红外吸收光谱实验new1课件

一、红外光谱的基本概念区域名称波长(µm)波数(cm-1)能级跃迁类型近红外区泛频区0.75-2.513158-4000OH、NH、CH键的倍频吸收中红外区基本振动区2.5-254000-400分子振动，伴随转动远红外区分子转动区25-300400-10分子转动注：■红外光区的划分如下表：根据实验技术和应用的不同，将红外光区分成三个区:近红外区、中红外区、远红外区。其中中红外区是研究和应用最多的区域，一般说的红外光谱就是指中红外区的红外光谱.3.红外光区的划分4/3/2023原子核转变电磁转动分子转动分子振动外层电子的跃迁内层电子的跃迁-射线X–射线紫外可见近红外中红外远红外电子自旋振动核磁振动红外微波Radio,TV无线电波InteractionRegion108107106105104103102101110-110-210-310-1010-910-810-710-610-510-410-310-210-11101Wavelength(cm-1)Wavelength(m)4000cm-1(2.5μm)400cm-1(25μm)谱区范围4/3/2023区域/m/cm-1能级跃迁类型近红外区(泛频区)0.75~2.513158~4000OH,NH及CH键的倍频吸收中红外区(基本振动区)2.5~154000~650分子振动，伴随转动远红外区(转动区)15~1000650~10分子转动红外光谱的三个波区和能级跃迁类型可按波长将红外光谱分为近红外̖中红外和远红外三个波区,中红外区对应分子振动基态到第一激发态的跃迁,可伴随转动能级的跃迁,是最为常用的红外光谱区.4/3/2023一、红外光谱的基本概念

水分子是非线型分子，振动自由度：3×3-6=3个振动形式，分别为不对称伸缩振动、对称伸缩振动和变形振动。这三种振动皆有偶极矩的变化是红外活性的。如图所示:

下面以水分子的振动为例加以说明：4/3/2023一、红外光谱的基本概念H2O振动flash4/3/2023一、红外光谱的基本概念CO2振动flash4/3/2023二、红外光谱的应用红外光谱的最大特点是具有特征性，谱图上的每个吸收峰代表了分子中某个基团的特定振动形式。据此进行化合物的定性分析和定量分析。广泛应用于石油化工、生物医药、环境监测等方面。（1）已知物的鉴定

在得到试样的红外谱图后，与纯物质的谱图进行比较，如果谱图中峰位、峰形和峰的相对强度都一致，即可认为是同一物质。1.定性分析（2）未知物的鉴定

是红外光谱法定性分析的一个重要用途，涉及到图谱的解析。

首先应了解样品的来源、用途、制备方法、分离方法、理化性质、元素组成及其它光谱分析数据如UV、NMR、MS等有助于对样品结构信息的归属和辨认。4/3/2023红外吸收峰物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。实验表明，组成分子的各种基团，如O-H、N-H、C-H、C=C、C=OH和CC等，都有自己的特定的红外吸收区域，分子的其它部分对其吸收位置影响较小。

通常把这种能代表及存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率，其所在的位置一般又称为特征吸收峰。4/3/2023红外吸收峰

红外光谱区可分成4000cm-1

~1300cm-1、1300cm-1

~600cm-1两个区域。

4000cm-1~1300cm-1之间，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（最有分析价值）。

1300cm-1~600cm-1区域内，除单键的伸缩振动外，还有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。这种情况就像人的指纹一样，因此称为指纹区。（作为化合物存在某种基团的旁证）4/3/2023特征区（官能团区）分为三个区域：（2）2500~1900

为叁键和累积双键区。

主要包括-CC、-CN等等叁键的伸缩振动，以及-C=C=C、-C=C=O等累积双键的不对称性伸缩振动。对于炔烃类化合物，可以分成R-CCH和R-CC-R两种类型，R-CCH的伸缩振动出现在2100~2140cm-1附近；R-CC-R出现在2190~2260cm-1附近；-CN基的伸缩振动在非共轭的情况下出现在2240~2260cm-1附近。当与不饱和键或芳香核共轭时，该峰位移到2220~2230cm-1附近。4/3/2023特征区（官能团区）分为三个区域：（3）1900~1200cm-1为双键伸缩振动区该区域重要包括三种伸缩振动：

①C=O伸缩振动：出现在1900~1650cm-1，是红外光谱中很特征的且往往是最强的吸收，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。酸酐的羰基吸收带由于振动耦合而呈现双峰。

②C=C伸缩振动：烯烃的C=C伸缩振动出现在1680~1620cm-1，一般很弱；单核芳烃的C=C伸缩振动出现在1600cm-1和1500cm-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。

③苯的衍生物的泛频谱带：出现在2000~1650cm-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是有用的。4/3/2023指纹区1、1300~900cm-1区域C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、P-O、Si-O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。其中1375cm-1的谱带为甲基的C-H对称弯曲振动，对识别甲基十分有用，C-O的伸缩振动在1300~1000cm-1，是该区域最强的峰，也较易识别。

2、900~650cm-1区域

某些吸收峰可用来确认化合物的顺反构型。烯烃的=C-H面外变形振动出现的位置，很大程度上决定于双键的取代情况。对于RCH=CH2结构，在990cm-1和910cm-1出现两个强峰；为RC=CRH结构是，其顺、反构型分别在690cm-1和970cm-1出现吸收峰，可以共同配合确定苯环的取代类型。

4/3/2023红外谱图的区域400025002000150062510002.545716Transmittance(%)Wavenumber(cm-1)Wavelength(10-6m)N-HO-HC-HC=NC=CC=OC=NC=C指纹区4/3/2023红外光谱解析程序

先特征、后指纹；先强峰，后次强峰；先粗查，后细找；先否定，后肯定;寻找有关一组相关峰→佐证先识别特征区的第一强峰，找出其相关峰，并进行峰归属再识别特征区的第二强峰，找出其相关峰，并进行峰归属结合NMR、MS、UV等，进行结构确证（四谱）几种标准谱图（1）萨特勒（Sadtler）标准红外光谱图（2）Aldrich红外谱图库（3）SigmaFourier红外光谱图库4/3/2023四、红外光谱的应用下面列举两例加以说明：例一：化合物C8H8O2的红外光谱如右图所示，试推测其结构。解：计算不饱和度：3000cm-1有吸收，说明有和==C-H基团存在。靠近1700cm-1的强度吸收，表明有C=O基团，结合2730cm-1特征峰，进一步说明有醛基存在，1600、1520cm-1有吸收说明有苯环存在。根据820cm-1吸收带苯为对位取代.1460、1390cm-1是－CH3特征吸收峰，根据以上解析并对照标准谱图确定化合物为茴香醛:υC=O-CH-CH3Ar-HC=C-CH3CH苯4/3/2023三、样品制备技术1.对试样的要求

2.制样方法

4/3/2023三、样品制备技术1.对试样的要求

(1)

试样应该是单一组分的纯物质，纯度应>98%，便于与纯化合物的标准进行对照。多组分试样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶、区域熔融或色谱法进行分离提纯。

(2)

试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会严重干扰样品谱，而且还会侵蚀吸收池的盐窗。

(3)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10%~80%范围内。4/3/2023三、样品制备技术(1)固体样品的制备a.压片法:将1~2mg固体试样与200mg纯KBr研细混合，研磨到粒度小于2μm，在油压机上压成透明薄片，即可用于测定。

b.糊状法:研细的固体粉末和石蜡油调成糊状，涂在两盐窗上，进行测试。此法可消除水峰的干扰。液体石蜡本身有红外吸收，此法不能用来研究饱和烷烃的红外吸收。

2.制样方法4/3/2023三、样品制备技术(4)特殊样品的制备—薄膜法:

a.熔融法:

对熔点低，在熔融时不发生分解、升华和其它化学变化的物质，用熔融法制备。可将样品直接用红外灯或电吹风加热熔融后涂制成膜。

b.热压成膜法:

对于某些聚合物可把它们放在两块具有抛光面的金属块间加热，样品熔融后立即用油压机加压，冷却后揭下薄膜夹在夹具中直接测试。

c.溶液制膜法:

将试样溶解在低沸点的易挥发溶剂中，涂在盐片上，待溶剂挥发后成膜来测定。如果溶剂和样品不溶于水，使它们在水面上成膜也是可行的。比水重的溶剂在汞表面成膜。4/3/2023下面是几个不成功的制样图与一张合适的图比较合适的样图三、样品制备技术4/3/2023极不合适的样图三、样品制备技术4/3/2023聚乙烯和聚苯乙烯膜的红外吸收光谱的测绘—薄膜法制样1、目的要求（1）学习聚乙烯和聚苯乙烯膜的红外吸收光谱的测绘方法（2）学习对该谱图的解释，掌握红外吸收光谱分析基本原理（3）学习红外分光光度计的工作原理及其使用方法本次实验4/3/2023实验基本原理在由乙烯聚合成聚乙烯的过程中，乙烯的双键被打开，聚合生成-(-CH2-CH2-)-n长链，因而聚乙烯分子中原子基团是饱和的亚甲基，其红外吸收光谱如图1所示。在聚苯乙烯的结构中，除了亚甲基和次甲基外，还有苯环上不饱和碳氢基团和碳碳骨架，它们构成了聚苯乙烯分子中基团的基本振动形式。其红外吸收光谱如图2所示。4/3/2023谱图1-聚乙烯(POLY)的红外吸收谱图Transmittance透射比，透射率，透过率4/3/2023谱图2-聚苯乙烯(polystyrene)的红外吸收光谱图Transmittance透射比，透射率，透过率4/3/2023美国尼高力-傅立叶变换红外光谱仪4/3/2023岛津IRPrestige-21型傅里叶变换红外分光光度计4/3/2023常用ATR装置及特点水平型ATR装置(45°入射角)晶体面积大，灵敏度高适用范围--

液体与胶状样品

固体样品，如纸张、布、纱线等

金属或树脂表面的涂层(>1μm)

-聚合物膜，纸张，涂料

-固体基底上镀膜，层状膜仪器生产厂家：美国尼高力（1999年购买）傅立叶变换红外光谱仪型号：AVATAR360特点（1）分辨率高；（2）测定精度高；（3）光谱范围广（4）测量速度快4/3/2023仪器设备（组成）1、光谱仪2、计算机、打印机、数据采集卡3、软件（操作系统WINDOWS95/98；应用软件EZ.OMNICE.S.P)4/3/2023五、Fourier变换红外光谱仪(FTIR仪)

1.仪器组成及工作原理

付立叶变换红外光谱仪主要由光源(硅碳棒、高压汞灯)、Michellson干涉仪、检测器、计算机和记录仪组成4/3/2023Fourier变换红外光谱仪工作原理4/3/20234/3/2023仪器操作及工作环境检查冷却排气孔，应不被堵塞。打开稳压电源，开计算机显示屏、打印机、计算机主机；待电压稳定，最后打开光学台的开关，电源指示灯亮、扫描指示灯不断闪烁。待光学台预热至少15分钟后，最好是1个小时后，再进行样品测试。制样：液体样品应干燥至无水；制样应在红外灯照射下进行，防止吸潮；固体样品取量应适量，压片要透明。一、操作规程4/3/2023一、操作规程迅速打开样品仓滑动门，快速将样品架插入样品支架，立即关闭样品仓（操作过程应屏住呼吸，防止较多的水、二氧化碳进入样品仓）。用EASYOMNIC软件控制采集样品光谱数据，背景光谱数据，得出样品的红