第三小组红外光谱

1、第三小组红外光谱第1页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日红外吸收光谱法（IR）一、概述定义：根据物质分子特征吸收了红外辐射后发生振动能级和转动能级的跃迁的而建立起来的光谱分析方法 红外吸收光谱 分子振动转动光谱 四大谱学方法：紫外吸收、红外吸收、核磁共振波谱、质谱第2页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日傅里叶红外光谱仪分析（惠成）： 特点扫描速度快，可以在1S内测得多张红外光谱图灵敏度高、检测样品量少光谱量大，是一种无损检测方法，可以检测透射较低的样品，可以检测气体、固体、液体、薄膜等样品分辨率高，便于观察气态分子的精细结构测定光谱范围宽，分子的振动能级

2、与许多结构特征因素相关，只要改变光源、分束器和检测器的配置，就可以得到整个红外区光谱。每种化合物均有红外吸收（除了单原子分子同核双原子），因此应用范围广 第3页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日应用分子结构的研究和化学组成的分析，广泛应用于有机化学、高分子化学、有机化学、化工、催化、石油、材料、生物、医药等领域。第4页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日技术参数最高分辨率：2.0cm-1 / 1.0cm-1 / 0.5cm-1信噪比： 15000:1(P-P) / 30000:1(P-P) / 40000:1(P-P)分束器： 溴化钾镀锗/ 宽带溴化钾镀锗

3、检测器： DTGS检测器 / DLATGS检测器光源： 空冷陶瓷光源 第5页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日原理光源发出的光被分束器（类似半透半反镜）分为两束，一束经透射到达动镜，另一束经反射到达定镜。两束光分别经定镜和动镜反射再回到分束器，动镜以一恒定速度作直线运动，因而经分束器分束后的两束光形成光程差，产生干涉。干涉光在分束器会合后通过样品池，通过样品后含有样品信息的干涉光到达检测器，然后通过傅里叶变换对信号进行处理，最终得到透过率或吸光度随波数或波长的红外吸收光谱图。 第6页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日红外光谱的基本原理红外光谱起源于分子中

4、化学键的振动,属于分子光谱中的振动光谱，红外吸收谱带的位置（波数cm-1 ）对应分子振动能级跃迁的能级差；红外吸收谱带强度反映能级跃迁的几率。 红外光在电磁波谱中的波数范围：近红外：128004000 cm-1 (0.782.5 m )中红外：4000400 cm-1 (2.525 m )远红外：40010 cm-1 (251000 m )第7页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日使用方法（文毓、沂德）1、开机前准备（电源电压-稳定，室温：15-25摄氏度，湿度小于或等于60%）2、开机3、制样4、扫描和输出红外光谱5、关机6、清洗压片模具和玛瑙研钵第8页，共52页，2022

5、年，5月20日，10点4分，星期日第9页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日第10页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日第11页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日样品的制备方法制品的最佳厚度为：1030um1.薄膜法：（1）直接采用法 ：试品本身是透明的薄膜，厚度适合；（2）热压成膜法：热塑性高聚物可以通过加热压成适当厚度的薄膜。（3）溶液铸模法：溶剂溶解试品溶液至玻璃板至溶剂完全挥发取薄膜2.压片法：用于固体粉末的制样方法，将研磨好的粉末放入压片模中，用油压机制成透明的薄片。第12页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日

6、3.液膜法（1）溶液法：将高聚物溶液在KBr晶片上涂成薄薄的一层液膜进行测定（2）悬浮法很少用4.鉴于高聚物材料的复杂性，故在制样之前常要进行样品预处理：方法1.分离与提纯；2.热裂解；3.化学处理。第13页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日制品的预处理1：分离与提纯：可用溶解-沉淀法；萃取法；色谱法2:热裂解：用于不溶不熔的高聚物材料3：化学处理第14页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日第15页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日第16页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日维护方法1、温度：测定时实验室的温度应在15

7、30，相对湿度应在65%以下，所用电源应配备有稳压装置和接地线。因要严格控制室内的相对湿度，因此红外实验室的面积不要太大，能放得下必须的仪器设备即可，但室内一定要有除湿装置。2、除湿：为防止仪器受潮而影响使用寿命，红外实验室应经常保持干燥，即使仪器不用，也应每周开机至少两次，每次半天，同时开除湿机除湿。特别是霉雨季节，最好是能每天开除湿机第17页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日红外光谱图的分析（建华、婷婷） 谱图解析的一般程序一种是按光谱图中吸收峰强度顺序解析，即首先识别特征区的最强峰，然后是次强峰或较弱峰，它们分别属于何种基团，同时查对指纹区的相关峰加以验证，以初步推断

8、试样物质的类别，最后详细地查对有关光谱资料来确定其结构； 另一种是按基团顺序解析，即首先按C=O、O-H、C-O、C=C（包括芳环）、CN和NO2等几个主要基团的顺序，采用肯定与否定的方法，判断试样光谱中这些主要基团的特征吸收峰存在与否，以获得分子结构的概貌，然后查对其细节，确定其结构。 注意：在解析过程中，要把注意力集中到主要基团的相关峰上，避免孤立解析。 第18页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日具体的解谱分析法 各种官能团的吸收频率范围：从第一区域到第四区域，4000cm-1到400cm-1各种官能团的特征吸收频率范围。区域基 团吸收频率（cm-1）振动形式吸收强度说

9、 明第一区域OH（游离）OH（缔合）NH2，NH（游离）NH2，NH（缔合）SHCH伸缩振动不饱和CHCH（叁键）CH（双键）苯环中CH饱和CHCH3 CH3CH2CH236503580340032003500330034003100260025003300附近301030403030附近2960528701029305285010伸缩伸缩伸缩伸缩伸缩伸缩伸缩伸缩反对称伸缩对称伸缩反对称伸缩对称伸缩m，shs，bms，bsssssss判断有无醇类、酚类和有机酸的重要依据不饱和CH伸缩振动出现在3000cm-1以上末端CH2出现在3085cm-1附近强度上比饱和CH稍弱，但谱带较尖锐饱和CH伸缩

10、振动出现在3000cm-1以下（30002800cm-1），取代基影响较小三元环中的CH2出现在3050cm-1CH出现在2890cm-1，很弱第19页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日 各种官能团的吸收频率范围第二区域CNNN CCC=C=C2260222023102135226021001950附近伸缩伸缩伸缩伸缩smvv干扰少RCCH，21002140；RCCR，21902260；若R=R，对称分子无红外谱带第三区域C=C芳环中C=CC=ONO2NO2S=O168016201600，15801500，1450185016001600150013001250122010

11、40伸缩伸缩伸缩反对称伸缩对称伸缩伸缩m，wvssss苯环的骨架振动其他吸收带干扰少，是判断羰基（酮类、酸类、酯类、酸酐等）的特征频率，位置变动大第20页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日 各种官能团的吸收频率范围四区域COCOCCH3，CH2CH3NH2CFCClCBrCI=CH2（CH2）n,n4130010009001150146010137013801650156014001000800600600500500200910890720伸缩伸缩CH3反对称变形，CH2变形对称变形变形伸缩伸缩伸缩伸缩面外摇摆面内摇摆ssmsm,ssssssvCO键（酯、醚、醇类）的极性

12、很强，故强度强，常成为谱图中最强的吸收醚类中COC的as=110050是最强的吸收。COC对称伸缩在9001000，较弱大部分有机化合物都含有CH3、CH2基，因此此峰经常出现第21页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日常见基团红外吸收带第22页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日红外吸收带的波数位置波峰的数目吸收谱带的强度分子结构特点与分子组成或化学基团的含量有关，可进行定量分析定性分析第23页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日红外光区光谱表示方法： T 曲线or T 曲线波长与 波数之间的关系为： （ cm-1） =104 / （ m

13、 ）例： 5 m的红外线，它的波长为 104 / 52000 cm-1第24页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日二、红外光谱区域 中红外区研究应用最广，是主要的研究对象第25页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日中红外光区吸收带（2.5 25m ）:基本振动区，绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带，由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。远红外光区吸收带 （25 1000m ）：转动区，分子转动和晶格振动产生的。近红外区吸收带（ 0.78 2.5m ）：泛频区，OH，NH及CH的倍频吸收第26页，共52页，2

14、022年，5月20日，10点4分，星期日红外谱图解题思路1、求不饱和度 0（饱和烃）； 1（烯烃）； 2，3（炔烃，或是含有CO等不饱和烃）； 4（含有苯环）2、确定基本结构和基团3、考虑指纹区峰结构排除不可能的基团4、推断结构第27页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日红外光谱谱图分析 特征吸收：指基团在特定的区域有吸收，且其它部分对此吸收位置的影响较小，并有较强的吸收谱带。 最有分析价值的基团频率在4000 cm-1 1300 cm-1 之间，这一区域称为基团频率区、官能团区或特征区。区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，容易辨认，常用于鉴定官能团。 在1300 c

15、m-1 600 cm-1 区域内，除单键的伸缩振动外，还有多数基团因变形振动产生的谱带。这种振动与整个分子的结构有关。当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征，称为指纹区。 第28页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日1、红外光谱的区域划分 常见的化学基团在4000670 cm-1范围内有特征吸收。常将该波数范围分成四个区域（1）XH伸缩振动区40002500 cm-1（2）叁键和积累双键区25001900 cm-1（3）双键伸缩振动区19001200 cm-1（4）XY伸缩振动及XH变形振动区1650 cm-1第29页，共52页，2022年，5月20

16、日，10点4分，星期日（1）、XH伸缩振动区 40002500 cm- 1 （XO，N，C，S）O H 36503200 cm-1(醇、酚、羧酸)游离酚中 OH 37003500 cm-1 胺和酰胺的N-H伸缩振动也出现在35003100 cm-1 ，因此，可能会对O-H伸缩振动有干扰。 第30页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日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30002800 cm-1 ，取代基对它们影响很小。CH3（2960、2870cm-1）、CH2（2930、2850cm-1）、CH（2890cm-1）

17、几乎观察不到 不饱和的C-H伸缩振动出现在3000 cm-1以上 CH2的吸收在3085cm-1附近=C-H伸缩振动:3100-3000cm-1 C-H伸缩振动: 3300cm-1 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键稍弱，但谱带比较尖锐。第31页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日3080 cm-1 3030 cm-1 3080 cm-1 3030 cm-1 3300 cm-1 （C-H）3080-3030 cm-1 2900-2800 cm-1 3000 cm-1 C-H 伸缩振动( 3000 cm-1) 第32页，共52页，

18、2022年，5月20日，10点4分，星期日烯烃，炔烃的判断=C-H伸缩振动:3100-3000cm-1 =C-H伸缩振动: 3300cm-1 C=C伸缩振动:1680-1620 cm-1=C-H弯曲振动：1000-650cm-1C=C伸缩振动 :2260-2100cm-1=C-H弯曲振动: 700-610cm-1 第33页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日（2）、叁键和积累双键区25001900 cm-1这个区域的谱带用得较少，因为含叁键和积累双键的化合物，遇到的机会不多。R-CCH的伸缩振动出现在21002140 cm-1附近； R-C C-R出现在21902260 cm

19、-1附近； R-C C-R分子是对称，则为非红外活性；-C N 基的伸缩振动在非共轭的情况下出现22402260 cm-1 ，在共轭的情况下出现22202230 cm-1附近。第34页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日（3）、双键伸缩振动区19001200 cm-1 主要包括： C C，CO，CN， NO2的伸缩振动 苯环的骨架振动 第35页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日该区域包括三种重要的伸缩振动：酸酐的羰基吸收带由于振动耦合而呈现双峰。以此很容易判断酮类、醛类、酸类、酯类以及酸酐等有机化合物是红外光谱中特征的且往往是最强的吸收 C=O伸缩振动：1

20、9001650 cm-1 第36页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日 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，是C-H面外和C=C面内变形振动的泛频吸收，虽然强度很弱，但它们的吸收面貌在表征芳核取代类型上有一定的作用。第37页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日包括：CH，NH的变形振动（4）、XH变形振动区 1650 - 1

21、350 cm-1甲基在1370-1380 cm-1出现一个很特征的吸收峰，可作为判断有无甲基存在的依据。 当一个碳原子上存在二个甲基时，二个甲基的变形振动(1380 cm-1)互相偶合，分裂成二个峰：1385 cm-1、1375 cm-1，这对确定异丙基很有用。第38页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日（5）900 650 cm-1区域（指纹区） 苯环取代而产生的吸收是这个区域重要内容，该区域是利用红外光谱推断苯环取代位置的主要依据。该区域的某些吸收峰还可用来确认化合物的顺反构型。烯烃的面外弯曲振动出现的位置：反式构型：990-970 cm-1顺式构型：690 cm-1 总

22、之，指纹区和官能团区有着不同的功能，可以功能互补。从官能团区可以找出该化合物存在的官能团，而指纹区的吸收宜于用来同标准谱图进行比较，以得出更确切的结论。图谱具体分析：第39页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日 图谱解析训练1第40页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日第41页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日图谱解析训练2第42页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日第43页，共52页，2022年，5月20日，10点4分，星期日小 结特征基团的位置峰：1、不饱和烃CH 30002、OH 33803、饱和烃CH 29404、纯羰基 17365、醛基 1725，27206、CH3 13807、C （CH3