shí)的溫差電現(xiàn)象，將溫差轉(zhuǎn)變?yōu)殡娢徊睢?熱釋電檢測(cè)器是利用硫酸三苷肽的單晶片作為檢測(cè)元件。硫酸三苷肽（TGS）是鐵電體，在一定的溫度以下，能產(chǎn)生很大的極化反應(yīng)，其極化強(qiáng)度與溫度有關(guān)，溫度升高，極化強(qiáng)度降低。將TGS薄片正面真空渡鉻（半透明），背面鍍金，形成兩電極。,51,學(xué)習(xí)交流PPT,當(dāng)紅外輻射光照射到薄片上時(shí)，引起溫度升高，TGS極化度改變，表面電荷減少，相當(dāng)于“釋放”了部分電荷，經(jīng)放大，轉(zhuǎn)變成電壓或電流方式進(jìn)行測(cè)量。 碲鎘汞檢測(cè)器（MCT檢測(cè)器）是由寬頻帶的半導(dǎo)體碲化鎘和半金屬化合物碲化汞混合形成，其組成為Hg1-

24、xCdx Te ，x0.2，改變x值，可獲得測(cè)量波段不同靈敏度各異的各種MCT檢測(cè)器。 5. 記錄系統(tǒng),52,學(xué)習(xí)交流PPT,傅立葉變換紅外光譜儀工作原理圖,干涉儀,光源發(fā)出的紅外輻射，經(jīng)干涉儀轉(zhuǎn)變成干涉圖，通過試樣后得到含試樣信息的干涉圖，由計(jì)算機(jī)采集，并經(jīng)過快速傅立葉變換，得到強(qiáng)度或透光度隨頻率或波數(shù)變化的紅外光譜圖。,53,學(xué)習(xí)交流PPT,單色光源干涉圖 (b)多色光源干涉圖,傅立葉變換紅外光譜儀原理圖,單色光強(qiáng)度：,干涉光的變化頻率fv和兩個(gè)因素即光源頻率和動(dòng)鏡移動(dòng)速度u有關(guān)， fv=2 uv。,多色光強(qiáng)度：,I(x)：干涉光強(qiáng)度；x：光程差； B(v)：光源的強(qiáng)度；v：頻率。,54,

25、學(xué)習(xí)交流PPT,用傅立葉變換紅外光譜儀測(cè)量樣品的紅外光譜包括以下幾個(gè)步驟： 分別收集背景（無樣品時(shí)）的干涉圖及樣品干涉圖。 分別通過傅立葉變換，將上述干涉圖轉(zhuǎn)化為單光束紅外光譜。 經(jīng)過計(jì)算，將樣品的單光束光譜除以背景的單光束光譜，即得到樣品的透射光譜或吸收光譜。,FTIR光譜獲得過程示意圖,55,學(xué)習(xí)交流PPT,FTIR光譜儀的優(yōu)點(diǎn),掃描速度快（幾十次/秒），信號(hào)累加，信噪比提高（可達(dá)60：1）。 光通量大，所有頻率同時(shí)測(cè)量，檢測(cè)靈敏度高，樣品量減少。 掃描速度快，可跟蹤反應(yīng)歷程，作反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究，并可與GC、LC聯(lián)用。 測(cè)量頻率范圍寬，可達(dá)到45006cm-1 雜散光少，波數(shù)精度高，分辨率可

26、達(dá)0.05/cm 對(duì)溫度、濕度要求不高。 光學(xué)部件簡(jiǎn)單，只有一個(gè)動(dòng)鏡在實(shí)驗(yàn)中運(yùn)動(dòng)，不易磨損。,56,學(xué)習(xí)交流PPT,（3）試樣的制備, 氣體 氣態(tài)樣品 可在玻璃氣槽內(nèi)進(jìn)行測(cè)定，它的兩端粘有紅外透光的NaCl或KBr窗片。先將氣槽抽真空，再將試樣注入。 液體 1）液體池法 沸點(diǎn)較低，揮發(fā)性較大的試樣，可注入封閉液體池中，液層厚度一般為0.011mm。,57,學(xué)習(xí)交流PPT,2）液膜法 沸點(diǎn)較高的試樣，直接滴在兩片鹽片之間，形成液膜。 對(duì)于一些吸收很強(qiáng)的液體，當(dāng)用調(diào)整厚度的方法仍然得不到滿意的譜圖時(shí)，可用適當(dāng)?shù)娜軇┡涑上∪芤哼M(jìn)行測(cè)定。 固體 1）溶液法 把固體樣品溶解在溶劑中，用液體池測(cè)定。,58

27、,學(xué)習(xí)交流PPT,2）KBr壓片法 首先將樣品研成粉末，一般取12mg即可，然后加入200mg的KBr粉末，在研缽中研磨、混勻，轉(zhuǎn)移到模具中，在低真空下壓成厚度約12mm的壓片。試樣和KBr都應(yīng)經(jīng)干燥處理，研磨到粒度小于2微米，以免散射光影響。 3）薄膜法 a) 溶液鑄膜法：將聚合物溶液(濃度一般為2%5%質(zhì)量分?jǐn)?shù))均勻地澆涂在玻璃板上，待溶劑揮發(fā)后將形成的薄膜用刮刀剝離。也可以采用在氯化鈉（或溴化鉀）晶片上直接涂上聚合物溶液成膜的方法。,59,學(xué)習(xí)交流PPT,制備各種高聚物薄膜的常用溶劑,60,學(xué)習(xí)交流PPT,b)熱壓成膜法 對(duì)于熱塑性的樣品，可以采用熱壓成膜的方法，即將樣品加熱到軟化點(diǎn)以上

28、或熔融，然后在一定壓力下壓成適當(dāng)厚度的薄膜。但是在熱壓時(shí)要防止高聚物的熱老化，因而可以采用增大壓力的方法盡可能地降低溫度和縮短加壓時(shí)間。一般采用1108Pa左右的壓力，在熔融狀態(tài)迅速加壓1015s，然后迅速冷卻。 3) 顯微切片 樣品要求軟硬適中且必須有適當(dāng)?shù)臋C(jī)械壓力。,61,學(xué)習(xí)交流PPT,4）研糊法（液體石臘法） 將樣品粉末與1滴石蠟油或全鹵代烴液體混合，研磨成糊狀，再轉(zhuǎn)移至兩片氯化鈉晶片之間，進(jìn)行測(cè)試。 5）熱裂解方法 不溶不熔的樣品，采用高溫?zé)崃呀獾姆椒梢园阉鼈冏兂梢后w、氣體或可溶性物質(zhì)，便于進(jìn)行紅外光譜。雖然裂解使聚合物的結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，但裂解產(chǎn)物還包括原來的各種基團(tuán)，所以與原來聚合

29、光譜還是極相似的。要特別注意的是用熱裂解方法得到的聚合物光譜是不可能與原來的聚合物光譜完全一致的。,62,學(xué)習(xí)交流PPT,2.7 紅外光譜在材料研究中的應(yīng)用,(1) 分析與鑒別高聚物 (2) 聚合物微觀結(jié)構(gòu)的測(cè)定 (3) 聚合物結(jié)晶度的測(cè)定,63,學(xué)習(xí)交流PPT,（1）分析與鑒別高聚物,尼龍類的紅外吸收光譜圖,由于尼龍-6、尼龍-7和尼龍-8都是聚酰胺類聚合物，具有相同的官能團(tuán)，其官能團(tuán)區(qū)的譜帶是一樣的， vN-H=3300cm-1，酰胺I和帶分別在1635cm-1和1540 cm-1。這三種聚合物的區(qū)別是(CH2)n基團(tuán)的長(zhǎng)度不同(即n的數(shù)目不同)，因此他們?cè)?400800cm-1指紋區(qū)的譜圖不一樣，可用來區(qū)別這三種聚合物。,64,學(xué)習(xí)交流PPT,PP和PIB在15001000cm-1的紅外光譜圖,聚異丁烯(PIB)可看成是等規(guī)聚丙烯(PP)上的-H被甲基取代，在這種情況下，PP中的CH3基團(tuán)在1378 cm-1處的面內(nèi)彎曲振動(dòng)在PIB中分裂成兩個(gè)譜帶，而PP在1153 cm-1處的骨架振動(dòng)譜帶在PIB中