第6章 红外吸收光谱(S).ppt

单击此处编辑母版标题样式,*,*,第六章红外吸收光谱法,6-1,概述,6-2,红外吸收光谱法,的基本原理,6-3,红外吸收光谱法,与分子结构的关系,6-4,红外吸收光谱仪,6-5,红外吸收光谱法,的应用,2026/1/30 周五,1,一、定义,当红外光照射分子时，将引起分子的振动和转动能级跃迁而产生的连续吸收光谱，称为红外吸收光谱（,IR,）。,6-1,概述,IR,（,远,）,IR,(,中,),UV-,Vis,2026/1/30 周五,2,分子振动能级差为,0.05,1.0eV,，比转动能级差（,0.0001,0.05 eV,）大，因此分子发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随转动能级跃迁，红外光谱实际上是分子的振动,-,转动光谱，即带状光谱。,2026/1/30 周五,3,红外光谱,当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录,红外光的百分透射比（,T%,）与波数（,）或波长（,）关系的曲线,，就得到红外光谱。,2026/1/30 周五,4,名称,（,m,）,（,cm,1,）,近红外,中红外,远红外,0.782.5,2.525,251000,128204000,4000400,40010,二、红外光谱的分类,红外区的光谱除用波长,表征外，,更常用波数,表征。,2026/1/30 周五,5,三、红外吸收光谱法特点,（,1,）特征性好。,红外吸收光谱对有机或无机化合物的定性分析具有鲜明的特征性。每一种官能团和化合物都具有特有的吸收光谱，其特征吸收谱带的,数目、频率、谱带形状和强度,都随化合物及其聚集状态的不同而异。因此根据化合物的吸收光谱，就像辨认人的指纹一样，可找出该化合物或具有的官能团。,2026/1/30 周五,6,（,2,）分析时间短,。,通过检索、与标准红外吸收谱图对照，一般可在,10,30min,完成分析。若用计算机检索标准谱图，可在几分钟内完成分析。,（,3,）所用试样量少,。,对固体和液体试祥，进行常量定性分析只需,20mg,，半微量分析约,5mg,，微量分析约,20g,。对气体试样约,200mL,。,2026/1/30 周五,7,（,4,）操作简便、不破坏试样,。,绘制红外吸收谱图前的制样技术比较简单，制样后不改变试样组成，试样用后可回收再从事其它研究。,2026/1/30 周五,8,四、红外光谱在化学领域中的应用,1.,用于分子结构的基础研究：测定分子的键长、,键角，推断出分子的立体构型、化学键的强,弱、计算热力学函数。,2.,用于化学组成的分析：红外光谱最广泛的应,用在于对物质的化学组成进行分析，根据光,谱中吸收峰的位置和形状推断未知物结构，,依照特征吸收峰的强度测定混合物中各组分,的含量，它已成为现代结构化学、分析化学,最常用和不可缺少的工具。,2026/1/30 周五,9,一、红外吸收光谱产生的条件,(1)分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变,化，分子才会吸收特定频率的红外光。,（偶合作用）,分子是否显示红外活性（产生红外吸收），与分子是否有永久偶极矩无关，如,CO,2,分子。只有同核双原子分子才是非红外活性，如,H,2,、,N,2,等。,(2)照射分子的红外光的频率与分子某种振动,频率相同时，才能产生跃迁，在红外谱图,上出现相应的吸收带,。,（,E,辐射,=,E,振动,）,6-2,红外吸收光谱法的基本原理,2026/1/30 周五,10,二、分子振动与红外吸收峰,1.,双原子分子的振动,简谐振动,：,分子中的原子视为小球，其间的化,学键看作不计质量的弹簧。原子沿,键轴方向的伸缩振动。,m,1,、,m,2,为双原子分子中,的两个原子质量。,r,为分子键的长度。,2026/1/30 周五,11,分子振动的总能量,E,其中：,为振动频率；,h,为普朗克常数；,为振动量,子数，,=0,，,1,，,2,，,3.n,。,当分子发生,=1,的振动能级跃迁时，用经典力学虎克（,Hooke,）定律导出其吸收红外光的振动频率,为：,k,为化学键的力常数。,为两个原子的折合质量。,2026/1/30 周五,12,任何分子的原子总是在围绕它们的平衡位置附近,作微小的振动，这些振动的振幅很小，而振动的,频率却很高（,v,=10,13,10,14,Hz,），正好和红外光,的振动频率在同一数量级。,分子发生振动能级跃迁时需要吸收一定的能量，,这种能量通常可由照射体系的红外线供给。振动,能级是量子化的，分子振动只能吸收一定的能量,吸收的能量将取决于键力常数（,k,）与两端连接的,原子的质量，即取决于分子内部的特征。这就是,红外光谱可以测定化合物结构,的理论依据。,2026/1/30 周五,13,红外吸收光谱的术语：,基频峰：,当分子吸收红外辐射后，振动能级从,基态跃迁到第一激发态时所产生的,吸收峰。,KNcm,-1,，,cm,-1,Ar,相对原子量。,2026/1/30 周五,14,倍频峰：,振动能级从基态跃迁到第二激发,态、第三激发态,所产生的吸收,峰。,组（合）频峰：,多原子分子中各种振动形式,的能级之间，存在可能的相互作用,。如果吸收的红外辐射能量为两个,相互作用 基频之和或之差，就会,产生组（合）频峰。,2026/1/30 周五,15,泛频峰：,倍频峰和组（合）频峰统称为泛,频峰。,基频峰的强度倍频峰强度,组（合）频峰强度,2026/1/30 周五,16,2.,多原子分子的振动,双原子分子只有一种振动形式,沿键轴方向的伸缩振动；,多原子分子的振动,除伸缩振动外，还有改变键角的弯曲,振动。,一般来说，键长的改变比键角的改变需要更大的能量，因此,伸缩振动出现在高频区,，而,弯曲,振动则出现在低频区,。,2026/1/30 周五,17,分子的振动形式可分成两大类：,（,1,）伸缩振动,(,),对称伸缩振动（,s,）,反对称伸缩振动（,as,）,CH,2,2026/1/30 周五,18,（,2,）变形或弯曲振动,(),面内变形振动：剪式振动（,),面内摇摆振动,(),面外变形振动：面外摇摆振动（,）,扭曲变形振动（,）,CH,2,2026/1/30 周五,19,水分子振动对应红外吸收峰,如何判断红外吸收峰的数目？,2026/1/30 周五,20,3.,红外吸收峰的数目与强度,每一种振动形式，应能产生一个吸收峰（基频峰）。即多原子分子所产生的基频峰数目应等于该分子所具有的振动形式数目。但注意有红外活性与非红外活性之别。,峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极矩变,化时，无红外吸收。,N,个原子组成的,线性分子：,3N-5,（自由度）,N,个原子组成的,非线性分子：,3N-6,（自由度）,2026/1/30 周五,21,CO,2,分子的振动形式：,线性分子：,3N-5=33-5=4,其中：对称伸缩无吸收；面内和面外弯曲吸收峰,重叠（,667cm,-1,）；反对称伸缩,2349cm,-1,。,只有,2,个基频峰。,2026/1/30 周五,22,实际峰数往往不同于理论计算基本振动数目,的原因：,（,1,）没有偶极矩变化振动过程不引起红外吸,收。,（,2,）频率完全相同的振动彼此发生简并。,（,3,）强宽峰往往要覆盖与它频率相近的弱而,窄的吸收峰。,（,4,）吸收峰落在中红外区域（,4 000400cm,-1,）以外。,2026/1/30 周五,23,（,5,）吸收强度太弱，以致无法测定。,（倍频和组频的产生）,（,6,）振动偶合：,当两个振动频率相同或相近的基团相邻并具有一公共原子时，由于一个键的振动通过公共原子使另一个键的长度发生改变，产生一个“微扰”，其结果使振动频率发生变化，一个向高频移动，一个向低频移动，谱带裂分。,1 820cm,-1,1 760cm,-1,酯,2026/1/30 周五,24,（,7,）费米（,Fermi,）振动,当倍频或组频峰与基频峰相近时，产生强吸收带或峰的分裂现象。如醛基,CHO,的,C-H,伸缩振动与其弯曲振动倍频的,Fermi,振动，出现,2820cm,-1,和,2720cm,-1,附近强度相近的双峰。但,2820cm,-1,的醛氢,C-H,伸缩常被,CH,3,和,CH,2,的,C-H,伸缩振动（,2870,、,2850cm,-1,）掩盖。,1773cm,-1,和,1736 cm,-1,出现两个,C=O,吸收峰,2026/1/30 周五,25,吸收峰强度的影响因素,（,1,）（,瞬间）,偶极矩变化大，吸收峰强。,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，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。,2026/1/30 周五,26,问题：,C=O,强；,C=C,弱；为什么？,它们都是不饱和键，但对称性不同，,C,O,键在伸缩振动时偶极矩变化很大，,C,O,基的跃迁几率大，红外光谱强度大；而,C,C,双键则在伸缩振动时偶极矩变化很小，红外光谱强度小。,红外光谱的吸收强度常定性地用,s,(,强,),、,m,(,中等,),、,w,(,弱,),、,vw,(,极弱,),等来表示。,2026/1/30 周五,27,对于同一类型的化学键，偶极矩的变化与结构的对称性有关。,如,C,C,双键在下述三种结构中，吸收强度的差别非常大：,原因,：对于,C,C,双键来说。结构,(1),的对称性最差，因此吸收较强，而结构,(3),的对称性相对来说最高，故吸收最弱。,2026/1/30 周五,28,（,2,）对于同一试样，在不同的溶剂中，或在同一溶剂中不同浓度的试样中，由于,氢键的影响,以及氢键强弱的不同，使原子间的距离增大，偶极矩变化增大，吸收增强。,如：,醇类的,OH,基,在四氯化碳溶剂中伸缩振动的强度比在乙醚溶剂中弱得多。而在不同浓度的四氯化碳溶液中，由于缔合状态不同，强度也有很大差别。,2026/1/30 周五,29,（,3,）谱带的强度与振动形式有关。,强极性基团的红外振动吸收带，其强度要比紫外及可见光区最强的电子跃迁,小,2,3,个数量级,。由于红外光谱的能量较低，,测定时必须用较宽的狭缝,，这样就使测得的红外吸收带的峰值及宽度，受所用狭缝宽度强烈影响。同一物质的摩尔吸光系数,随不同仪器而改变。因此,在定性鉴定中用处不大。,由基态跃迁到第一激发态，产生一个,强的吸收,峰,-,基频峰,；由基态直接跃迁到第二激发态，产,生一个,弱的吸收,峰,-,倍频峰,。,2026/1/30 周五,30,6-3,红外吸收光谱与分子结构的关系,一、基团的特征吸收峰与相关峰,基团频率：在有机物分子中，各种基团,（官能团）都有自己特定的红外吸收区域。,能代表该基团存在并有较高强度的吸收峰,位置，称为该基团（官能团）的特征频率,（基团频率）。,特征吸收峰：对应的吸收峰称为该基团,（官能团）的特征吸收峰。,2026/1/30 周五,31,相关峰：一个官能团除了有特征峰外，还有,很多其它的振动形式吸收峰，通常把这些相,互依存而又可相互佐证的吸收峰，称为相关,峰。,2800,3000,cm,-1,CH,3,特征峰,；,16,5,0,1850,cm,-1,C=O,特征峰,；,基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化,CH,2,COCH,2,1715 cm,-1,酮,CH,2,COO 1735 cm,-1,酯,CH,2,CONH 1680 cm,-1,酰胺,2026/1/30 周五,32,二、红外光谱的分区,常见的有机化合物基团的红外吸收在,4000,670cm,-1,范围内。为便于光谱解析，分成两大区域。,1.,特征区（官能团区）：,红外吸收光谱中波数,4000,1300cm,-1,的范围称为特征区。由伸缩振动产生的吸收带。基团的特征吸收一般位于该高频区，该区域内吸收峰比较稀疏，是鉴定官能团最有价值的区域。,2026/1/30 周五,33,官能团区又分成四个区域：,（,1,）,4000,2500cm,-1,区域：,XH,伸缩振动区（,X=O，N，C，S）,。,该区吸收说明含氢原子官能团的存在。,如,N-H,（,3500,3300cm,-1,）、,O-H,（,3700,3200cm,-1,）、,C-H,（,3300,2700cm,-1,）。,(2),2500,2000 cm,-1,区域：,三键、累积双键伸缩振动区。如,-C,N,、,-C,C-,、,C,C,C,、,C,C,O,。,2026/1/30 周五,34,（,3,）,2000,1500 cm,-1,区域：,双键伸缩振动区。如,C=O,、,C=C,、,C=N,、,N=O,、,-NH,2,的弯曲振动和芳烃,的骨架振动（呼吸振动）。,（,4,）,1500,1300 cm,-1,区域：,C-H,的弯曲振动。,如,-CH,3,（,1380,和,1460 cm,-1,）、,-CH,2,（,1470 cm,-1,）。,2026/1/30 周五,35,2.,指纹区,：,红外吸收光谱中波数在,1300,670cm,-1,范围的吸收。除单键的伸缩振动外，还有各种振,动间的偶合，该区域峰形复杂、密集。,在指纹区各官能团吸收峰的波数不具有明显的特征性，吸收峰密集，如人的指纹，化合物上微小的变化都会引起指纹区吸收峰的改变。特征区和指纹区的功用正好相互补充。,2026/1/30 周五,36,指纹区又分为两个区域：,（,1,）,1300,900cm,-1,区域：,所有单键和重原子双键（,P=O,、,S=O,）,的伸缩振动。,（,2,）,900,670cm,-1,区域：,该区域吸收峰很重要，用来判断,-(CH,2,),n,-,存在、顺反结构、苯环取代类,型等。,2026/1/30 周五,37,指纹区的应用：,（,1,）判断甲基是否存在。,甲基的对称变形振动出现在,1370,1380cm,-1,，是一个,很特征的吸收带,，可作为判断有无甲基存在的依据。当一个碳原子上存在两个甲基时，即,由于两个甲基的对称变形振,动互相偶合而使,1370cm,-1,附近的吸收带发生分裂，从而出现,两个峰,。,2026/1/30 周五,38,（,2,）确定顺反构型。,如烯烃的,CH,面外变形振动出现的位置，,很大程度上决定于双键取代情况。,反式构型 （,990,970cm,-1,）,顺式构型 （,690cm,-1,）,2026/1/30 周五,39,（,3,）确定苯的取代位置。,判断含芳基化合物结构，除用官能团特征频率外，还取决于环上的取代形式。,取代类型,吸收峰数,C-H,（,cm,-1,）,单取代,邻,位二取代,间,位二取代,对,位二取代,2,个,1,个,3,个,1,个,740,，,690,740,860,780,，,710,805,2026/1/30 周五,40,三、影响基团频率的因素,化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部因素影响。各种化合物中相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。,1.,内部因素,（,1,）诱导效应（,I,效应）,吸电子基团使吸收峰向高频方向移动,（,兰移,）。,2026/1/30 周五,41,R-COR,C=0 1715cm,-1,R-COH,C=0 1730cm,-1,R-COCl,C=0 1800cm,-1,R-COF,C=0 1920cm,-1,以脂肪酮为例：,2026/1/30 周五,42,（,2,）共轭效应（,C,效应）,由于分子间形成大,键引起的基团频率,红移,现象。,2026/1/30 周五,43,（,3,）氢键效应,分子形成氢键(分子内氢键或分子间氢键)后，对峰位，峰强产生极明显影响，使伸缩振动频率向低波数方向移动（,红移,），吸收强度增大。,1 760cm,-1,1 700cm,-1,2026/1/30 周五,44,2.,外部因素,（,1,）物态影响,试样状态、测定条件的不同等外部因素都会引起频率位移。一般气态时,C=O,伸缩振动频率最高，而液态或固态的振动频率最低。,同一化合物的气态、液态或固态光谱有较大的差异，因此在查阅标准图谱时，要注意试样状态及制样方法等。,2026/1/30 周五,45,（,2,）溶剂影响,红外吸收光谱常用的溶剂为,CS,2,、,CCl,4,、,CHCl,3,。溶质与溶剂间的相互作用会引起频率位移。,应尽量采用非极性溶剂。,2026/1/30 周五,46,红外光谱的最大特点是具有特征性。红外光谱的特征性与化学振动的特征性是分不开的。有机化合物的种类很多，但大多数都由,C,、,H,、,O,、,N,、,S,、卤素等元素构成，而其中大部分又是仅由,C,、,H,、,O,、,N,四种元素组成。所以说大部分有机物的红外光谱基本上都是由这四种元素所形成的化学键的振动贡献的。,四、常见化合物的特征基团频率,2026/1/30 周五,47,1.,烷烃类,只有,C-C,和,C-H,的伸缩和弯曲振动吸收。,（,1,）,C-H,伸缩振动：,3000,2800cm,-1,吸收。,CH,3,2960 cm,-1,反对称伸缩振动,2870,cm,-1,对称伸缩振动,CH,2,2930 cm,-1,反对称伸缩振动,2850,cm-1,对称伸缩振动,CH 2890 cm,-1,弱吸收,均在,3000cm,-1,以下,2026/1/30 周五,48,（,2,）,-CH,3,和,-CH,2,-,弯曲振动：,1500cm,-1,吸收，一般都落在指纹区。,如,CH,3,在,1375cm,-1,处的分裂现象：,异丙基,等强度,的（,1385,、,1368cm,-1,）双峰，,叔丁基,强度不等,的（,1395,、,1368cm,-1,）双峰,“异丙基或叔丁基分裂”,2026/1/30 周五,49,2026/1/30 周五,50,2.,烯烃类,主要指,C=C,键和,=C-H,振动吸收。,（,1,）,3090,3010cm,-1,，中等强度（,m,）吸收,峰,判断不饱和化合物存在。,（,2,）,1700,1600cm,-1,，,C=C,伸缩振动，较弱,（,w,）易变。,（,3,）,1600cm,-1,，,C=C,共轭时，强度（,m,）增,大。,（,4,）,990,、,910cm,-1,指纹区，,2,个强（,s,）弯曲,振动吸收带。,2026/1/30 周五,51,2026/1/30 周五,52,3.,炔烃类,主要指,C,C,和,CH,的振动吸收。,（,1,）,C,C 2300,2100cm,-1,，,强（,w,）、尖细峰。,（,2,）,CH 3,300,3200cm,-1,，,中等（,m,）、尖锐峰。,4.,芳烃类,主要指苯环上的,C-H,和,C=C,的振动吸收。,（,1,）,C-H 31,00,3000cm,-1,弱（,s,）三个峰。,烯烃只有一个峰。（区别）,2026/1/30 周五,53,（2）单环芳烃,C=C,键伸缩振动（16,50,1,4,50,cm,-1,）,常常观察到的三个吸收带分别出现在,1620,1590cm,-1,，,1580cm,-1,和,1520,1480cm,-1,。,1500cm,-1,附近的吸收带最强；,1600cm,-1,附近吸收带居中；,1580cm,-1,的吸收带最弱，常常被,1600cm,-1,附近的吸收带所掩盖或变成它的一个肩。,确定芳环结构,:,3030cm,-1,附近,C-H,伸缩振动,（多个）,及,1600,和,1500cm,-1,附近的,C=C,伸缩振动。,2026/1/30 周五,54,（,3,）确定苯的取代位置。,判断含芳基化合物结构，除用官能团特征频率外，还取决于环上的取代形式。,取代类型,吸收峰数,C-H,（,cm,-1,）,单取代,邻位二取代,间位二取代,对位二取代,2,个,1,个,3,个,1,个,740,，,690,740,860,780,，,710,805,2026/1/30 周五,55,邻、间及对位二甲苯的红外光谱,860,2026/1/30 周五,56,5.,羰基化合物,（1850,16,50 cm,-1,）,碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐，周围干扰少，可用于判断,C=O,羰基。,含,C=O,基的化合物有酮类、醛类、酸类、酯类以及酸酐等。,2026/1/30 周五,57,醛和酮的区分？,2026/1/30 周五,58,醛类的,C=O,基：,醛类的羰基伸缩振动吸收出现在,1725cm,-1,附近。共轭作用使羰基吸收向低波数移动。,区分醛（,1725cm,-1,）和酮（,1715cm,-1,）？,在,CH,伸缩振动的低频侧，醛有两个中等强度的特征吸收峰，分别位于,2820cm,-1,和,2720cm,-1,附近，后者较尖锐，和其它,CH,伸缩振动吸收不相混淆，极易识别。,根据,C,O,伸缩振动吸收（,1700cm,-1,）以及,2720cm,-1,峰可以判断醛基存在。,2026/1/30 周五,59,羧酸的,C=O,基：,l-,1760,17,00 cm,-1,C=O,伸缩振动（,s,）,k,-3300,2500 cm,-1,O-H,伸缩振动（很宽、特征峰）,m-1300,1200 cm,-1,C-O,伸缩振动,n-,955,915 cm,-1,O-H,（面外变形、,s,、较特征）,k,吸收带非常宽，是因形成氢键而缔合的,OH,伸缩振动，成一系列多重叠峰。,2026/1/30 周五,60,6.,醇类,O-H,3,700,3200,cm,-1,确定 醇、酚、酸。,在非极性溶剂中：,浓度较小时，峰形尖锐，强吸收；,浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。,2026/1/30 周五,61,从上述讨论中可以看到：基团的特征吸收大多集中在,4000,1350cm,-1,区域内，因而这一段频率范围称为,基团频率区,(,或特征频率区,),，,而,1350,650cm,-1,的低频区称为,指纹区,。,用一组相关峰可以更确定地鉴别官能团，这是应用红外光谱进行定性鉴定的一个重要原则。,2026/1/30 周五,62,500,1000,1500,2000,2500,3000,3500,C-H，N-H，O-H,N-H,C,N,C=N,S-H,P-H,N-O,N-N,C-F,C-X,O-H,O-H（,氢键）,C=O,C-C，C-N，C-O,=,C-H,C-H,C,C,C=C,常见基团的红外吸收带,特征区,指纹区,2026/1/30 周五,63,6-4,红外吸收光谱仪,两种类型：,色散型,干涉型（傅里叶变换红外光谱仪）,2026/1/30 周五,64,2026/1/30 周五,65,内部结构,2026/1/30 周五,66,傅里叶变换红外光谱仪工作原理图,光源,干涉仪,样品池,检测器,计算机,记录仪,没有色散元件，增加了干涉仪和计算机。,2026/1/30 周五,67,色散型红外分光光度的结构和紫外一可见分光光度计大体一样，也由,光源、吸收池、单色器、检测器以及记录显示装置,组成。两者最基本的一个区别是，前者的吸收池是放在光源和单色器之间，后者则是放在单色器的后面。,UV-Vis,:,光源,单色器,吸收池,检测器,IR:,光源,吸收池,单色器,检测器,2026/1/30 周五,68,一、光源,能斯特灯,和,硅碳棒,两种。是一种惰性固体，用电加热后发射高强度连续红外辐射。,1.,硅碳棒,：两端粗中间细的实心棒，中间为发,光部分，其直径约,5mm,，长约,50mm,。硅碳棒在室温下是导体，,并有正的电阻温度系数，工作前不,需预热。,优点,：坚固、寿命长、发光面积大。,缺点,：工作时电极接触部分需用水冷却。,2026/1/30 周五,69,2.,能斯特灯,：由氧化铅、氧化钇和氧化钍烧结,制成，是一直径为,1,3mm,，长约,20,50mm,的小空棒或实心棒，两端绕,有铂丝作为导线。在工作之前，由一,辅助加热器进行预热。,优点,：发出的光强度高，使用寿命可达,6,个月,至一年。,缺点,：机械强度差，稍受压或受扭就会损坏，,经常开关也会缩短其寿命。,2026/1/30 周五,70,二、单色器,红外单色器由一个或几个色散元件,(,棱镜或光栅,),，入射和出射狭缝，以及用于聚焦和反射光束的反射镜构成。,2026/1/30 周五,71,三、样品池,红外吸收池使用可透过红外的材料制成窗片，红外光谱仪可以测定,固、液、气,态,样品。,用于测定红外光谱的样品必须有较高的纯度（,98%,）才能获得准确结果。,1.,样品制备要求,（,1,）试样的浓度和测试厚度应选择适当，以,使光谱图中大多数吸收峰的透射比处于,1570%,范围内,(T,max,1-5%,T,基线,=90-95%),。,2026/1/30 周五,72,浓度太小，厚度太薄，会使一些弱的吸收峰和光谱的细微部分不能显示出来；过大，过厚，又会使强的吸收峰超越标尺刻度而无法确定它的真实位置。有时为了得到完整的光谱图，需要用几种不同浓度或厚度的试样进行测绘。,（,2,）,试样中不应含有游离水。,水分的存在不,仅会侵蚀吸收池的,盐窗,，而且水分本身在红外区有吸收，将使测得的光谱图变形。,2026/1/30 周五,73,2026/1/30 周五,74,（,3,）,试样应该是单一组分的纯物质。,多组分试样在测定前应尽量预先进行组分分离（如采用色谱法柱分离、蒸馏、重结晶、萃取法等），否则各组分光谱相互重叠，以致对谱图无法进行正确的解释。,2.,样品制备技术,（,1,）固体样品制备,溴化钾压片法,粉末样品常采用压片法，一般取,23mg,2026/1/30 周五,75,样品与,200300mg,干燥的,KBr,粉末在玛瑙研钵中混匀，,充分研细至颗粒直径小于,2m,（中,IR,从,2m,开始）,，用不锈钢铲取,7090mg,放入压片模具内，在压片机上用,51010,7,Pa,压力压成透明薄片，即可用于测定。,固体样品的分散质点大小影响吸光系数,。,如：颗粒直径大于波长，发生散射而使红外吸收损失，导致谱图基线抬高和分辨率降低。,固体试样制作时分散、均匀。否则，造成吸光度与浓度间不呈线性关系而偏离朗白,-,比尔定律。,2026/1/30 周五,76,常用的压片材料除,KBr,外，还有,KCl,、,NaCl,、,KI,、,AlI,3,、,CsI,、,AgCl,等。,b.,糊装法,将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡混合调成糊状，加在两,KBr,盐片中间进行测定。液体石蜡自身的吸收带简单，但此法不能用来研究饱和烷烃的吸收情况。,2026/1/30 周五,77,c.,溶液法,对于不宜研成细末的固体样品，如果能溶于溶剂，可制成溶液，按照液体样品测试的方法进行测试。,d.,薄膜法,一些高聚物样品，一般难于研成细末，可,制成薄膜,直接进行红外光谱测定。,一种是将高聚物加热熔融再压制成薄膜。,再一种是直接涂在盐片上。若聚合物难以研磨，可加入挥发性溶剂（如氯仿）一起研磨，并在红外灯下进行，使溶剂蒸发后再压片。,2026/1/30 周五,78,（,2,）液体样品的制备,a.,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,0.011mm,。,b.,液膜法,沸点较高的试样，直接滴在两块盐片之间，形成液膜。,如果液态分子间出现溶剂效应、缔合、氢键、解离等，液态吸收谱带的频率、数目、强度会发生较大变化。,液体样品的制备中溶剂选择很重要。,2026/1/30 周五,79,（,3,）气态试样的制备,气态试样可在气体吸收池内进行测定，它的两端粘有红外透光的,NaCI,或,KBr,窗片。先将气体池抽真空，再将试样注入。,2026/1/30 周五,80,四、检测器,常用的红外检测器有两种：,热检测器和光检测器。,热检测器：真空热电偶、热释电检测器和,热,电检测器,（现最常用）。,光检测器：采用硒化铅（,PbSe,）等，受光照,后导电性能变化而产生信号。,光检测器比热检测器灵敏，需液氮低温冷却,2026/1/30 周五,81,6-5,红外吸收光谱法的应用,一、定性分析,每一化合物都具有特征的红外吸收光谱，其谱带数目、位置、形状、和相对强度均随化合物及其聚集态的不同而不同，根据化合物的光谱，就像辨认人的指纹一样，确定化合物或其官能团是否存在。,根据化合物的红外光谱的特征基团频率来检定物质含有哪些基团，从而确定有关化合物的类别。目前最常用、最方便的方法是利用计算机自动检索、匹配。指纹区许多吸收峰都是特征区吸收峰的相关峰，用来确定化合物的细微结构。,2026/1/30 周五,82,二、定量分析,与其它分光光度法（紫外,-,可见分光光度法）一样，红外光谱定量分析是根据物质组分的吸收峰强度来进行的，它的理论基础是,lambert,beer,定律。,红外光谱有多个谱图可供选择，有利于排除共存物质干扰。但由于红外光谱法的灵敏度较低，实验误差大，不适于微量组分分析。,2026/1/30 周五,83,三、未知物结构确定,谱图解析,1.,了解与试样性质有关的资料，以作为分析的,旁证。,2.,计算不饱和度,不饱和度：,表示有机分子中碳原子的饱和程度,根据试样的元素分析值及分子量得出的分子式可以计算不饱和度，从而估计分子结构式中是否有,双键、叁键及芳香环,，并可验证光谱解析结果的合理性。,2026/1/30 周五,84,计算不饱和度,的经验式为：,n,1,、,n,3,和,n,4,为分子式中一价（,H,）、,三价（,N,）和四价（,C,）原子数目。,(1),链状饱和烃的不饱和度为,0,。,(2),双键（,C=C,、,C=O,）和饱和环状结构不饱和度,为,1,。,(3),三键（,C,C,、,C,C,N,）、两个双键、一个双,键和一个环、两个环的不饱和度为,2,。,(4),苯环的不饱和度为,4,。,2026/1/30 周五,85,例：计算,CH,3,（,CH,2,）,7,COOH,的不饱和度,说明分子式中存在双键,(C,O),。,例：计算,C,7,H,5,NO,的不饱和度。,说明分子中含一个苯环和两个双键。,C,2026/1/30 周五,86,3.,谱图解析,先从基频区（官能团区）,4000,1300cm,-1,开始。,先大后小、先粗后细。如若有,C=O,（,1700cm,-1,中等宽度的强带），推断酸、酯、醛、酮等。若无,C=O,吸收带，可推测是否为醇、酚，,-OH,（,3400cm,-1,强宽带）；推测苯环的存在（,3100,3000cm,-1,3,个带、,1600,和,1500cm,-1,带）。,再检查指纹区的官能团的弯曲吸收带及苯环取代情况。,2026/1/30 周五,87,常见官能团的特征峰：,（,1,）,C=O 1700,附近，,S ,C=O,宽带。,（,2,）,COOH 3000,附近，,m,O-H,宽带,955-915,S ,OH,较特征，,1760-1700,，,S ,C=O,宽带。,（,3,）,CHO,1700,附近，,S ,C=O,宽带，,2820,、,2720,附近，,W,CH,宽带。,（,4,）,OH,3300,附近，,S,O-H,宽带。,（,5,）芳烃类：,3100,3000,，,m ,CH,特征,3,个苯带，,1600,、,1500,、,1450,（,2-4,个）强度可变,C=C,最特征,2026/1/30 周五,88,如果有取代基团：,740,、,680,单取代,2,个,740,邻二取代,1,个,860,、,775,、,710,间二取代,3,个,805,对二取代,1,个,（,6,）,-CH,3,3000,2850,强度不等（,s,或,m,）,CH3,1380 S ,C-H,（很特征）,（,7,）,-CH,2,2935,2850 S ,CH2,1460 m ,C-H,（,8,）,C=C,、,C,C,1650,附近,m,C=C,920,、,995 S ,=C-H,2026/1/30 周五,89,例,1,某未知物分子式为,C,8,H,8,O,，测得其红外光,谱如下图，试推测其结构式。,该化合物含苯环及双键。,不饱和度：,2026/1/30 周五,90,3000cm,1,附近有四个弱吸收峰，这是苯环及,CH,键,的,C,H,伸缩振动；,1600,、,1500cm,1,有,2,3,个峰，是苯环骨架振动；,1700cm,1,处为,C=O,的特征峰；（,酮；,2720,无，非醛,）,指纹区,760,、,692cm,1,处有,2,个峰，说明为单取代苯,1380cm,-1,S ,（,C-H,）,-CH,3,2026/1/30 周五,91,可能的结构：,查阅标准红外吸收光谱图,(IR,谱图,),，以确证解析结果的正确性。,2026/1/30 周五,92,例,2,某未知物分子式为,C,4,H,10,O,，试从其红外,吸收光谱图推断其结构式。,不饱和度,1,4,1/2,（,0,10,）,0,饱和化合物,2026/1/30 周五,93,3350cm,1,的强吸收峰表明存在,v,O,-H,伸缩振动，其,移向低波数表明存在分子缔合现象。,在,2960,、,2920,、,2870cm,1,吸收峰，表明存在,CH,3,、,CH,2,的伸缩振动,v,C,-H,。,1380cm,-1,吸收峰，表明存在,CH,3,；,1460cm,-1,吸收峰，表明存在,CH,2,，剪式振动。,2026/1/30 周五,94,1380,、,1370cm,1,的等强度双峰，表明存在,C,H,的面内弯曲振动，其为,异丙基分裂现象,。,1300,l000cm,1,有一级醇,OH,存在。,确定此化合物为饱和的一级醇，,存在异丙基分裂。,可确定其为异丁醇：,2026/1/30 周五,95,2026/1/30 周五,96,C,5,H,10,O,C,4,H,8,O,2026/1/30 周五,97,C,7,H,6,O,2,=5,O-H,S,宽,C=O,S,O-H,S,特征,C=C,S,苯,715,、,690,单取代,2026/1/30 周五,98,