第六章 红外吸收光谱法
材料研究方法 6 光谱分析
－吸收光谱的特征
(1）比较吸收光谱法 根据化合物吸收光谱的形状、吸收峰的数目、强度、位臵进行定性分 析 （2）计算max的经验规律
2）、定量分析
应用范围：无机化合物，测定主要在可见光区，大约可测定50多种元素 有机化合物，主要在紫外区 单组分物质的定量分析
测定条件： 选择合适的分析波长（λmax）
3）、 → * 跃迁
→ * 能量差较小 所需能量较低 吸收峰紫外区 ( 200nm左右)
不饱和基团（—C＝C—，—C ＝ O ）或体系共轭，E更小，λ更 大
4）、n → * 跃迁
含有杂原子的不饱和基团，如 -C=O，-CN 等的化合物， 在杂原子上有未成键的 n 电子，能级较高。激发 n 电子跃迁 到* ，即n → * 跃迁所需能量较小，λ 200~700nm（近紫 外区）
→ *
>
n→*
→*
> n→ *
200nm以下
150～250nm
200nm
200～700nm
2.紫外光谱中常用的光谱术语
1）、发色团和助色团
（1）生色团（发色团）：具有 轨道的不饱和官能团称为发色团 有机化合物：具有不饱和键和未成对电子的基团 具n 电子和π电子的基团 产生n→ π*跃迁和π→ π*跃迁 跃迁E较低
A 试样状态
B 溶剂极性
C. 诱导效应
羰基的伸缩振动频率
1715cm-1
<
1780cm-1
<
1827cm-1
<
1876cm-1
<
1942cm-1
吸电子基团通过诱导效应，将使基团振动向高频转移。
D. 共轭效应
碳碳双键的伸缩振动频率
显色条件的选择
本章内容
第一节 吸光光度法的特点 第二节 吸光光度法的原理 第三节 显色反应和显色条件的选择
第四节 测量条件的选择
第五节 目测比色法和光度计的基本部件
第六节 吸光光度光法的应用
第一节 吸光光度法的特点
分光光度法的类型
红外吸收光谱法：吸收光波长范围2.51000 m ,
主要用于有机化合物结构鉴定。
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朗伯—比尔定律：一束平行单色光通过溶液时，溶 液的吸光度A与溶液 的浓度c 和液层厚度L成正比。
数学表达式：
A=KcL
K为常数，表示物质对光的吸收能力，与吸光物质 的本性，入射光的波长及温度等因素有关，与浓度c无 关，数值随c选择的单位变化。
3、吸光系数和摩尔吸光系数
（1）吸光系数a 当c用g/L表示，L用cm表示时，K用a表示，称为吸光 系数，单位为 L· g -1· cm-1 ，则： A=acL
显色反应主要有配位反应和氧化还原反应，其中绝大 多数是配位反应。
1、灵敏度高 选择 较大(104～105)的显色反应。避
免共存组分干扰。
2、选择性好 显色剂只与被测组分反应。 3、有色物组成固定 如：
Fe3+ + 磺基水杨酸 → 三磺基水杨酸铁(黄色)
（组成固定）
Fe3++ SCN - → FeSCN2+、 Fe(SCN)2 + ……
（组成不固定）
4、有色物稳定性高 其它离子干扰才小。如三
磺基水杨 酸铁的Kf =1042 , F- 、H3PO4 对它无干 扰。 5、显色过程易于控制 而且有色化合物与显 色剂之间的颜色差别应尽可能大。
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6.红外光谱法习题答案
1．大气中的 O2、N2 等气体对测定物质的红外光谱是否有影响？为什么？ 解：大气中的 O2、N2 等气体对测定物质的红外光谱没有影响。因为在测定物
质的红外光谱时，只有能产生红外吸收峰的物质才会有影响。按照对红外光谱吸 收峰产生条件，具有偶极矩变化的分子振动是红外活性振动，而 O2、N2 等气体 在分子振动时并不产生偶极矩变化，无红外吸收峰。因此，大气中的 O2、N2 等气 体对测定物质的红外光谱没有影响。
O
C OH
1603cm-1 1585cm-1 1454cm-1 708cm-1 685cm-1
苯苯苯苯苯苯
δ=C-H
（单取代苯环）
O
C OH
10．某化合物的分子式为 C8H8O，其红外光谱图如下，请推断其分子结构 式，写出推断过程。
可能结构为： CH3ห้องสมุดไป่ตู้
CHO
分子式 C6H4CH3CHO Ω=(2x+2-y)/2=5 1600，1580 cm-1，苯环伸缩振动 指纹区 780，690 cm-1，苯环间位取代 1710 cm-1，C=O 伸缩振动 2820，2720 cm-1，醛基 C-H 伸缩振动 2960cm-1，甲基伸缩振动
795cm-1
苯苯苯苯苯苯
δ=CH
1378cm-1
δ -CH3
H3C
CH3
8．一个化合物的分子式为 C5H10O2，按图 8-34 推出其结构。
解：
O CH3 CH2 C O CH2 CH3
μ=1+5-5=1，还有一个双键；
1740cm-1
vC=O
1192cm-1 1036cm-1
vC-O-C
苯
1372cm-1 1365cm-1
红外吸收光谱法
C CH3 O
CH3
1686
H3C
CH3
C CH3
O
CH3
1693
α，β不饱和酮
23
（6）氢键效应
由于氢键改变了原来化学键的力常数，对峰位，峰强产
生极明显影响。移向低波数，增加，并变宽。 移向高波
数。
R
O
H NH R
游离
C=O
1690
HN H O
氢键 1650
N-H
3500
3400
N-H
1650-1620
T(%)
2）红外光谱的表示方法：
红外光谱以T~ (μm) 或 T~波数1/λ ( cm-1 )来表示，
苯酚的红外光谱。
可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。
3
3） 红外光区划分
红外光谱 (0.75~1000m)
近红外(泛频） (0.75~2.5 m)
中红外(振动区) (2.5~25 m)
远红外(转动区) (25-1000 m)
1576cm-1 1611cm-1
CH2 CH2
CH2
1781cm-1 1678cm-1 1657cm-1
1644cm -1
CH2 1651cm-1
22
(5)位阻应效
共轭效应会使基团吸收频率移动。若分子中存在空间 阻碍，使共轭受到限制，则基团吸收接近正常值。
C CH3 O
υc=o/cm-1 1663
1000～800 （面外摇摆）
(1) = CH >3000 cm-1为不饱和碳上质子振动吸收，是与饱 和碳上质子的重要区别。
（2） C＝C的 位置及强度 与烯碳的取代情况及分子对称性 密切相关。
末端烯烃 C＝C吸收最强，双键移向碳链中心时结构对称 性增强， C＝C带减弱。顺式较反式强。
红外吸收光谱法
4 红外光谱法中的样品制备
固体试样 1）压片法：1~2mg样+200mg KBr——干燥处理 ）压片法： 干燥处理——研细：粒度小 研细： 样 干燥处理 研细 混合压成透明薄片——直接测定； 直接测定； 于 2 µm（散射小）——混合压成透明薄片 （散射小） 混合压成透明薄片 直接测定 2）石蜡糊法 ：试样 ） 石蜡糊法：试样——磨细 磨细——与液体石蜡混合 与液体石蜡混合——夹于盐片间； 夹于盐片间； 磨细 与液体石蜡混合 夹于盐片间 石蜡为高碳数饱和烷烃，因此该法不适于研究饱和烷烃。 石蜡为高碳数饱和烷烃，因此该法不适于研究饱和烷烃。 3）薄膜法： ）薄膜法： 高分子试样——加热熔融 加热熔融——涂制或压制成膜； 涂制或压制成膜； 高分子试样 加热熔融 涂制或压制成膜 高分子试样——溶于低沸点溶剂 溶于低沸点溶剂——涂渍于盐片 涂渍于盐片——挥发除溶剂 高分子试样 溶于低沸点溶剂 涂渍于盐片 挥发除溶剂
红外吸收光谱法
Infrared spectrometry
1 概论
• 红外光谱属于分子振动光谱，由于分子振动能级 红外光谱属于分子振动光谱， 跃迁伴随着转动能级跃迁，为带状光谱。 跃迁伴随着转动能级跃迁，为带状光谱。 • 红外光谱最重要的应用是中红外区有机化合物的 结构鉴定。 结构鉴定。 • 也可用于定量分析。 也可用于定量分析。 • 红外吸收光谱法是利用物质分子对红外辐射的特 征吸收，来鉴别分子结构或定量的方法。 征吸收，来鉴别分子结构或定量的方法。
连续hν ( I 0 ) + M 分子振动转动 → ∆µ 跃迁 → M * → I t
• 红外光谱中，吸收峰出现的频率位置由振动能级差 红外光谱中， 决定，吸收峰的个数与分子振动自由度的数目有关， 决定，吸收峰的个数与分子振动自由度的数目有关， 而吸收峰的强度则主要取决于振动过程中偶极矩的 变化以及能级的跃迁概率。 变化以及能Biblioteka 的跃迁概率。3 红外光谱仪
红外光谱法
第6章红外光谱法【6-1】红外光区可划分为几个区域？它们对分析化学的重要性如何？【6-2】从原理、仪器构造和应用方面，比较红外光谱法与紫外-可见吸收光谱法有何异同？【6-3】简述红外光谱产生的条件。
答：(1)照射光的能量E=h v等于两个振动能级间的能量差AE时，分子才能由低振动能级E1跃迁到高振动能级E2。
即AE= E1- E2,则产生红外吸收光谱。
(2)分子振动过程中能引起偶极矩变化的红外活性振动才能产生红外光谱。
【6-4】大气中的02, N2等气体对测定物质的红外光谱是否有影响，为什么？答：大气中的。
2, N2等气体对测定物质的红外光谱没有影响。
因为在测定物质的红外光谱时，只有能产生红外吸收峰的物质才会有影响。
按照对红外光谱吸收峰产生条件，具有偶极距变化的分子振动是红外活性振动，而02, N2等气体在分子振动时并不产生偶极距变化，无红外吸收峰。
因此，大气中的02, N2等气体对测定物质的红外光谱没有影响。
【6-5】CS2是线性分子，①试画出它的基本振动示意图；②指出哪些振动是红外活性的；③若双键的力常数为10N/cm，试计算它的伸缩振动吸收峰的频率。
解：①CS2振动形式如下图所示。
一S—C-S — | |-—S—c—S_ s=「s②其红外吸收光谱图上只出现两个吸收峰，其理论振动数应为峰，4个。
4种振动形式之所以只有两个因为：一是对称伸缩振动的偶极矩不发生变化，二是其中两种振动方式频率相同，发生简并。
③ 1394cm-1。
【6-6】什么条件下可用谐振子模型来进行振动带频率的计算？【6-7】根据下列键的力常数，计算各化学键的基本振动频率( cm-1)：(1)C-H 键k=50.7N -cm-1;(2)C=0 键k=12.06N -cm-1;(3)C=C 键k=9.77N -cm-1;(4)C^N 键k=17.5N -cm-1。
解：(1) 3054cm-1; (2) 1728cm-1; (3) 1663cm-1; (4) 2145cm-1。
红外吸收光谱分析
最常见的溶剂效应：极性基团的伸缩振动频率随溶剂极
性的增大而向低波数方向位移—红移，吸收峰往往增强， 原因：极性基团和极性溶剂分子之间形成氢键。 消除溶剂效应方法：采用非极性溶剂，如CCl4,CS2 等， 并以稀溶液来获得红外吸收光谱。
（四）红外光谱仪
色散型IR谱仪：利用单色器作为色散元件 傅立叶IR谱仪：利用光的干涉作用进行测定， 没有色散元件 1.色散型IR谱仪
• •
光电导检测器
• •
•
•
碲镉汞检测器（ HgTe－CdTe ， MCT) 等 材料:光电导检测器采用半导体材料薄膜， 如Hg-Cd-Te或PbS或InSb，将其置于非 导电的玻璃表面密闭于真空舱内。 原理:吸收辐射后,非导电性的价电子跃迁 至高能量的导电带，从而降低半导体的 电阻，产生信号。 应用: 比热电检测器灵敏，在FT-IR及 GC/F400附近
中强
中强
④
⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨
700附近
2247 3090附近 1639 990 909
弱
中强 弱 中强 中强 中强
影响谱带位置（位移）的因素
①内部因素
(1)诱导效应：力常数变大时，吸收峰发生紫移。
(2)共轭效应：由于分子中形成大Π键所引起的效应， 称为共轭效应。它使电子云密度平均化，造成双键略 有伸长，键的力常数变小，吸收峰红移。 (3)空间效应：张力大伸缩频率高。
C-H键的倍频吸收 分子中原子的 振动及分子转动 分子转动
晶格振动
如果波长以μm为单位，而1μm＝10-4cm，波长与波数的 关系为： 4 1
/ cm
1 10 / cm / m
波数是波长的倒数，常用单位是cm-1，它表示1cm的距离 内光波的数目。 例如λ＝50μm的红外光，用波数表示为：
红外吸收法
红外吸收法红外吸收法，又称作傅里叶红外光谱法，简称FTIR。
它是一种常用于物质组成分析的技术手段，也是近年来生物医药研究领域越来越受关注的技术手段之一。
那么什么是红外吸收法呢？以下是一些相关参考内容。
一、原理简介红外吸收法是一种光谱学方法，它利用吸收红外辐射的物质的特点来分析样品，从而推断出样品的化学组成和结构。
当样品吸收红外光时，分子的化学键会发生振动、弯曲和拉伸，这些振动会发出独特的红外辐射。
通过检测这些辐射，可以获取样品的红外光谱图，从而推断出样品的组成和结构。
二、仪器构成红外吸收法的实现需要红外吸收光谱仪，它通常由光源、样品室、光学元件、检测器和数据处理系统五部分组成。
其中，光源提供可见到红外的连续谱线辐射，样品室用于存放样品，光学元件用于对样品中的光进行分析和转换，检测器则将样品吸收后的光信号转换为电信号，最后数据处理系统会将电信号转换为图形输出。
三、应用领域红外吸收法广泛应用于化学、制药、食品、材料等领域的组成分析和质量控制。
在生物医药领域，红外吸收法也得到越来越多的应用。
例如，用于分析药物的结构和纯度，检测细胞和组织的成分，以及测定蛋白质、核酸和多糖等生物大分子的结构等。
四、优缺点红外吸收法具有灵敏度高、非破坏性、无需处理或加工样品等优点，能够同时分析多组分样品，并可以检测样品中的微量成分。
但同时也存在如对水分敏感等问题，需要进行正确保养和维护。
总体来说，红外吸收法是一种十分有用的分析技术，可以广泛应用于工业和科研领域。
随着其应用范围的不断扩大，红外吸收法的研究也在不断深入，相信在不久的将来，红外吸收法会在更多方面得到应用和推广。