紅外研究方法

紅外光譜（FTIR）輻射分子運(yùn)動(dòng)光譜類(lèi)型X射線(xiàn)內(nèi)層電子躍遷X射線(xiàn)譜紫外-可見(jiàn)外層電子躍遷紫外-可見(jiàn)光譜紅外振動(dòng)躍遷紅外光譜拉曼光譜微波轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷自旋躍遷轉(zhuǎn)動(dòng)光譜順磁共振無(wú)線(xiàn)電波核自旋躍遷核磁共振電磁波與光譜紅外光譜拉曼光譜對(duì)偶極矩變化敏感鑒定官能團(tuán)對(duì)極化率變化敏感提供高聚物的骨架特征分子振動(dòng)光譜紅外光譜使用的電磁波400～1225～830遠(yuǎn)紅外4000～4002.5～25中紅外13300～40000.75～2.5近紅外波數(shù)(cm-1)波長(zhǎng)(m)類(lèi)型分子振動(dòng)的基頻吸收分子振動(dòng)的泛頻吸收轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷、重原子團(tuán)或化學(xué)鍵的振動(dòng)光譜及晶格振動(dòng)光譜研究對(duì)象1666年牛頓證明一束白光可分為一系列不同顏色的可見(jiàn)光紅外光譜的發(fā)展1800年，W.Herschel發(fā)現(xiàn)可見(jiàn)光區(qū)域紅色末端之外還有看不見(jiàn)的其他輻射區(qū)域存在，其次是這種輻射能夠產(chǎn)生熱1881,

Abney和Festing第一次將紅外線(xiàn)用于分子結(jié)構(gòu)研究,Hilger光譜儀拍下了46個(gè)有機(jī)液體的從0.7到1.2微米區(qū)域的紅外吸收光譜。由于這種儀器檢測(cè)器的限制，所能夠記錄下的光譜波長(zhǎng)范圍十分有限。

發(fā)明測(cè)輻射熱儀1889，Angstrem首次證實(shí)盡管CO和CO2都是由碳原子和氧原子組成，但因?yàn)槭遣煌臍怏w分子而具有不同的紅外光譜圖。這個(gè)試驗(yàn)最根本的意義在于它表明了紅外吸收產(chǎn)生的根源是分子而不是原子。1892，Julius發(fā)表了20多種有機(jī)化合物的紅外光譜，發(fā)現(xiàn)凡是含甲基的物質(zhì)在3.45m（3000cm-1）處都有吸收。第一次將分子的結(jié)構(gòu)特征和光譜吸收峰的位置直接聯(lián)系起來(lái)。1905，科伯倫茨發(fā)表了128種化合物的紅外光譜1930，全面深入研究了紅外光譜，研究了基頻譜帶的歸屬Elmer21雙光束紅外光譜議美國(guó)Perkin-Elmer公司1950開(kāi)始制造是最早期商業(yè)化生產(chǎn)的雙光束紅外光譜議第一代以棱鏡做色散原件的商品化紅外光譜儀問(wèn)世1960，第二代以光柵做色散原件的紅外光譜儀投入使用；開(kāi)發(fā)了紅外全反射裝置、紅外顯微鏡、紅外偏振光等附件；應(yīng)用了計(jì)算機(jī)FTS-14型傅立葉變換紅外光譜儀美國(guó)Digilab公司在1969年開(kāi)始生產(chǎn)是最早商業(yè)化和完全由計(jì)算機(jī)控制傅立葉變換紅外光譜儀第三代干涉型傅立葉變換紅外光譜儀投入使用Nicolet紅外光譜儀具有快速、高信噪比和高分辨率等特點(diǎn)催生了許多新技術(shù)，例如步進(jìn)掃描、時(shí)間分辨和紅外成像等傅立葉紅外光譜儀特點(diǎn)1.紅外光譜的基本原理2.影響官能團(tuán)特征振動(dòng)頻率的因素3.紅外光譜的分區(qū)4.常見(jiàn)聚合物的紅外光譜5.紅外光譜儀器6.紅外光譜樣品的制備方法7.計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)8.紅外光譜的解析技巧9.紅外光譜的應(yīng)用10.其他紅外光譜技術(shù)紅外光譜1.1多原子分子的振動(dòng)方式與譜帶伸縮振動(dòng)對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)s不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)as彎曲振動(dòng)面內(nèi)剪式彎曲振動(dòng)面外剪式彎曲振動(dòng)面內(nèi)搖擺彎曲振動(dòng)面外搖擺彎曲振動(dòng)as>s>>1.紅外光譜的基本原理多原子分子的紅外吸收譜帶基頻：V0V1的躍遷倍頻：V0V2的躍遷組合頻：兩個(gè)或多個(gè)基頻頻率之和或之差V0V1V2振動(dòng)偶合：當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的基團(tuán)連接在分子中同一個(gè)原子上時(shí)，其振動(dòng)吸收帶常常發(fā)生裂分，形成雙峰。費(fèi)米共振：當(dāng)強(qiáng)度很弱的倍頻帶或組頻帶位于某一強(qiáng)基頻吸收帶附近時(shí)，弱的倍頻帶或組頻帶和基頻帶之間發(fā)生偶合，產(chǎn)生費(fèi)米共振。CCOCl1.2紅外吸收的產(chǎn)生條件分子振動(dòng)中偶極矩發(fā)生變化E＝E激－E基＝h＝q×r：偶極矩q：負(fù)電荷量的大小r：正負(fù)電荷中心距離O－O、N－N、O＝C＝O

C＝O、O－H、N－H不對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)，2349cm1對(duì)稱(chēng)伸縮振動(dòng)，無(wú)紅外吸收彎曲振動(dòng)，667cm11.3紅外譜圖的表示吸光度A＝lg(I0/I)，cm-1百分透過(guò)率T%＝I/I0×100%：波長(zhǎng)，mA=lgI0/I=clA：吸光度T%：百分透過(guò)率I0：入射光強(qiáng)I：透射光強(qiáng)1.紅外光譜的基本原理2.影響官能團(tuán)特征振動(dòng)頻率的因素3.紅外光譜的分區(qū)4.常見(jiàn)聚合物的紅外光譜5.紅外光譜儀器6.紅外光譜樣品的制備方法7.計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)8.紅外光譜的解析技巧9.紅外光譜的應(yīng)用10.其他紅外光譜技術(shù)紅外光譜2.影響官能團(tuán)特征吸收頻率的因素紅外光譜的分區(qū)影響官能團(tuán)特征吸收頻率的因素2.1鍵力常數(shù)和原子質(zhì)量的影響2.2電子效應(yīng)2.3氫鍵2.4空間效應(yīng)2.5物態(tài)的影響2.6濃度的影響2.1化學(xué)鍵的力常數(shù)和原子質(zhì)量的影響：波數(shù)k：化學(xué)鍵的力常數(shù)C：光速μ：折合質(zhì)量m1,m2：原子質(zhì)量231018901850I－HSb－HSn－H2650230021502070Br－HSe－HAs－HGe－H28902570235021501750Cl－HS－HP－HSi－HAl－H40003600340029002400F－HO－HN－HC－HB－HX-H鍵伸縮振動(dòng)頻率氘代的影響2.2電子效應(yīng)分子中成鍵電子云分布發(fā)生變化而引起①誘導(dǎo)效應(yīng)18501800174017301715波數(shù)(cm-1)FClOR’HR’X基C=O波數(shù)隨X的變化電負(fù)性取代基使雙鍵的雙鍵性增強(qiáng)②共軛效應(yīng)16631690168016901730波數(shù)(cm-1)ArN(CH3)2ArNR’R’’SR’HX基C=O波數(shù)隨X的變化使雙鍵性降低2.3氫鍵氫鍵使譜峰向低波數(shù)方向移動(dòng)，譜峰同時(shí)加寬、變強(qiáng)(寬)2.4空間效應(yīng)①環(huán)的張力波數(shù)(C=O)：1716174517751850波數(shù)(CH2)：2919292529753050波數(shù)(C=C)：1652161615661641②空間位阻波數(shù)(C=O)：1663168616932.5物態(tài)的影響2.6濃度的影響2.影響官能團(tuán)特征吸收頻率的因素2.1鍵力常數(shù)和原子質(zhì)量的影響2.2電子效應(yīng)2.3氫鍵2.4空間效應(yīng)2.4物態(tài)的影響2.5濃度的影響3.紅外光譜的分區(qū)OH、NH、CH等的彎曲振動(dòng)COCCCNCCCNCNOCC、CO、CN等的伸縮振動(dòng)FHOHNHCHX-H伸縮振動(dòng)區(qū)（4000～2500cm-1）飽和CH的伸縮振動(dòng)：3000～2800cm-1烯烴CH的伸縮振動(dòng)：3100～3010cm-1苯環(huán)C－H伸縮振動(dòng)：3100～3000cm-1炔烴CH伸縮振動(dòng)：3340～3260cm-1(s，尖)CH特例：醛基的CH伸縮振動(dòng)：~2820cm-1(C-H，m)CH彎曲振動(dòng)倍頻：2740~2720cm-1(C-H，m，尖)O－H：3640～3610cm-1（無(wú)氫鍵，尖且弱）3600～3100cm-1（氫鍵，寬且強(qiáng)）NH伯胺仲胺3500～3250cm-1（m，雙）3500～3300cm-1（m，單）3540～3180cm-1（尖，雙）3460～3400cm-1（尖，單）伯酰胺仲酰胺叁鍵和累積雙鍵區(qū)（2500～2000cm-1）炔基R－C≡CH：2200～2060

cm1腈基R－C≡N：

2260～2220cm1重氮基R－N≡N：

2280～2240cm1異氰酸酯 N＝C＝O 2260，1410

cm1雙峰丙二烯 C＝C＝C 2100～1950

cm1（m）烯酮基 C＝C＝O 2150，1120

cm1雙峰異硫代氰酸酯 N＝C＝S 2140～1990

cm1（s）

烯亞胺 C＝C＝N 2000cm1（m）CO2 O＝C＝O 2350cm-1B-H、P-H、Se-H、Si-H的伸縮振動(dòng)雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)（2000～1500cm-1）酮醛酸酯酸酐酰鹵酰胺C＝O誘導(dǎo)效應(yīng)：共軛效應(yīng)：極性取代使C＝O吸收往高波數(shù)移動(dòng)共軛取代使C＝O吸收往低波數(shù)移動(dòng)C=OC=C苯環(huán)骨架雙鍵伸縮振動(dòng)：1600,1585,1500,1450cm-1N=O：1580～1500和1380～1300cm1指紋區(qū)（1500～600cm-1）苯環(huán)的組合頻及面外彎曲振動(dòng)譜帶紅外光譜的分區(qū)CHOHNHSHC＝OC＝CC＝NN＝OCCCNC=C=COH、NH、CH等的彎曲振動(dòng)CC、