高二化学红外光谱法.ppt

点击按钮进行选择,进入红外吸收光谱法之前，先了解一下“光学分析”的概念吧。若已经去过，请直接进入分析方法。,红外光谱法,光学分析法OpticalAnalysis,光学分析法是根据物质发射、吸收电磁辐射或电磁辐射与物质间相互作用而建立起来的一类分析方法。电磁辐射与物质相互作用的方式有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射、偏振等。电磁辐射（电磁波）按其波长可分为不同的区域，包括从射线到无线电波的所有电磁波谱范围。所有这些波长区域，在光学分析中都涉及，因而光学分析的方法是很多的。,光学分析法分为光谱法和非光谱法两类。光谱法是电磁波与物质作时，引起分子或原子内部量子化能级跃迁而产生发射、吸收、散射或荧光，通过检测这些光谱的特征波长和强度来进行定性定量分析。这类方法包括：原子吸收、原子发射、原子荧光、紫外可见、红外光谱、分子荧光、分子磷光、核磁共振等等。非光谱法则是通过测量电磁波与物质作用时，电磁波的某些其他性质，如反射、折射、散射、干涉、衍射和偏振等变化而建立。这类方法有折射法、干涉法、散射浊度法、旋光法、圆二向色性法、X射线衍射法和电子衍射法等。,光学分析方法分类,光谱分析法,按照电磁辐射与物质相互作用形式的不同，可分为发射、吸收和荧光及拉曼光谱。,EmissionSpectroscopy,AbsorptionSpectroscopy,RamanSpectroscopy,FluorescenceSpectroscopy,吸收光谱法,当辐射光通过固体、液体或气体样品中的一个透明层时，样品的粒子(分子、原于或离子)会选择性地吸收某种频率的辐射能，从低能态M(基态)跃迁至高能态M*(激发态)，这种现象称为辐射的吸收。通常表示为：M十hvM*为了使吸收现象发生，电磁辐射的能量必须与吸收粒子的基态与激发态的能级差相当。由于各种粒子的结构不同，造成能级差不尽相同，根据普朗克关系式：E=hc/所以各种粒子吸收线的波长或频率不同。因此对吸收线波长及强度的研究，可以提供样品的性质，结构及含量的信息。根据吸收光谱所在的光谱区域及吸收粒子的差别，主要可分为：紫外可见吸收光谱法、原子吸收光谱法及红外光谱法，此外还有核磁共振波谱法及X射线吸收光谱法。,各类吸收光谱法的主要特点,当粒子(分子、原子或离子)吸收能量后，从低能态跃迁至高能态，处于高能态的粒子是不稳定的，在短暂的时间内(约10-8s)，又从高能态返回低能态或基态，在此过程中，将吸收的能量释放出来，若以光的形式释放能量，则得到发射光谱。通常表示为：M*M十hv由于各种元素的原子结构或化合物的分子结构不同，造成能级差不同发射光谱的特征波长也各不相同。根据发射光谱所在的光谱区和激发方法的不同以及待测物质粒子的差别主要可分为：原子发射光谱法、原子荧光光谱法及分子荧光光谱法，此外还有X射线荧光分析法、磷光光谱法及化学发光分析法等。,发射光谱法,各类发射光谱法的主要特点,荧光光谱法,当一种吸收物质吸收电磁辐射后跃迁到高能态，它的寿命约为10-1010-9秒，在一般情况下，受光激发的粒子与系统中的其它粒子有一系列碰撞并将激发能转化为热，此为无辐射跃迁。某些情况下，被电磁辐射激发到高激发态的粒子很快通过碰撞失去振动能到达第一电子激发态的最低振动能级，然后发射电磁辐射回到基态。通过光激发物质再发光的现象为荧光。由此方式得到的光谱为荧光光谱。荧光是一种光致发光现象。,拉曼散射光谱法,当用单色光照射到透明样品时，大部分光按照原来方向透射，而一小部分光则按照不同的角度散射开来，这种现象称为光的散射。如果由于辐射与待测物质分子相互作用时发生能量交换、引起分子振动能级的变化并有辐射能量的增加或减小，因而产生与入射光波长不同的散射光，这种散射称为拉曼散射。根据拉曼散射光谱而建立起来的分析方法称为拉曼光谱法。,光谱法的仪器,尽管各种光谱法所依据的原理不同但它们均包含3个主要过程：光源提供能量；能量与待测物质发生相互作用；检测相互作用时产生的信号。因此，各类光谱法所用仪器的基本部件大致相同，但部件的结构、布局及光路稍有不同。三种光谱仪结构示意如图，由5部分组成（1）光源（2）单色器（3）样品池（4）检测器（5）信号显示和记录系统。,a发射光谱仪b吸收光谱仪c荧光和散射光谱仪,红外吸收光谱分析InfraredAbsorptionSpectroscopy,IR,红外吸收光谱的产生,红外光谱是由于分子振动转动能级跃迁（同时伴有转动能级跃迁）而产生的。物质吸收辐射应满足两个条件：辐射具有刚好跃迁所需能量；辐射与物质间有偶合作用。当一定频率的红外光照射分子时，若分子中某个基团振动频率和它一致，二者产生共振，此时光的能量通过分子偶极矩变化传递给分子，该基团就吸收这一频率的红外光，产生跃迁。用连续改变频率的红外光照射某样品，用仪器记录吸收情况，就得到该试样的红外吸收光谱图。复杂分子中存在许多原子基团，各基团（化学键）在分子被激发后，都会产生特征振动。近红外区：O-H,N-H,C-H键的倍频吸收。中红外：分子中基团振动、分子转动。远红外：分子转动，晶格振动。,定性分析,红外光谱对有机化合物的定性分析具有鲜明的特征性。因为每一化合物都具有特异的红外吸收光谱，其谱带数目、位置、形状和强度均随化合物及聚集态不同而不同，因此根据其光谱，可确定该化合物或官能团是否存在。红外光谱的定性分析可分为官能团定性和结构分析两方面。官能团定性：根据光谱的特征基团频率来检定物质含有哪些基团，以确定化合物类别。结构分析：需要由化合物的红外光谱并结合其它资料（如相对分子质量、物理常数、紫外光谱、核磁共振波谱、质谱等）来推断具有的化学结构。,定量分析,和其它吸收光谱分析（紫外、可见吸光光度法）一样，红外光谱定量分析时根据物质组分的吸收峰强度来进行的。它的依据是朗伯比尔定律（lambert-BeersLaw）。各种气体、液体和固态物质，均可用红外光谱法进行定量分析。,红外光谱仪,目前有光栅色散型红外光谱仪和傅立叶变换红外光谱仪两种.光栅色散型红外光谱仪：与紫外可见分光光度计类似，也是由光源、单色器、吸收池、检测器和记录系统等部分组成。但红外光与紫外可见的工作波段范围不同，因此，光源、透光材料及检测器等有很大差异。傅立叶变换红外光谱仪：20世纪70年代出现的新一代红外光谱测量技术及仪器。没有色散元件，主要由光源、迈克尔逊干涉仪、探测器和计算机等组成。特点是：分辨率高、波数精度高、扫速快、光谱范围宽、灵敏度高等，将取代色散型红外光谱仪。,色散型红外光谱仪工作原理图,从光源发出的红外辐射，分成二束，一束进试样池，一束进参比池，先经斩光器周期地切割进入单色器,即试样光束和参比光束交替进入单色器的色散光栅，若某波数的单色光不被试样吸收，二束光的强度相等，检测器不产生信号；若有吸收，在检测器上产生一定频率的信号。经放大器放大，进入带动记录笔和光楔的机械装置。光楔的作用是进行补偿，即减弱参比光强，使与试样光强相等，致二束光重新处于平衡。试样对各不同波数红外辐射吸收有多有少，则光楔相应按比例移动补偿。因而光楔改变相当于试样的透射比，以纵坐标被记录在纸上，单色光的波