红外光谱吸收法

第六章红外吸收光谱法（InfraredabsorptiunspectroscopyIR)红外吸收光谱又称红外分光光度法。它是利用物质对红外电磁辐射的选择性吸收特性来进行结构分析、定性和定量分析的一种分析方法。

红外光区的划分：红外光谱在可见光区和微波光区之间，其波长范围约0.75～1000μm。习惯上将红外光区划分为三个区域。§6.1基本原理区域λ(μm)σ(cm-1)ν(Hz)能级跃迁类型近红外0.75～2.513000~40004.0×1014

～1.2×1014OHNH及CH键倍频吸收区中红外2.5~504000~2001.2×1014～6.0×1012振动,转动远红外50～1000200~106.0×1012～

3.0×1011

骨架振动转动最常用2.5～154000~6701.2×1014～2.0×1013表6-1红外光谱区绝大多数有机物和无机离子的化学键基频吸收都出现在中红外区。通常说的红外光谱实指中红外光谱区。一、红外光谱的表示方法（对称振转光谱）λ（μm）微米,10-6m.2.5～50中红外ν（Hz）频率，1.2×1014波数σ＝1/λ（cm）＝ν/c＝104/λ(μm),1cm=104μm

常用σ表示,原因：(1)数量极小(2)与频率V成正比σ∝ν

图：6～1红外光谱图表示法。σ(cm-1)二.红外吸收光谱产生的条件A-B分子

获得红外辐射hνL发生：Eυ＝（υ＋1/2）hνυ：振动量子数υ＝0.1.2.3……..ν:振动频率室温下u＝0E(u=0)=1/2hv△E振动＝Eu－E(u=0)＝△u•hv

（振动能级差）

光子能量为：E＝hvL＝△E振

vL＝△u•ν1.产生红外吸收的第一个条件只有当红外辐射频率等于振动量子数的差值与分子振动频率的乘积时，分子才能吸收红外辐射，产生红外吸收光谱。即νL＝△υ×v

红外辐射频率振动量数差值分子振动频率(1)基频峰υ0＝0υ＝1

△υ=1所产生的吸收峰。即分子吸收红外辐射后，由基态振动能级（υ＝0

）跃迁至第一振动激发态(υ＝1)所产生的吸收峰称为基频峰。因为△υ＝1时υ

L＝ν

红外辐射频率分子振动频率所以基频峰的峰位（νL）等于分子的振动频率ν.如HCl

V＝8.658×1013s-1

VL＝8.658×1013s-1

σ＝2886cm-1(HCl基频峰的峰位为2886cm-1，HCl分子的振动频率为2886cm-1）（2）倍频峰：在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态（υ=0），跃迁至第二振动激发态（υ＝2），第三振动激发态（υ＝3）…..等等，所产生的吸收峰。这些吸收峰称为倍频峰。二倍频峰：υ0→2νL=△u·v＝(2－0)·v＝2v三倍频峰:

υ0→3νL=△u·v=(3-0)·v=3v

在倍频峰中，二倍频峰还比较强，三倍频峰以上。因跃迁的几率很小。一般都很弱，常常观测不到。4000～400cm-1间主要测基频峰，既使有倍频峰也很弱。还有合频峰（v1＋v2,2v1＋v2….)差频峰（v1-v2,2v1-v2…….）很弱，不易辨认。

倍频峰，合频峰，差频峰通称泛频峰，分子振动并不是严格的简谐振动。2.产生红外吸收的第二个条件分子在振动，转动过程中必须有偶极矩的净变化。即偶极矩的变化△μ≠0图6～2：偶极子在交变电场中的作用示意图（1）红外活性分子振动引起偶极矩的变化，从而产生红外吸收的性质，称为红外活性。其分子称为红外活性分子。相关的振动称为红外活性振动。如H2O，HCl，CO为红外活性分子。（2）非红外活性若△μ＝0，分子振动和转动时，不引起偶极矩变化。不能吸收红外辐射。即为非红外活性。其分子称为红外非活性分子。如H2，O2，N2，Cl2….相应的振动称为红外非活性振动。三.分子振动形式1.分子振动类型1)伸缩振动：键长改变而键角不变的振动称为伸缩振动。a对称伸缩振动：同时伸长，同时缩短的振动。b不对称伸缩振动：两个键一个伸长，一个缩短的振动。2）变形振动：键长不变，键角改变的振动称为变形振动，又称变角振动。a：面内变形振动b：面外变形振动图6~3图：6~4亚甲基的各种振动形式2.分子振动的自由度N个原子组成分子。有3N个独立运动＝平动数＋振动数＋转动数N个原子中每个原子都能向X，Y，Z三个坐标方向独立运动。即N个原子有3N个独立运动。3个平动自由度

ZyX转动：非线性：3个转动自由度线性：2个转动自由度，键轴为轴的转动原子的位置没有改变。不形成转动的自由度。所以非线性分子的振动自由度＝3N-3-3=3N-6线性分子的振动自由度＝3N-3-2=3N-5如H2O的振动自由度等于3×3－6＝3图6~5：水的红外光谱图3.分子振动方程k化学键力常数μ分子折合质量例：计算HCl伸缩振动所产生的基频吸收峰的频率解已知键力常数k(H-C1)=5.1N/cm而实测HCl的振动频率为2885.9cm-1，基本接近。4.基频峰数目减少的原因(1)△μ=0(2)o=c=o(3)仪器分辨率低对一些频率很近的吸收峰分不开，一些弱峰仪器灵敏度低，未捡出。(4)波长超过了仪器的可测范围。如CO2只有两个峰。图6-6二氧化碳的红外光谱图四.基团频率和基团频率位移1.基团频率：同一类的基团（化学键）都有其特定的红外吸收，它产生吸收峰的位置就称为基团频率。也称为特征吸收频率。对应的吸收峰叫特征吸收峰。a.4000～1300cm-1官能团区k→大，强度大，峰宽度大。b.1300~600cm-1指纹区(弯曲振动)定性分析主要用指纹区，对结构改变比较敏感。（通常把这种能代表某基团存在，并有较高强度的吸收峰称为特征吸收峰，其所在的位置称特征吸收频率或基团频率）2.基团频率位移：同一类基团(化学键)，由于所处的化学环境不同，其吸收峰的位置在一定的区域内发生移动叫基团频率位移。引起基团频率位移的因素，大致可以分为两类。即内部因素和外部因素。(1)内部因素，分子结构本身的影响。a诱导效应：电子密度→大，k→增大，σ→增大，向高频移动。b共轭效应：电子密度→小，k→减小，σ→减小，向低频移动。（2）外部因素试样状态，溶剂极性，测定条件的不同会引起频率的位移。a.溶剂效应:

μ→大,形成氢键，极性大,都导致向低频移动。b.态效应:g(气态)能测得到转动光谱l.s.下测不到转动光谱同一化合物的气态和液态光谱或液态和固态光谱有很大的差别。查阅标准图谱时，要注意试样状态及制样方法等。五.影响吸收峰强度的因素非常强峰（vs）ε＞100L·mol-1·cm-1强峰（s）20L·mol-1·cm-1＜ε＜100L·mol-1·cm-1中强峰（m）10L·mol-1·cm-1＜ε＜20L·mol-1·cm-1弱峰1L·mol-1·cm-1＜ε＜10L·mol-1·cm-1影响因素1.迁跃几率，基频峰最大2.偶极矩的变化ε∝△μ2极性分子△μ→大,ε→大,吸收峰强度越大如：＞c=o(vs)＞c=c＜(ω)作业：比较紫外线可见光谱与红外光谱的异同？（从产生的途径及过程，譜图形状）解：相同点：1.都属于分子光谱。2.都是由于分子中的能级跃迁产生的。3.利用这两种光谱都能进行定性，定量和结构分析。不同点：1.产生机理不同：紫外也称电子光谱。是由于分子中价电子跃迁所产生的，且能级差大△E→大，ν→大;而红外光谱称为振转光谱是振动和转动能级跃迁，能级差小，△E→小V→小。2.从研究对象和使用范围上，紫外光谱只能分析不饱和有机化学物。特别是有共轭体系的化合物及少数无机物。红外适用于分析那些分子振动偶极矩变化不为0的所有化合物（包括有机和无机。）第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理上述五条原因使实际与理论循环不同。4）漏泄的影响5）气体流动惯性的影响1）余隙容积Vc的影响2）进排气阀及流道阻力的影响3）吸气预热的影响2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3.排气量和输气系数理论排气量Vt----单位时间内活塞所扫过的气缸容积。实际排气量Q：Q=Vt

λ输气系数λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影响余隙容积Vc的影响