紅外光的基本性質(zhì)課件

紅外光譜吸收法

1、紅外光的波長：0.75-1000mm，為三個區(qū)：近紅外光區(qū)（0.75~2.5μm）；中紅外光區(qū)（2.5~25μm）；遠紅外光區(qū)（25~1000μm）。一、紅外光的基本性質(zhì)波長與波數(shù)之間的關(guān)系為：波數(shù)/cm-1=104/（/μm）二.紅外光譜的產(chǎn)生紅外光譜是由于分子振動而產(chǎn)生的。（1）分子振動方程式K化學(xué)鍵的力常數(shù)，與鍵能和鍵長有關(guān)，

為雙原子的折合質(zhì)量=m1m2/（m1+m2）發(fā)生振動能級躍遷需要能量的大小取決于鍵兩端原子的折合質(zhì)量和鍵的力常數(shù)，即取決于分子的結(jié)構(gòu)特征。

（3）分子的振動形式伸縮振動：變形振動：（4）紅外光譜產(chǎn)生條件：必要條件：紅外輻射應(yīng)具有恰好能滿足能級躍遷所需的能量，即物質(zhì)的分子中某個基團的振動頻率應(yīng)正好待于該紅外光的頻率。充分條件：物質(zhì)分子在振動過程中應(yīng)偶極矩的變化。注意：對稱分子沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性。（1）基頻峰：分子吸收一定頻率的紅外光，若振動能級由基態(tài)(n=0)躍遷到第一振動激發(fā)態(tài)(n=1)時，所產(chǎn)生的吸收峰稱為基頻峰。基頻峰是最強峰。（2）泛頻峰：分子吸收一定頻率的紅外光，若振動能級由基態(tài)(n=0)躍遷到第二(n=2)，第三(n=3)，…，第n振動激發(fā)態(tài)時，所產(chǎn)生的吸收峰稱為倍頻峰。其它合頻峰、差頻峰等弱峰。（3）特征峰：官能團所具有的特定吸收峰，能夠用于鑒定官能團的存在。二、紅外吸收光譜的幾個概念（1）4000~2500cm-1

X-H伸縮振動區(qū)，X可以是O、H、C或S等原子。O-H基的伸縮振動出現(xiàn)在3650~3200cm-1范圍內(nèi)，它可以作為判斷有無醇類、酚類和有機酸類的重要依據(jù)。胺和酰胺的N-H伸縮振動也出現(xiàn)在3500~3100cm-1。C-H的伸縮振動可分為飽和和不飽和的兩種：飽和的C-H伸縮振動出現(xiàn)在3000cm-1以下，約3000~2800cm-1；不飽和的C-H伸縮振動出現(xiàn)在3000cm-1以上。苯環(huán)的C-H鍵伸縮振動出現(xiàn)在3030cm-1附近，它的特征是強度比飽和的C-H漿稍弱，但譜帶比較尖銳。不飽和的雙鍵=C-H的吸收出現(xiàn)在3010~3040cm-1范圍內(nèi)，末端=CH2的吸收出現(xiàn)在3085cm-1附近。叁鍵CH上的C-H伸縮振動出現(xiàn)在更高的區(qū)域（3300

cm-1）附近。基團頻率區(qū)可分為三個區(qū)域：R-CCH的伸縮振動出現(xiàn)在2100~2140cm-1附近，R-CC-R出現(xiàn)在2190~2260cm-1附近。-CN基的伸縮振動在非共軛的情況下出現(xiàn)在2240~2260cm-1附近。當(dāng)與不飽和鍵或芳香核共軛時，該峰位移到2220~2230cm-1附近。若分子中含有C、H、N原子，-CN基吸收比較強而尖銳。若分子中含有O原子，且O原子離-CN基越近，-CN基的吸收越弱，甚至觀察不到。（2）2500~1900

為叁鍵和累積雙鍵區(qū)

C=O伸縮振動出現(xiàn)在1900~1650cm-1。C=C伸縮振動。烯烴的C=C伸縮振動出現(xiàn)在1680~1620

cm-1，一般很弱。單核芳烴的C=C伸縮振動出現(xiàn)在1600cm-1和1500cm-1附近，有兩個峰，這是芳環(huán)的骨架結(jié)構(gòu)，用于確認有無芳核的存在。苯的衍生物的泛頻譜帶，出現(xiàn)在2000~1650cm-1范圍。（3）1900~1200cm-1為雙鍵伸縮振動區(qū)

外部效應(yīng)：試樣狀態(tài)，測定條件的不同及溶劑的極性的影響等外部因素都會引起基團頻率的位移。內(nèi)部效應(yīng)（見后）影響基團位移的因素1、電效應(yīng)：包括誘導(dǎo)效應(yīng)、共軛效應(yīng)和中介效應(yīng)，它們都是由于化學(xué)鍵的電子分布不均勻引起的。（1）誘導(dǎo)效應(yīng)：由于取代基具有不同的電負性，通過靜電誘導(dǎo)作用，引起分子中電子分布的變化。從而改變了鍵力常數(shù)，使基團的特征頻率發(fā)生了位移。一般來說，隨著取代基團數(shù)目的增加或取代基電負性的增大，誘導(dǎo)效應(yīng)增大，從而導(dǎo)致基圍攏振動頻率向高頻移動。（2）中介效應(yīng)：當(dāng)含有孤對電子的原子（O、S、N等）與具有多重鍵的原子相連時，也可起類似的共軛作用，稱為中介效應(yīng)。（3）偶極場效應(yīng)：在分子內(nèi)的空間里，相互靠近的官能團之間，才能產(chǎn)生偶極場效應(yīng)。內(nèi)部效應(yīng)2、氫鍵：氫鍵的形成使電子云密度平均化，從而使伸縮振動頻率降低。3、振動偶合：適當(dāng)結(jié)合的兩個振動基團，若原來的振動頻率很近，它們可能會產(chǎn)生相互作用而使譜峰裂分為兩個，一個高于正常頻率，一個低于正常頻率，這種相互作用，稱為振動的偶合。4、費米共振：指當(dāng)一振動的倍頻與另一振動的基頻接近時，由于發(fā)生相互作用而產(chǎn)生很強的吸收峰或發(fā)生裂分的現(xiàn)象。色散型紅外光譜儀傅立葉紅外光譜儀紅外光譜儀光源：紅外光譜儀中所用的光源通常是一種惰性固體，同電加熱使之發(fā)射高強度的連續(xù)紅外輻射。常用的是Nernst燈或硅碳棒。

樣品室：紅外樣品室要用可透過紅外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5（TlI58%，TlBr42%）等材料制成窗片。單色器：單色器由色散元件、準(zhǔn)直鏡和狹縫構(gòu)成。用棱鏡或光柵。色散型紅外光譜儀結(jié)構(gòu)檢測器：常用的紅外檢測器有高真空熱電偶、熱釋電檢測器和碲鎘汞檢測器。（1）高真空熱電偶（2）熱釋電檢測器（3）碲鎘汞檢測器記錄系統(tǒng)傅里葉變換紅外光譜儀結(jié)構(gòu)框圖干涉儀光源樣品室檢測器顯示器繪圖儀計算機干涉圖光譜圖FTS（1）掃描速度極快：一次完整掃描據(jù)需要為8、15、30s等。（2）具有很高的分辨率：分辨率達0.1~0.005cm-1。（3）靈敏度高：可檢測10-8g數(shù)量級的樣品。（4）波數(shù)準(zhǔn)確度高：可達0.01cm-1的測量精度。（5）光學(xué)部件簡單：只有一個可動鏡。（6）多通路：所有頻率同時測量。二、傅立葉變換紅外光譜儀的特點三、新技術(shù)GC/FTIR（氣相色譜紅外光譜聯(lián)用）LC/FTIR（液相色譜紅外光譜聯(lián)用）PAS/FTIR（光聲紅外光譜）MIC/FTIR（顯微紅外光譜）——微量及微區(qū)分析1.氣體樣品氣態(tài)樣品可在玻璃氣槽內(nèi)進行測定，它的兩端粘有紅外透光的NaCl或KBr窗片。先將氣槽抽真空，再將試樣注入。2.液體和溶液試樣（1）液體池法沸點較低，揮發(fā)性較大的試樣，可注入封閉液體池中，液層厚度一般為0.01~1mm。（2）液膜法沸點較高的試樣，直接直接滴在兩片鹽片之間，形成液膜。二、制樣的方法3.固體試樣（1）壓片法將1~2mg試樣與200mg純KBr研細均勻，置于模具中，用（5~10）107Pa壓力在油壓機上壓成透明薄片，即可用語測定。試樣和KBr都應(yīng)經(jīng)干燥處理，研磨到粒度小于2微米，以免散射光影響。（2）石蠟糊法將干燥處理后的試樣研細，與液體石蠟或全氟代烴混合，調(diào)成糊狀，夾在鹽片中測定。（3）薄膜法主要用于高分子化合物的測定。可將它們直接加熱熔融后涂制或壓制成膜。也可將試樣溶解在低沸點的易揮發(fā)溶劑中，涂在鹽片上，待溶劑揮發(fā)后成膜測定。 紅外光譜定量分析是通過對特征吸收譜帶強度的測量來求出組份含量。其理論依據(jù)是朗伯-比耳定律。