红外吸收光谱法讲解专家讲座.pptx

第第4章章红外吸收光谱法红外吸收光谱法Infrared Spectroscopy(IR)红外吸收光谱法讲解第1页4.红外吸收光谱法红外吸收光谱法4.1 概述概述4.2基本原理基本原理4.3红外光谱仪红外光谱仪4.4试样处理和制备试样处理和制备4.5红外光谱法应用红外光谱法应用4.6红外光谱技术进展（自学）红外光谱技术进展（自学）红外吸收光谱法讲解第2页红外吸收光谱法（红外吸收光谱法（IR）基于物质基于物质分子分子对不一样波长对不一样波长红外红外辐辐射射吸收吸收程度，来对物质进行程度，来对物质进行定性定性、定量定量或或结构分析结构分析方法。方法。4.1 概概 述述红外吸收光谱法讲解第3页近红外近红外中红外中红外远红外远红外红外吸收光谱法讲解第4页 4.1 概概 述述波谱区波谱区近红外近红外中红外中红外远红外远红外波长波长/m0.782.52.525251000波数波数/cm-1128004000400040040010跃迁类型跃迁类型分子振动分子振动分子转动分子转动红外光谱区域划分红外光谱区域划分（0.781000 m）红外吸收光谱法讲解第5页 1.1.近红外光谱区近红外光谱区（NIR）128004000cm-1 低能电子能级跃迁，含氢基团：低能电子能级跃迁，含氢基团：-OH、-NH、-CH伸缩振动伸缩振动倍频吸收峰倍频吸收峰和和组合频峰组合频峰。适合用于微量水、醇、酚、有机酸等化合物定量适合用于微量水、醇、酚、有机酸等化合物定量测定。测定。红外光谱区域划分红外光谱区域划分红外吸收光谱法讲解第6页2.2.2.2.中红外光谱区（中红外光谱区（中红外光谱区（中红外光谱区（MIRMIR）40004004000400cmcm-1-1：分子振动、转动能级跃迁分子振动、转动能级跃迁分子振动、转动能级跃迁分子振动、转动能级跃迁基频吸收基频吸收基频吸收基频吸收区。区。区。区。应用最为广泛红外光谱区，适于化合物定性和应用最为广泛红外光谱区，适于化合物定性和应用最为广泛红外光谱区，适于化合物定性和应用最为广泛红外光谱区，适于化合物定性和结构分析。结构分析。结构分析。结构分析。3.3.远红外光谱区（远红外光谱区（FIR）4 40010cm-1：气体分子转动能级跃迁，液体与固体中重原子气体分子转动能级跃迁，液体与固体中重原子伸缩振动，晶体晶格振动等。伸缩振动，晶体晶格振动等。该光区能量弱，可用于无机物分析。该光区能量弱，可用于无机物分析。红外光谱区域划分红外光谱区域划分红外吸收光谱法讲解第7页IR与与 UV-Vis 比较比较相同点相同点：都是：都是分子吸收光谱分子吸收光谱。不一样点不一样点：UV-Vis 是基于是基于价电子能级跃迁价电子能级跃迁而而 产生电子光谱产生电子光谱;主要用于含有主要用于含有共轭体共轭体 系系化合物研究。化合物研究。IR 则是则是分子振动能级跃迁分子振动能级跃迁而产生振而产生振 动光谱动光谱;主要用于振动中伴随有偶极矩主要用于振动中伴随有偶极矩 改变有机化合物研究。改变有机化合物研究。红外吸收光谱法讲解第8页 基本概念基本概念 红外光谱图：是以波数为横坐标，纵坐红外光谱图：是以波数为横坐标，纵坐 标用透光率或吸光度来表标用透光率或吸光度来表 示一个示一个频率图频率图。波数（波数（cm-1）：波长倒数，表示每厘米）：波长倒数，表示每厘米 长度上电磁波数目。长度上电磁波数目。红外吸收光谱法讲解第9页红外光谱图表示方法红外光谱图表示方法红外吸收光谱法讲解第10页红外吸收光谱法讲解第11页光谱特征可用峰数，峰位，峰形，峰强来描述光谱特征可用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。定性：基团特征吸收频率（峰位）、峰强；定性：基团特征吸收频率（峰位）、峰强；定量：特征峰强度；定量：特征峰强度；应用：有机化合物结构解析与判别。应用：有机化合物结构解析与判别。红外吸收光谱法讲解第12页1 1）特特征征性性强强，应应用用范范围围广广，除除单单个个原原子子及及同同质质双双原原子子分子外，几乎全部有机物都有红外吸收；分子外，几乎全部有机物都有红外吸收；2 2）分分子子结结构构更更为为精精细细表表征征：经经过过波波谱谱波波数数位位置置、波波峰峰数目及强度确定分子基团和分子结构；数目及强度确定分子基团和分子结构；3 3）固、液、气态试样均可用，用量少，不破坏样品；）固、液、气态试样均可用，用量少，不破坏样品；4 4）分析速度快；）分析速度快；5 5）与色谱等联用（）与色谱等联用（GC-FTIRGC-FTIR）含有强大分析能力。）含有强大分析能力。红外光谱特点红外光谱特点红外吸收光谱法讲解第13页红外吸收光谱特点红外吸收光谱特点不足：不足：l有些物质不能产生红外吸收；有些物质不能产生红外吸收；l有些物质不能用红外判别；有些物质不能用红外判别；l有些吸收峰，尤其是有些吸收峰，尤其是指纹峰指纹峰不能全部指认；不能全部指认；l定量分析准确度和灵敏度较低。定量分析准确度和灵敏度较低。红外吸收光谱法讲解第14页4.2 基本原理基本原理吸收峰怎样产生？吸收峰怎样产生？每个基团或化学键能产生几个吸收峰？每个基团或化学键能产生几个吸收峰？不一样吸收峰为何有强有弱？不一样吸收峰为何有强有弱？各吸收峰都应出现在什么位置？各吸收峰都应出现在什么位置？红外吸收光谱法讲解第15页产生红外吸收条件产生红外吸收条件 分子振动类型分子振动类型基本振动理论数基本振动理论数影响吸收峰强度原因影响吸收峰强度原因基团频率基团频率4.2 基本原理基本原理红外吸收光谱法讲解第16页4.2 基本原理基本原理4.2.1物质分子产生红外吸收基本条件物质分子产生红外吸收基本条件条件一条件一、分子吸收辐射能与其能级跃迁所需、分子吸收辐射能与其能级跃迁所需 能量相等；能量相等；发生振动能级跃迁需要能量大小取决于键发生振动能级跃迁需要能量大小取决于键两端原子两端原子折合质量折合质量和和键力常数键力常数，即取决于分子，即取决于分子结构特征！结构特征！红外吸收光谱法讲解第17页条件二条件二、分子发生、分子发生偶极距偶极距改变（偶合作用）。改变（偶合作用）。只有发生偶极矩改变振动才能产生可观只有发生偶极矩改变振动才能产生可观察红外吸收光谱，称红外活性。察红外吸收光谱，称红外活性。（偶极矩：描述分子极性大小物理量）（偶极矩：描述分子极性大小物理量）4.2.1物质分子产生红外吸收基本条件物质分子产生红外吸收基本条件红外吸收光谱法讲解第18页4.2 基本原理基本原理 伸缩振动伸缩振动()()：键长发生改变：键长发生改变 变形振动变形振动()()：键角发生改变：键角发生改变 1.简正振动简正振动基本形式基本形式4.2.3 多原子分子振动类型多原子分子振动类型(P56)(P56)多原子分子振动较为复杂（原子多、化学键多原子分子振动较为复杂（原子多、化学键多、空间结构复杂），但可将其分解为多个简多、空间结构复杂），但可将其分解为多个简正振动来研究。正振动来研究。红外吸收光谱法讲解第19页对称伸缩振动（对称伸缩振动（对称伸缩振动（对称伸缩振动（s s s s）不对称伸缩振动（不对称伸缩振动（不对称伸缩振动（不对称伸缩振动（asasasas）伸缩振动（伸缩振动（）红外吸收光谱法讲解第20页面内变形振动（面内变形振动（面内变形振动（面内变形振动（）面外变形振动（面外变形振动（面外变形振动（面外变形振动（）变形振动（变形振动（）红外吸收光谱法讲解第21页亚甲基各种振动形式亚甲基各种振动形式1306-1303，w1250，w红外吸收光谱法讲解第22页红外吸收光谱法讲解第23页多原子分子振动基本类型多原子分子振动基本类型对称伸缩振动对称伸缩振动VS反对称伸缩振动反对称伸缩振动VaS变形振动变形振动振动类型振动类型面内变形振动面内变形振动面外变形振动面外变形振动非平面摇摆非平面摇摆扭曲振动扭曲振动剪式振动剪式振动S平面摇摆平面摇摆伸缩振动伸缩振动伸缩振动比变形振动需要更多能量，所以伸缩伸缩振动比变形振动需要更多能量，所以伸缩振动频率在红外光谱高波数区，变振动频率在红外光谱高波数区，变形形振动频率在红振动频率在红外光谱低波数区。外光谱低波数区。红外吸收光谱法讲解第24页2.基本振动理论数（基本振动理论数（分子振动自由度分子振动自由度）分子振动自由度：多原子分子基本振动分子振动自由度：多原子分子基本振动数目，也就是数目，也就是基频吸收峰基频吸收峰数目。数目。基频吸收峰：分子吸收一定频率红外辐射后，基频吸收峰：分子吸收一定频率红外辐射后，其振动能级由其振动能级由基态基态跃迁到跃迁到第一第一 激发态激发态时所产生吸收峰。时所产生吸收峰。红外吸收光谱法讲解第25页在红外光谱中还可观察到其它跃迁峰：在红外光谱中还可观察到其它跃迁峰：泛频峰泛频峰倍频峰：由基态向第二、三倍频峰：由基态向第二、三.振动激发态跃迁振动激发态跃迁合频峰：分子吸收光子后，同时发生频率为合频峰：分子吸收光子后，同时发生频率为1 1，2 2跃迁，此时产生跃迁为跃迁，此时产生跃迁为1 1+2 2谱峰。谱峰。差频峰：当吸收峰与发射峰相重合时产生峰差频峰：当吸收峰与发射峰相重合时产生峰1-2。红外吸收光谱法讲解第26页2.基本振动理论数基本振动理论数线型分子振动自由度线型分子振动自由度=3n5(如如CO2)n n个原子组成线型分子有个原子组成线型分子有3n3n个自由度，但有个自由度，但有3 3个平个平动和动和2 2个绕轴转动无能量改变。个绕轴转动无能量改变。红外吸收光谱法讲解第27页非线型分子振动自由度非线型分子振动自由度=3n6(如如H2O)n n个原子组成非线型分子有个原子组成非线型分子有3n3n个自由度，但有个自由度，但有3 3个平动和个平动和3 3个绕轴转动无能量改变；个绕轴转动无能量改变；2.2.基本振动理论数基本振动理论数红外吸收光谱法讲解第28页为何实际测得吸收峰数目远小于理论计算为何实际测得吸收峰数目远小于理论计算为何实际测得吸收峰数目远小于理论计算为何实际测得吸收峰数目远小于理论计算振动自由度？振动自由度？振动自由度？振动自由度？l没有偶极矩改变振动不产生红外吸收，即没有偶极矩改变振动不产生红外吸收，即非红外活性；非红外活性；l相同频率振动吸收重合，即简并；相同频率振动吸收重合，即简并；l仪器分辨率不够高；仪器分辨率不够高；l有些吸收带落在仪器检测范围之外。有些吸收带落在仪器检测范围之外。红外吸收光谱法讲解第29页4.2.4影响吸收峰强度原因影响吸收峰强度原因n振动能级跃迁几率振动能级跃迁几率n 振动过程中偶极矩改变振动过程中偶极矩改变红外吸收光谱法讲解第30页 分子对称度高，振动偶极矩小，产生谱带就弱；分子对称度高，振动偶极矩小，产生谱带就弱；反之则强。反之则强。如如C=CC=C，C-CC-C 因对称度高，其振动峰强度小；而因对称度高，其振动峰强度小；而C=XC=X，C-XC-X，因对称性低，其振动峰强度就大。，因对称性低，其振动峰强度就大。很强（很强（vsvs）、强（）、强（s s）、中（）、中（m m）、弱（）、弱（w w）、）、很弱（很弱（vwvw）4.2.4影响吸收峰强度原因影响吸收峰强度原因红外吸收光谱法讲解第31页说明：说明：1.1.偶极距改变主要由化学键两端原子间电负性差、偶极距改变主要由化学键两端原子间电负性差、振动方式以及其它如共振、氢键、共轭等原因影振动方式以及其它如共振、氢键、共轭等原因影响；响；2.IR2.IR吸收峰强度比吸收峰强度比UV-VisUV-Vis强度小强度小2-32-3个数量级。个数量级。4.2.4 影响吸收峰强度原因影响吸收峰强度原因红外吸收光谱法讲解第32页4.2 基本原理基本原理吸收峰由何引发？每个基团或化学键能产生几个吸收峰由何引发？每个基团或化学键能产生几个吸收峰？不一样吸收峰为何有强有弱？吸收峰？不一样吸收峰为何有强有弱？吸收峰出吸收峰出现位置（频率）？现位置（频率）？红外吸收光谱法讲解第33页4.2.5分子振动频率（分子振动频率（基团频率基团频率基团频率基团频率）基团频率：基团频率：不一样化合物分子中同一个基团不一样化合物分子中同一个基团振振动频率非常相近，都在一较窄频率区间出现吸动频率非常相近，都在一较窄频率区间出现吸收谱带，其频率称基团频率。收谱带，其频率称基团频率。=1303=1303k/Ar k/Ar ：波数：波数 ArAr：两个原子折合质量：两个原子折合质量 K K：键力常数：键力常数 ArAr=M=M1 1M M2 2/（M M1 1+M+M2 2）1.基团含有特征频率基团含有特征频率红外吸收光谱法讲解第34页基团频率基团频率对于简单化合物分子，这种对应关系可经对于简单化合物分子，这种对应关系可经过计算求得。但伴随分子中原子数目标增加，过计算求得。但伴随分子中原子数目标增加，使这一计算变得十分困难而且不准确。使这一计算变得十分困难而且不准确。所以对吸收峰识别，主要是从大量谱图对所以对吸收峰识别，主要是从大量谱图对比中发觉并总结各基团特征频率分布规律，并比中发觉并总结各基团特征频率分布规律，并以此来指导谱图解析。以此来指导谱图解析。红外吸收光谱法讲解第35页基本概念基本概念 基团频率区（官能团区）：基团频率区（官能团区）：在在400040001300cm1300cm-1-1 范围内吸收峰，有一范围内吸收峰，有一 共同特点：既每一吸收峰都和一定官能共同特点：既每一吸收峰都和一定官能 团相对应，所以称为基团频率区。团相对应，所以称为基团频率区。在基团频率区，标准上每个吸收峰都能够找到归属在基团频率区，标准上每个吸收峰都能够找到归属。4.2.5分子振动频率分子振动频率红外吸收光谱法讲解第36页基本概念基本概念 指纹区：指纹区：在在13001300400cm400cm-1-1范围内，即使有些吸收也对范围内，即使有些吸收也对应着一些官能团，但大量吸收峰仅显示了化合物应着一些官能团，但大量吸收峰仅显示了化合物分子红外特征，如同人指纹，故称为指纹区。指分子红外特征，如同人指纹，故称为指纹区。指纹频率大多数不是某个基团振动频率，而是整个纹频率大多数不是某个基团振动频率，而是整个分子或分子一部分振动产生。分子或分子一部分振动产生。指纹区吸收峰数目虽多，但往往大部分都找不到指纹区吸收峰数目虽多，但往往大部分都找不到归属归属。红外吸收光谱法讲解第37页基团频率区基团频率区指纹区指纹区苯甲醚苯甲醚红外吸收光谱法讲解第38页基本概念基本概念 相关峰：相关峰：同一个分子基团或化学键振动，往往会同一个分子基团或化学键振动，往往会 在基团频率区和指纹区同时产生若干个吸收在基团频率区和指纹区同时产生若干个吸收 峰。这些相互依存和能够相互佐证吸收峰峰。这些相互依存和能够相互佐证吸收峰 称为相关峰。称为相关峰。红外吸收光谱法讲解第39页相关峰相关峰红外吸收光谱法讲解第40页 主要基团红外特征吸收峰主要基团红外特征吸收峰 （4000 400 cm-1）1.40002500cm-1X-H伸缩振动区伸缩振动区：C、N、O、S羟基羟基O-H 3200 O-H 3200 3650 cm3650 cm-1-1 3650 3650 3580 cm3580 cm-1-1 ，游离羟基，游离羟基 。3300 3300 2500 cm2500 cm-1-1 ，形成缔合羟基。，形成缔合羟基。红外吸收光谱法讲解第41页游离羟基与缔合羟基比较游离羟基与缔合羟基比较红外吸收光谱法讲解第42页红外吸收光谱法讲解第43页主要基团红外特征吸收峰主要基团红外特征吸收峰胺基胺基N-HN-H：胺基红外吸收与羟基类似，游离胺基红外吸收与羟基类似，游离 胺基吸收峰在胺基吸收峰在3300 3300 3500cm 3500cm-1-1，缔合胺基吸收峰位约降低缔合胺基吸收峰位约降低100cm 100cm 11。红外吸收光谱法讲解第44页伯胺伯胺3365,3290仲胺仲胺叔胺叔胺红外吸收光谱法讲解第45页复习复习 基本原理基本原理吸收峰由何引发？每个基团或化学键能产生几个吸收峰由何引发？每个基团或化学键能产生几个吸收峰？不一样吸收峰为何有强有弱？吸收峰？不一样吸收峰为何有强有弱？吸收峰出吸收峰出现位置（特征频率）？现位置（特征频率）？红外吸收光谱法讲解第46页羟基羟基O-H 3200 O-H 3200 3650 cm3650 cm-1-1 3650 3650 3580 cm3580 cm-1-1 ，游离羟基，游离羟基 。3300 3300 2500 cm2500 cm-1-1 ，形成缔合羟基。，形成缔合羟基。胺基胺基 N-H N-H：胺基红外吸收与羟基类似，游离胺基红外吸收与羟基类似，游离胺基吸收峰在胺基吸收峰在3300 3300 3500cm 3500cm-1-1，缔合胺基吸收峰位约降低缔合胺基吸收峰位约降低100cm100cm11。复复习习红外吸收光谱法讲解第47页主要基团红外特征吸收峰主要基团红外特征吸收峰烃基烃基C-H：3000cm 3000cm 3000cm-1-1，不饱和碳碳氢伸缩振动，不饱和碳碳氢伸缩振动 （双键、三键及苯环）。（双键、三键及苯环）。1.40002500cm-1红外吸收光谱法讲解第48页不饱和不饱和 =C-H（30103040）末端末端 =CH（3085）不饱和不饱和 C-H(3300)-CH3(2960，2870)-CH2(2930，2850）-CH（2890）较弱较弱饱和饱和-C-H（30002800）ArC-H(3030)比饱和比饱和C-H峰弱，但峰形更尖锐峰弱，但峰形更尖锐烃基烃基C-H红外吸收光谱法讲解第49页烷烃烷烃烯烃烯烃炔烃炔烃29602870红外吸收光谱法讲解第50页主要基团红外特征吸收峰主要基团红外特征吸收峰2.25001900cm-1：是叁键和累积双键伸缩振动区是叁键和累积双键伸缩振动区 。CC、CN、C=C=C、C=C=O 等。除等。除 CO2吸吸收之外，此区间任何小吸收都应引发注意，它们收之外，此区间任何小吸收都应引发注意，它们都能提供一些结构信息。都能提供一些结构信息。红外吸收光谱法讲解第51页RCCH 2100-2140cm-1 RCCR2190-2260cm-1 CN 2240-2260cm-1（非共轭）（非共轭）2220-2230cm-1（共轭）（共轭）叁键和累积双键伸缩振动叁键和累积双键伸缩振动红外吸收光谱法讲解第52页CC红外吸收光谱法讲解第53页A3070,3025芳环芳环B2910,2860脂肪脂肪C2220邻甲苯基氰邻甲苯基氰2220假如分子中仅有假如分子中仅有C、H、N原原子，峰较强，尖锐；若有子，峰较强，尖锐；若有O，其越靠近其越靠近CN，峰越弱。，峰越弱。红外吸收光谱法讲解第54页主要基团红外特征吸收峰主要基团红外特征吸收峰3.19001200cm-1：双键伸缩振动区：双键伸缩振动区 羰基（羰基（C=O ）：）：16501900cm1。强峰。是判断酮、醛、酸、酯及酸酐特征吸收峰，强峰。是判断酮、醛、酸、酯及酸酐特征吸收峰，其中酸酐因振动偶合而含有双吸收峰。其中酸酐因振动偶合而含有双吸收峰。C=C C=C 伸伸伸伸缩振动，缩振动，1680 1680 1620cm-1，单核单核芳烃伸缩振动在芳烃伸缩振动在1600和和1500附近。附近。红外吸收光谱法讲解第55页A3300-2500B2950,2920,2850E1280F930面外弯曲面外弯曲C1730EF1730-OH羧酸特征基团羧酸特征基团C=O,-OH红外吸收光谱法讲解第56页A3077,3040芳芳B2985,2941 饱和饱和E1600,1497,1453G749面外弯面外弯D1730C2825,2717醛醛ABCEG1730C-H醛特征基团醛特征基团C=O,C-H红外吸收光谱法讲解第57页饱和D17201720酮特征基团酮特征基团C=O红外吸收光谱法讲解第58页A3068,3044B1765F1216G1194C1593芳偏高DE1493,1360 饱和CFGB1765酯类特征基团酯类特征基团C=O,C-O-CC-O-C红外吸收光谱法讲解第59页C=OC-O18321761酸酐特征基团酸酐特征基团C=O,C-O红外吸收光谱法讲解第60页酰胺特征基团酰胺特征基团C=O,NH21640红外吸收光谱法讲解第61页C=C双键双键：16801620cm1，峰较弱（对称性峰较弱（对称性较高）。较高）。苯环骨架振动苯环骨架振动：1450、1500、1580、1600cm1，用于识别分子中是否有芳环。用于识别分子中是否有芳环。3.19001200cm-1：双键伸缩振动区双键伸缩振动区红外吸收光谱法讲解第62页C=C红外吸收光谱法讲解第63页A 3008B 1605,1495,1466C 742芳环芳环芳环芳环邻二甲苯邻二甲苯ABC红外吸收光谱法讲解第64页主要基团红外特征吸收峰主要基团红外特征吸收峰 3.19001200cm-1：该区还提供了该区还提供了 C-H弯曲振动信息。弯曲振动信息。CH3 在在1375、1460cm1 同时有吸收，当同时有吸收，当1375 处处有分叉时，表示有偕二甲基存在；有分叉时，表示有偕二甲基存在；CH2 只在只在1470处有吸收。处有吸收。红外吸收光谱法讲解第65页A3355B 30002800C1373,1355D1138偕二甲基偕二甲基红外吸收光谱法讲解第66页主要基团红外特征吸收峰主要基团红外特征吸收峰4.1400900cm-1：全部全部不含氢不含氢单键和双键单键和双键伸缩振动频率伸缩振动频率，分子骨架，分子骨架振动频率都在这个区域，另外还有烯振动频率都在这个区域，另外还有烯 C-H弯曲弯曲振动。振动。C-O红外吸收光谱法讲解第67页5.900400cm1：该区主要是因苯环取代而产生吸收（约在该区主要是因苯环取代而产生吸收（约在900650cm1 ），用于顺反结构和取代类型确实定。），用于顺反结构和取代类型确实定。红外吸收光谱法讲解第68页影响基团频率位移原因影响基团频率位移原因 某一基团特征吸收频率，同时受到某一基团特征吸收频率，同时受到分子结构分子结构和和外界条件外界条件影响。同一个基团，因为其周围化学影响。同一个基团，因为其周围化学环境不一样，便其特征吸收频率会有所位移，而环境不一样，便其特征吸收频率会有所位移，而不是在同一个位置出峰。也就是说基团吸收不是不是在同一个位置出峰。也就是说基团吸收不是固定在某一个频率上，而是在一个范围内波动。固定在某一个频率上，而是在一个范围内波动。红外吸收光谱法讲解第69页影响基团频率位移原因影响基团频率位移原因红外吸收光谱法讲解第70页注意：共轭结果使双键特征减弱，力常数减小，注意：共轭结果使双键特征减弱，力常数减小，伸缩振动频率向低波数位移；而单键力常数增大，伸缩振动频率向低波数位移；而单键力常数增大，伸缩振动频率向高波数位移。伸缩振动频率向高波数位移。红外吸收光谱法讲解第71页影响基团频率位移原因影响基团频率位移原因羧酸：羧酸：RCOOH(C=O=1760cm-1，O-H=3550cm-1);(RCOOH)2(C=O=1700cm-1，O-H=3250-2500cm-1)乙醇乙醇：CH3CH2OH（O-H=3640cm-1）(CH3CH2OH)2（O-H=3515cm-1）红外吸收光谱法讲解第72页影响基团频率位移原因影响基团频率位移原因红外吸收光谱法讲解第73页影响基团频率位移原因影响基团频率位移原因红外吸收光谱法讲解第74页影响基团频率位移原因影响基团频率位移原因分子对称性影响吸收峰强度及数目分子对称性影响吸收峰强度及数目红外吸收光谱法讲解第75页影响基团频率位移原因影响基团频率位移原因红外吸收光谱法讲解第76页影响基团频率位移原因影响基团频率位移原因红外吸收光谱法讲解第77页4.3 红外光谱仪红外光谱仪色散型红外光谱仪色散型红外光谱仪傅立叶变换红外光谱仪傅立叶变换红外光谱仪可调激光光源可调激光光源棱镜型棱镜型光栅型光栅型红外吸收光谱法讲解第78页色散型红外光谱仪色散型红外光谱仪结构与双光束紫外可见分光光度计相同，结构与双光束紫外可见分光光度计相同，采取了狭缝，光能受到限制；采取了狭缝，光能受到限制；扫描速度慢，影响动态研究及仪器联用；扫描速度慢，影响动态研究及仪器联用；弱信号及痕量组分分析受到限制。弱信号及痕量组分分析受到限制。红外吸收光谱法讲解第79页傅立叶变换红外光谱仪傅立叶变换红外光谱仪Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FT-IR)红外吸收光谱法讲解第80页FT-IR光谱仪基本结构和工作原理光源光源样品样品检测器检测器光谱图光谱图干涉图干涉图计算机计算机干涉仪干涉仪干涉光干涉光红外吸收光谱法讲解第81页FT-IRFT-IR光谱仪主要部件光谱仪主要部件n 光源：要求能发出稳定、高强度、连续波光源：要求能发出稳定、高强度、连续波 长红外辐射。长红外辐射。当前，中红外光区最惯用当前，中红外光区最惯用红外光源是红外光源是硅碳棒和硅碳棒和NernstNernst灯。灯。(1)硅碳棒硅碳棒(Globar)硅碳棒是由硅碳棒是由SiC加压在加压在0C烧结而成烧结而成供电电流：供电电流：45A;工作温度：工作温度：120015000C;使用寿命：使用寿命：1000h.+-不需预热不需预热红外吸收光谱法讲解第82页(2)能斯特灯能斯特灯(NernstLamp)主要成份：氧化锆主要成份：氧化锆(75%)、氧化钇、氧化钍等，并、氧化钇、氧化钍等，并含有少许氧化钙、氧化钠、氧化镁等。含有少许氧化钙、氧化钠、氧化镁等。供电电流：供电电流：0.51.2A;工作温度：工作温度：130017000C;使用寿命：使用寿命：h.电阻温度系数为负值：室温下：非导体电阻温度系数为负值：室温下：非导体;需要预热需要预热5000C：半导体：半导体;7000C：导体：导体;+-能斯特灯是由稀土金属氧化物烧结空心棒或实能斯特灯是由稀土金属氧化物烧结空心棒或实心棒。心棒。红外吸收光谱法讲解第83页迈克尔逊干涉仪工作原理（迈克尔逊干涉仪工作原理（P69）定镜定镜红外吸收光谱法讲解第84页n 吸收池吸收池 红红外外吸吸收收池池使使用用可可透透过过红红外外材材料料制制成成窗窗片片，不不一一样样样样品品状状态态（固固、液液、气气态态）使使用用不不一一样样样样品池。固态样品可与晶体混合压片制成。品池。固态样品可与晶体混合压片制成。因因为为玻玻璃璃、石石英英等等对对红红外外光光都都有有吸吸收收,所所以以红红外光谱吸收池窗口普通用一些盐类单晶制作。外光谱吸收池窗口普通用一些盐类单晶制作。红外吸收光谱法讲解第85页 一些常见红外光谱吸收池窗口材料一些常见红外光谱吸收池窗口材料红外吸收光谱法讲解第86页 几个红外检测器几个红外检测器红外吸收光谱法讲解第87页傅里叶变换红外吸收光谱仪特点傅里叶变换红外吸收光谱仪特点红外吸收光谱法讲解第88页课后练习课后练习1.1.分子产生红外吸收条件是什么？分子产生红外吸收条件是什么？2.2.何谓基团频率？何谓基团频率？3.3.影响吸收峰强度主要原因是什么？影响吸收峰强度主要原因是什么？4.4.羟基、烃基、羰基伸缩振动频率各有哪些特征？羟基、烃基、羰基伸缩振动频率各有哪些特征？5.5.怎样利用红外吸收光谱判别烷烃、烯烃、炔烃？怎样利用红外吸收光谱判别烷烃、烯烃、炔烃？P85：1、2、3、4、8红外吸收光谱法讲解第89页复习复习1.C-H,CC,C=O,C=C2.影响红外光谱原因影响红外光谱原因3.FT-IR惯用透光材料惯用透光材料红外吸收光谱法讲解第90页4.4试样处理和制备试样处理和制备红外吸收光谱法讲解第91页4.4试样处理和制备试样处理和制备4.4.1红外光谱法对试样要求红外光谱法对试样要求（1）单一组分纯物质，纯度）单一组分纯物质，纯度 98%98%；（2 2）样品中不含水；）样品中不含水；（3 3）要选择适当浓度和测试厚度，）要选择适当浓度和测试厚度，使大多数吸收峰透射比处于使大多数吸收峰透射比处于10%10%80%80%。红外吸收光谱法讲解第92页红外吸收光谱法讲解第93页4.4试样处理和制备试样处理和制备4.4.2 制样方法制样方法1.气体样品制备气体样品制备2.液体和溶液样品制备液体和溶液样品制备3.固体样品制备固体样品制备红外吸收光谱法讲解第94页气体池气体池红外吸收光谱法讲解第95页溶液样品制样需注意：溶液样品制样需注意：溶剂应选择对样品有较大溶解度、对红外光透明溶剂应选择对样品有较大溶解度、对红外光透明度好、本身吸收峰少、易清洗、极性小。惯用四度好、本身吸收峰少、易清洗、极性小。惯用四氯化碳、三氯甲烷等。氯化碳、三氯甲烷等。液体池液体池红外吸收光谱法讲解第96页4.4试样处理和制备试样处理和制备固体压片制样固体压片制样红外吸收光谱法讲解第97页 4.5 红外光谱法应用红外光谱法应用一、定性分析与结构分析一、定性分析与结构分析l已知物判定已知物判定将试样谱图与标准谱图对照将试样谱图与标准谱图对照判别化合物异同判别化合物异同区分几何区分几何(顺、反顺、反)异构体异构体区分构象异构体区分构象异构体区分互变异构体区分互变异构体红外吸收光谱法讲解第98页 最常见红外标准谱图是最常见红外标准谱图是SadtlerSadtler红外谱图集红外谱图集 Sadtler Sadtler谱图集优点：谱图集优点：（1 1）谱图搜集丰富（超出）谱图搜集丰富（超出2020万张）；万张）；（2 2）检索方便：全光谱检索、分类检索、官能团）检索方便：全光谱检索、分类检索、官能团检索、分子式检索、分子量检索、波长检索；检索、分子式检索、分子量检索、波长检索；（3 3）同时出版有紫外、核磁、拉曼谱图集；）同时出版有紫外、核磁、拉曼谱图集；（4 4）谱图集包含市售商品标准红外谱图。）谱图集包含市售商品标准红外谱图。标准红外谱图应用标准红外谱图应用红外吸收光谱法讲解第99页标准谱图标准谱图红外吸收光谱法讲解第100页党参及其伪品红外光谱图党参及其伪品红外光谱图党参党参夜关门夜关门中药红外光谱分析与判定（混合物判别）中药红外光谱分析与判定（混合物判别）红外吸收光谱法讲解第101页 4.5 4.5 红外光谱法应用红外光谱法应用2.2.未知物结构分析未知物结构分析谱图解析谱图解析 谱图解析谱图解析就是依据试验所得红外光谱图吸就是依据试验所得红外光谱图吸收峰收峰位置位置、强度强度和和形状形状；利用基团振动频率分；利用基团振动频率分布规律与分子结构关系，确定吸收峰归属，确布规律与分子结构关系，确定吸收峰归属，确认分子中所含基团或化学键，进而推测分子结认分子中所含基团或化学键，进而推测分子结构。构。红外吸收光谱法讲解第102页红外谱图解析关键点红外谱图解析关键点红外谱图解析三要素：红外谱图解析三要素：位置、强度、峰形位置、强度、峰形。红外谱图解析次序：先看官能团区，再看指纹区。红外谱图解析次序：先看官能团区，再看指纹区。红外吸收光谱法讲解第103页1.1.峰位峰位 分子内各种官能团特征吸收峰只出现在红外光分子内各种官能团特征吸收峰只出现在红外光谱一定范围，如：谱一定范围，如：C=O伸缩振动普通在伸缩振动普通在1700cm-1左右。左右。C=O 1650 cm-1C=O 1715 cm-1C=O 1780 cm-1红外吸收光谱法讲解第104页2.2.峰强峰强3.3.峰形峰形 不一样基团某一个振动形式可能会在同一频不一样基团某一个振动形式可能会在同一频率范围内都有红外吸收，如率范围内都有红外吸收，如-OH、-NH伸缩振动伸缩振动峰都在峰都在34003200cm-1，但二者峰形状有显著不一但二者峰形状有显著不一样。此时峰形不一样有利于官能团判别。样。此时峰形不一样有利于官能团判别。红外吸收峰强度取决于分子跃迁几率和振动红外吸收峰强度取决于分子跃迁几率和振动时偶极矩改变，振动时分子偶极矩改变越小，谱时偶极矩改变，振动时分子偶极矩改变越小，谱带强度也就越弱。带强度也就越弱。红外吸收光谱法讲解第105页（1 1）检验光谱图是否符合要求。基线透过率在）检验光谱图是否符合要求。基线透过率在90%90%左右；最大吸收峰不应成平头峰。左右；最大吸收峰不应成平头峰。（2 2）排除可能出现）排除可能出现“假谱带假谱带”。常见有常见有H2O在在34003400、16401640和和650cm650cm-1-1吸吸 收。收。CO2在在23602360和和667cm667cm-1-1吸收。吸收。4.5 4.5 红外光谱法应用红外光谱法应用谱图解析步骤：谱图解析步骤：红外吸收光谱法讲解第106页（3）搜集试样相关数据和资料搜集试样相关数据和资料 了解样品起源、制备方法、分离方法、理化性了解样品起源、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质、元素组成及其它光谱分析数据如UVUV、NMRNMR、MSMS等，有利于对样品结构信息归属和识别。等，有利于对样品结构信息归属和识别。依据元素分析及相对摩尔质量测定结果，能依据元素分析及相对摩尔质量测定结果，能够求出化学式并计算化合物不饱和度。够求出化学式并计算化合物不饱和度。谱图解析步骤：谱图解析步骤：红外吸收光谱法讲解第107页不饱和度有以下规律：不饱和度有以下规律：不饱和度有以下规律：不饱和度有以下规律：链状饱和脂肪族化合物不饱和度为链状饱和脂肪族化合物不饱和度为0 0；一个双键或一个环状结构不饱和度为一个双键或一个环状结构不饱和度为1 1；一个三键或两个双键不饱和度为一个三键或两个双键不饱和度为2 2；一个苯环不饱和度为一个苯环不饱和度为4 4。（4 4）确定未知物不饱和度（）确定未知物不饱和度（P71P71）=1+n4+(n3-n1)/2谱图解析步骤：谱图解析步骤：红外吸收光谱法讲解第108页（5 5）谱图解析）谱图解析先从基团频率区最强谱带开始，推测未知物可先从基团频率区最强谱带开始，推测未知物可能含有基团，判断不可能含有基团。能含有基团，判断不可能含有基团。在分析谱图时，只要在该出现区域没有出现某基在分析谱图时，只要在该出现区域没有出现某基团吸收，就能够否定此基团存在，否定是可靠。团吸收，就能够否定此基团存在，否定是可靠。谱图解析步骤：谱图解析步骤：红外吸收光谱法讲解第109页（5 5）谱图解析）谱图解析再从指纹区谱带深入验证，找出可能含有基团相关再从指纹区谱带深入验证，找出可能含有基团相关峰，用一组相关峰确认一个基团存在。峰，用一组相关峰确认一个基团存在。综合其它分析数据综合其它分析数据深入确认，与标准谱图查对。深入确认，与标准谱图查对。对于简单化合物，确认几个基团之后，便可对于简单化合物，确认几个基团之后，便可初步确定分子结构，然后查对标准谱图核实。复初步确定分子结构，然后查对标准谱图核实。复杂化合物，需结合紫外、质谱、核磁共振波谱等杂化合物，需结合紫外、质谱、核磁共振波谱等检测数据综合分析。检测数据综合分析。谱图解析步骤：谱图解析步骤：红外吸收光谱法讲解第110页例例1 1：化合物分子式为：化合物分子式为C C8 8H H1414，IRIR光谱图以下，试推断其可能分光谱图以下，试推断其可能分子结构结构。子结构结构。U U=1+8+(0-14)/2=2=1+8+(0-14)/2=2末端炔末端炔C-H伸伸缩振动缩振动3300cm-1末端炔末端炔C-H面面外变形振动外变形振动625cm-1 CC伸缩振动伸缩振动2100cm-1-CH3面内变形面内变形振动振动1370cm-1n4720cm-1-CH2-面内变形面内变形振动振动1470cm-1饱和饱和饱和饱和CHCH伸缩振伸缩振伸缩振伸缩振动动动动 辛炔辛炔辛炔辛炔-1-1-1-1红外吸收光谱法讲解第111页0 0红外吸收光谱法讲解第112页例例3:1)不饱和度：不饱和度：12）3350，3180，-NH21680,1580,1400,伯酰胺伯酰胺C=ON-HC-NN-H红外吸收光谱法讲解第113页例例4C3H4O1）不饱和度为）不饱和度为2可能为烯，炔及含有羟基化合物可能为烯，炔及含有羟基化合物2）3300cm 1处宽带，羟基处宽带，羟基结合结合1040cm 1处吸收，可推测含有处吸收，可推测含有O-H,3）2110cm 1处吸收