红外吸收光谱法_南京农业大学课件.ppt

5 5 红外吸收光谱法红外吸收光谱法5.1红外光谱概述红外光谱概述5.2 红外光谱法基本原理及分析红外光谱法基本原理及分析5.3红外光谱仪器及应用红外光谱仪器及应用5.1 5.1 概概 述述一、红外光的发展简史和区划一、红外光的发展简史和区划二、红外光谱的定义和表示方法二、红外光谱的定义和表示方法 三、三、IRIR与与UVUV的区别的区别四、红外光谱的特点四、红外光谱的特点一（一）一（一）红外发展简史红外发展简史18001800年英国科学家年英国科学家赫谢尔赫谢尔发现红外线发现红外线19361936年世界第一台年世界第一台棱镜分光单光束棱镜分光单光束红外光谱仪制成红外光谱仪制成19461946年制成年制成双光束双光束红外光谱仪红外光谱仪6060年代制成以年代制成以光栅光栅为色散元件的第二代红外光谱仪为色散元件的第二代红外光谱仪7070年代制成年代制成傅立叶变换傅立叶变换红外光谱仪，使扫描速度大红外光谱仪，使扫描速度大大提高大提高7070年代末，出现了年代末，出现了激光激光红外光谱仪，红外光谱仪，共聚焦显微共聚焦显微红红外光谱仪等外光谱仪等一（二）红外光的区划一（二）红外光的区划光学光谱区光学光谱区区域区域/m m/cm/cm-1-1能级跃迁类型及应用能级跃迁类型及应用近近红外红外(泛频区泛频区)0.750.752.52.5128201282040004000含氢原子团伸缩振动的含氢原子团伸缩振动的倍频吸收倍频吸收区；区；稀土稀土和其它和其它过渡金属离子过渡金属离子的的化合物，并适用于化合物，并适用于水、醇、某些水、醇、某些高分子化合物高分子化合物以及以及含氢原子团化含氢原子团化合物合物的定量分析的定量分析中红外中红外(基基本振动区本振动区)2.5-252.5-25 40004000400400分子的振动、转动；分子的振动、转动；绝大多数有绝大多数有机化合物和无机离子的机化合物和无机离子的基频吸收基频吸收 远远红外红外(转动区转动区)2525100010004004001010气体气体分子中的纯分子中的纯转动转动跃迁、跃迁、振动振动-转动跃迁转动跃迁、液体和固体液体和固体中中重原子重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动架振动以及晶体中的以及晶体中的晶格振动晶格振动所所引起的；金属有机化合物（包括引起的；金属有机化合物（包括络合物）、氢键、吸附现象络合物）、氢键、吸附现象 二、红外光谱的定义和表示方法二、红外光谱的定义和表示方法定义：定义：红外光谱红外光谱又称分子振动转动光谱，属又称分子振动转动光谱，属分子吸收分子吸收光谱。样品受到频率连续变化的红光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子分子振动或转动振动或转动引起引起偶极矩的净变化偶极矩的净变化，使振，使振-转能级从基态跃迁到激发态，记录转能级从基态跃迁到激发态，记录百分透过百分透过率率T%T%对对波数波数或或波长波长的曲线，即红外光谱的曲线，即红外光谱红外吸收光谱一般用红外吸收光谱一般用T T 曲线或曲线或T T波数波数曲线曲线表示。纵坐标为百分透射比表示。纵坐标为百分透射比T%T%，横坐标是波长，横坐标是波长（单位为单位为mm），或波数（单位为），或波数（单位为cmcm-1-1）三、三、IRIR与与UVUV的区别的区别区别区别IRIRUVUV起源起源 分子分子振动能级振动能级伴伴随随转动能级转动能级跃迁跃迁分子外层价分子外层价电子电子能级跃迁能级跃迁适用适用 所有红外吸收的所有红外吸收的有机化合物有机化合物具具n-n-*跃迁有机化合物跃迁有机化合物具具-*跃迁有机化合物跃迁有机化合物特征性特征性 特征性强特征性强 简单、特征性不强简单、特征性不强用途用途 鉴定化合物类别；鉴定化合物类别；鉴定鉴定官能团官能团；推；推测测结构结构 定量；推测有机化合物定量；推测有机化合物共轭骨架共轭骨架四、红外光谱的特点四、红外光谱的特点1 1）红外吸收只有）红外吸收只有振振-转转跃迁跃迁,能量低能量低2 2）应用范围广）应用范围广,除除单原子分子单原子分子及及单核分子单核分子外外,几乎几乎所有的有机物均有红外吸收所有的有机物均有红外吸收3 3）分子结构更为精细的表征：通过波谱的）分子结构更为精细的表征：通过波谱的波峰数波峰数目及强度目及强度确定分子基团和分子结构确定分子基团和分子结构4 4）可以进行）可以进行定量定量分析分析5 5）固、液、气态固、液、气态试样均可用试样均可用,用量少用量少,不破坏样品不破坏样品6 6）分析速度快）分析速度快7 7）与色谱等联用（）与色谱等联用（GC-FTIRGC-FTIR）具有强大的定性功）具有强大的定性功能能5.2 5.2 红外光谱基本原理红外光谱基本原理一、红外吸收光谱的产生一、红外吸收光谱的产生二、双原子分子振动二、双原子分子振动三、多原子分子振动三、多原子分子振动四、吸收谱带的强度四、吸收谱带的强度五、红外光谱的特征性和基团频率五、红外光谱的特征性和基团频率六、影响基团频率的因素六、影响基团频率的因素一一 红外吸收光谱的产生条件红外吸收光谱的产生条件 物质分子要吸收红外辐射产生红外光谱，物质分子要吸收红外辐射产生红外光谱，必须满足两个条件：必须满足两个条件：条件一：条件一：辐射光子的能量与发生振动、辐射光子的能量与发生振动、转动跃迁所需的转动跃迁所需的能量相等能量相等；条件二：条件二：辐射与物质之间有辐射与物质之间有耦合作用耦合作用 根据量子力学原理，分根据量子力学原理，分子振动能量子振动能量E EV V是量子化的是量子化的即即E EV V=(V+1/2)h=(V+1/2)h 为分子振动频率，为分子振动频率，V V为为振动量子数，其值取振动量子数，其值取0 0，1 1，2 2，分子中不同振动能级分子中不同振动能级能量差能量差:E:EV V=V=V hh;也就是说，只有当也就是说，只有当E EV V=E=Ea a 即即a a=VV时，才可能发时，才可能发生振转跃迁生振转跃迁EV=V hEa=ha条件一：辐射光子的能量应与振条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等动跃迁所需能量相等条件一：辐射光子的能量与振动跃迁条件一：辐射光子的能量与振动跃迁所需能量相等所需能量相等1 1 基频峰基频峰：分子吸收一定分子吸收一定频率红外线，振动能级从频率红外线，振动能级从基态基态跃迁至跃迁至第一振动激发第一振动激发态态产生的吸收峰（即产生的吸收峰（即V=01V=01产生的峰）产生的峰）基频峰的峰位等于分子的振动频率基频峰的峰位等于分子的振动频率基频峰强度大基频峰强度大红外主要吸收峰红外主要吸收峰 红外红外辐射的频率辐射的频率与分子与分子振动频率振动频率的的整数倍整数倍相等相等2 2 泛频峰泛频峰1)1)倍频峰：倍频峰：分子的振动能级从分子的振动能级从基态基态跃迁跃迁至至第二振动激发态第二振动激发态、第三振动激发态第三振动激发态等等高能态时所产生的吸收峰（即高能态时所产生的吸收峰（即V=0V=2V=0V=2，3 3产生的峰）产生的峰）2)2)合频峰：合频峰：分子吸收光子后，同时发生分子吸收光子后，同时发生频率为频率为1 1，2 2的跃迁，此时产生的跃的跃迁，此时产生的跃迁为迁为1 1+2 2的谱峰的谱峰3)3)差频峰：差频峰：当当吸收峰吸收峰与与发射峰发射峰相重叠时相重叠时产生的峰产生的峰1 1-2 2 泛频峰泛频峰强度较弱强度较弱，难辨认，难辨认却增加了光谱却增加了光谱特征性特征性问题：何时发生共振？问题：何时发生共振？条件二：辐射与分子必须有耦合作用条件二：辐射与分子必须有耦合作用 由由于于红红外外辐辐射射是是电电磁磁波波，与与电电磁磁振振荡荡能能发发生生相相互互作作用用，而而与与机机械械振振动动不不能能相相互互作作用用，因因此此分分子子振振动动时时必必须须伴伴随随偶偶极极矩矩的的变变化化，振振动动时时才才会会产产生生电电磁磁振振荡荡，与与红红外外辐辐射射发发生生共共振振而而吸吸收收其其能量能量 不不对对称称分分子子如如HClHCl振振动动过过程程中中具具有有确确定定的的偶偶极极距距变变化化率率1 1，是是电电磁磁振振荡荡，有有红红外外吸吸收收；对对称称分分子子如如H H2 2振振动动过过程程中中偶偶极极距距变变化化率率为为零零，是是机机械械振动无红外吸收振动无红外吸收条件二：辐射与分子必须有耦合作用条件二：辐射与分子必须有耦合作用条件二条件二 辐射与物质之间必须有耦合作用辐射与物质之间必须有耦合作用 1231 1：偶极子：偶极子自身自身伸缩振动波伸缩振动波2 2：偶极子在：偶极子在外加交变电场作用外加交变电场作用下的伸缩振动波下的伸缩振动波3 3：偶极子：偶极子共振叠加共振叠加的伸缩振动的伸缩振动波（条件：二者的振动频率相等）波（条件：二者的振动频率相等）红外条件红外条件：1 1 红外辐射的红外辐射的频率频率与分子振动频率的整数与分子振动频率的整数倍倍相等；相等；2 2 分子在振动过程中有分子在振动过程中有偶极矩的变化偶极矩的变化同核双原子分子，如同核双原子分子，如H H2 2，N N2 2，O O2 2等等非极非极性分子性分子，振动时没有偶极矩的变化，振动时没有偶极矩的变化，所以没有红外吸收，称为所以没有红外吸收，称为非红外活性非红外活性极性分子极性分子如如HClHCl等，振动时有偶极矩的等，振动时有偶极矩的变化，有红外吸收，所以称为变化，有红外吸收，所以称为红外活红外活性性二二 双原子分子的振动双原子分子的振动双原子分子双原子分子A-BA-B的伸缩振动的伸缩振动近似看作近似看作简谐振动简谐振动由经典力学可导出该体系的基本由经典力学可导出该体系的基本振动频率计算公式：振动频率计算公式：=（1/21/2）（k k/）13021302（k k /）1/21/2K K（化学键的力常数）：将两原子（化学键的力常数）：将两原子由平衡位置伸长单位长度时的恢由平衡位置伸长单位长度时的恢复力（单位为复力（单位为N N cmcm-1-1）为双原子分子的折合质量为双原子分子的折合质量m m1 1m m2 2/(m/(m1 1+m+m2 2)影响影响基本振动频率基本振动频率的的直接原因直接原因是相对原子质量和化学键是相对原子质量和化学键的力常数的力常数 （1 1）对于有相似质量的原子基团，）对于有相似质量的原子基团，k k大，振动频率就大大，振动频率就大（2 2）对于相同化学键的基团，）对于相同化学键的基团，大，振动频率就小大，振动频率就小除了化学键两端的除了化学键两端的原子质量原子质量、化学键的力常数化学键的力常数影响基本影响基本振动频率外，而且还与振动频率外，而且还与内部因素（结构因素）和外部因内部因素（结构因素）和外部因素（化学环境）素（化学环境）有关有关 需要说明的是上面用需要说明的是上面用经典力学经典力学的方法的方法来处理分子的振动是为了得到宏观的图象，来处理分子的振动是为了得到宏观的图象，便于理解；实际上分子的运动是量子化的，便于理解；实际上分子的运动是量子化的，应用应用量子理论量子理论来处理，如真实分子的振动来处理，如真实分子的振动能量的变化是量子化的能量的变化是量子化的 三三 多原子分子振动多原子分子振动多原子分子（原子数目或化学键多，基团和空间多原子分子（原子数目或化学键多，基团和空间结构不同）可以把它们的复杂振动分解成许多简结构不同）可以把它们的复杂振动分解成许多简单的基本振动单的基本振动1 1 简正振动：简正振动：分子分子质心保持不变质心保持不变，整体不转动整体不转动，每个原子都在其平衡位置附近做简谐振动每个原子都在其平衡位置附近做简谐振动，其，其振振动频率和相位都相同动频率和相位都相同，即每个原子都在同一瞬间，即每个原子都在同一瞬间通过其平衡位置，而且同时达到其最大位移值。通过其平衡位置，而且同时达到其最大位移值。分子中任何一个复杂振动都可以看成这些简正振分子中任何一个复杂振动都可以看成这些简正振动的线性组合动的线性组合2.2.简正振动的基本形式简正振动的基本形式（1 1）伸缩振动：）伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，原子沿键轴方向伸缩，键长发生键长发生变化而键角变化而键角b b不变不变的振动，的振动，以以 表示表示 对同一基团对同一基团一般一般不对称伸缩振动的频率不对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动要稍高于对称伸缩振动（2 2）变形振动变形振动(弯曲振动或变角振动弯曲振动或变角振动):):基团键基团键角发生变化而键长不变的振动，以角发生变化而键长不变的振动，以 表示表示 由于由于变形振动的力常数比伸缩振动的小变形振动的力常数比伸缩振动的小，因，因此，同一基团的变形振动都在其伸缩振动的此，同一基团的变形振动都在其伸缩振动的低频低频端端出现出现面内变形振动面内变形振动又分为剪式（以又分为剪式（以 表示）和平面摇表示）和平面摇摆振动（以摆振动（以 表示）。表示）。面外变形振动面外变形振动又分为非平又分为非平面摇摆（以面摇摆（以 表示）和扭曲振动（以表示）和扭曲振动（以 表示）表示）3 3 基本振动的理论数（峰数）基本振动的理论数（峰数）（1）简正振动的数目称为振动自由度，指分子独立的振简正振动的数目称为振动自由度，指分子独立的振动数目或基本的振动数目，动数目或基本的振动数目，每个振动自由度理论上相当于每个振动自由度理论上相当于红外光谱图上一个基频吸收带红外光谱图上一个基频吸收带 （2 2）N N个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度 分子的振动自由度分子的振动自由度F F3N-3N-平动自由度转动自由度平动自由度转动自由度 非线性分子：非线性分子：F=3N-6(3F=3N-6(3个平动，个平动，3 3个转动）个转动）线性分子：线性分子：F=3N-5(3F=3N-5(3个平动，个平动，2 2个转动）个转动）振动自由度反映吸收峰数量振动自由度反映吸收峰数量 并非每个振动都产生基频峰并非每个振动都产生基频峰吸收峰数常少于振动自由度数吸收峰数常少于振动自由度数水分子水分子(H(H2 2O)O)非线性分子；非线性分子；F=33-6=3F=33-6=3365237561595COCO2 2分子分子线性分子线性分子;F=33-5=4;F=33-5=4 吸收峰数少于振动自由度的原因：吸收峰数少于振动自由度的原因：(1)(1)发生了简并发生了简并即振动频率相同的峰重叠即振动频率相同的峰重叠 (2)(2)红外非活性振动红外非活性振动2439667实际吸收峰数目小于理论振动数实际吸收峰数目小于理论振动数(1)(1)没有偶极矩变化没有偶极矩变化的振动的振动,不产生红外吸不产生红外吸收收(2)(2)相同频率相同频率的振动吸收的振动吸收重叠重叠,即简并即简并(3)(3)仪器不能区别那些频率十分接近的振仪器不能区别那些频率十分接近的振动或因吸收带很弱仪器检测不出动或因吸收带很弱仪器检测不出(4)(4)一些吸收带落在仪器检测范围之外一些吸收带落在仪器检测范围之外四四 吸收谱带的强度吸收谱带的强度 谱带谱带强度强度取决于取决于偶极矩变化偶极矩变化，振动时分子偶极振动时分子偶极矩变化越大，谱带强度也就越大。矩变化越大，谱带强度也就越大。分子振动时偶分子振动时偶极距的变化与分子结构的对称性有关：通常极距的变化与分子结构的对称性有关：通常极性极性强的基团强的基团（如（如C=OC=O）振动）振动,吸收强度较大吸收强度较大；分子分子对对称度高称度高（如（如C=CC=C）,振动振动偶极矩小偶极矩小,产生的谱带就产生的谱带就弱弱,甚至不出现甚至不出现 峰强度可用很强（峰强度可用很强（vsvs)、强（、强（s s）、中（）、中（m m）、）、弱（弱（w w）、很弱（）、很弱（vwvw）等来表示）等来表示 100 100 非常强峰（非常强峰（vsvs）20 20 100 100 强峰强峰（s s）10 10 20 20 中强峰（中强峰（m m）1 1 10 M 1735cm-1 1715cm-1 I 五元环五元环 六元环。随六元环。随环张力增加环张力增加，红外峰向，红外峰向高波数高波数移动移动 8 8 物质状态及制样方法物质状态及制样方法 通常，物质由通常，物质由固态向气态变化，其波数将增固态向气态变化，其波数将增加加；因为；因为分子在气态时，其相互作用力很弱，此分子在气态时，其相互作用力很弱，此时可以观察到伴随振动光谱的转动吸收的精细结时可以观察到伴随振动光谱的转动吸收的精细结构；但是液态和固态构；但是液态和固态分子间作用力较强分子间作用力较强，在有极，在有极性基团存在时，可能发生分子间的性基团存在时，可能发生分子间的缔合缔合或形成或形成氢氢键键，导致特征，导致特征吸收带频率、强度和形状有较大的吸收带频率、强度和形状有较大的改变改变，如丙酮在液态时，如丙酮在液态时，C=OC=O=1718cm=1718cm-1-1;气态时气态时 C=OC=O=1742cm=1742cm-1-1 9 9 溶剂效应溶剂效应:极性极性基团的伸缩振动频率通常随基团的伸缩振动频率通常随溶剂极性增加而降低溶剂极性增加而降低。如羧酸中的羰基。如羧酸中的羰基C=OC=O：气态时：气态时：C=OC=O=1780cm=1780cm-1-1 非极性溶剂：非极性溶剂：C=OC=O=1760cm=1760cm-1-1 乙醚溶剂：乙醚溶剂：C=OC=O=1735cm=1735cm-1-1 乙醇溶剂：乙醇溶剂：C=OC=O=1720cm=1720cm-1-1因此红外光谱通常需在因此红外光谱通常需在非极性溶剂非极性溶剂中测量中测量5.3 5.3 红外分光光度计红外分光光度计一一 仪器构造仪器构造二二 部件性能部件性能1 1光源光源 常用的光源是常用的光源是能斯特灯能斯特灯和和硅碳棒硅碳棒2.2.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的的材材料料制制成成窗窗片片，不不同同的的样样品品状状态态（固固、液液、气气态态）使使用用不不同同的的样样品品池池,固固态态样样品品可可与与晶晶体体混混合合压压片片制制成成。由由于于玻玻璃璃、石石英英等等对对红红外外光光均均有有吸吸收收,因因此此红红外外光光谱谱吸吸收收池池窗窗口口,一一般般用用一一些些盐盐类类的的单晶单晶制作制作3.3.单色器单色器 单色器由单色器由色散元件（棱镜和光栅）、准直镜色散元件（棱镜和光栅）、准直镜和和狭缝狭缝构成构成 色散元件常用复制的色散元件常用复制的闪耀光栅闪耀光栅。由于闪耀光栅。由于闪耀光栅存在次级光谱的干扰，因此，需要将存在次级光谱的干扰，因此，需要将光栅光栅和用和用来分离次级光谱的来分离次级光谱的滤光器滤光器或或前置棱镜前置棱镜结合起来结合起来使用使用 以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处：以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处：1 1）需采用狭缝）需采用狭缝,光能量光能量受到限制受到限制2 2）扫描速度慢）扫描速度慢,不适于不适于动态分析动态分析及和其它仪器及和其它仪器联用联用3 3）不适于）不适于过强或过弱过强或过弱的吸收信号的分析的吸收信号的分析4.4.检测器及记录仪检测器及记录仪红外光能量低红外光能量低,不足以引起光电子的发射不足以引起光电子的发射，不能，不能用光电管，因此常用用光电管，因此常用热电偶（最常用）热电偶（最常用）、测热辐、测热辐射计、热释电检测器和碲镉汞检测器等射计、热释电检测器和碲镉汞检测器等热电偶检测器工作原理：热电偶检测器工作原理：利用不同导体构成回路利用不同导体构成回路时的温差电现象，将温差转变为电位差，回路时的温差电现象，将温差转变为电位差，回路电电流的大小流的大小随照射的随照射的红外光的强弱红外光的强弱而变化而变化几种红外检测器几种红外检测器 FourierFourier变换红外光谱仪没有色散元件，主要由变换红外光谱仪没有色散元件，主要由光源（硅碳棒、高压汞灯）、光源（硅碳棒、高压汞灯）、MichelsonMichelson干涉仪干涉仪、检测器、计算机和记录仪组成检测器、计算机和记录仪组成光源发出的红外辐射，经干涉仪转变成干涉图，光源发出的红外辐射，经干涉仪转变成干涉图，通过试样后得到通过试样后得到含有试样信息的干涉图含有试样信息的干涉图，由电子，由电子计算机采集，经过快速计算机采集，经过快速傅立叶变换傅立叶变换，得到吸光度，得到吸光度或透光度随频率或波数变化的或透光度随频率或波数变化的红外谱图红外谱图 三三 傅立叶红外光谱仪傅立叶红外光谱仪 1 仪器构造仪器构造相干光相干光2 2 傅立叶红外光谱仪傅立叶红外光谱仪工作原理工作原理仪器中迈克耳逊干涉仪的作用是将光源发出的光仪器中迈克耳逊干涉仪的作用是将光源发出的光分为两束后分为两束后,再以再以不同的光程差不同的光程差重新组合重新组合,发生发生干干涉涉现象现象当两束光的光程差为当两束光的光程差为/2/2的偶数倍的偶数倍时时,则落在检测则落在检测器上的相干光相互叠加器上的相干光相互叠加,产生产生明线明线,其相干光强度其相干光强度有有极大值极大值；相反；相反,当两光束的光程差为当两光束的光程差为/2/2的奇数的奇数倍时倍时,则落在检测器上的相干光将互相抵消则落在检测器上的相干光将互相抵消,产生产生暗线暗线,相干光强度有相干光强度有极小值极小值。由于多色光的干涉。由于多色光的干涉图等于所有各单色光图等于所有各单色光干涉图的加合干涉图的加合,故得到的是故得到的是具有具有中心极大中心极大,并向并向两边迅速衰减两边迅速衰减的对称干涉图的对称干涉图单色光单色光单色光单色光二色光二色光多色光多色光多色干涉光经样品吸收后的干涉图多色干涉光经样品吸收后的干涉图(a)(a)FourierFourier变换后的红外光谱图变换后的红外光谱图(b)(b)3 3 傅立叶变换红外光谱仪的特点傅立叶变换红外光谱仪的特点（1 1）扫描速度极快（）扫描速度极快（1s)98%)(98%)，通常在分析，通常在分析前，样品需要纯化；对于前，样品需要纯化；对于GC-FTIRGC-FTIR则无此要求则无此要求2)2)试样试样不含有水不含有水(水可产生红外吸收且可侵蚀水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗盐窗)3)3)试样试样浓度或厚度浓度或厚度应适当，以使应适当，以使T T在合适范围在合适范围（二）制样方法（二）制样方法1 1 气态样品气态样品 气气态态样样品品一一般般灌灌入入气气体体槽槽内内进进行行测测定定。槽槽体体一一般般由由带带有有进进口口管管和和出出口口管管的的玻玻璃璃筒筒组组成成（图图6 61414）。它它的的两两端端粘粘有有透透红红外外光光的的窗窗片片,窗窗片片的的材材质质一一般般是是NaCINaCI或或KBrKBr。再再用用金金属属池池架架将将其其固固定定。气气槽槽的的厚厚度度常常为为100mm100mm。分分析析前前,先先抽抽真真空空,然然后后通通入入经经过过干干燥燥的的气气体样品体样品 图图4.26 4.26 红外气体槽红外气体槽2 2 液体样品液体样品1 1）液液体体吸吸收收池池法法：液液体体样样品品可可注注入入液液体体吸吸收收池池内内测测定定。吸吸收收池池的的两两侧侧是是用用NaCINaCI或或KBrKBr等等品品片片作作成成的的窗窗片片。常常用用的液体吸收池有两种：的液体吸收池有两种：固定式吸收池固定式吸收池和和可拆式吸收池可拆式吸收池2 2）液液膜膜法法：液液膜膜法法是是定定性性分分析析中中常常用用的的简简便便方方法法。尤尤其其对对沸沸点点较较高高,不不易易清清洗洗的的液液体体样样品品采采用用此此法法更更为为方方便便。在在可可拆拆池池两两窗窗之之间间,滴滴上上1 12 2滴滴液液体体样样品品,形形成成一一薄薄膜膜。液液膜膜厚厚度度可可借借助助于于池池架架上上的的固固紧紧螺螺丝丝作作微微小小调调节节。低低沸沸点易挥发的样品不宜采用此法点易挥发的样品不宜采用此法3 3 固体试样固体试样1)1)压片法：压片法：1-2mg1-2mg样品样品+200mg+200mg KBrKBr干燥处理干燥处理研细：研细：粒度小于粒度小于2m2m(散射小散射小)混合压成透明薄片混合压成透明薄片直接测直接测定定 2)2)石蜡糊法石蜡糊法：试样：试样磨细磨细与液体石蜡混合与液体石蜡混合夹于盐夹于盐片间片间(石蜡为高碳数饱和烷烃，因此该法不适于研究饱石蜡为高碳数饱和烷烃，因此该法不适于研究饱和烷烃和烷烃)3)3)薄膜法：薄膜法：高分子试样高分子试样加热熔融加热熔融涂制或压制成膜涂制或压制成膜 高分子试样高分子试样溶于低沸点溶剂溶于低沸点溶剂涂渍于盐片涂渍于盐片 挥发除溶剂挥发除溶剂 样品量少时，采用光束聚光器并配微量池样品量少时，采用光束聚光器并配微量池 五五 红外吸收光谱的应用红外吸收光谱的应用红外光谱法广泛用于有机化合物的红外光谱法广泛用于有机化合物的定性鉴定和结构分析定性鉴定和结构分析一、定性分析一、定性分析1.1.已知物的签定已知物的签定 将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱图对照将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱图对照2 2决择性鉴定决择性鉴定 被测物可能是某几个已知化合物被测物可能是某几个已知化合物,仅需用仅需用红外光谱法予以肯定。若无标准图谱红外光谱法予以肯定。若无标准图谱,必须先对红外谱必须先对红外谱图进行官能团定性分析图进行官能团定性分析根据分析结果根据分析结果,推断最可能的推断最可能的化合物化合物3.3.未知物结构分析未知物结构分析如果化合物不是新物质如果化合物不是新物质,可将其红外谱图与标准可将其红外谱图与标准谱图对照（查对）；如果化合物为新物质谱图对照（查对）；如果化合物为新物质,则须则须进行光谱解析。其步骤为：进行光谱解析。其步骤为：1 1）该化合物的信息收集：试样来源、熔点、沸）该化合物的信息收集：试样来源、熔点、沸点、折光率、旋光率等；点、折光率、旋光率等；2 2）不饱和度的计算：通过元素分析得到该化合）不饱和度的计算：通过元素分析得到该化合物的分子式物的分子式,并求出其不饱和度并求出其不饱和度。=0=0时时,分子是饱和的分子是饱和的,分子为分子为链状烷烃链状烷烃或其或其不含双键不含双键的衍生物的衍生物；=1=1时时,分子可能有分子可能有一个双键或脂环一个双键或脂环；=2=2时时,分子可能有分子可能有三键三键；=3=3时时,分子可能有分子可能有两个双键或脂环两个双键或脂环；=4=4时时,分子可能有分子可能有一个苯环一个苯环。一些杂原子如一些杂原子如S S、O O不参加计算不参加计算。3 3）查找基团频率）查找基团频率,推测分子可能的基团；推测分子可能的基团；4 4）查找红外指纹区）查找红外指纹区,进一步验证基团的相关峰；进一步验证基团的相关峰；5 5）能过其它定性方法进一步确证：）能过其它定性方法进一步确证：UV-V isUV-V is、MSMS、NMRNMR、RamanRaman等等二、定量分析二、定量分析 红外光谱定量分析是通过对红外光谱定量分析是通过对特征吸收谱带特征吸收谱带强度强度的测量来求出组份含量。其理论依据是的测量来求出组份含量。其理论依据是朗朗伯伯-比耳定律比耳定律 由于红外光谱的谱带较多，选择的余地大，由于红外光谱的谱带较多，选择的余地大，所以能方便地对单一组份和多组份进行定量分所以能方便地对单一组份和多组份进行定量分析。此外，该法不受样品状态的限制，能定量析。此外，该法不受样品状态的限制，能定量测定气体、液体和固体样品。因此，红外光谱测定气体、液体和固体样品。因此，红外光谱定量分析应用广泛。但定量分析应用广泛。但红外定量灵敏度较低，红外定量灵敏度较低，尚不适用于微量组份尚不适用于微量组份的测定的测定1 C1 C1212H H2424解（解（1 1）计算不饱和度）计算不饱和度:=1+12+=1+12+（0-240-24）/2=1/2=1说明该化合物分子具有一个双键或一个环说明该化合物分子具有一个双键或一个环 （2 2）图谱解析）图谱解析 3075cm3075cm-1-1处有吸收峰处有吸收峰,说明存在与不饱和碳相连的氢说明存在与不饱和碳相连的氢,因此因此,该化合物肯定为烯。在该化合物肯定为烯。在1640cm1640cm-1-1还有还有C=CC=C伸缩振伸缩振动吸收动吸收,更进一步证实了烯基的存在更进一步证实了烯基的存在 300030002800cm2800cm-1-1的吸收峰组说明有大量饱和碳的吸收峰组说明有大量饱和碳的存在。在的存在。在29202920、2850cm2850cm-1-1的强吸收说明的强吸收说明CHCH2 2的的数目远大于数目远大于CHCH3 3的数目的数目,由此可推测该化合物为由此可推测该化合物为一长链烃。一长链烃。715cm715cm-1-1处处CHCH变形振动吸收也进一变形振动吸收也进一步说明长碳链的存在步说明长碳链的存在,980,980、915cm915cm-1-1的的CHCH变形变形振动吸收振动吸收,说明该化合物有端乙烯基。综上所述说明该化合物有端乙烯基。综上所述,该未知物结构可能为该未知物结构可能为 CHCH2 2=CH-=CH-（CHCH2 2）9 9-CH-CH3 3其余的峰可指认为：其余的峰可指认为：1460cm1460cm-1-1处的吸收峰归属于处的吸收峰归属于 CHCH2 2（其中也有（其中也有CHCH3 3的贡献），的贡献），29602960、28702870、13751375等属于等属于CHCH3 32 C2 C8 8H H8 8O O1 1）计算不饱和度）计算不饱和度:=1+8+(0-8)/2=5=1+8+(0-8)/2=5在红外图谱上在红外图谱上,3000cm,3000cm-1-1左右有吸收左右有吸收,说明有说明有 一一CHCH和和=CH=CH基团存在。靠近基团存在。靠近1700cm1700cm-1-1的强吸收的强吸收,表明有表明有C CO O基团。基团。1600cm1600cm-1-1左右的两个峰以及左右的两个峰以及15201520和和1430cm1430cm-1-1的吸的吸收峰收峰,说明有苯环存在说明有苯环存在根据根据820cm820cm-1-1吸收带的出现吸收带的出现,指出苯上为对位指出苯上为对位取代。取代。14301430和和1363cm1363cm-1-1的两个峰是的两个峰是CHCH3 3基基的特征吸收。根据以上的解析及化合物的的特征吸收。根据以上的解析及化合物的分子式分子式,可确定该化合物为可确定该化合物为苯乙酮苯乙酮3 C3 C3 3H H6 6O O2 21 1）不：）不：1 12 2）30003000，O-HO-H；酸酸 930930，O-H,O-H,3)1700,C=O 3)1700,C=O 4)12304)1230，C-OC-OCH3CH2COOH4 C4 C3 3H H3 3N N1)1)不：不：3 32)22402)2240，3300(3300(),CN),CN3)3100,1620,C=C3)3100,1620,C=C4)975,870 4)975,870 单取代烯单取代烯 5 C8H10O 1 1）不：）不：4 4 2 2）30003000，16001600，1500 1500 苯苯 3 3）33003300（），），12501250，10501050 芳香脂肪醚芳香脂肪醚 4 4）750750，邻位取代，邻位取代