ir红外光谱-中科大课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,红外光谱,红外光谱,2024/9/14 11:00:43,(Infrared Spectrometry),红外光谱,二、红外光谱的三要素,一、红外光谱的基本概念,三、红外光谱的应用,五 、付立叶变换红外光谱仪,六 、上机操作软件介绍,四、样品制备技术,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,2,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,3,一、红外光谱的基本概念,1.,红外光谱的定义,2.,红外活性分子和非红外活性分子,4.,分子振动方式,3.,红外光区的划分,一、红外光谱的基本概念,1.,红外光谱的定义,当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率的辐射，并由其振动运动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生的分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，从而形成的分子吸收光谱称为红外光谱。又称为分子振动转动光谱。,2.,红外活性分子和非红外活性分子,产生红外吸收的分子称为红外活性分子，如,CO,2,分子；反之为非红外活性分子,如,O,2,分子。,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,4,一、红外光谱的基本概念,区域名称,波长,(,m),波数,(cm,-1,),能级跃迁类型,近红外区,泛频区,0.75-2.5,13158-4000,OH,、,NH,、,CH,键的倍频吸收,中红外区,基本振动区,2.5-25,4000-400,分子振动，伴随转动,远红外区,分子转动区,25-300,400-10,分子转动,注：,红外光区的划分,如下表,：,根据实验技术和应用的不同，将红外光区分成三个区,:,近红外区、中红外区、远红外区。其中中红外区是研究和应用最多的区域，一般说的红外光谱就是指中红外区的红外光谱,.,3.,红外光区的划分,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,5,1),双原子分子的振动,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,6,一、红外光谱的基本概念,用经典力学方法把双原子分子的振动形式用两个刚性小球的弹簧振动来模拟，如下图所示,:,该体系的基本振动频率的计算公式为：,双原子分子振动示意图,由上式可见，影响基本振动频率的直接因素是相对原子质量和化学键的力常数。,其中,4.,分子振动方式,一、红外光谱的基本概念,2),多原子分子的振动,对于多原子分子，由于一个原子可能同时与几个其它原子形成化学键，它们的振动相互牵连,不易直观地加以解释，但可以把它的振动分解为许多简单的基本振动，即简正振动。,原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角不变的振动称为伸缩振动。它又分为对称伸缩振动,(,s,）,和不对称伸缩振动,(,as,）,。,b.,变形振动（又称弯曲振动或变角振动，,用符号,表示,）,基团键角发生周期变化而键长不变的振动称为变形振动。变形振动,又分为面内,变形振动和,面内,变形振动。,a.,伸缩振动,(,s,as,）,一般将振动形式分成两类：,伸缩振动,和,变形振动,。,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,7,一、红外光谱的基本概念,水分子是非线型分子，振动自由度：,3,3,-6=3,个振动形式，分别为,不对称伸缩振动、对称伸缩振动和变形振动。这三种,振动皆有,偶极矩的变化是红外活性的。,如图所示,:,下面以水分子的振动为例加以说明：,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,8,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,9,二、红外光谱的三要素,1.,峰位,2.,峰,强,3.,峰,形,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,10,二、红外光谱的三要素,1.,峰位,分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光波谱的一定范围，如：,C=O,的伸缩振动一般在,1700,cm,-1,左右,。,以下列化合物为例加以说明：,C=O,1650 cm,-1,C=O,1715 cm,-1,C=O,1780 cm,-1,二、红外光谱的三要素,2.,峰强,3.,峰形,不同基团的某一种振动形式可能会在同一频率范围内都有红外吸收，如,-OH,、,-NH,的伸缩振动峰都在,3400,3200 cm,-1,但二者峰形状有显著不同。此时峰形的不同有助于官能团的鉴别。,红外吸收峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，振动时分子偶极矩的变化越小，谱带强度也就越弱。,一般说来，极性较强的基团,(,如,C=O,C-X),振动，吸收强度较大；极性较弱的基团,(,如,C=C,N-C,等,),振动，吸收强度较弱；红外吸收强度分别用很强,(vs),、强,(s),、中,(m),、弱,(w),表示,.,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,11,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,12,三、红外光谱的应用,红外光谱的最大特点是具有特征性，谱图上的每个吸收峰代表了分子中某个基团的特定振动形式。据此进行化合物的,定性分析,和,定量分析,。广泛应用于石油化工、生物医药、环境监测等方面。,（,1,）已知物的鉴定,在得到试样的红外谱图后，与纯物质的谱图进行比较，如果谱图中峰位、峰形和峰的相对强度都一致，即可认为是同一物质。,1.,定性分析,（,2,）未知物的鉴定,是红外光谱法定性分析的一个重要用途，涉及到图谱的解析。,首先应了解样品的来源、用途、制备方法、分离方法、理化性质、元素组成及其它光谱分析数据如,UV,、,NMR,、,MS,等有助于对样品结构信息的归属和辨认。,四、红外光谱的应用,下面列举两例加以说明：,例一：,化合物,C,8,H,8,O,2,的红外光谱如右图所示，试推测其结构。,解,：计算不饱和度：,3000 cm,-1,有吸收，说明有 和,=C-H,基团存在。靠近,1700 cm,-1,的强度吸收，表明有,C=O,基团，结合,2730 cm,-1,特征峰，进一步说明有醛基 存在，,1600,、,1520 cm,-1,有吸收说明有苯环存在。根据,820 cm,-1,吸收带苯为对位取代,.1460,、,1390 cm,-1,是,CH,3,特征吸收峰，根据以上解析并对照标准谱图确定化合物为茴香醛,:,C=O,-CH,-CH,3,Ar-H,C=C,-CH,3,CH,苯,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,13,四、红外光谱的应用,例二：,下列反应可能生成,(A),和,(B),两个异构体,用,1,H-NMR,分析,化学位移都一样,;,质谱,MS,分子离子峰也一样。用红外光谱观测时,在,1775 cm,-1,附近只看到一个吸收峰,由此确定反应生成物为,B,。若为，属酸酐类化合物,C=O,应有两个吸收峰。,(,),(B),2024/9/14 11:00:43,红外光谱,14,三、红外光谱的应用,.,定量分析,定量依据是,Lambert-Beer,定律，定量时吸光度的测定常用基线法。如图所示,图中,I,与,I,0,之比就是透射比。,基线的画法,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,15,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,16,四、样品制备技术,1.,对试样的要求,2.,制样方法,四、样品制备技术,1.,对试样的要求,(1),试样应该是单一组分的纯物质，纯度应,98%,，便于与纯化合物的标准进行对照。多组分试样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶、区域熔融或色谱法进行分离提纯。,(2),试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会严重干扰样品谱，而且还会侵蚀吸收池的盐窗。,(3),试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于,10%80%,范围内。,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,17,四、样品制备技术,(1),固体样品的制备,a.,压片法,:,将,12mg,固体试样与,200mg,纯,KBr,研细混合，研磨到粒度小于,2,m,，在油压机上压成透明薄片，即可用于测定。,b.,糊状法,:,研细的固体粉末和石蜡油调成糊状，涂在两盐窗上，进行测试。此法可消除水峰的干扰。液体石蜡本身有红外吸收，此法不能用来研究饱和烷烃的红外吸收。,2.,制样方法,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,18,四、样品制备技术,(2),液体样品的制备,a.,液膜法,:,对沸点较高的液体，直接滴在两块盐片之间，形成没有气泡的毛细厚度液膜，然后用夹具固定，放入仪器光路中进行测试。,b.,液体吸收池法,:,对于低沸点液体样品和定量分析，要用固定密封液体池。制样时液体池倾斜放置，样品从下口注入，直至液体被充满为止，用聚四氟乙烯塞子依次堵塞池的入口和出口，进行测试。,(3),气态样品的制备,:,气态样品一般都灌注于气体池内进行测试。,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,19,四、样品制备技术,(4),特殊样品的制备,薄膜法,:,a.,熔融法,:,对熔点低，在熔融时不发生分解、升华和其它化学变化的物质，用熔融法制备。可将样品直接用红外灯或电吹风加热熔融后涂制成膜。,b.,热压成膜法,:,对于某些聚合物可把它们放在两块具有抛光面的金属块间加热，样品熔融后立即用油压机加压，冷却后揭下薄膜夹在夹具中直接测试。,c.,溶液制膜法,:,将试样溶解在低沸点的易挥发溶剂中，涂在盐片上，待溶剂挥发后成膜来测定。如果溶剂和样品不溶于水，使它们在水面上成膜也是可行的。比水重的溶剂在汞表面成膜。,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,20,下面是几个不成功的制样图与一张合适的图比较,合适的样图,四、样品制备技术,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,21,不合适的样图,四、样品制备技术,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,22,较合适的样图,四、样品制备技术,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,23,极不合适的样图,四、样品制备技术,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,24,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,25,五、,Fourier,变换红外光谱仪,(FTIR,仪,),1.,仪器,组成及工作原理,付立叶变换红外光谱仪主要由光源,(,硅碳棒、高压汞灯,),、,Michellson,干涉仪、检测器、计算机和记录仪组成,五、,Fourier,变换红外光谱仪,(FTIR,仪,),FI-IR,光谱获得过程如下图所示意,：,背景干涉图,样品干涉图,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,26,五、,Fourier,变换红外光谱仪,(FTIR,仪,),3.,仪器维护与简单故障排除,保持干燥洁净、室温维持,1,-25C,灵敏度高，检出限可达,10,-9,10,-12,g,；分辨本领高，波数精度可达,0,、,01,cm,-1,；测定精度高，重复性可达,0,、,1%,；扫描速度快，适于对快速反应过程的追踪，也便于和色谱法联用。,2.,优点,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,27,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,28,六、上机操作及软件使用,1.FTIR,仪结构外观图,2.FTIR,仪软件,-,OPUS,NT Software,的,使用,六、上机操作及软件使用,1.FTIR,仪结构外观图,Detector,Small cover,Large,cover,Source,Beamsplitter,OPTICS,(Rear),2024/9/14 11:00:43,红外光谱,29,六、上机操作及软件使用,2.FTIR,仪软件,-,OPUS,NT Software,使用,OPUS,NT Software,使用界面,Window List,Display,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,30,六、上机操作及软件使用,Basic parameters,clicking,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,31,六、上机操作及软件使用,Optic Parameters,Optic,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,32,六、上机操作及软件使用,Advanced,settings,Filename,Path,Scanning Times,Result Spectrum,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,33,六、上机操作及软件使用,Check Signal,Check Signal,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,34,六、上机操作及软件使用,Measure,Sample,Window List,Background,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,35,Thanks!,谢谢！,2024/9/14 11:00:43,红外光谱,36,