紅外光譜分析儀和應用

關(guān)于紅外光譜分析儀和應用第1頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日

4.3.1紅外光譜儀

目前有兩類紅外光譜儀：色散型和傅立葉變換型（FourierTransfer,FT）一、色散型：與雙光束UV-Vis儀器類似，但部件材料和順序不同。第2頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日調(diào)節(jié)T%或稱基線調(diào)平器置于吸收池之后可避免雜散光的干擾雙光束紅外光譜儀原理示意圖

光源--------樣品池-------單色器-------檢測器------記錄儀第3頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日1.光源常用的紅外光源有Nernst燈和硅碳棒。第4頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日2.吸收池紅外吸收池使用可透過紅外的材料制成窗片；不同的樣品狀態(tài)（固、液、氣態(tài)）使用不同的樣品池，固態(tài)樣品可與晶體混合壓片制成。第5頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日

狹縫越窄，分辨率越高，但光源到達檢測器的能量輸出減少，這在紅外光譜分析中尤為突出。為減少長波部分能量損失，改善檢測器響應，通常采取程序增減狹縫寬度的辦法，即隨輻射能量降低，狹縫寬度自動增加，保持到達檢測器的輻射能量的恒定。3.單色器由色散元件、準直鏡和狹縫構(gòu)成。其中可用幾個光柵來增加波數(shù)范圍，狹縫寬度應可調(diào)。第6頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日以光柵為分光元件的紅外光譜儀不足之處：1）需采用狹縫，光能量受到限制；2）掃描速度慢，不適于動態(tài)分析及和其它儀器聯(lián)用；3）不適于過強或過弱的吸收信號的分析。第7頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日4.檢測器及記錄儀

紅外光能量低，因此常用熱電偶、測熱輻射計、熱釋電檢測器和碲鎘汞檢測器等。第8頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日二、傅立葉紅外光譜儀第9頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日傅立葉紅外光譜儀

光源-------干涉儀---------樣品池------檢測器------記錄儀第10頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日

它是利用光的相干性原理而設計的干涉型紅外分光光度儀。儀器組成為：樣品池紅外光源擺動的凹面鏡擺動的凹面鏡邁克爾遜干擾儀檢測器參比池同步擺動干涉圖譜計算機解析紅外譜圖還原M1BSIIIM2D第11頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日多色干涉光經(jīng)樣品吸收后的干涉圖(a)及其Fourier變換后的紅外光譜圖(b)第12頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日一、對試樣的要求1）試樣應為“純物質(zhì)”（>98%），在分析前，樣品需純化；對于GC-FTIR則無此要求。2）試樣不含有水；3）試樣濃度或厚度應適當，以使T在合適范圍。4.3.2試樣制備第13頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日二、制樣方法氣體試樣液體或溶液試樣1）沸點低易揮發(fā)的樣品：液體池法。2）高沸點的樣品：液膜法（夾于兩鹽片之間）。3）固體樣品可溶于CS2或CCl4等無強吸收的溶液中。第14頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日1）壓片法：1~2mg樣+200mgKBr——干燥處理——研細：粒度小于2m（散射?。旌蠅撼赏该鞅∑苯訙y定；2）石蠟糊法：試樣——磨細——與液體石蠟混合——夾于鹽片間；

(石蠟為高碳數(shù)飽和烷烴，因此該法不適于研究飽和烷烴)。3）薄膜法：高分子試樣——加熱熔融——涂制或壓制成膜；高分子試樣——溶于低沸點溶劑——涂漬于鹽片——揮發(fā)除溶劑樣品量少時，采用光束聚光器并配微量池。

固體試樣第15頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日4.3.3紅外光譜法的應用

紅外光譜法廣泛用于有機化合物的定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析。一、定性分析

1.已知物的鑒定

將試樣的譜圖與標準的譜圖進行對照，或者與文獻上的譜圖進行對照。如果兩張譜圖各吸收峰的位置和形狀完全相同，峰的相對強度一樣，就可以認為樣品是該種標準物。第16頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日測定未知物的結(jié)構(gòu)，是紅外光譜法定性分析的一個重要用途。如果未知物不是新化合物，可以通過兩種方式利用標準譜圖進行查對：（1）查閱標準譜圖的譜帶索引，與尋找試樣光譜吸收帶相同的標準譜圖；（2）進行光譜解析，判斷試樣的可能結(jié)構(gòu)，然后在由化學分類索引查找標準譜圖對照核實。2.未知物結(jié)構(gòu)的測定第17頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日

在定性分析過程中，除了獲得清晰可靠的圖譜外，最重要的是對譜圖作出正確的解析。所謂譜圖的解析就是根據(jù)實驗所測繪的紅外光譜圖的吸收峰位置、強度和形狀，利用基團振動頻率與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，確定吸收帶的歸屬，確認分子中所含的基團或鍵，進而推定分子的結(jié)構(gòu)。簡單地說，就是根據(jù)紅外光譜所提供的信息，正確地把化合物的結(jié)構(gòu)“翻譯”出來。往往還需結(jié)合其他實驗資料，如相對分子質(zhì)量、物理常數(shù)、紫外光譜、核磁共振波譜及質(zhì)譜等數(shù)據(jù)才能正確判斷其結(jié)構(gòu)。第18頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日準備工作在進行未知物光譜解析之前，必須對樣品有透徹的了解，例如樣品的來源、外觀，根據(jù)樣品存在的形態(tài)，選擇適當?shù)闹茦臃椒ǎ蛔⒁庖暡鞓悠返念伾?、氣味等，它們住往是判斷未知物結(jié)構(gòu)的佐證。還應注意樣品的純度以及樣品的元素分析及其它物理常數(shù)的測定結(jié)果。元素分析是推斷未知樣品結(jié)構(gòu)的另一依據(jù)。樣品的相對分子質(zhì)量、沸點、熔點、折光率、旋光率等物理常數(shù)，可作光譜解釋的旁證，并有助于縮小化合物的范圍。第19頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日由元素分析的結(jié)果可求出化合物的經(jīng)驗式，由相對分子質(zhì)量可求出其化學式，并求出不飽和度。從不飽和度可推出化合物可能的范圍。不飽和度是表示有機分子中碳原子的不飽和程度。計算不飽和度u的經(jīng)驗公式為：

Ω

=1+n4+(n3-n1)/2

式中n4、n3、n1分別為分子中所含的四價、三價和一價元素原子的數(shù)目。二價原子如S、O等不參加計算。分子式及分子式所能提供的信息確定未知物的不飽和度

第20頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日

當計算得：

Ω

=0時，表示分子是飽和的，應在鏈狀烴及其不含雙鍵的衍生物。當Ω

=1時，可能有一個雙鍵或脂環(huán)；當Ω

=2時，可能有兩個雙鍵或兩個脂環(huán)，或者一個雙鍵和一個脂環(huán)，也可能有一個叁鍵；當Ω

=4時，可能有一個苯環(huán)等。第21頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日官能團分析根據(jù)官能團的初步分析可以排除一部分結(jié)構(gòu)的可能性，肯定某些可能存在的結(jié)構(gòu)，并初步可以推測化合物的類別。在紅外光譜官能團初審申八個較重要的區(qū)域列表如下:

第22頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日第23頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日

根據(jù)上表可以粗略估計可能存在的基團，并推測其可能的化合物類別，然后進行紅外的圖譜解析。圖譜解析圖譜的解析主要是靠長期的實踐、經(jīng)驗的積累，至今仍沒有一一個特定的辦法。一般程序是先官能團區(qū)，后指紋區(qū)；先強峰后弱峰；先否定后肯定。首先在官能團區(qū)（4000~1300cm-1）搜尋官能團的特征伸縮振動，再根據(jù)指紋區(qū)的吸收情況，進一步確認該基團的存在以及與其它基團的結(jié)合方式。如果是芳香族化合物，應定出苯環(huán)取代位置。最后再結(jié)合第24頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日

樣品的其它分析資料，綜合判斷分析結(jié)果，提出最可能的結(jié)構(gòu)式，然后用已知樣品或標準圖譜對照，核對判斷的結(jié)果是否正確。如果樣品為新化合物，則需要結(jié)合紫外、質(zhì)譜、核磁等數(shù)據(jù)，才能決定所提的結(jié)構(gòu)是否正確。3.幾種標準譜圖（1）薩特勒（Sadtler）標準紅外光譜圖（2）Aldrich紅外譜圖庫（3）SigmaFourier紅外光譜圖庫第25頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日分子式C8H7N計算不飽和度,推斷其結(jié)構(gòu)并對各峰進行歸屬第26頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日計算不飽和度并對各峰進行歸屬第27頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日計算不飽和度并對各峰進行歸屬第28頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日推測化合物C8H8O的結(jié)構(gòu)第29頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日譜圖解析：1）Ω=n4+（n3-n1）/2+1=8+1-8/2=52）峰歸屬

3）可能的結(jié)構(gòu)

第30頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日第31頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日第32頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日二、定量分析

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。

由于紅外光譜的譜帶較多，選擇的余地大，所以能方便地對單一組份和多組份進行定量分析。此外，該法不受樣品狀態(tài)的限制，能定量測定氣體、液體和固體樣品。因此，紅外光譜定量分析應用廣泛。但紅外光譜法定量靈敏度較低，尚不適用于微量組份的測定。第33頁，共36頁，星期日，2025年，2月5日（一）基本原理1.選擇吸收帶的原則（1）必須是被測物質(zhì)的特征吸收帶。例如分析酸、酯、醛、酮時，必須選擇>C=O基團的振動有關(guān)的特征吸收帶。（2）所選擇的吸收帶的吸收強度應與被測物質(zhì)的濃度有