材料微观分析技术讲义-第十章-红外吸收光谱
红外吸收光谱

(1)红外辐射光量子具有的能量等于分子振动能级的 能量差;
(2)分子振动时,偶极距的大小和方向必须有一定的 变化。
(一)振动能级
hc
E分子 E振动 E转动 h(v振动 v转动 ) 振动 转动
ΔE振动 0.05~ 1ev,
λ振动 25 ~ 1.25m
特征峰:在特征区中凡能鉴定官能团是否存在的吸收峰
官能团区 4000~1300cm-1
x-H伸缩振动区 4000~2500cm-1 三键和积累双键区 2500~2000cm-1 双键伸缩振动区 2000~1300cm -1
指纹区 红外光谱图中的波数区在1333cm-1称为指纹区,其间出
现的谱带主要是C-C,C-N,C-O等单键伸缩振动及各种 弯曲振动。
CH2的反对称伸缩和对称伸缩振动分别出现在2926cm-1和 2853cm-1处。脂肪族以及无扭曲的脂环族化合物的这两个吸收带的 位置变化在10cm-1以内。一部分扭曲的脂环族化合物其CH2吸收频率 增大。
中红外区(4000~400cm-1)分成两部分: 官能团区(3700~1333 cm-1); 指纹区(1333~650 cm-1) 官能团的特征吸收大多出现在官能团区。 而有关的分子精细结构特征,如取代类型、几何异构、 同分异构在指纹区可以观察到。
2. 红外吸收峰强度的影响因素 振动能级的跃迁几率
称性越差,伸缩振动时偶极矩的变化越大,吸收峰也越强。
吸收峰强度: 反对称伸缩振动 > 对称伸缩振动 > 变形振 动
vC=O> vC=C
红外吸收光谱仪
一、色散型红外吸收光谱仪的基本组成 1.组成结构框图
硅碳棒 光源
吸收池参 比 样品单源自器切光器(斩波器) 检 测 器
第十章 红外光谱分析

Infrared Absorption Spectrometry ,IR
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• 第一节 红外吸收光谱基本原理
一、红外光谱概述 二、红外吸收光谱产生条件 三、分子振动形式 四、红外光谱吸收强度
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一、红外光谱概述
红外吸收光谱(Infrared absorption spectroscopy, IR)又称为分子振动—转动光谱。
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1、红外光谱区域划分
习惯上按红外线波长,将红外光谱分成三个区域: (1)近红外区:0.78~2.5μm(12 820~4 000cm-1),主 要用于研究分子中的O—H、N—H、C—H键的振动倍频与组 频。 (2)中红外区:2.5~25μm(4 000~400cm-1),主要用 于研究大部分有机化合物的振动基频。 (3)远红外区:25~300μm(400~33cm-1),主要用于 研究分子的转动光谱及晶格的振动。
包含各种单键、双键和三键的伸缩振动及面内弯曲振动 特点:吸收峰稀疏、较强,易辨认 注:特征峰常出现在特征区 2. 指纹区: 指纹区: 1250~400cm-1的低频区,包含C—X(X:O,H, N)单键的伸缩振动及各种面内弯曲振动 特点:吸收峰密集、难辨认→指纹 注:相关峰常出现在指纹区
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红外光谱的吸收带强度可用于定量分析,也是化合物定 性分析的重要依据。
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峰位、峰数、峰强 (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(短波区); 反之,出现在低波数区(长波区)。 (2)峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化 时,无红外吸收。
红外吸收光谱原理

红外吸收光谱原理
红外吸收光谱原理是一种分析技术,用于研究物质的结构、组成和化学性质。
它基于物质分子对红外光的吸收特性进行分析。
红外光谱是由红外辐射区域的电磁波组成的。
红外光的频率范围通常从1×10^12 Hz到3×10^14 Hz,对应的波长范围从0.8
微米到1000微米。
物质分子在这个频率范围内对特定波长的
红外光有吸收的能力,这与分子结构和化学键的特性有关。
原理上,红外吸收光谱是通过测量红外光通过待测物质后的强度变化来进行的。
当红外光通过物质时,分子会吸收与其振动和转动相对应的能量。
物质中的不同化学键和功能团会产生不同的吸收峰,这样就能通过红外光谱图谱来确定物质的结构和组成。
红外光谱仪通常由光源、样品室、光谱仪和检测器组成。
光源产生红外光束,经过样品室后,光束中的红外光被样品吸收或透射,然后进入光谱仪。
光谱仪将红外光根据其波长分解成不同的频率,并将其转换为电信号。
最后,检测器测量电信号的强度,形成红外光谱图。
红外吸收光谱原理的优势在于其非破坏性和高分辨率的特点。
它可以应用于各种领域,如化学、材料科学、生物科学等。
通过对物质的红外吸收光谱进行分析,可以快速得到物质的结构信息和组成成分,为研究和实际应用提供有价值的信息。
红外吸收光谱PPT课件

02
红外吸收光谱仪器
红外光谱仪的构造
01
02
03
04
光源
发射一定波长的红外光,常用 光源有碘、溴钨灯等。
单色器
将光源发出的红外光分成单色 光,常用单色器有棱镜和光栅
。
样品室
放置待测样品,样品可以是气 体、液体或固体。
检测器
检测透过样品的红外光,常用 检测器有热电偶、光电导和光
电二极管等。
红外光谱仪的工作原理
红外吸收光谱的应用
确定物质成分
结构分析
通过比较标准物质的红外吸收光谱,可以 确定未知物质的成分。
红外吸收光谱的峰位置和峰强度可以提供 物质分子的振动和转动信息,有助于分析 分子结构和化学键的类型。
定量分析
反应动力学研究
通过测量样品在不同波长下的透射率或反 射率,可以计算样品中目标成分的浓度。
红外吸收光谱可用于研究化学反应过程中 分子振动和转动能级的跃迁。
特点
具有高灵敏度、高分辨率和高选 择性,能够提供物质分子的振动 和转动信息,广泛应用于化学、 物理、环境和生物等领域。
红外吸收光谱的原理
原理
当红外光与物质分子相互作用时,分 子吸收特定波长的红外光,导致分子 振动和转动能级跃迁,产生红外吸收 光谱。
影响因素
分子结构和化学键的性质决定红外吸 收光谱的特征,不同物质具有独特的 红外吸收光谱。
敏度,适用于复杂样品分析。
微型化红外光谱仪
02
通过集成光学、微电子机械系统等技术,将红外光谱仪小型化,
方便携带和移动检测。
多光谱和超光谱红外光谱仪
03
结合多光谱技术和超光谱技术,可同时获取样品多个波段的红
外光谱信息,提高分析效率。
第10章_红外吸收光谱分析

b.共轭效应
共轭效应使共轭体系中电子云密度平均化,使原来的双键强 度减弱,键力常数减小,双键的基团频率向低波数方向移动
O H3C C CH3
O C CH3
1715 cm -1 1685 cm -1
O
O
C CH3
C
1685 cm -1 1660 cm -1
21:58:16
2.氢键效应
苯环上C-H的面外弯曲振动在900-650cm-1
21:58:16
21:58:16
(4) 碳骨架类型确定后, 再依据其他官能团, 如 C=O, O-H, C-N 等特征吸收来判定 化合物的官能团
(5) 解析时应注意把描述各官能团的相关峰联系起 来,以准确判定官能团的存在
• 如 2820,2720 和 1750~1700 cm1的三个 峰 说明醛基的存在
理论振动个数(振动自由度)——反应出峰的可能个数
21:58:16
例1 CO2分子 (有一种振动无红外 活性)
例2 水分子 (非对称分子)
21:58:16
§10-5 红外光谱吸收强度
问题:C=O 强;C=C 弱;为什么? 偶极矩变化——结构对称性; 对称性差偶极矩变化大吸收峰强度大 红外吸收光谱用符号表示:s(强);m(中);w(弱)
3000 cm-1 以下
—C—H
2890 cm-1 弱吸收
(3)不饱和碳原子上的=C—H( C—H )
苯环上的C—H 3030 cm-1 =C—H 3040 3010 cm-1
3000 cm-1 以上
C—H 3300 cm-1
21:58:16
2.叁键、累积双键伸缩振动区(2500 2000 cm-1 )
精品现代材料分析-红外吸收光谱介绍PPT课件

R1 C
H
H 3040~3010
C R2
R2 3040~3010
C H
1420~1410 1420~1410
895~885
990 910 840~800
965
730~675
1658~1698 1645~1640 1675~1665 1675~1665 1665~1650
(3)炔烃
末端炔烃的C-H伸缩振动一般在3300 cm-1处 出现强的尖吸收带。
对于伸缩振动来说,氢键越强,谱带越宽,吸收强度越 大,而且向低波数方向位移也越大。
对于弯曲振动来说,氢键则引起谱带变窄,同时向高波 数方向位移。
O H NH 游离
R
R
HN H O 氢键
C=O 伸缩 N-H 伸缩 N-H 变形
1690
3500
1620-1590
1650
3400
1650-1620
HO O
苯环取代类型在2000~1667cm-1和 900~650cm-1的图形
邻、间及对位二甲苯的红外光谱
(5)醇和酚
在稀溶液中,O-H键的特征吸收带位于3650~3600 cm-1;在纯液体或固体中,由于分子间氢键的关系, 使这个吸收带变宽,并向低波数方向移动,在 3500~3200 cm-1处出现吸收带。
~17ห้องสมุดไป่ตู้0
~1760(游离态)
(5)芳环、C=C、C=N伸缩振动区 1675~1500cm-1
① RC=CR′ 1620 1680 cm-1 强度弱, R=R′(对称)时,无红外活性。
② 芳环骨架振动在1600~1450 cm-1有二到四 个中等强度的峰,是判断芳环存在的重要标 志之一。
红外吸收光谱分析法

红外吸收光谱分析法
一、红外吸收光谱分析法概述
红外吸收光谱分析法是一种利用物质的红外光吸收能力来探测它们的物质组成的技术。
它特别适用于有机化合物和无机化合物的光谱分析。
通过分析红外吸收光谱,可以检测物质中的有机键、C-H键、C-O键或N-H 键的存在和位置,从而鉴定出物质的化学结构和性质。
红外光吸收法的原理是,物质中的分子、晶体或其他结构会在不同的波长处吸收光,产生光谱,这些吸收光谱是物质的独特特征,反映出物质的特性。
根据这种特性,分析用不同波长的光照射样品,并从所得到的光谱中提取出电子激发、分子振动等信息,从而得到物质的结构和性质。
二、红外吸收光谱分析法基本原理
红外吸收光谱分析法的原理是,当物质受到红外幅射的照射时,它的分子会产生振动和旋转,这些振动和旋转的能量会转化为更高能量的电子跃迁。
这些电子跃迁会引起物质材料吸收一些具有特定波长的红外光,从而产生在不同波长的吸收光谱,通过分析这些吸收光谱,就可以求取物质分子的结构和性质。
仪器分析课件 第10章 红外吸收光谱分析

双原子分子振动模拟图
2. 振动能级(量子化): 按量子力学的观点,当分子吸收红外光谱发生跃迁时,要满足一定的 要求,即振动能级是量子化的,可能存在的能级满足下式: E 振 =( V+ 1/2 )h n n:化学键的振动频率; V:振动量子数。 任意两个相邻的能级间的能量差为:
(用波数表示)
其中: K 为 化学键的力常数,与键能和键长有关; m 为双原子的折合质量。
第二节 红外光谱与有机化合物结构
一、基团频率与红外光谱的分区
常见的有机化合物基团频率出现的范围:4000 ~ 670 cm -1, 依据基团的振动形式,分为四个区:
二、 影响基团频率位移的因素
化学键的振动频率不仅与其性质有关,还受分子的内 部结构和外部因素影响。相同基团的特征吸收并不总在一 个固定频率上。 1. 内部因素 • 电子效应 (1)诱导效应:吸电子基团使吸收峰向高频方向移动( 蓝移)
一、红外吸收与振动-转动光谱
1. 光谱的产生:
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生振-转光谱,红外光谱。2. 所需能量:
3. 研究对象:
具有红外活性的化合物,即含有共价键、并 在振动过程中伴随有偶极矩变化的化合物。
4. 用途:
结构鉴定、定量分析和化学动力学研究等。
二、分子振动方程式
1. 振动频率 对于双原子分子,可认为分子中的原子以平衡点为中心,以非常小的振 幅作周期性的振动即化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧(下图), 可按简谐振动模式处理,由经典力学导出振动频率:
2. C-H键的伸缩振动可分为饱和的和不饱和的 饱和的C-H键:一般在3000cm-1以下 —CH3 2960 cm-1 2870 cm-1 —CH2— 2930 cm-1 2850 cm-1 —C—H 2890 cm-1
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第三节
第四节
红外光谱仪器
红外光谱定性分析
infrared absorption spectrophotometer qualitative analysis of Infrared spectra
07:28:39
一、概述 introduction 二、红外吸收光谱产生的 条件 第一节 condition of Infrared 红外光谱分析基本原理 absorption spectroscopy 三、分子中基团的基本振 动形式 principle of Infrared basic vibration of the group spectroscopy in molecular 四、红外光谱谱图特征 characteristics of infrared absorption spectra
3000 cm-1 以下
—CH2—
—C—H
2930 cm-1 反对称伸缩振动
2850 cm-1 2890 cm-1 对称伸缩振动 弱吸收
(3)不饱和碳原子上的=C—H( C—H )
苯环上的C—H 3030 cm-1
=C—H
C—H
3010 2260 cm-1
3300 cm-1
3000 cm-1 以上
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(3)峰数 红外吸收的峰数与分子正则振动的数目[3n-5(6)]
有关,同时考虑偶极距变化和振动简并及倍频的影响。
例2 CO2分子(有一种振动无红外活性)
(动画)
基频与倍频:由基态跃迁到第一激发态,产生一个强 的吸收峰,基频峰。由基态直接跃迁到第二激发态,产生 一个强度很弱的吸收峰,倍频峰。
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一、概述
introduction
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生:振-转光谱 近红外区-中红外区-远红外区
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红外光谱图
纵坐标为吸收系数,或透过率。 横坐标为波长λ( m )或波数1/λ ,单位:cm-1 谱图特征:峰数,峰位,峰形,峰强。
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例1 水分子 (非对称分子)
(动画)
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(2)峰强 取决于该正则振动的偶极距的变化大小、相应 能级跃迁的几率和试样的浓度——定量分析基础。
吸收峰强度 偶极矩的平方 偶极矩变化——结构对称性; 对称性差偶极矩变化大吸收峰强度大 符号:s(强);m(中);w(弱);vs;vw 红外吸收峰强度比紫外吸收峰小2~3个数量级。
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二、红外吸收光谱产生的条件
condition of Infrared absorption spectroscopy
满足两个条件: (1)辐射具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量(共振); (2)辐射与物质间有相互偶合作用。 对称分子:没有偶极矩,辐 射不能引起共振,无红外活性。 如:N2、O2、Cl2 等。 非对称分子:有偶极矩,红 外活性。 偶极子在交变电场中的作用示 意图——
今日授课内容
第十章 红外吸收光谱分析法
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上周学习内容回顾 第八章 紫外-可见吸收光谱分析法
第九章
分子荧光与磷光光谱分析法
第十章 红外吸收光谱分析法
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内转换 S2
振动弛豫 内转换 系间跨越
S1
能 量 吸 收
T1 T2 发 射 荧 光
外转换 发 射 磷 振动弛豫 光
S0
l1
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l2
l 2
l3
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第十章 红外吸收光谱分析法
第一节 第二节 红外吸收光谱的基本基本原理 红外光谱与分子结构
basic principle of Infrared absorption spectroscopy
infrared spectroscopy and molecular structure
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酸酐的C=O
双吸收峰:1820~1750 cm-1 ,两个羰基振动偶合裂分; 线性酸酐:两吸收峰高度接近,高波数峰稍强; 环形结构:低波数峰强。
羧酸的C=O
1820~1750 cm-1 ,
氢键,二分子缔合体。
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4. X—Y,X—H 变形振动区 < 1650 cm-1
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2. 叁键(C C)伸缩振动区
(2500 1900 cm-1 )
在该区域出现的峰较少; (1)RC CH (2100 2140 cm-1 ) RC CR’ (2190 2260 cm-1 ) R=R’ 时,无红外活性 (2)RC N (2100 2140 cm-1 ) 非共轭 2240 2260 cm-1
一、红外光谱的基团频率 group frequency in IR 二、分子结构与吸收峰 molecular structure and absorption peaks 三、影响峰位移的因素 factors influenced peak shift
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一、红外吸收光谱的基团频率
group frequency in IR
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不对称 υ as(CH3) 2960㎝-1
不对称δ
as(CH3)1460㎝
-1
四、红外吸收光谱谱图特征
intensity of Infrared absorption bend
峰位、峰强与峰数
(1)峰位 化合物分子(或基团)的化学键力常数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。
含 氢 化 学 键
伸 缩 振 动 变 形 振 动
活 泼 氢 不 饱 和 氢 饱 和 氢 三 键 双 键
O-H N-H P-H S-H C-H Ar-H =C-H -CH3 CH2 -CH C C C N R2C=O RHC=O C=C C-O C-N C-C C-C-C C-N-O H-C=C-H R-Ar-H H-C-H
(1)—O—H 3650 3200 cm-1 确定 醇、酚、酸 在非极性溶剂中,浓度较小(稀溶液)时,峰形尖锐,强 吸收;当浓度较大时,发生缔合作用,峰形较宽。 注意区分
—NH伸缩振动:
3500 3100 cm-1
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(2)饱和碳原子上的—C—H
—CH3 2960 cm-1 2870 cm-1 反对称伸缩振动 对称伸缩振动
指纹区(1350 650 cm-1 ) ,较复杂。
C-H,N-H的变形振动;
C-O,C-X的伸缩振动; C-C骨架振动等。 可用于进行精细结构的区分与顺、反结构区分。
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基团吸收带数据
伸 缩 振 动
基团吸收 带数据
特 征 吸 收 带 ( 伸 缩 振 动 ) 指 纹 吸 收 带
—CH2—CO—NH—
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1680 cm-1
酰胺
红外光谱信息区
常见的有机化合物基团频率出现的范围:4000 670 cm-1 依据基团的振动形式,分为四个区: (1)4000 2500 cm-1 X—H伸缩振动区(X=O,N,C,S) (2)2500 1900 cm-1 三键,累积双键伸缩振动区
1
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
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三、分子中基团的基本振动形式
basic vibration of the group in molecular
两类基本振动形式:
(1)伸缩振动
(2)变形振动
亚甲基
(动画)
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甲基的振动形式
伸缩振动 甲基: 对称 υ s(CH3) 2870 ㎝-1 变形振动 甲基 对称δ s(CH3)1380㎝-1
共轭 2220 2230 cm-1 仅含C、H、N时:峰较强、尖锐; 有O原子存在时;O越靠近C N,峰越弱。
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3. 双键伸缩振动区( 1900 1200 cm-1 )
(1) RC=CR’ 1620 1680 cm-1 强度弱, R=R’(对称)时,无红外活性。 (2)单核芳烃 的C=C键伸缩振动(1626 1650 cm-1 )
(3)1900 1200 cm-1 双键伸缩振动区 (4)1200 670 cm-1 X—Y伸缩, X—H变形振动区
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二、分子结构与吸收峰
molecular structure and absorption peaks
1. X—H伸缩振动区(4000 2500 cm-1 )
O-H(氢键) S-H P-H CN
N-O N-N C-F C=N
N-H
C-H,N-H,O-H 3500
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苯衍生物的C=C
苯衍生物在 1650 2000 cm-1 出现 C-H和C=C键的面内 变形振动的泛频吸收(强度弱),可用来判断取代基位置。
2000 1600
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(3)C=O (1850 1600 cm-1 ) 碳氧双键的特征峰,强度大,峰尖锐。
饱和醛(酮)1740-1720 cm-1 ;强、尖;不饱和向低波移动。
3630 3350 2400 2570 3330 3060 3020 2960,2870 2926,2853 2890 2050 2240 1715 1725 1650 1100 1000 900 <500 500 960(反) 650-900 1450
07:28:39常见基团的红 Nhomakorabea吸收带=C-H O-H C-H CC C=C C=O C-C,C-N,C-O C-X
07:28:39