红外吸收光谱PPT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,*,红外吸收光谱,Infrared Absorption Spectroscopy,内容,概述,1,红外光谱的特征性，基团频率,2,影响基团频率位移的因素,3,谱图解析,4,5,红外光谱仪,一、概述,分子振动方程,2,红外光谱的吸收强度,4,红外光谱产生条件,3,1,分子振动形式,3,3,红外吸收光谱又称为振动转动光谱，在化学领域有两个主要的应用：,应用,化学组成分析,分子结构的,基础研究,测定键长、键角，,计算热力学函数等,由谱峰位置、形状推断结构；,特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量,波数,(,/cm,-1,),=1/=10,4,/(,m),1. 产生条件,(1),辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；,(2),辐射与物质间有相互偶合作用。,偶极子在交变电场中的作用示意图,在振动过程中，引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收，称为红外活性；反之，称为红外非活性。,双原子分子：,对称分子：没有偶极矩变化，辐射不能引起共振，无红外活性。 如：,N,2,、,O,2,、,Cl,2,等。,非对称分子：有偶极矩变化，红外活性。,2.分子振动方程（经典力学）,化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧,K,化学键的力常数,为双原子的折合质量,=,m,1,m,2,/,（,m,1,+,m,2,）,根据小球质量与相对原子质量间的关系：,某些键的伸缩力常数（毫达因,/,埃）,键类型,: C,C, C,=C, C ,C,力常数,: 15,17 9.5,9.9 4.5,5.6,峰位,: 2062c,m,-1,1683cm,-1,1190cm,-1,化学键键强越强（即键的力常数,K,越大）原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。,3.分子振动的形式,分子简正振动数目：,直线形分子：,3n-5,非直线形分子：,3n-6,3n-6=33-6,3,水分子的简正振动的数量：,CO2,的简正振动：,33-5,4,伸缩振动,(stretching vibration),：,Change in bond lengths,Symmetric stretching (,sym),Asymmetric stretching (,asym),弯曲振动,( bending vibration): Change in bond angles,Scissoring(,),wagging (, ),rocking (,),twisting/torsion (,),亚甲基的振动：,每种简正振动都有其特定的振动频率，似乎都应有相应的红外吸收带。实际上，,绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数远小于理论上计算的振动数,，这是由如下原因引起的：,（1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收；,（2）相同频率的振动吸收重叠，即简并；,（3）仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带,很弱，仪器无法检测；,（4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。,4. 红外光谱的吸收强度,红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，而偶极矩与分子结构的对称性有关。振动的对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。一般地，极性较强的基团（如,C=O，C-X,等）振动，吸收强度较大；极性较弱的基团（如,C=C、C-C、N=N,等）振动，吸收较弱。红外光谱的吸收强度一般定性地用很强（,vs）、,强（,s）、,中（,m）、,弱（,w）,和很弱（,vw）,等表示。按摩尔吸光系数,的大小划分吸收峰的强弱等级，具体如下：, 100 非常强峰,（,vs）,20 100 强峰,（,s）,10 20 中强峰,（,m）,1 10 弱峰,（,w）,二、红外光谱的特征性和基团吸收,物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应,。多原子分子的红外光谱与其结构的关系，一般是通过实验手段获得。即通过比较大量已知化合物的红外光谱，从中总结出各种基团的吸收规律。,实验表明，组成分子的各种基团，如O-H、N-H、C-H、C=C、C=O和C,C等，都有自己的特定的红外吸收区域，分子的其它部分对其吸收位置影响较小。通常把这种,能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率，其所在的位置一般又称为特征吸收峰。,常见的化学基团在4000-670cm,-1,范围内有特征基团频率。通常将该区域分为四个部分：,1. X-H 伸缩振动区：4000-2500cm,-1,X=O,C,S,N,2. 叁键和累积双键区：2500-1900cm,-1,-C,C-, -CN, -C=C=C-,-C=C=O, -N=C=O 等反对称伸缩,3.双键伸缩区: 1900-1200cm,-1,-C=C- ,C=O, C=N, -NO,2,等伸缩振动和芳香环的骨架振动。,4. X-Y 伸缩振动及X-H 变形振动 3000cm,-1,C-H,苯环,3030cm,-1,(,比饱和,C-H,弱，但尖锐）,CH-,3040-3010cm,-1,=CH2,3085cm,-1,CH,3300cm,-1,C-H stretching vibration: 3300 cm,-1,2. 叁键和累积双键（2500-1900cm,-1,),R-CC-R,该区域的谱带较少，主要有,Bands,2100-2140cm,-1,R-CCH,2190-2260cm,-1,R-CN,2240-2260 cm,-1,(,强且尖锐与,O,相毗邻，则变弱）,与苯核或,不饱和键共轭,2220-2230cm,-1,3.双键伸缩区（1900-1200cm,-1,),链烯（,C=C-),的伸缩振动出现在,1680-1620cm,-1,， 其强度与,R1,R2,R3,R4,的差异性和分子的对称性有关。,单核芳烃,单核芳烃的,C=C,伸缩振动主要有四个吸收谱带，出现在,1620-1450cm,-1,范围， 是苯环的骨架振动，其中,1450cm,-1,常常观察不到。 其余三个峰分别出现在,1620-1590cm,-1, 1580cm,-1, 1520-1480cm,-1,； 其中，,1500cm,-1,最强，,1580cm,-1,最弱，常被,1600cm,-1,峰所掩盖或变成其肩峰。,1600,，,1500cm,-1,两个谱带是鉴定芳核很价值。,苯衍生物在,2000-1650cm-1,范围出现,C-H,面外和,C=C,面内变形振动的泛频吸收，虽然很弱，但它们的吸收面貌在表征芳核取代类型上很有用。,C=O 的伸缩振动,C=O,的伸缩振动出现在,1850-1600cm-1,其吸收非常强烈，为红外光谱中的最强吸收峰。含,C=O,基团的化合物有 酮类，醛类，酯类以及酸酐等。,酸酐的,C=O,吸收峰有两个，分别出现在,1820,和,1750cm,-1,它们是由于两个羰基的振动耦合所产生。可根据这两个峰的相对强弱来判断酸酐是环状的还是线型的。线型酸酐的两个峰强度接近，高波数稍强于低波数，环状酸酐的低波数强于高波数峰。,酯类中的,C=O,基的吸收出现在,1750-1725cm,-1,为一强峰，且不受氢键的影响。当羰基和不饱和的键共轭时，吸收向低波数移动，吸收强度不变。,醛和酮的羰基吸收峰出现在,1740-1720 cm,-1,，其中，醛比酮略高,10-15cm,-1,但这不是鉴别二者的依据。醛的,C-H,伸缩振动出现在,2820,和,2720cm,-1,， 为中等强峰， 后者较尖锐，易于辨别。因此可将,C=O,伸缩振动以及,2720cm,-1,峰判定醛的存在。,羧酸由于氢键作用，通常以二聚体形式存在，其吸收峰出现在,1725-1700cm,-1,.,在,CCl,4,溶剂中，单，二聚体同时存在，单体的吸收峰在,1760cm,-1,.,4 X-Y 伸缩振动及 X-H 变形振动 （98%或符合商业规格，才便于与纯物质的标准光谱进行对照。多组份试样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进行分离提纯，否则各组份光谱相互重叠，难于判断。,（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。,二、制样的方法,1 .气体样品,气态样品,可在,玻璃气槽,内进行测定，它的两端粘有红外透光的,NaCl,或,KBr,窗片。先将气槽抽真空，再将试样注入。,2 . 液体和溶液试样,（1）液体池法,沸点较低，挥发性较大的试样，可注入,封闭液体池,中，液层厚度一般为0.011,mm。,（2）,液膜法,沸点较高的试样，直接滴在,两片盐片之间,，形成液膜。,对于一些吸收很强的液体，当用调整厚度的方法仍然得不到满意的谱图时，可用适当的溶剂配成稀溶液进行,测定。一些固体也可以溶液的形式进行测定。常用的红外光谱溶剂应在所测光谱区内本身没有强烈的吸收，不侵蚀盐窗，对试样没有强烈的溶剂化效应等。,3 . 固体试样,（1）压片法,将12,mg,试样与200,mg,纯,KBr,研细均匀，置于模具中，用（510）,10,7,Pa,压力在油压机上压成透明薄片，即可用于测定。,试样和,KBr,都应经干燥处理，研磨到粒度小于2微米，以免散射光影响,。,（2）石蜡糊法,将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡或全氟代烃混合，调成糊状，夹在盐片中测定。,（3）薄膜法,主要用于高分子化合物的测定。可将它们直接,加热熔融后涂制或压制成膜,。也可将试样溶解在低沸点的易挥发溶剂中，涂在盐片上，待溶剂挥发后成膜测定。,当样品量特别少或样品面积特别小时，采用光束聚光器，并配有微量液体池、微量固体池和微量气体池，采用全反射系统或用带有卤化碱透镜的反射系统进行测量。,拉曼光谱法简介,拉曼光谱是分子振动光谱的一种，它属于散射光谱。 拉曼散射效应是,1928,年印度科学家拉曼发现的。,拉曼光谱与红外光谱在化合物结构分析上各有所长，可以相辅相成，更好地研究分子振动及结构组成。,3.10.1.,拉曼散射,用单色光照射透明样品，大部分光透过而小部分光会被样品在各个方向上散射。,散射分为瑞利散射与拉曼散射两种。,1.,瑞利散射 ：若光子与样品分子发生弹性碰撞，即光子与分子之间没有能量交换，光子的能量保持不变，散射光频率与入射光,相同,，但方向可以改变。这是,弹性碰撞,，叫瑞利散射。,2.,拉曼散射： 当光子与分子发生非弹性碰撞时，产生拉曼散射。,处于振动,基态,的分子在光子作用下，激发到较高的不稳定的能态（虚态）后又回到较低能级的振动激发态。此时,激发光能