第3章 紅外分光光度法

1、1第四章 紅外分光光度計(jì)2第一節(jié)概 述 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 u紅外分光光度法紅外分光光度法（infrared spectrophotometry，IR）是利是利用物質(zhì)對(duì)紅外線(xiàn)的特征吸收而建立起來(lái)的分析方法，又用物質(zhì)對(duì)紅外線(xiàn)的特征吸收而建立起來(lái)的分析方法，又稱(chēng)紅外吸收光譜法。稱(chēng)紅外吸收光譜法。 3第一節(jié)概 述一、一、紅外線(xiàn)及紅外光譜紅外線(xiàn)及紅外光譜1 1紅外線(xiàn)及紅外光譜區(qū)域紅外線(xiàn)及紅外光譜區(qū)域紅外光譜在可見(jiàn)光和微波光區(qū)之間，波長(zhǎng)范圍為紅外光譜在可見(jiàn)光和微波光區(qū)之間，波長(zhǎng)范圍為 0.76-1000 um，一般說(shuō)的紅外光譜指，一般說(shuō)的紅外光譜指中紅外區(qū)中紅外區(qū)的紅外光譜的紅外光譜2.5-25u

2、mu目前廣泛用于化合物定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的紅外光譜，是指目前廣泛用于化合物定性、定量和結(jié)構(gòu)分析的紅外光譜，是指化合物吸收中紅外光區(qū)的紅外光后引起分子振、轉(zhuǎn)能級(jí)躍遷而化合物吸收中紅外光區(qū)的紅外光后引起分子振、轉(zhuǎn)能級(jí)躍遷而產(chǎn)生的吸收光譜，稱(chēng)為紅外吸收光譜簡(jiǎn)稱(chēng)紅外光譜（產(chǎn)生的吸收光譜，稱(chēng)為紅外吸收光譜簡(jiǎn)稱(chēng)紅外光譜（IR）。）。 紅外光區(qū)的劃分紅外光區(qū)的劃分: :近紅外光區(qū)（近紅外光區(qū)（0.76 -2.50.76 -2.5m m ）中紅外光區(qū)中紅外光區(qū)（2.5 -252.5 -25m m ）遠(yuǎn)紅外光區(qū)（遠(yuǎn)紅外光區(qū)（25 - 100025 - 1000m m ）。）。 4第一節(jié)概 述2紅外光譜的表示方

3、法紅外光譜的表示方法u紅外光譜的表示常采用紅外光譜的表示常采用T-曲線(xiàn)或曲線(xiàn)或T-曲線(xiàn)，即以波曲線(xiàn)，即以波數(shù)數(shù)（cm-1）或波長(zhǎng)）或波長(zhǎng)（m）為橫坐標(biāo)，表示吸收）為橫坐標(biāo)，表示吸收峰的位置，以百分透光率峰的位置，以百分透光率T%為縱坐標(biāo)，表示吸收為縱坐標(biāo)，表示吸收峰的強(qiáng)度。峰的強(qiáng)度。紅外光譜圖最常采用的是波數(shù)等距繪紅外光譜圖最常采用的是波數(shù)等距繪制的制的T-T-曲線(xiàn)，其吸收峰是向下的曲線(xiàn)，其吸收峰是向下的“谷谷”，吸收，吸收峰多而尖銳，圖譜復(fù)雜。峰多而尖銳，圖譜復(fù)雜。5cm10m1m10m1010mm10cm114-43，波數(shù)是波長(zhǎng)的倒數(shù)，單位為 ，表示1cm長(zhǎng)度內(nèi)所含波長(zhǎng)的數(shù)目個(gè)的波長(zhǎng)的數(shù)目

4、是長(zhǎng)度內(nèi)含表示時(shí)，即400m25cm1cm400cm102511cm1025m25e.g.1 -4-4-1-cm6第一節(jié)概 述二、紅外光譜與紫外光譜的區(qū)別二、紅外光譜與紫外光譜的區(qū)別 1. 成因不同成因不同 紅外光譜是由分子的振轉(zhuǎn)能級(jí)的躍遷而形成，紅外光譜是由分子的振轉(zhuǎn)能級(jí)的躍遷而形成，即稱(chēng)即稱(chēng)分子分子-轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，又稱(chēng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，又稱(chēng)“分子指紋光譜分子指紋光譜”。紫外可見(jiàn)紫外可見(jiàn)光譜是分子外層電子能級(jí)的躍遷而形成，故稱(chēng)為光譜是分子外層電子能級(jí)的躍遷而形成，故稱(chēng)為電子光譜電子光譜。 2特征性不同特征性不同 紅外吸收光譜中峰較密集，光譜形狀復(fù)雜，紅外吸收光譜中峰較密集，光譜形狀復(fù)雜，信息量多，特征性

5、強(qiáng)，與分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)信息量多，特征性強(qiáng)，與分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān);紫外吸收光紫外吸收光譜的吸收峰一般較少，峰形比較簡(jiǎn)單，僅反映的是少數(shù)官譜的吸收峰一般較少，峰形比較簡(jiǎn)單，僅反映的是少數(shù)官能團(tuán)的的特性，而不是整個(gè)分子的特性。能團(tuán)的的特性，而不是整個(gè)分子的特性。 7第一節(jié)概 述3應(yīng)用范圍不同應(yīng)用范圍不同 紅外光譜提供的信息量很多，對(duì)藥物定性鑒定紅外光譜提供的信息量很多，對(duì)藥物定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析具有重要意義。紫外光譜只適用于研和結(jié)構(gòu)分析具有重要意義。紫外光譜只適用于研究不飽合化合物，特別是分子中具有共軛體系的究不飽合化合物，特別是分子中具有共軛體系的化合物化合物,在有機(jī)物定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析上僅是紅在有機(jī)

6、物定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析上僅是紅外光譜的一種輔助工具。外光譜的一種輔助工具。 8紅外分光光度法的特點(diǎn) 1、根據(jù)化合物在紅外光區(qū)（中紅外區(qū)）吸收帶的位置、強(qiáng)度、形狀及個(gè)數(shù)，確定其分子結(jié)構(gòu) 2、適用于任何狀態(tài)的樣品（氣、液、固體），制樣簡(jiǎn)單，測(cè)定時(shí)不會(huì)破壞樣品 3、分析時(shí)間短 4、紅外光譜的特征性強(qiáng)9第三節(jié) 紅外分光光度計(jì)簡(jiǎn)介第三節(jié)第三節(jié) 紅外分光光度計(jì)簡(jiǎn)介紅外分光光度計(jì)簡(jiǎn)介主要部件主要部件1光源光源 紅外光源應(yīng)是能夠發(fā)射高強(qiáng)度的連續(xù)紅外光的物紅外光源應(yīng)是能夠發(fā)射高強(qiáng)度的連續(xù)紅外光的物體。常用的光源有能斯特?zé)艉凸杼及魞煞N。體。常用的光源有能斯特?zé)艉凸杼及魞煞N。 2吸收池吸收池 有氣體池和液體池兩種。有

7、氣體池和液體池兩種。 3單色器單色器 單色器由狹縫、準(zhǔn)直鏡和色散元件通過(guò)一定的單色器由狹縫、準(zhǔn)直鏡和色散元件通過(guò)一定的排列方式組合而成。排列方式組合而成。4檢測(cè)器有熱電偶、測(cè)輻射熱計(jì)、高萊池等，常用的檢檢測(cè)器有熱電偶、測(cè)輻射熱計(jì)、高萊池等，常用的檢測(cè)器為真空熱電偶。測(cè)器為真空熱電偶。 5顯示器顯示器 10第三節(jié) 紅外分光光度計(jì)簡(jiǎn)介11 色散型紅外光譜儀與紫外色散型紅外光譜儀與紫外-可見(jiàn)光度計(jì)的異同可見(jiàn)光度計(jì)的異同:同同: :都由光源、樣品池、單色器、檢測(cè)器、放大都由光源、樣品池、單色器、檢測(cè)器、放大 和記錄系統(tǒng)等組成和記錄系統(tǒng)等組成異異: :所用材料不同所用材料不同: :光源、吸收池、檢測(cè)器光

8、源、吸收池、檢測(cè)器 部件排列順序部件排列順序: :紅外光譜儀的樣品室放在光紅外光譜儀的樣品室放在光源和單色器之間源和單色器之間. .12第三節(jié) 紅外分光光度計(jì)簡(jiǎn)介u紅外分光光度計(jì)最重要的性能指標(biāo)是分辨率和波紅外分光光度計(jì)最重要的性能指標(biāo)是分辨率和波數(shù)準(zhǔn)確度與重復(fù)性。數(shù)準(zhǔn)確度與重復(fù)性。 u儀器的分辨率和波數(shù)準(zhǔn)確度的高低決定了紅外吸儀器的分辨率和波數(shù)準(zhǔn)確度的高低決定了紅外吸收光譜儀性能的優(yōu)良與否，此二項(xiàng)指標(biāo)，可用聚收光譜儀性能的優(yōu)良與否，此二項(xiàng)指標(biāo)，可用聚苯乙烯薄膜來(lái)檢驗(yàn)。苯乙烯薄膜來(lái)檢驗(yàn)。13第二節(jié) 基本原理第二節(jié)第二節(jié) 基本原理基本原理一、紅外光譜產(chǎn)生的基本原理及條件一、紅外光譜產(chǎn)生的基本原理

9、及條件（一）紅外光譜產(chǎn)生的基本原理（一）紅外光譜產(chǎn)生的基本原理1分子振動(dòng)與紅外吸收分子振動(dòng)與紅外吸收 u分子處在不停的運(yùn)動(dòng)之中，除了價(jià)電子躍遷外，分子處在不停的運(yùn)動(dòng)之中，除了價(jià)電子躍遷外，還有分子中原子的振動(dòng)和分子本身的轉(zhuǎn)動(dòng)。還有分子中原子的振動(dòng)和分子本身的轉(zhuǎn)動(dòng)。14第二節(jié) 基本原理u當(dāng)一定頻率的紅外線(xiàn)照射分子時(shí)，如果分子中當(dāng)一定頻率的紅外線(xiàn)照射分子時(shí)，如果分子中某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率與其相同，兩者就會(huì)產(chǎn)生共某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率與其相同，兩者就會(huì)產(chǎn)生共振，分子吸收紅外光的能量由原來(lái)的基態(tài)能級(jí)躍振，分子吸收紅外光的能量由原來(lái)的基態(tài)能級(jí)躍遷到較高的振動(dòng)能級(jí)，同時(shí)也伴隨著轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的遷到較高的振動(dòng)能級(jí)，同時(shí)

10、也伴隨著轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷。躍遷。u對(duì)于大多數(shù)復(fù)雜的氣、液、固體，分子間的自對(duì)于大多數(shù)復(fù)雜的氣、液、固體，分子間的自由旋轉(zhuǎn)受到阻礙，由轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷所引起的紅外由旋轉(zhuǎn)受到阻礙，由轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷所引起的紅外吸收幾乎觀(guān)察不到，可以觀(guān)察到的主要由分子振吸收幾乎觀(guān)察不到，可以觀(guān)察到的主要由分子振動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的紅外吸收光譜。動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的紅外吸收光譜。 15第二節(jié) 基本原理2振動(dòng)形式振動(dòng)形式u大多數(shù)的物質(zhì)分子為多原子組成的非線(xiàn)性分子，大多數(shù)的物質(zhì)分子為多原子組成的非線(xiàn)性分子，振動(dòng)形式較復(fù)雜。在紅外光譜中的基本振動(dòng)形式振動(dòng)形式較復(fù)雜。在紅外光譜中的基本振動(dòng)形式可分為伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)兩類(lèi)?？煞譃樯炜s振動(dòng)和彎曲

11、振動(dòng)兩類(lèi)。16第二節(jié) 基本原理17第二節(jié) 基本原理每一種振動(dòng)形式對(duì)應(yīng)一個(gè)振動(dòng)能級(jí)，在產(chǎn)生躍遷每一種振動(dòng)形式對(duì)應(yīng)一個(gè)振動(dòng)能級(jí)，在產(chǎn)生躍遷時(shí)所需的能量不同，將選擇吸收不同頻率的紅外時(shí)所需的能量不同，將選擇吸收不同頻率的紅外光，即在紅外光譜圖上出現(xiàn)相應(yīng)的特征吸收峰。光，即在紅外光譜圖上出現(xiàn)相應(yīng)的特征吸收峰。 18紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件1.1.輻射光子具有的能量與產(chǎn)生振動(dòng)躍遷所需的能量相等；輻射光子具有的能量與產(chǎn)生振動(dòng)躍遷所需的能量相等；2.2.分子振動(dòng)時(shí)，必須伴隨有分子振動(dòng)時(shí)，必須伴隨有瞬時(shí)偶極矩瞬時(shí)偶極矩的變化的變化. . 對(duì)稱(chēng)分子：對(duì)稱(chēng)分子：沒(méi)有偶極矩，輻射不能引起共振，無(wú)

12、沒(méi)有偶極矩，輻射不能引起共振，無(wú) 紅外活性。如：紅外活性。如：N N2 2、O O2 2、ClCl2 2 等。等。非對(duì)稱(chēng)分子：非對(duì)稱(chēng)分子：有偶極矩，紅外活性。有偶極矩，紅外活性。19第二節(jié) 基本原理四、典型有機(jī)化合物的重要基團(tuán)在紅外光譜中出現(xiàn)的重四、典型有機(jī)化合物的重要基團(tuán)在紅外光譜中出現(xiàn)的重要區(qū)段要區(qū)段（一）（一） 伸縮振動(dòng)區(qū)（伸縮振動(dòng)區(qū)（40002500cm-1）（二）叁鍵伸縮振動(dòng)區(qū)（二）叁鍵伸縮振動(dòng)區(qū)（24002100cm-1）（三）雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)（三）雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū) （20001500cm-1）（四）部分單鍵振動(dòng)（四）部分單鍵振動(dòng)-指紋區(qū)（指紋區(qū)（1500400cm-1）20固體試樣制樣方法固體試樣制樣方法 壓片法（壓片法（1mg1mg樣品樣品+100mg +100mg KBr粉末研磨均勻后壓片）粉末研磨均勻后壓片） 研糊法（試樣研細(xì)后與液體石蠟混合調(diào)成糊狀，夾于鹽片中）研糊法（試樣研細(xì)后與液體石蠟混合調(diào)成糊狀，夾于鹽片中） 薄膜法（可塑性樣品在平滑的金屬表面滾壓成薄膜，高聚物）薄膜法（可塑性樣品在平滑的金屬表面滾壓成薄膜，高聚物） 液體試樣制樣方法液體試樣制樣方法 液膜法液膜法, ,適用于對(duì)高沸點(diǎn)不易清洗的試樣定性分析適用于對(duì)高沸點(diǎn)不易清洗的試樣定性分析 溶