红外吸收光谱法IR2

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IR
*红外光是一种电磁波，其波长
在0.78-1000μ m，介于可见光 和微波之间。
-1 数ν ，其单位是cm 。
*在红外光谱中，常用单位是波
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*当一定频率（能量）的红外光照
射分子时，如果分子中某个基团 的振动频率和外界红外辐射频率 一致时，光的能量通过分子偶极 矩的变化传递给分子，这个基团 就吸收一定频率的红外光，产生 振动跃迁。
饱和-C-H（3000-2800）
三键及累积双键区2500-1900cm-1
C≡C ，C≡N， C=C=C， C=C=O等 2240-2260 （非共轭） 2220-2230 （共轭） 分子中有N、H、C峰强且 锐； 有O则弱，离基团越近则 越弱。
C≡N
RC≡CR’
RC≡CH
2169-2260
RC=CR’则无红外吸收
C=C
指纹区1300-600cm-1
单、双键伸缩振动 （不含氢）
1300-900
C-O（1300-1000） C-（N、F、P），P-O， Si-O
面内弯曲振动
900-650
用于顺反结构，取代类型 的确定
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*目前有两类红外光谱仪： 色散型 干涉型（傅里叶变换红
外光谱仪）
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光 源
*
吸
收 池
例题：由元素分析某化合物的分子式为 C4H6O2,测得红外光谱如下图,试推测其结构
100
3095 T%
50 977
1762 4000 3000 2000 1649 l/cm 1372 1217
877
0
1138
1000
1500
*解:
特征区:
由分子式计算不饱和度Ω =1+4-6/2=2
⑴ 3070cm﹣1有弱的不饱和C一H伸缩振动吸收，与
*溶液成膜法：将试样溶解于沸点较低的
*
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*一、定性分析
每一化合物都具有特征的红外吸收光谱，其谱带 数目，位置、形状、和相对强度均随化合物及其聚集 态的不同而不同， 因此根据化合物的光谱，确定化合物或其官能团 是否存在。 红外光谱定性分析，大致可分为官能团定性和结 构分析两个方面。官能团定性是根据化合物的红外光 谱的特征基团频率来检定物质含有哪些基团，从而确 定有关化合物的类别。结构分析或称结构剖析，则需 要由化合物的红外光谱并结合其它实验资料(如相对 分子量、物理常数、紫外光谱、核磁共振波谱、质谱 等)来推断有关化合物的化学结构。
丁二烯(nd=1.55)、氟化煤油
合 研磨制成糊膏，然后用液体池进行测定。减少了光散 射现象
*这些液体分散介质自身也有各自的吸收峰。
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*3．薄膜法(10~50μm)
（常用于高分子有机化合物的测定）
*熔 融 法：对于熔点较低，而且热稳定
性好的样品，可以 采用此法。 常用于高 分子有机化合物的测定。 溶剂中，然后将溶液分 布在成膜介质 （水银、玻璃、塑料、金属板)上， 让溶 剂蒸发后形成试样膜。
*δ =CH 出现在955和880cm-1,由于烯键受到极化，
指纹区:
比正常的乙烯基δ =CH位置(990和1910cm-1) 稍低。 由上图谱分析可得，化合物的结构为②,可与标准图 谱对照。
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*二、定量分析
（1）原理： 与其它分光光度法（紫外、 可见分光光度法）一样，红外光 谱定量分析是根据物质组分的吸 收峰强度来进行的，它的理论基 础是Lambert-beer定律。
单
色 器
检
测 器
数据 处理 仪器 控制
*结构组成框图
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*光源 *近红外：卤钨灯，石英卤素灯 *中红外：硅碳棒，能斯特灯 *远红外：高压泵灯
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*硅碳棒 *由SiC加压在2000⁰K烧结而成 *能斯特灯 *能斯特灯是由稀土金属氧化物烧
结的空心棒或实心棒。
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*单色器
第一代
第二代 第三代 第四代
棱镜或平面衍射光栅
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波谱区域 波长/μ m 波数/cm-1
能级跃迁类型
含氢原子团伸 近红外区 0.78-2.5 12800-4000 缩振动的倍频 吸收 中红外区 2.5-25 4000-200 分子振动，分 子振动
远红外区 25-1000 200-10
分子转动，晶 格振动
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X-H伸缩振动区 官能团区 4000-2500cm-1 2500三键和累积双键区 1900cm-1 双键伸缩振动区 1900-1300cm-1 C-X（X：O N P F S）、 指纹区 Si-O、P-O 伸缩振动区
光源 产生
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1650cm﹣1 的Vc=c 谱带对应表明有烯键存在，谱带 较弱，是被极化了的烯键。
⑵ 1765cm﹣1强吸收谱带表明有羰基存在，结合最强 吸收谱带1230cm﹣1和1140cm﹣1的C-O-C吸收应为 酯基。 这个化合物属不饱和酯，根据分子式有如下结构: ① CH2=CH-COO-CH3 丙烯酸甲酯 ② CH3-COO-CH=CH2 醋酸乙烯酯
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*辐射能应具有能满足物质产生振动跃迁所需要的能量。 *辐射与物质间有相互偶极作用，即产生偶极矩变化。
没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：
*如单原子分子、同核分子：He Ne N2 O2 Cl2等；
没有红外活性
*如对称性分子的非对称性振动，具有偶极矩变化的
振动跃迁；
有红外活性
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*红外光谱法是鉴别化合物和确定分子结构的常用方法之
2100-2140
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双键伸缩振动区1900-1300cm-1
C-H面外、C=C面内变形振动， 苯衍生物的泛频 2000-1650 很弱（但很特征），用于取代类 型的代表 强峰 判断酮、醛、酸、酯、酸酐 1900-1650 其中酸酐因振动偶合而具有双峰 C=O 峰较弱（对称性较高） 在1600-1500附近有2-4个峰 1680-1620 （苯环骨架振动），用于识别是 否有苯环
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定量校准方 法可采用标 准曲线或标 准加入法
图：红外光谱吸光度的基线法测量
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*红外光谱用于鉴别化合物，操作简便，应用广泛，但要求被测样
品必须具有一定的纯度。色谱法具有高分析能力，但不具备识别 化合物能力，将两种方法联用即可取长补短。
*气相色谱-傅里叶变换红外光谱联用（GC-FTIR）
* 高效液相色谱-傅里叶变换红外光谱
*比较紫外可见光谱与红外光谱的异同：
紫外可见光谱
同
波长 范围 光源
红外光谱
基于物质对光的吸收方法：朗伯比尔定律
200～800nm 4000～200cm﹣1
氢灯、氚灯、钨灯 硅碳棒、能斯特灯（预热）
价电子和分子轨道上 分子的振动和转动能级的 的电子能级间跃迁 跃迁 异 检测 光电管（广泛）、硒 真空热电偶、热释电检测 器 电池 器 研究 不饱和有机物特别是 在振动中伴随有偶极矩变 对象 共轭体系有机化合物 化的化合物
一。
*红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振
动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物 的分析方法。可对物质进行定性、定量分析。特别是对 化合物结构的鉴定，应用更为广泛。
*红外光谱也称分子的振、转动光谱。 *基团的驱动频率和吸收强度与组成基团的原子质量、化
学键类型及分子的几何构型有关。因此根据红外吸收光 谱的峰位置、峰强度、峰形状和峰的数目，可以判断物 质中可能存在的某些官能团，进而推测未知物的结构。
KBr
CaF2
0.25-40
0.13-12
*远红外：聚乙烯
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*样品池类型 *固定池、可拆池、气体池等
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*检测器
•
真空热电偶
工作原理：接受面 吸收红外辐射后引 起结点的温度上升， 温差电动势同温度 的上升成正比，对 电动势的测量就相 当于对辐射强度的 测量。
•热释电检测器
当它接受红外辐射后温度升 高，TGS表面的电荷减少， 相当于释放了电荷，此时形 成一个明显的外电场变化。 通过外电场大小的检测，就 可以反映出偶极矩的温度效 应，这种效应称为：热释电 效应。 这种效应与入射光的性质与 强度有关，因此可以用来检 测红外辐射。 特点：响应速度快、噪音小； 可以用于快速干涉扫描。
饱和（3000以下）与不饱和（3000以上）
不饱和≡C-H（3300-2900）
较强（3300） 较弱（2890）
C-H
不饱和=C-H（3040-3010）
末端=C-H（3085）
比饱和C-H峰弱，但峰形 更尖锐 -CH3（2960,2870） -CH2（2930,2850）
3000左右 ArC-H（3030）
1947 年
1960~70 年 70 年代以 后
色散型— 棱镜（ NaCl 晶体）
色散型 —衍射光栅 色散型 —衍射光栅 + 计算机 非色散型 — 干涉型 + 傅立叶变换 激光红外光谱仪
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*样品池（透光材料） *近中红外：
材料 Nacl 透光范围/μ m 0.2-25 注意事项 易潮解，湿度低于 40% 易潮解，湿度低于 35% 不溶于水
*定性分析的一般过程：
*已知物的鉴定 将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献
上的谱图对照。 *未知物结构分析 如果化合物不是新物质，可将其红外谱图 与标准谱图对照； 如果化合物为新物质，则须进行光谱分析， 其步骤如下：
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*先从基团频率区的最强谱带开始，推测未知物
可能含有的基团，判断不可能含有的基团。 *再从指纹区的谱带进一步验证，找出可能含有 基团的相关峰，用一组相关峰确认一个基团的 存在; 如果是芳香族化合物，应定出苯环取代 位置。 *根据官能团及化学合理性，拼凑可能的结构， 然后查对标准谱图核实。 *在解析红外光谱时，要同时注意吸收峰的位置、 强度和峰形。 *同一基团的几种振动相关峰应同时存在。