2023学年完整公开课版分析化学

10:43:28红外光谱(infraredspectrometry)10:43:28

分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱

辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构一、概述introduction10:43:28Nearinfrared: 128004000cm-1Midinfrared: 4000200cm-1Farinfrared: 20010cm-110:43:28红外光谱图：纵坐标为吸收强度，横坐标为波长λ（

m）和波数1/λ

单位：cm-1;可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。应用：有机化合物的结构解析。定性：基团的特征吸收频率；定量：特征峰的强度；

红外光谱与有机化合物结构10:43:28二、红外吸收光谱产生的条件

conditionof

Infraredabsorptionspectroscopy10:43:28

满足两个条件：

辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；

辐射与物质间有相互偶合作用。对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2

等。非对称分子：有偶极矩，红外活性。10:43:28表某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）键类型—CC—>—C=C—>—C—C—力常数15

179.5

9.94.5

5.6峰位4.5

m6.0

m7.0

m

化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。三、分子中基团的基本振动形式

basicvibrationofthegroupinmolecular10:43:28

两类基本振动形式伸缩振动亚甲基：变形振动亚甲基10:43:28特点归纳伸缩振动:键长变化,键角不变变形振动:键长不变,键角变化甲基的振动形式10:43:28伸缩振动甲基：变形振动甲基对称δs(CH3)1380㎝-1

不对称δas(CH3)1460㎝-1对称不对称υs(CH3)υas(CH3)2870㎝-12960㎝-110:43:28例１水分子（非对称分子）

峰位、峰数与峰强峰位

化学键的力常数K越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。

峰数

峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极距变化时，无红外吸收。10:43:28CO2分子（有一种振动无红外活性）

由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；

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；

瞬间偶极距变化大，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；10:43:28

（CH3）1460cm-1，1375cm-1。

（CH3）2930cm-1，2850cm-1。C2H4O1730cm-11165cm-12720cm-1HHHHOCC四、红外吸收峰强度

intensityofInfraredabsorptionbend

10:43:28问题：C=O强；C=C弱；为什么？吸收峰强度

跃迁几率

偶极矩变化吸收峰强度

偶极矩的平方偶极矩变化——结构对称性；对称性差

偶极矩变化大

吸收峰强度大符号：s(强)；m(中)；w(弱)红外吸收峰强度比紫外吸收峰小2～3个数量级；五、红外吸收光谱的特征性

groupfrequencyinIR10:43:28

与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键振动频率——基团特征频率（特征峰）；例：2800

3000cm-1—CH3特征峰；

1600

1850cm-1—C=O特征峰；

基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：—CH2—CO—CH2—1715cm-1

酮—CH2—CO—O—1735cm-1

酯—CH2—CO—NH—1680cm-1

酰胺影响峰位变化的因素

molecularstructureandabsorptionpeaks10:43:28

内部因素

电子效应

诱导效应：吸电子基团使吸收峰向高频方向移动(兰移).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位移。R-COR

C=01715cm-1;R-COH

C=01730cm-1；R-COCl

C=01800cm-1;R-COF

C=01920cm-1;F-COF

C=01928cm-1;R-CONH2

C=01920cm-1;六、分子结构与吸收峰

molecularstructureandabsorptionpeaks10:43:28

X—H伸缩振动区（4000

2500cm-1）

—O—H3650

3200cm-1

确定醇、酚、酸在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。注意区分—NH伸缩振动：3500

3100cm-1

饱和碳原子上的—C—H10:43:28

不饱和碳原子上的=C—H（

C—H

）

苯环上的C—H3030cm-1

=C—H3010

2260cm-1

C—H3300cm-13000cm-1以上

—CH32960cm-1反对称伸缩振动2870cm-1对称伸缩振动—CH2—2930cm-1反对称伸缩振动2850cm-1对称伸缩振动—C—H2890cm-1弱吸收3000cm-1以下10:43:28

叁键（C

C）伸缩振动区（2500

1900cm-1）在该区域出现的峰较少；

RCCH

（2100

2140cm-1）RCCR’（2190

2260cm-1）

R=R’时，无红外活性

RCN

（2100

2140cm-1） 非共轭2240

2260cm-1共轭2220

2230cm-1

仅含C、H、N时：峰较强、尖锐；有O原子存在时；O越靠近C

N，峰越弱；10:43:28

双键伸缩振动区（1900

1200

cm-1）

RC=CR’

1620

1680cm-1强度弱，

R=R’（对称）时，无红外活性。单核芳烃的C=C键伸缩振动（16261650cm-1）10:43:28

苯衍生物的C=C

苯衍生物在1650

2000cm-1出现C-H和C=C键的面内变形振动的泛频吸收（强度弱），可用来判断取代基位置。2000160010:43:28

C=O（1850

1600cm-1）

碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。饱和醛(酮)1740-1720cm-1；强、尖；不饱和向低波移动；

10:43:28

酸酐的C=O

双吸收峰：1820～1750cm-1，两个羰基振动偶合裂分；线性酸酐：两吸收峰高度接近，高波数峰稍强；环形结构：低波数峰强；

羧酸的C=O

1820～1750cm-1，

氢键，二分子缔合体；10:43:28

X—Y，X—H变形振动区<1650cm-1

指纹区(1350

650cm-1),较复杂。

C-H，N-H的变形振动；

C-O，C-X的伸缩振动；

C-C骨架振动等。精细结构的区分。顺、反结构区分；基团吸收带数据10:43:2810:43:28常见基团的红外吸收带特征区指纹区500100015002000250030003500C-H，N-H，O-HN-HCNC=NS-HP-HN-ON-NC-FC-XO-HO-H（氢键）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HCCC=C

红外光谱仪

类型

色散型红外光谱仪

Fourier变换红外光谱仪10:43:2810:43:28傅里叶红外光谱仪型号：Nexus，美国NICOLET公司生产色散型红外光谱仪的结构

光源

吸收池

单色器

检测器

记录系统10:43:28光源

红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射高强度的连续红外辐射（12800－10cm-1）。

常用光源

Nerst灯

碳化硅棒

涂有稀土化合物的镍铬螺旋状灯丝10:43:28光源

Nerst灯：由氧化锆、氧化钇、氧化钍烧结而成的中空棒或实心棒，工作温度约1700oC，在此温度下导电并发射红外线，但在室温下是非导体，因此在工作之前需要预热

优点：发光强度高，尤其在

1000cm-1的高波数区，使用寿命长，稳定性好。

缺点：价格贵、机械强度差、操作不方便10:43:28光源

硅碳棒：碳化硅烧制而成，工作温度1200-1500oC。由于它在低波数区域发光较强，因此使用波数范围宽，可以低至200cm-1。

优点：坚固、发光面积大、寿命长10:43:28吸收池

用可透过红外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5(TlI58%，TlBr42%)等材料制成窗片。

用NaCl、KBr、CsI等材料制成的窗片需注意防潮10:43:28单色器

组成：色散元件、准直镜、狭缝

红外光谱仪常用几块光栅常数不同的光栅自动更换，使测定的波数范围更为扩展且能得到更高的分辨率

狭缝的宽度可控制单色光的纯度和强度，然而光源发出的红外光在整个波数范围内不是恒定的，在扫描过程中狭缝将随光源的发射特性曲线而自动调节狭缝宽度，既要使到达检测器上的光的强度近似不变，又要达到尽可能高的分辨能力10:43:28检测器

分类：高真空热电偶、热释电检测器、碲镉汞检测器 高真空热电偶：利用不同导体构成回路时的温差电现象，将温差转变为电位差; 将热电偶封于真空度为7

10-7Pa的腔体内，在腔体上对着漆黑的金箔开一小窗，窗口用红外材料KBr(至25

m)、CsI(至50

m)、KRS-5(至45

m)等制成。当红外辐射通过此窗口射到漆黑的金箔上时，热接点温度上升，产生温差电位差，在回路中有电流通过。而电流的大小则随照射的红外光的强弱而变化10:43:28记录系统

红外光谱仪一般都有记录仪自动记录谱图。新型的仪器还配有微处理机，以控制仪器的操作、谱图中各种参数、谱图的检索。10:43:28试样的处理和制备

红外光谱法对试样的要求红外光谱的试样可以是气体、液体或固体，一般应符合以下要求：

试样应该是单一组分的纯物质，纯度应

98%，这样才便于与纯化合物的标准光谱进行对照。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，否则各组分光谱相互重叠，难以解析;10:43:28

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，而且会侵蚀吸收池的盐窗。

试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图