仪器分析（含实验） 《仪器分析实验》 实验7-8 红外吸败光谱法 Far Near Hid Far X-Rays w服 Micro Radio Infra Infra Infra violet red red waves waves Infrared Absorption Spectrometry (IR) 编写日期：2006年9月
编写日期：2006年9月 《仪器分析实验》 实验7-8 红外吸收光谱法 Infrared Absorption Spectrometry (IR) 仪器分析(含实验)
红外吸收光谱 Infrared Absorption Spectroscopy (IR) 一、 基本原理 一红外光谱的频率范围 一红外吸收光谱产生的条件 一官能团的特征吸收谱带 二、谱图解析与应用 1.不饱和度 2.谱图解析 3.综合分子式、不饱和度确定可能的结构式 三、仪器原理和操作 一色散型红外光谱仪 - Fourier?变换红外光谱一(FTIR) 四、样品制备和实验步骤 五、注意事项 编写日期：2006年9月
编写日期：2006年9月 红外吸收光谱 Infrared Absorption Spectroscopy （IR） 一、基本原理 – 红外光谱的频率范围 – 红外吸收光谱产生的条件 – 官能团的特征吸收谱带 二、谱图解析与应用 1. 不饱和度 2. 谱图解析 3. 综合分子式、不饱和度确定可能的结构式 三、仪器原理和操作 – 色散型红外光谱仪 – Fourier变换红外光谱一（FTIR） 四、样品制备和实验步骤 五、注意事项
一红外吸收光谱基本原理 红外光是波长范围为0.75~1000um的电磁波，可引起分子中基团 的振动和转动能级跃迁，产生红外吸收光谱，也称分子振动转动光谱. 产生红外吸收的条件 (1)红外光应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量： (2)红外光与物质间有相互偶合作用一 分子振动时，必须伴有 瞬时偶极矩的变化，即分子显示红外活性。 作用力 偶极 同核双原子分子是非红外 电场 活性的：如：N2、O2、C2 O=C=0对称伸缩振动也 一d= 1 HC1 H2O 是非红外活性的。 0d H H +q -g +a +q 偶极子与交变电场的作用示意图 编写日期：2006年9月
编写日期：2006年9月 一 ̖红外吸收光谱基本原理 (1) 红外光应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2) 红外光与物质间有相互偶合作用－ 分子振动时，必须伴有 瞬时偶极矩的变化，即分子显示红外活性。 偶极子与交变电场的作用示意图 红外光是波长范围为0.75~1000 m的电磁波,可引起分子中基团 的振动和转动能级跃迁, 产生红外吸收光谱,也称分子振动-转动光谱. 同核双原子分子是非红外 活性的: 如: N2、O2、Cl2； O=C=O 对称伸缩振动也 是非红外活性的。 产生红外吸收的条件
红外光谱的三个波区和能级跃迁类型 可按波长将红外光谱分为近红外中红外和远红外三个波区，中红外 区对应分子振动基态到第一激发态的跃迁，可伴随转动能级的跃迁，是 最为常用的红外光谱区. 高 频率V 低 1 能量 电子跃迁 振动跃迁 」特动跃迁原子仪自转玉 "=0 化学键断裂 x射线 紫外 红外 微波 电波 区 纯电子 IR 跃迁 R 紫外 可见 振动红外 核磁共振 6 200nm 纯转动 纯振动 400nm 800mm2.5从 15u 跃迁 跃迁 V'=0 -0 A 短 波长入 光波谱区及能量跃迁相关图 双原子分子的三种能级跃迁示意图 区域 入/小m v/cm-1 能级跃迁类型 近红外区（泛频区） 0.75-2.5 13158-4000 OH,NH及CH键的倍频吸收 中红外区（基本振动区） 2.5~15 4000650 分子振动，伴随转动 远红外区（转动区） 15~1000 650~10 分子转动 编写日期：2006年9月
编写日期：2006年9月 区域 /m /cm-1 能级跃迁类型 近红外区(泛频区) 0.75~2.5 13158~4000 OH, NH及CH 键的倍频吸收 中红外区(基本振动区) 2.5~15 4000~650 分子振动，伴随转动 远红外区(转动区) 15~1000 650~10 分子转动 红外光谱的三个波区和能级跃迁类型 可按波长将红外光谱分为近红外̖ 中红外和远红外三个波区, 中红外 区对应分子振动基态到第一激发态的跃迁, 可伴随转动能级的跃迁,是 最为常用的红外光谱区
分子振动频率与跃迁能量的关系 基本振动频率 (双原子分子) 2π 分子振动能量 E=(U+1/2)hy= h k ( D十1/2) 2πVu 振动能级跃迁对应的能量变化 0-振动量子数，0,1,2. 基本振动频率v △D=h (基态→第一激发态) 对应的红外吸收能量 ER=hyR=△E VIR=V 编写日期：2006年9月
编写日期：2006年9月 1/ 2) 2 E振 ＝（ ＋1/ 2) ＝ （＋ h k h 分子振动能量 振动能级跃迁对应的能量变化 分子振动频率与跃迁能量的关系 k 2 1 基本振动频率 = ( 双原子分子) - 振动量子数, 0,1,2,. ( ) 2 1 2 1 = = 基态 → 第一激发态 k h k E h 基本振动频率 对应的红外吸收能量 EIR = h IR = E IR =
红外光谱图 A/um 5 6 8 91012162025 40003600320028002400200018001600140012001000800600 仲丁醇的红外光谱 o/cm- 当一束连续变化的各种波长的红外光照射样品时，其中一部分 被吸收，吸收的这部分光能就转变为分子的振动能量和转动能量； 另一部分光透过，若将其透过的光用单色器进行色散，就可以得到 一 带暗条的谱带。若以波长或波数为横坐标，以百分吸收率为纵坐 标，把这谱带记录下来，就得到了该样品的红外吸收光谱图获得红 外振动信息。 编写日期：2006年9月
编写日期：2006年9月 红外光谱图 当一束连续变化的各种波长的红外光照射样品时，其中一部分 被吸收，吸收的这部分光能就转变为分子的振动能量和转动能量； 另一部分光透过，若将其透过的光用单色器进行色散，就可以得到 一带暗条的谱带。若以波长或波数为横坐标，以百分吸收率为纵坐 标，把这谱带记录下来，就得到了该样品的红外吸收光谱图,获得红 外振动信息
红外光谱图主要参量 (1)峰位化学键的力常数k越大，原子折合质量越小， 键的振动频率ν越大，吸收峰将出现在高波数区（短波 长区)；反之，出现在低波数区（高波长区)。 (2)峰强瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负 性相差越大（极性越大），吸收峰越强； (3)峰形键两端原子电负性相差大的伸缩振动吸收峰形较 宽，如O-H,N-H等氢键的伸缩振动峰宽，C=O伸缩振动具 有中等宽度，而CC振动峰型较窄. 峰位，峰强和峰形是确定分子结构的重要信息. 编写日期：2006年9月
编写日期：2006年9月 （1）峰位 化学键的力常数k 越大，原子折合质量 越 小， 键的振动频率 越大，吸收峰将出现在高波数区（短波 长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。 红外光谱图主要参量 (2）峰强 瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负 性相差越大（极性越大），吸收峰越强； （3）峰形 键两端原子电负性相差大的伸缩振动吸收峰形较 宽, 如O-H, N-H 等氢键的伸缩振动峰宽, C=O伸缩振动具 有中等宽度, 而C-C振动峰型较窄. 峰位, 峰强和峰形是确定分子结构的重要信息
基团特征吸收带 同一类基团在不同化合物中的振动频率相近，且强度较 大，称特征振动频率，对应的吸收带（峰）称基团的特征 吸收带。好的特征基团应具有以下特点：较窄的吸收区域， 可解释的位移，吸收强度高，与其它频率分得开，特征的吸收 形状 指纹频率 指纹频率由整个分子或分子的一部分振动产生的，对分 子结构的微小变化具有较大的灵敏性，对于分子是特征的， 因此可用于整个分子的表征。指纹频率通常出现在1330 cm1以下的低频区。 编写日期：2006年9月
编写日期：2006年9月 同一类基团在不同化合物中的振动频率相近，且强度较 大，称特征振动频率， 对应的吸收带（峰）称基团的特征 吸收带。好的特征基团应具有以下特点：较窄的吸收区域, 可解释的位移,吸收强度高, 与其它频率分得开,特征的吸收 形状 指纹频率由整个分子或分子的一部分振动产生的， 对分 子结构的微小变化具有较大的灵敏性， 对于分子是特征的， 因此可用于整个分子的表征。指纹频率通常出现在1330 cm-1 以下的低频区。 指纹频率 基团特征吸收带
基团吸收频率区 官能团区 指纹区 人 第一区域 第二区域 第三区域 第四区域 4000~2500cm-1 2500~2000cm-1 2000~1300cm-1 1300~600cm1 氢键区 叁键区 双键区 单键区 O-H (s,wide) 一C=C C=C -C-C- (2260~2120) -C-H (v.multi) C=N C=0 C-N =C-H(m,multi) (2260~2220) =C-H(s,sh) N-H C=C=C (~1950) 编写日期：2006年9月
编写日期：2006年9月 基团吸收频率区 第一区域 第二区域 第三区域 第四区域 40002500 cm-1 氢键区 25002000 cm-1 叁键区 20001300 cm-1 双键区 1300600 cm-1 单键区 O-H （s, wide) －CC （ 2260 2120 ） C=C -C-C- -C-H (v. multi) ＝C-H(m, multi) C-H (s , sh) CN （ 2260 2220 ） C=O C-N N-H C=C=C （ 1950） . . 官能团区 指纹区
二、 谱图解析 1.不饱和度 根据分子式计算不饱和度 u=∑a-22 n:为原子的数目，心为原子的价态. 2.谱图解析 3.综合分子式和不饱和度信息确定结构式 并从结构式计算不饱和度进一步验证 编写日期：2006年9月
编写日期：2006年9月 1.不饱和度 = − + i i i u n ( 2) 2 2 1 根据分子式计算不饱和度 二、谱图解析 ni 为原子i的数目,i为原子i的价态. 3. 综合分子式和不饱和度信息确定结构式 并从结构式计算不饱和度进一步验证 2. 谱图解析