第六章 紅外吸收光譜分析課件

1、第六章紅外吸收光譜分析，infrared absorption spectrometry，IR，紅外線照射下，物質(zhì)的分子吸收紅外輻射，由分子的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)能級(jí)之間的轉(zhuǎn)移引起的分子吸收光譜(稱為紅外吸收光譜或振動(dòng)-旋轉(zhuǎn)光譜)。6-1紅外吸收光譜分析概述，1，學(xué)習(xí)交流PPT，兩方面的應(yīng)用，分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)研究，化學(xué)組成分析，波長(zhǎng)范圍：0.75m1000m。紅外頻譜區(qū)域位于可見光區(qū)域和微波區(qū)域之間。3，學(xué)習(xí)交流PPT，是應(yīng)用最廣泛的中紅外光譜。4，學(xué)習(xí)交流PPT，紅外區(qū)域的光譜除了用波長(zhǎng)表示外，是更多使用的波數(shù)(wave number)表征。波數(shù)是波長(zhǎng)的倒數(shù)，表示每個(gè)厘米的長(zhǎng)光波的總數(shù)。如果波長(zhǎng)是M單位，

2、波的單位是cm-1，那么波長(zhǎng)和波數(shù)的關(guān)系，所有標(biāo)準(zhǔn)紅外光譜都用波數(shù)和波長(zhǎng)兩種形式表示。5，學(xué)習(xí)交流PPT，紅外光譜是分子的振動(dòng)和旋轉(zhuǎn)光譜，是由幾個(gè)接近徐璐的譜線組成的吸收光譜。與紅外頻譜、紫外線可視光譜相比較：紅外頻譜吸收棒多，吸收曲線復(fù)雜，吸收強(qiáng)度弱。6，AC PPT，學(xué)習(xí)6-2紅外光譜的基本原理，(1)紅外線的能量必須準(zhǔn)確滿足振動(dòng)能級(jí)轉(zhuǎn)移所需的能量。也就是說，只有當(dāng)紅外線的頻率與分子的某種振動(dòng)方式相同時(shí)，才能吸收紅外線的能量。(2)分子振動(dòng)時(shí)必須伴隨瞬時(shí)偶極矩的變化。也就是說，只有改變分子偶極矩的振動(dòng)方法才能吸收特定頻率的紅外輻射。一，學(xué)習(xí)生成條件，7，交流PPT，偶極矩的概念。對(duì)于整個(gè)分

3、子，在電上是中性的。但是構(gòu)成分子的每個(gè)原子由于價(jià)電子得失的難易程度不同，因?yàn)椴煌碾娯?fù)性，分子也表現(xiàn)出不同的極性。通常用偶極矩表示。8，學(xué)習(xí)交流PPT，紅外激活和紅外非活動(dòng)：紅外吸收光譜中并非所有的振動(dòng)都引起紅外吸收。只有偶極矩發(fā)生變化的振動(dòng)才能引起稱為紅外吸收帶(Infrared Active)的可觀測(cè)紅外吸收帶。相反，它是infrared inactive(紅外線不活動(dòng))。9，學(xué)習(xí)交流PPT，2，分子振動(dòng)方程，10，學(xué)習(xí)交流PPT，雙原子分子可以根據(jù)諧振子，經(jīng)典力學(xué)(胡克定律)導(dǎo)出以下公式：振動(dòng)頻率(Hz)，波數(shù)(CM-1) K是單位位移折疊質(zhì)量(g)。11，學(xué)習(xí)交流PPT，表151部分化

4、學(xué)鍵力常數(shù)，利用上述原理計(jì)算化學(xué)鍵拉伸振動(dòng)頻率。1dyn=10-5N，影響基本振動(dòng)頻率(即基本頻率峰值位置)的直接原因是原子質(zhì)量和化學(xué)鍵力常數(shù)。12，學(xué)習(xí)AC PPT，例1查找kogan的伸展振動(dòng)頻率。解決方案：實(shí)驗(yàn)中觀察到的CO伸縮振動(dòng)頻率都在1700cm1附近。要注意，在彈簧和球的系統(tǒng)中，能量變化是連續(xù)的，實(shí)際分子的振動(dòng)能量變化是量子化的。13，學(xué)習(xí)交流PPT，3，分子振動(dòng)的形式，(1)分子的振動(dòng)自由度，每個(gè)原子在空間中的位置必須有3個(gè)坐標(biāo)。據(jù)說由n個(gè)原子組成的分子有3N個(gè)坐標(biāo)，或有3N個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度。分子本身具有三個(gè)整體平移自由度和三個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度。，14，學(xué)習(xí)交流PPT，直形分子的振動(dòng)形態(tài)

5、：3N-5非直形分子的振動(dòng)形態(tài)：3N -6，15，學(xué)習(xí)交流PPT，a .直形分子：3N-5，如CO2，(2)；振動(dòng)形式，拉伸振動(dòng)，變形或彎曲振動(dòng)，對(duì)稱拉伸振動(dòng)，對(duì)稱拉伸振動(dòng)，面內(nèi)變形振動(dòng)，面外變形振動(dòng)，紅外光譜的吸收強(qiáng)度通常以定性表示為vs(強(qiáng))、S(強(qiáng))、M(中)、W(弱)、VW(極弱)等。(c)紅外光譜的吸收強(qiáng)度，21，學(xué)習(xí)交流PPT，相同類型的化學(xué)鍵振動(dòng)頻率非常接近，總是出現(xiàn)在一定范圍內(nèi)。這種與特定結(jié)構(gòu)單元相關(guān)聯(lián)的振動(dòng)頻率稱為基差頻率。但是，由于同一類型的氣團(tuán)在不同物質(zhì)的環(huán)境不同，可以反映結(jié)構(gòu)特征，因此存在差異。6-3組頻率和分子結(jié)構(gòu)，22，學(xué)習(xí)交流PPT，1，組頻率區(qū)和指紋區(qū)，1。組頻

6、域(40001300cm-1)，某些化學(xué)組的吸收頻率總是出現(xiàn)在較小的范圍內(nèi)。這種頻率稱為基團(tuán)特征振動(dòng)頻率，簡(jiǎn)稱基團(tuán)頻率。(位置、強(qiáng)度、頂格處罰)他們可以用作鑒別官能團(tuán)的依據(jù)。例如，羰基總是在18701650cm1之間出現(xiàn)強(qiáng)吸收峰。23、PPT、2。學(xué)習(xí)指紋區(qū)域(1300700cm-1以下)，彎曲振動(dòng)區(qū)域，24，學(xué)習(xí)交流PPT，表15.7是一些重要官能團(tuán)的紅外吸收臺(tái)位置，第一峰區(qū)(37002500)X-H的拉伸振動(dòng)吸收，第二峰區(qū)(2峰區(qū))阿爾金，學(xué)習(xí)C8H14伸展振動(dòng)，U=1 8 (0-14)/2=2，新乙炔-1，33，學(xué)習(xí)交流PPT，(4)芳烴(苯及其衍生物)，34，學(xué)習(xí)，可伸縮振動(dòng)12601

7、000強(qiáng)度，burol 1050，中醇1100，叔醇1150苯酚1200，以及強(qiáng)而寬的，O-H彎曲振動(dòng)1350。，40，學(xué)習(xí)交流PPT，(6)醚，芳基烷基醚12801220和11001050兩個(gè)強(qiáng)吸收帶，前者的強(qiáng)度更大。以太的特征吸收帶是COC拉伸振動(dòng)，飽和脂肪以太1125(強(qiáng))附近碳有側(cè)鏈的話，11701070區(qū)會(huì)出現(xiàn)雙臺(tái)。41，學(xué)習(xí)交流PPT，飽和脂肪醚1125(鋼)附近，醛類2830和2720的吸收帶，43，學(xué)習(xí)交流PPT，(8)酸，OH拉伸振動(dòng)3000鋼寬NH拉伸振動(dòng)酰胺3300以下，NH面外部彎曲振動(dòng)伯酰胺875750中亞酰胺750650，C=O拉伸振動(dòng)：酰胺I帶，(11)地圖分析，

8、(2)識(shí)別組頻域和指紋區(qū)域簡(jiǎn)單、復(fù)雜，首先確定組頻域后面的指紋區(qū)域，首先檢查強(qiáng)封后藥封，然后仔細(xì)檢查，首先否定，然后肯定。48，學(xué)習(xí)交流PPT，示例2:49，學(xué)習(xí)交流PPT，50，學(xué)習(xí)交流PPT，示例43360下圖顯示了乙酸丙烯酸酯(CH2=CH-CH2-O-CO-CH3)，丙酮在氣體狀態(tài)下為C=O=1742cm-1液體時(shí)為C=O=1718cm-1，返回，53，學(xué)習(xí)交流PPT，溫度效應(yīng)，低溫下吸收帶尖銳，溫度升高，帶寬增加，頻帶數(shù)減少，55，學(xué)習(xí)交流PPT不受分子內(nèi)氫鍵濃度的影響。56，學(xué)習(xí)交流PPT，(1)誘導(dǎo)效應(yīng)3360電負(fù)性指向其他替代物，通過靜電誘導(dǎo)引起分子中電子分布的變化，從而改變基

9、力常數(shù)，從而引起基波特征頻率的位移。替代原子電負(fù)性或替代基本數(shù)越多，柔道效果越強(qiáng)，向高頻方向移動(dòng)。電子效應(yīng)，57，學(xué)習(xí)交流PPT，分子形成大鍵所產(chǎn)生的效果，稱為共軛效應(yīng)。(2)軛效應(yīng)，雙鍵頻率是低頻移動(dòng)，單鍵頻率是高頻輕微移動(dòng)。58，學(xué)習(xí)交流PPT，(3)誘導(dǎo)和共軛共存，雙鍵吸收頻率的位移取決于優(yōu)勢(shì)效應(yīng)。59，學(xué)習(xí)AC PPT，振動(dòng)耦合，如果兩個(gè)鐘擺是同一個(gè)分子的一部分，距離非常近，一個(gè)鐘擺的振動(dòng)影響另一個(gè)鐘擺的振動(dòng)，在同一個(gè)(對(duì)稱)或以上(不對(duì)稱)兩個(gè)茄子振動(dòng)狀態(tài)下結(jié)合，電子的頻率低于原鐘擺頻率，后者的頻率高于原鐘擺頻率，這種現(xiàn)象振動(dòng)例如，羧酸，60，學(xué)習(xí)交流PPT，二元酸的兩個(gè)羧基之間只有

10、12個(gè)碳原子時(shí)，會(huì)發(fā)生兩個(gè)C=O吸收棒，這是由振動(dòng)耦合引起的。61，學(xué)習(xí)交流PPT，空間效應(yīng)3360，62，學(xué)習(xí)交流PPT，環(huán)的張力：張力越大，振動(dòng)頻率越高，63，學(xué)習(xí)交流PPT，示例5:羰基化合物中C=O拉伸振動(dòng)頻率最高的人(學(xué)習(xí)AC PPT，6-)基本結(jié)構(gòu)和工作原理，分布式紅外分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)類似于紫外線可見的分光光度計(jì)(材料和排列順序不同)。主要部件有光源，66，學(xué)習(xí)交流PPT，2。紅外分光光度計(jì)的主要組成部分，照明：常用紅外光源有埃斯特?zé)艉凸杼及魞煞N。nenster燈：壽命長(zhǎng)，穩(wěn)定性好。價(jià)錢價(jià)格比較貴，操作不便。硅線棒：波長(zhǎng)范圍大，發(fā)光面大，操作方便，價(jià)格便宜。67，學(xué)習(xí)交流PPT，樣

11、品池：紅外吸收池的窗口材料經(jīng)常由NaCl，KBr等鹽的晶體制成，稱為鹽窗。(玻璃，石英不能通過紅外線)，68，學(xué)習(xí)交流PPT，單色器：漫反射元素，準(zhǔn)鏡，狹縫組成，漫反射元素：棱鏡和光柵，棱鏡：光，干燥光柵作為漫反射元素的最大優(yōu)點(diǎn)是不受水蒸氣的侵蝕。使用的波長(zhǎng)范圍寬度改進(jìn)了幾種光柵常數(shù)不同的光柵分辨率，提高了長(zhǎng)波部分紅外輻射分離的節(jié)目增量縫寬度的方法。狹縫：寬度控制單色光的純度和強(qiáng)度，學(xué)習(xí)69，AC PPT，探測(cè)器：探測(cè)器的作用是接收紅外輻射并將其轉(zhuǎn)換為傳記信號(hào)。類型：真空熱電偶、電阻熱輻射計(jì)、放熱器和半導(dǎo)體探測(cè)器。(UV-Vis分光光度計(jì)使用的光電管和光電倍增管等不適用于紅外區(qū)域。因?yàn)榧t外頻譜區(qū)域的光子能量很弱，不足以誘發(fā)光電發(fā)射。)熱電偶用兩個(gè)溫差電位焊接在另一個(gè)金屬線上，將