第六章-2-红外光谱ppt课件

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1、6.3红外光谱分析法红外光谱分析法（Infrared Analysis,IR）6.3.1概述概述6.3.2基本原理基本原理1.产生红外吸收的条件产生红外吸收的条件2.分子振动分子振动3.谱带强度谱带强度4.振动频率振动频率5.影响基团频率的因素影响基团频率的因素6.3.3红外光谱仪器红外光谱仪器6.3.4试样制备试样制备6.3.5应用简介应用简介16.3 红外光谱分析法6.3.1 概述16.3.1概述概述1.定义定义红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光

2、谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一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，些频率的辐射，些频率的辐射，些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩（分子振动或转动引起偶极矩（分子振动或转动引起偶极矩（分子振动或转动引起偶极矩（）的净变）的净变）的净变）的净变化化化化，使振，使振，使振，使振-转能级从基态（转能级从基态（转能级从基态（转能级从基态（M M M M）跃迁到激发态（）跃迁到激发态（）跃迁到激发态（）跃迁到激发态（M M M M*），相应），相应），

3、相应），相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率（于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率（于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率（于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率（T%T%T%T%）对波）对波）对波）对波数或波长的曲线，即为红外光谱。数或波长的曲线，即为红外光谱。数或波长的曲线，即为红外光谱。数或波长的曲线，即为红外光谱。主主主主要要要要用用用用于于于于化化化化合合合合物物物物鉴鉴鉴鉴定定定定及及及及分分分分子子子子结结结结构构构构表表表表征征征征，亦亦亦亦可可可可用于用于用于用于定量分析定量分析定量分析定量分析。26.3.1 概述2分子中电子能级、振动能级和转动能级示意图分子

4、中电子能级、振动能级和转动能级示意图分子中电子能级、振动能级和转动能级示意图分子中电子能级、振动能级和转动能级示意图E E分子分子E E电子电子E E振动振动E E转动转动 EE电子电子1-20 eV1-20 eV，吸收光的波长约为吸收光的波长约为12.5-0.06m12.5-0.06m，紫，紫外外-可见光区。可见光区。E E转动转动0.0050.05eV0.0050.05eV；EE振动振动0.051eV0.051eV，在分，在分，在分，在分子振动时，同时有分子的转子振动时，同时有分子的转子振动时，同时有分子的转子振动时，同时有分子的转动运动，称为振动运动，称为振动运动，称为振动运动，称为振-

5、转光谱，即转光谱，即转光谱，即转光谱，即红外光谱。红外光谱。红外光谱。红外光谱。3分子中电子能级、振动能级和转动能级示意图E电子1-20 红外光谱的表示方法：红外光谱的表示方法：红外光谱以红外光谱以T 或或T来表示，下图为正己烷的红外光谱。来表示，下图为正己烷的红外光谱。注意换算公式：注意换算公式：4红外光谱的表示方法：注意换算公式：42.红外光区划分红外光区划分常用区常用区52.红外光区划分常用区53.红外光谱特点红外光谱特点1）红外吸收只有振动）红外吸收只有振动-转动跃迁，能量低；转动跃迁，能量低；2）应应用用范范围围广广：除除单单原原子子分分子子及及单单核核分分子子外外，几几乎乎所所有有

6、有有机机物均有红外吸收；物均有红外吸收；3）分分子子结结构构更更为为精精细细的的表表征征：通通过过IR谱谱的的波波数数位位置置、波波峰峰数数目及强度确定分子基团、分子结构；目及强度确定分子基团、分子结构；4）定量分析；）定量分析；5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；6）分析速度快；）分析速度快；7）与色谱等联用具有强大的定性功能。）与色谱等联用具有强大的定性功能。63.红外光谱特点66.3.2基本原理基本原理1.产生红外吸收的条件产生红外吸收的条件分子吸收辐射产生振分子吸收辐射产生振-转跃迁必须满足两个条件：转跃迁必须满足两个条件：条件

7、一：条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。根据量子力学原理，分子振动能量根据量子力学原理，分子振动能量Ev 是量子化的，即是量子化的，即EV=（V+1/2）h 为分子振动频率，为分子振动频率，V为振动量子数，其值取为振动量子数，其值取0，1，2，这样，分子中不同振动能级差为这样，分子中不同振动能级差为 EV=Vh 也也就就是是说说，只只有有当当 EV=Ea（跃跃迁迁所所需需能能量量）或或者者 a=V 时时，才才可可能能发发生生振振转转跃跃迁迁。例例如如当当分分子子从从基基态态（V=0）跃跃迁迁到到第第一一激激发态（发态（V=1），此时），此时

8、V=1，即，即 a=。76.3.2 基本原理7条件二：条件二：辐射与物质之间有相互作用（耦合作用）辐射与物质之间有相互作用（耦合作用）0 红外活性振动，如：O=C=O =0 红外非活性振动，如：O=C=O8条件二：辐射与物质之间有相互作用（耦合作用）0 对称分子：对称分子：对称分子：对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：性。如：性。如：性。如：N N N N2 2 2 2、O O O O2 2 2 2、ClClClCl2 2 2 2 等。等。等。等。非对称分子：非

9、对称分子：非对称分子：非对称分子：有偶极矩，红外活性。有偶极矩，红外活性。有偶极矩，红外活性。有偶极矩，红外活性。偶极子在交变电场中的作用示意图偶极子在交变电场中的作用示意图9 对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。2.分子振动分子振动1）双原子分子振动 分分分分子子子子的的的的两两两两个个个个原原原原子子子子以以以以其其其其平平平平衡衡衡衡点点点点为为为为中中中中心心心心，以以以以很很很很小小小小的的的的振振振振幅幅幅幅（与与与与核核核核间间间间距距距距相相相相比比比比）作作作作周周周周期期期期性性性性“简简简简谐谐谐谐”振振振振动动动动，其其其其振振振振动动动动可可可可用用用

10、用经经经经典典典典刚刚刚刚性性性性振动描述：振动描述：振动描述：振动描述：k为化学键的力常数（dyn/cm);c为光速;为双原子折合质量如折合质量如折合质量如折合质量如折合质量 以原子质量为单位；以原子质量为单位；以原子质量为单位；以原子质量为单位；k k k k以以以以mdyn/mdyn/mdyn/mdyn/为单位。则有：为单位。则有：为单位。则有：为单位。则有：102.分子振动10影影响响基基本本振振动动跃跃迁迁的的波波数数或或频频率率的的直直接接因因素素为为化化学学键键力力常常数数k k 和和原子质量原子质量原子质量原子质量。k与键能和键长有关，键能越大，键长越短，与键能和键长有关，键能

11、越大，键长越短，k。k 大，化学键的振动波数高，如大，化学键的振动波数高，如:kC C(2222cm-1)kC=C(1667cm-1)kC-C(1429cm-1)（质量相近）质量相近）质量质量m大，化学键的振动波数低，如大，化学键的振动波数低，如:mC-C(1430cm-1)mC-N(1330cm-1)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 98%），通通常常在在分分析析前前，样样品品需需要纯化；要纯化；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盐窗）；（水可产生红

12、外吸收且可侵蚀盐窗）；3）试样）试样浓度或厚度应适当浓度或厚度应适当，以使，以使T在合适范围。在合适范围。二、制样方法二、制样方法【气态试样】【气态试样】556.3.4 试样制备55【液体或溶液试样】【液体或溶液试样】1）沸点低易挥发的样品：液体池法。）沸点低易挥发的样品：液体池法。2）高沸点的样品：液膜法（夹于两盐片之间）。）高沸点的样品：液膜法（夹于两盐片之间）。3）固体样品可溶于）固体样品可溶于CS2或或CCl4等无强吸收的溶液中。等无强吸收的溶液中。56【液体或溶液试样】56【固体试样】【固体试样】1）压压片片法法：12mg样样+200mg KBr干干燥燥处处理理研研细细：粒粒度度小于

13、小于2 m（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定；直接测定；2）石石蜡蜡糊糊法法：试试样样磨磨细细与与液液体体石石蜡蜡混混合合夹夹于于盐盐片片间；（石蜡为高碳数饱和烷烃，该法不适于研究饱和烷烃间；（石蜡为高碳数饱和烷烃，该法不适于研究饱和烷烃)。3）薄膜法薄膜法：高分子试样高分子试样:(1)加热熔融加热熔融涂制或压制成膜；涂制或压制成膜；(2)溶溶于于低低沸沸点点溶溶剂剂涂涂渍渍于于盐盐片片挥挥发发除除溶剂溶剂(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)。57 【固体试样】57KBr压片的制备压片的制备KBr压片模具压片模具底座底座样品底座

14、样品底座(硅碳钢圆柱硅碳钢圆柱)压片压片框架框架保护外套保护外套玛瑙研钵玛瑙研钵弹簧弹簧模压杆模压杆模压冲杆模压冲杆模压底座模压底座58KBr压片的制备KBr压片模具底座样品底座(硅碳钢圆柱)压片59596.3.5应用简介应用简介一、定性分析一、定性分析1.已知物的鉴定已知物的鉴定将将试试样样谱谱图图与与标标准准谱谱图图对对照照或或与与相相关关文文献献上上的的谱谱图图对照。对照。2.未知物结构分析未知物结构分析如果化合物不是新物质，可将其红外谱图与标准谱如果化合物不是新物质，可将其红外谱图与标准谱图对照图对照;如果化合物为新物质，则须进行光谱解析如果化合物为新物质，则须进行光谱解析，其步骤为：

15、其步骤为：1）收收集集该该化化合合物物的的信信息息：试试样样来来源源、熔熔点点、沸沸点点、折光率、旋光率等；折光率、旋光率等；606.3.5 应用简介602）计算不饱和度：）计算不饱和度：通通过过元元素素分分析析得得到到该该化化合合物物的的分分子子式式，并并求求出出其其不饱和度不饱和度过过.3）查找基团频率，推测分子可能的基团；）查找基团频率，推测分子可能的基团；4）查找红外指纹区，进一步验证基团的相关峰；）查找红外指纹区，进一步验证基团的相关峰；5）能能过过其其它它定定性性方方法法进进一一步步确确证证：UV-V is、MS、NMR、Raman等。等。612）计算不饱和度：61所谓所谓不饱和度

16、不饱和度，指有机分子中碳原子的饱和程度。，指有机分子中碳原子的饱和程度。当一个化合物衍变为相应的烃后，与其同碳的饱和开当一个化合物衍变为相应的烃后，与其同碳的饱和开链烃比较每缺少两个氢则为一个不饱和度。链烃比较每缺少两个氢则为一个不饱和度。一般的经验计算公式如下：一般的经验计算公式如下：对分子式为对分子式为CmHnOqNrXs 的化合物，其不饱和度的化合物，其不饱和度 的计的计算公式可写为：算公式可写为：或或 =（2+2n4+n3n1）/2n4，n3，n1分别为分子中四价，三价，一价元素数目。分别为分子中四价，三价，一价元素数目。例：例：C9H8O262所谓不饱和度，指有机分子中碳原子的饱和程

17、度。62通常认为：通常认为：双键双键(C=C、C=O)及饱和环状结构的及饱和环状结构的=1；三键三键(CC、CN)的的=2；苯环的苯环的=4(可理解为可理解为1个环个环+3个双键个双键)=0 时，分子是饱和的，分子为链状烷烃或其不含双键时，分子是饱和的，分子为链状烷烃或其不含双键的衍生物；的衍生物；=1 时，分子可能有一个双键或脂环；时，分子可能有一个双键或脂环；=3 时，分子可能有两个双键或脂环；时，分子可能有两个双键或脂环；=4 时，分子可能有一个苯环。时，分子可能有一个苯环。一些杂原子如一些杂原子如S、O不参加计算不参加计算。63通常认为：63例例1 1 某化合物分子式为某化合物分子式为

18、C C4 4H H8 8O O2 2谱图如下谱图如下求结构求结构C=OCH2，CH3CH2CH3C-O-C64例1 某化合物分子式为C4H8O2谱图如下求结构C=OCH2例例2已知该化合物的元素组成为已知该化合物的元素组成为C7H8O。65例2 已知该化合物的元素组成为C7H8O。65例例例例33已知化合物的元素已知化合物的元素已知化合物的元素已知化合物的元素组组成成成成为为C C8 8HH7 7N N=C-HC-HCN芳环芳环CH3苯环间苯环间二取代二取代66例3 已知化合物的元素组成为C8H7N=C-HC-HCN课后题：课后题：课后题：课后题：9 9、=3030，2920，2217，160

19、7,1508,1450,1177,817cm-167课后题：9、=3030，2920，2217，1607,168681010、试推断化合物、试推断化合物C C7 7H H5 5NONO的结构。的结构。苯环苯环苯环单取代苯环单取代异氰酸酯异氰酸酯 累积双键累积双键6910、试推断化合物C7H5NO的结构。苯环苯环单取代异氰酸酯11111111、分子式分子式分子式分子式C C C C6 6 6 6H H H H14141414，红外光谱如下，推导其结构。，红外光谱如下，推导其结构。，红外光谱如下，推导其结构。，红外光谱如下，推导其结构。CH3 CH-(CH2CH3)2。7011、分子式C6H14，

20、红外光谱如下，推导其结构。CH312.12.分子式分子式C C4 4H H6 6O O2 2，红外光谱如下，推导其结构。，红外光谱如下，推导其结构。CH3COOCH=CH27112.分子式C4H6O2，红外光谱如下，推导其结构。CH313.13.13.13.化合物分子式化合物分子式化合物分子式化合物分子式C C C C10101010H H H H14141414S S S S，红外光谱如下，推导其结构，红外光谱如下，推导其结构，红外光谱如下，推导其结构，红外光谱如下，推导其结构。7213.化合物分子式C10H14S，红外光谱如下，推导其结构思考题：思考题：1.产生红外吸收的条件是什么？产生红外吸收的条件是什么？2.分子振动的形式有哪些？红外光谱的波分子振动的形式有哪些？红外光谱的波数范围是如何划分的？数范围是如何划分的？3.简述影响基团频率位移的因素？简述影响基团频率位移的因素？4.简述对未知结构物质进行定性分析的基简述对未知结构物质进行定性分析的基本过程？本过程？73思考题：73