振動(dòng)光譜作業(yè)

1、第二章 振動(dòng)光譜作業(yè)1紅外光區(qū)的劃分？紅外光按波長不同劃分為三個(gè)區(qū)域：近紅外區(qū)域（1-2.5微米）/中紅外區(qū)域（2.5-25微米）/遠(yuǎn)紅外區(qū)域（25-1000微米）2振動(dòng)光譜有哪兩種類型？多原子分子的價(jià)鍵或基團(tuán)的振動(dòng)有哪些類型？同一種基團(tuán)哪種振動(dòng)的頻率較高？哪種振動(dòng)的頻率較低? 振動(dòng)光譜有紅外吸收光譜和激光拉曼光譜兩種類型。 價(jià)鍵或基團(tuán)的振動(dòng)有伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)。其中伸縮振動(dòng)分為對稱伸縮振動(dòng)和非對稱伸縮振動(dòng)；彎曲振動(dòng)則分為面內(nèi)彎曲振動(dòng)（剪式振動(dòng)、面內(nèi)搖擺振動(dòng)）和面外彎曲振動(dòng)（扭曲振動(dòng)、面外搖擺振動(dòng)）。伸縮振動(dòng)頻率較高，彎曲振動(dòng)頻率較低。（鍵長的改變比鍵角的改變需要更大的能量）非對稱伸縮振動(dòng)的頻

2、率高于對稱伸縮振動(dòng)。3. 說明紅外光譜產(chǎn)生的機(jī)理與條件？產(chǎn)生機(jī)理：當(dāng)用紅外光波長范圍的光源照射物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)因受光的作用，引起分子或原子基團(tuán)的振動(dòng)，若振動(dòng)頻率恰與紅外光波段的某一頻率相等時(shí)就引起共振吸收，使光的透射強(qiáng)度減弱，使通過試樣的紅外光在一些波長范圍內(nèi)變?nèi)?，在另一些范圍?nèi)則較強(qiáng)，用光波波長（或波數(shù)）對光的透過率作圖，便可得到紅外光譜產(chǎn)生條件：1）輻射應(yīng)具有能滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷所需的能量，即振動(dòng)的頻率與紅外光譜譜段的某頻率相等。2）輻射與物質(zhì)間有相互偶合作用，即振動(dòng)中要有偶極矩變化4紅外光譜圖的表示法？紅外光譜圖的表示法：橫坐標(biāo)：波數(shù)cm-1或者波長m 縱坐標(biāo)：透過率%或者吸光度A5

3、. 紅外光譜圖的四大特征(定性參數(shù))是什么？如何進(jìn)行基團(tuán)的定性分析？如何進(jìn)行物相的定性分析？四大特征：譜帶（或者說是吸收峰）的數(shù)目、位置、形狀和強(qiáng)度。進(jìn)行基團(tuán)的定性分析時(shí)，首先，觀察特征頻率區(qū)，根據(jù)基團(tuán)的伸縮振動(dòng)來判斷官能團(tuán)。進(jìn)行物相的定性分析：進(jìn)行物相的定性分析：對于已知物：a、，觀察特征頻率區(qū)，判斷官能團(tuán)，以確定所屬化合物的類型b、觀察指紋頻率區(qū)，進(jìn)一步確定基團(tuán)的結(jié)合方式c、對照標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行比對，若被測物質(zhì)的與已知物的譜圖峰位置和相對強(qiáng)度完全一致，則可確認(rèn)為一種物質(zhì)。對于未知物： A、做好準(zhǔn)備工作。了解試樣的來源，純度、熔點(diǎn)、沸點(diǎn)點(diǎn)各種信息，如果是混合物，盡量用各種化學(xué)、物理的方法分離 B

4、、 按照鑒定已知化合物的方法進(jìn)行6. 何謂拉曼效應(yīng)？說明拉曼光譜產(chǎn)生的機(jī)理與條件？光子與試樣分子發(fā)生非彈性碰撞，也就是說在光子與分子相互作用中有能量的交換，產(chǎn)生了頻率的變化，且方向改變叫拉曼效應(yīng)。產(chǎn)生的機(jī)理：斯托克斯線產(chǎn)生機(jī)理：處于振動(dòng)基態(tài)的分子在光子作用下，激發(fā)到較高的不穩(wěn)定的能態(tài)（虛態(tài)）后又立即回到較低能級的振動(dòng)激發(fā)態(tài)。此時(shí)激發(fā)光能量大于散射光能量，產(chǎn)生拉曼散射的斯托克斯線，散射光頻率小于入射光。反斯托克斯線產(chǎn)生機(jī)理：若光子與處于振動(dòng)激發(fā)態(tài)（V1）的分子相互作用，使分子激發(fā)到更高的不穩(wěn)定能態(tài)后又回到振動(dòng)基態(tài)（V0）, 散射光的能量大于激發(fā)光，產(chǎn)生反斯托克斯散射，散射光頻率大于入射光。產(chǎn)生的

5、條件：分子極化率變化7. 拉曼位移是什么？拉曼譜圖的表示法？拉曼位移即為拉曼散射光與入射光頻率之差的絕對值。拉曼譜圖的橫坐標(biāo)為拉曼位移，用波數(shù)來表示；縱坐標(biāo)為譜帶的強(qiáng)度8比較拉曼光譜與紅外光譜。相同點(diǎn)：兩光譜都屬于分子振動(dòng)光譜不同點(diǎn)：、兩光譜的光源不同：拉曼光譜用單色光很強(qiáng)的激光輻射，頻率在可見光范圍；紅外光譜用的是紅外光輻射源，波長大于1000nm的多色光、產(chǎn)生機(jī)理不同：拉曼光譜是分子對激光的散射，強(qiáng)度由分子極化率決定，其適用于研究同原子的非極性鍵振動(dòng)，紅外光譜是分子對紅外光的吸收，強(qiáng)度由分子偶極矩決定，其適用于研究不同原子的極性鍵的振動(dòng)。、光譜范圍不同：紅外光譜的范圍是4000-400cm

6、-1,拉曼光譜的范圍是4000-40cm-1.拉曼光譜的范圍較紅外光譜范圍寬。、制樣、操作的不同：a、在拉曼光譜分析中水可以作溶劑，但是紅外光譜分析中水不能作為溶劑。b、拉曼光譜分析中樣品可盛于玻璃瓶，毛細(xì)管等容器中直接測定，但紅外光譜分析中不能用玻璃容器測定。c、拉曼光譜分析中固體樣品可直接測定，但紅外光譜分析中固體樣品需要研磨制成KBr壓片。9 紅外與拉曼活性判斷規(guī)律？指出下列分子的振動(dòng)方式哪些具有紅外活性、哪些具有拉曼活性。為什么？（1）O2 、H2 （2）H2O的對稱伸縮振動(dòng)、反對稱伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)。活性判斷規(guī)律：產(chǎn)生偶極矩變化有紅外活性，反之沒有。分子極化率變化有拉曼活性，反之沒有

7、，凡有對稱中心的分子，其分子振動(dòng)僅對紅外和拉曼之一有活性；凡無對稱中心的分子，大多數(shù)分子振動(dòng)對紅外和拉曼都是有活性的；少數(shù)分子的振動(dòng)即紅外非活性又拉曼非活性。（1）O2 H2 都有兩個(gè)原子，且為線性分子，所以其振動(dòng)形式有3n-5=3*2-5=1中，即對稱伸縮振動(dòng)，它們分子的振動(dòng)是拉曼活性，紅外非活性，因?yàn)樗鼈兪菍ΨQ分子，其振動(dòng)中并沒有偶極矩的變化，有極化率的變化。 （2）H2 O分子中有3個(gè)原子，且為非線性分子，所以其振動(dòng)形式有3n-6=3*3-6=3種，即對稱伸縮振動(dòng)、反對稱伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng) 三種振動(dòng)都對紅外和拉曼都具有活性，因?yàn)樗肿訛闊o對稱中心的分子，其振動(dòng)同時(shí)使偶極矩和極化率產(chǎn)生變化

8、。10. 由元素分析某化合物的分子式為C4H6O2，測得紅外光譜如下圖，試推測其結(jié)構(gòu)。 解： 由分子式計(jì)算不飽和度U = 46/21= 2 特征區(qū)：1、3 095cm-1有弱的不飽和CH伸縮振動(dòng)吸收，2、1 649cm-1的強(qiáng)的C=C伸縮振動(dòng)吸收1和2表明有C=C雙鍵的存在 3、 1 762cm-1處強(qiáng)的吸收峰，表明有羰基存在，4、1 217cm-1和1 138cm-1處強(qiáng)的吸收峰,為C-O-C的吸收。3和4表明coo酯基的存在5、1372cm-1處的強(qiáng)的吸收峰是-CH3的面內(nèi)彎曲振動(dòng)吸收So、這個(gè)化合物中含有-COO-C、C=C-、-CH3三種基團(tuán)的存在 且沒有-CHO的存在。它的可能的結(jié)構(gòu)

9、如下：CH3COOCH=CH2 醋酸乙烯酯 CH2=CHCOOCH3 丙烯酸甲酯普通酯的vC=O在1 745cm-1附近，CH2=CHCOOCH3受到共軛效應(yīng)vC=O較低，估計(jì)在1700cm-1左右，且甲基的對稱變形振動(dòng)頻率在1 440cm-1處，與譜圖不符，CH3COOCH=CH2 中vC=O頻率較高以及甲基對稱變形振動(dòng)吸收向低頻位移，強(qiáng)度增加，表明有CH3COC結(jié)構(gòu)單元。 指紋區(qū)：=CH 出現(xiàn)在955和880cm-1，是因?yàn)橄╂I受到極化，使頻率降低。So、化合物的結(jié)構(gòu)是CH3COOCH=CH2之后按鑒定已知物的方法鑒定化合物類型的判斷 有機(jī)物和無機(jī)物 飽和化合物與不飽和化合物 烯烴或芳烴

10、推斷可能含有的功能團(tuán) 先看特征頻率區(qū)（3600-1350），再看指紋區(qū)（1350-400）。 先看強(qiáng)峰，再看弱峰 先找特征吸收峰，再找相關(guān)峰佐證 計(jì)算分子的不飽和度，根據(jù)不飽和度的結(jié)果推斷分子中可能存在的官能團(tuán)。根據(jù)吸收峰的位置、強(qiáng)度、形狀分析各種官能團(tuán)及其相對關(guān)系，推出化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu) 42. 紅外光譜圖的四大表象（四要素）是什么？譜峰三要素是什么？ 答：四大表象:譜帶的位置、譜帶的強(qiáng)度、譜帶的形狀、譜帶的數(shù)目。譜峰三要素：峰位置、峰強(qiáng)度、峰形狀。 紅外光譜與拉曼光譜比較1)紅外吸收波數(shù)與拉曼位移均在紅外光區(qū),反映的都是分子振動(dòng)的信息，同屬分子振(轉(zhuǎn))動(dòng)光譜. 對于一個(gè)給定的化學(xué)鍵，其紅外吸

11、收頻率與拉曼位移相等，均代表第一振動(dòng)能級的能量。2)紅外光譜的入射光及檢測光都是紅外光，紅外光譜是吸收光譜。而拉曼光譜的入射光和散射光大多是可見光。拉曼光譜為散射光譜，3)機(jī)理不同：拉曼散射過程來源于分子的誘導(dǎo)偶極矩，與分子極化率的變化相關(guān)。紅外吸收過程與分子永久偶極矩的變化相關(guān)，中紅外吸收光譜的區(qū)域如何劃分？答：中紅外光譜區(qū)分成: 基團(tuán)頻率區(qū)和指紋區(qū) 基團(tuán)頻率區(qū)（官能團(tuán)區(qū)）: 4000 cm-1 -1400 cm-1由伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的吸收帶，比較稀疏，容易辨認(rèn)，常用于鑒定官能團(tuán)。其中：（1）4000 -2500 cm-1 X-H伸縮振動(dòng)區(qū)，X可以是O、N、C或S等原子。 （2）2500-190

12、0 為叁鍵和累積雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)。 （3）1900-1200 cm-1為雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)無機(jī)物中；除水、OH-外，CO2、CO32-、N-H等少數(shù)鍵有振動(dòng)吸收.指紋區(qū):單鍵的伸縮振動(dòng)和變形振動(dòng)產(chǎn)生的譜帶，與整個(gè)分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。吸收帶數(shù)量密集而復(fù)雜（1）1400cm-1-900 cm-1區(qū)域 C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、 P-O、Si-O等單鍵的伸縮振動(dòng) C=S、S=O、P=O等雙鍵的伸縮振動(dòng)吸收。 其中»1375 cm-1的譜帶為甲基的dC-H對稱彎曲振動(dòng)，對識別甲基十分有用，C-O的伸縮振動(dòng)在13001000 cm-1 ，是該區(qū)域最強(qiáng)的峰，也較易識別。 （2）900-650

13、 cm-1 ：確認(rèn)化合物的順反構(gòu)型（3）無機(jī)化合物的紅外吸收基頻基本上都處于1500cm-1以下。 43. 利用紅外光譜分析鑒定物質(zhì)結(jié)構(gòu)的依據(jù)是什么？優(yōu)先考慮什么？ 答：依據(jù)：（1）根據(jù)特征頻率判斷基團(tuán)是否存在，要同時(shí)涉及到峰的強(qiáng)度和峰的形狀，即考慮譜峰三要素。（2）同一基團(tuán)的幾種振動(dòng)吸收是同時(shí)存在的，只有當(dāng)基團(tuán)頻率和指紋頻率同時(shí)存在時(shí)，才能判斷基團(tuán)存在。（3）分析時(shí)先看高頻的基團(tuán)頻率，再看低頻區(qū)的指紋頻率。（4）若前面有，后面無，可考慮是否由于峰小出不來；若前面無，后面有，則一定不能判定該基團(tuán)存在。應(yīng)優(yōu)先考慮特征頻率44. 何謂拉曼光譜？說明拉曼光譜產(chǎn)生的機(jī)理與條件？ 答：拉曼光譜是用單色光束照射在樣品上，產(chǎn)生拉曼效應(yīng)（散射光中散射強(qiáng)度中約有1%的光頻率與入射光束的頻率不同。除在入射光頻率處有一強(qiáng)的瑞利散射線外，在它的較高和較低頻率處還有比它弱得多的譜線），觀察到弱的譜線。拉曼光譜產(chǎn)生條件：分子中某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率與單色光頻率一致且同時(shí)分子的極化率改變。45. 拉曼位移是什么？拉曼譜圖的表示法？ 答：拉曼位移即為拉曼散射光與入射光頻率之差。它只與能級差有關(guān)，與入射光波長無關(guān)。分子由態(tài)到激發(fā)態(tài)產(chǎn)生負(fù)拉曼位移，分子由激發(fā)態(tài)到基態(tài)產(chǎn)生正拉曼位移47. 紅外與拉曼光譜