红外光的基本性质ppt课件

1、红外光谱吸收法红外光谱吸收法 1 1、红外光的波长：、红外光的波长：0.75-1000mm0.75-1000mm，通常分为为三个区：，通常分为为三个区：近红外光区近红外光区0.75 2.5m 0.75 2.5m ）；）；中红外光区中红外光区2.5 25m 2.5 25m ）；）；远红外光区远红外光区25 1000m 25 1000m ）。）。一、红外光的基本性质一、红外光的基本性质 波长与波数之间的关系为： 波数/ cm-1 =104 /（ / m ）二二. .红外光谱的产生红外光谱的产生红外光谱是由于分子振动而产生的。红外光谱是由于分子振动而产生的。（1 1分子振动方程式分子振动方程式K K

2、化学键的力常数，与键能和键长有关，化学键的力常数，与键能和键长有关， 为双原子的折合质量为双原子的折合质量 =m1m2/ =m1m2/（m1+m2m1+m2）发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。子的结构特征。 kkc1307211（2简正振动简正振动：是指这样一种振动状态，分子中所有原子都简正振动：是指这样一种振动状态，分子中所有原子都在其平衡位置附近作简谐振动，其振动频率和位相都相在其平衡位置附近作简谐振动，其振动频率和位相都相同，只是振幅可能不同，即每个

3、原子都在同一瞬间通过同，只是振幅可能不同，即每个原子都在同一瞬间通过其平衡位置，且同时到达其最大位移值。其平衡位置，且同时到达其最大位移值。基频：每一个简正振动都有一定的频率，称为基频。基频：每一个简正振动都有一定的频率，称为基频。其中任何一个复杂振动都可以看成是不同频率的简正振其中任何一个复杂振动都可以看成是不同频率的简正振动的叠加。动的叠加。（3分子的振动形式伸缩振动：变形振动：（4 4红外光谱产生条件：红外光谱产生条件： 必要条件：红外辐射应具有恰好能满足能级跃必要条件：红外辐射应具有恰好能满足能级跃迁所需的能量，即物质的分子中某个基团的振迁所需的能量，即物质的分子中某个基团的振动频率应

4、正好待于该红外光的频率。动频率应正好待于该红外光的频率。 充分条件：物质分子在振动过程中应偶极矩的充分条件：物质分子在振动过程中应偶极矩的变化。变化。 留意：对称分子没有偶极矩，辐射不能引起共留意：对称分子没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。振，无红外活性。（1基频峰：分子吸收一定频率的红外光，若振动能级由基态(n=0)跃迁到第一振动激发态(n=1)时，所产生的吸收峰称为基频峰。基频峰是最强峰。（2泛频峰：分子吸收一定频率的红外光，若振动能级由基态(n=0)跃迁到第二 (n=2)，第三(n=3)，第n振动激发态时，所产生的吸收峰称为倍频峰。其它合频峰、差频峰 等弱峰。（3特征峰：官能团所

5、具有的特定吸收峰，能够用于鉴定官能团的存在。二、红外吸收光谱的几个概念 特征谱带特征谱带 区：波数区：波数4000-1330 cm-1处，处，主要分子基团官能团特征峰出现的主要分子基团官能团特征峰出现的地带，也称为基团频率区。地带，也称为基团频率区。 指纹区：波数为指纹区：波数为1333-667 cm-1处，出现处，出现的谱带特别密集，能反映分子结构的细的谱带特别密集，能反映分子结构的细微变化。每种化合在该区的谱带位置、微变化。每种化合在该区的谱带位置、强度及形状都不一样，形同人的指纹，强度及形状都不一样，形同人的指纹，故称为指纹区。故称为指纹区。三、红外吸收光谱的分区（14000 2500

6、cm-1 X-H伸缩振动区，X可以是O、H、C或S等原子。O-H基的伸缩振动出现在3650 3200 cm-1 范围内，它可以作为判断有无醇类、酚类和有机酸类的重要依据。胺和酰胺的N-H伸缩振动也出现在35003100 cm-1 。C-H的伸缩振动可分为饱和和不饱和的两种： 饱和的C-H伸缩振动出现在3000 cm-1以下，约3000 2800 cm-1 ；不饱和的C-H伸缩振动出现在3000 cm-1以上。苯环的C-H键伸缩振动出现在3030 cm-1附近，它的特征是强度比饱和的C-H浆稍弱，但谱带比较尖锐。不饱和的双键=C-H的吸收出现在30103040 cm-1范围内，末端= CH2的吸

7、收出现在3085 cm-1附近。叁键CH上的C-H伸缩振动出现在更高的区域3300 cm-1 ）附近。基团频率区可分为三个区域：R-CCH的伸缩振动出现在21002140 cm-1附近， R-C C-R出现在21902260 cm-1附近。-C N基的 伸缩振动在非共轭的情况下出现在22402260 cm-1附近。当与不饱和键或芳香核共轭时，该峰位移到22202230 cm-1附近。若分子中含有C、H、N原子， -C N基吸收比较强而尖锐。若分子中含有O原子，且O原子离-C N基越近， -C N基的吸收越弱，甚至观察不到。（225001900 为叁键和累积双键区 C=O伸缩振动出现在19001

8、650 cm-1 。 C=C伸缩振动。烯烃 的C=C伸缩振动出现在16801620 cm-1 ，一般很弱。单核芳烃的C=C伸缩振动出现在1600 cm-1和1500 cm-1附近，有两个峰，这是芳环的骨架结构，用于确认有无芳核的存在。 苯的衍生物的泛频谱带，出现在20001650 cm-1范围。（319001200 cm-1为双键伸缩振动区为双键伸缩振动区（1） 18001300）900 cm-1区域是区域是C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、 P-O、Si-O等单键的伸缩振动和等单键的伸缩振动和C=S、S=O、P=O等双键的伸缩振动吸收。等双键的伸缩振动吸收。 其中其中 1375 cm-

9、1的谱带为甲基的的谱带为甲基的 C-H对称弯曲振动，对称弯曲振动，对识别甲基十分有用，对识别甲基十分有用，C-O的伸缩振动在的伸缩振动在13001000 cm-1 ，是该区域最强的峰，也较易识别。，是该区域最强的峰，也较易识别。（2900650 cm-1区域的某些吸收峰可用来确认化合物区域的某些吸收峰可用来确认化合物的顺反构型。的顺反构型。 对于对于RCH=CH2结构，在结构，在990 cm-1和和910 cm-1出现两出现两个强峰；为个强峰；为RC=CRH结构是，其顺、反构型分别在结构是，其顺、反构型分别在690 cm-1和和970 cm-1出现吸收峰，可以共同配合确定出现吸收峰，可以共同配

10、合确定苯环的取代类型。苯环的取代类型。指纹区可分为两个区指纹区可分为两个区 外部效应：试样状态，测定条件的不同外部效应：试样状态，测定条件的不同及溶剂的极性的影响等外部因素都会引及溶剂的极性的影响等外部因素都会引起基团频率的位移。起基团频率的位移。 内部效应见后）内部效应见后）影响基团位移的因素1、电效应：包括诱导效应、共轭效应和中介效应，它们都是由于化学键的电子分布不均匀引起的。（1诱导效应：由于取代基具有不同的电负性，通过静电诱导作用，引起分子中电子分布的变化。从而改变了键力常数，使基团的特征频率发生了位移。一般来说，随着取代基团数目的增加或取代基电负性的增大，诱导效应增大，从而导致基围拢

11、振动频率向高频移动。（2中介效应：当含有孤对电子的原子O、S、N等与具有多重键的原子相连时，也可起类似的共轭作用，称为中介效应。（3偶极场效应：在分子内的空间里，相互靠近的官能团之间，才能产生偶极场效应。内部效应2、氢键：氢键的形成使电子云密度平均化，从而、氢键：氢键的形成使电子云密度平均化，从而使伸缩振动频率降低。使伸缩振动频率降低。3、振动偶合：适当结合的两个振动基团，若原来、振动偶合：适当结合的两个振动基团，若原来的振动频率很近，它们可能会产生相互作用而使的振动频率很近，它们可能会产生相互作用而使谱峰裂分为两个，一个高于正常频率，一个低于谱峰裂分为两个，一个高于正常频率，一个低于正常频率

12、，这种相互作用，称为振动的偶合。正常频率，这种相互作用，称为振动的偶合。4、费米共振：指当一振动的倍频与另一振动的基、费米共振：指当一振动的倍频与另一振动的基频接近时，由于发生相互作用而产生很强的吸收频接近时，由于发生相互作用而产生很强的吸收峰或发生裂分的现象。峰或发生裂分的现象。（1瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大极性越大），吸收峰越强；（2由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；（3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；影响峰强度因素 色散型红外光谱仪 傅立叶红外光谱仪红外光谱仪 光源光源 ：红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰：红外光谱仪中

13、所用的光源通常是一种惰性固体，同电加热使之发射高强度的连续红外性固体，同电加热使之发射高强度的连续红外辐射。常用的是辐射。常用的是Nernst灯或硅碳棒。灯或硅碳棒。 样品室：红外样品室要用可透过红外光的样品室：红外样品室要用可透过红外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5TlI 58%，TlBr42%）等）等材料制成窗片。材料制成窗片。 单色器：单色器由色散元件、准直镜和狭缝构单色器：单色器由色散元件、准直镜和狭缝构成。用棱镜或光栅。成。用棱镜或光栅。色散型红外光谱仪结构 检测器：常用的红外检测器有高真空热电偶、检测器：常用的红外检测器有高真空热电偶、热释电检测器和碲镉汞检测器。热释电检测

14、器和碲镉汞检测器。 （1 1高真空热电偶高真空热电偶 （2 2热释电检测器热释电检测器 （3 3碲镉汞检测器碲镉汞检测器 记录系统记录系统 一、原理仪器中的Michelson干涉仪的作用是将光源发出的光分成两光束后，再以不同的光程差重新组合，发生干涉现象。当两束光的光程差为/2的偶数倍时，则落在检测器上的相干光相互叠加，产生明线，其相干光强度有极大值；相反，当两束光的光程差为/2的奇数倍时，则落在检测器上的相干光相互抵消，产生暗线，相干光强度有极小值。由于多色光的干涉图等于所有各单色光干涉图的加合，故得到的是具有中心极大，并向两边迅速衰减的对称干涉图。干涉图包含光源的全部频率和与该频率相对应的

15、强度信息，所以如有一个有红外吸收的样品放在干涉仪的光路中，由于样品能吸收特征波数的能量，结果所得到的干涉图强度曲线就会相应地产生一些变化。包括每个频率强度信息的干涉图，可借数学上的Fourier变换 技术对每个频率的光强进行计算，从而得到吸收强度或透过率和波数变化的普通光谱图。傅立叶变换红外光谱仪傅立叶变换红外光谱仪FTIR）傅里叶变换红外光谱仪结构框图傅里叶变换红外光谱仪结构框图干涉仪干涉仪光源光源样品室样品室检测器检测器显示器显示器绘图仪绘图仪计算机计算机干涉图干涉图光谱图光谱图FTS（1扫描速度极快：一次完整扫描据需要为扫描速度极快：一次完整扫描据需要为8、15、30s等。等。（2具有很

16、高的分辨率：分辨率达具有很高的分辨率：分辨率达0.10.005 cm-1。（3灵敏度高：可检测灵敏度高：可检测10-8g数量级的样品。数量级的样品。（4波数准确度高：可达波数准确度高：可达0.01 cm-1的测量精度。的测量精度。（5光学部件简单：只有一个可动镜。光学部件简单：只有一个可动镜。（6多通路：所有频率同时测量。多通路：所有频率同时测量。二、傅立叶变换红外光谱仪的特点二、傅立叶变换红外光谱仪的特点三、新技术GC/FTIR气相色谱红外光谱联用）气相色谱红外光谱联用）LC/FTIR液相色谱红外光谱联用）液相色谱红外光谱联用）PAS/FTIR光声红外光谱）光声红外光谱）MIC/FTIR显微

17、红外光谱）显微红外光谱）微量及微区分析微量及微区分析一、红外光谱法对试样的要求一、红外光谱法对试样的要求（1试样应该是单一组份的纯物质，纯度应试样应该是单一组份的纯物质，纯度应98%或符合商业规格。或符合商业规格。（2试样中不应含有游离水。试样中不应含有游离水。（3试样的浓度和测试厚度应选择适当，以试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10% 80%范围内。范围内。试样的处理和制备1 .气体样品气体样品 气态样品可在玻璃气槽内进行测定，它的两端粘有红气态样品可在玻璃气槽内进行测定，它的两端粘有红外透光的外透光的NaCl或或KB

18、r窗片。先将气槽抽真空，再将试样窗片。先将气槽抽真空，再将试样注入。注入。2 . 液体和溶液试样液体和溶液试样（1液体池法液体池法 沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体池中，沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体池中，液层厚度一般为液层厚度一般为0.011mm。（2液膜法液膜法 沸点较高的试样，直接直接滴在两片盐片之间，形成液沸点较高的试样，直接直接滴在两片盐片之间，形成液膜。膜。二、制样的方法二、制样的方法3 . 固体试样固体试样（1压片法压片法 将将12mg试样与试样与200mg纯纯KBr研细均匀，置于模研细均匀，置于模具中，用具中，用510）107Pa压力在油压机上压成压力在油

19、压机上压成透明薄片，即可用语测定。试样和透明薄片，即可用语测定。试样和KBr都应经干都应经干燥处理，研磨到粒度小于燥处理，研磨到粒度小于2微米，以免散射光影微米，以免散射光影响。响。（2石蜡糊法石蜡糊法 将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡或全将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡或全氟代烃混合，调成糊状，夹在盐片中测定。氟代烃混合，调成糊状，夹在盐片中测定。（3薄膜法薄膜法 主要用于高分子化合物的测定。可将它们直主要用于高分子化合物的测定。可将它们直接加热熔融后涂制或压制成膜。也可将试样溶解接加热熔融后涂制或压制成膜。也可将试样溶解在低沸点的易挥发溶剂中，涂在盐片上，待溶剂在低沸点的易挥发溶剂中，涂在盐片上，待溶剂挥发后成膜测定。挥发