仪器分析 第4章 红外吸收光谱法.ppt

第4章 红外吸收光谱法 Infrared Spectroscopy ( IR ) 4. 红外吸收光谱法 4.1 概述 4.2 基本原理 4.3 红外光谱仪 4.4 试样的处理和制备 4.5 红外光谱法的应用 4.6 红外光谱技术进展 红外吸收光谱法（IR） 基于物质分子对不同波长红外光的吸收程度，来对物质进行定性、定量或结构分析的方法。 4.1 概 述 IR 与 UV-Vis 的比较 相同点：都是分子吸收光谱。 不同点： UV-Vis 是基于价电子能级跃迁而 产生的电子光谱;主要用于具有共轭体 系的化合物的研究。 IR 则是分子振动能级跃迁而产生的振 动光谱;主要用于振动中伴随有偶极矩 变化的有机化合物的研究。 基本概念 红外光谱图：是以波数为横坐标，纵坐 标用透光率或吸光度来表 示的一种频率图。 波数（cm-1）：波长的倒数，表示每厘米 长度上波的数目。 红外光谱图 红外吸收光谱法的特点 优点： 特征性强,可靠性高、样品测定范围广、 用量少、测定速度快、操作简便、重现性好。 红外吸收光谱的特点 局限性： 有些物质不能产生红外吸收； 有些物质不能用红外鉴别； 有些吸收峰，尤其是指纹峰不能全部指认； 定量分析的准确度和灵敏度较低。 4.2 基本原理 产生红外吸收的条件 分子振动类型 基本振动理论数 影响吸收峰强度的因素 基团频率 4.2 基本原理 4.2 基本原理 4.2.3 多原子分子的振动类型(P56) 伸缩振动 (υ)：键长发生变化 变形振动 (δ)：键角发生变化 对称伸缩振动（υs）不对称伸缩振动（υas） 面内变形振动（β）面外变形振动（γ） 2. 基本振动的理论数（分子振动自由度） 2. 基本振动的理论数 线型分子振动自由度 = 3N – 5(如CO2) 为什么实际测得吸收峰数目远小于理论计算的振动自由度？ 没有偶极矩变化的振动不产生红外吸收，即非红外活性； 相同频率的振动吸收重叠，即简并； 仪器分辨率不够高； 有些吸收带落在仪器检测范围之外。 4.2.4 影响吸收峰强度的因素 4.2 基本原理 4.2.5 分子振动频率（基团频率） 基团频率：不同分子中同一类型的基团振动频率非常相近，都在一较窄的频率区间出现吸收谱带，其频率称基团频率。 σ =1303√k/Ar σ： 波数 Ar：两个原子折合质量 K： 键力常数 Ar= M1M2/（M1+M2） 基团频率 对于简单的化合物分子，这种对应关系可通过计算求得。但随着分子中原子数目的增加，使这一计算变得十分困难且不准确。 对吸收峰的识别，主要从大量谱图的对比中发现并总结出各基团特征频率的分布规律，来指导谱图解析。 基本概念 基团频率区： 在4000～1300cm-1 范围内的吸收峰，有一 共同特点：既每一吸收峰都和一定的官能 团相对应，因此称为基团频率区。 在基团频率区，原则上每个吸收峰都可以找到归属。 基本概念 指纹区： 在1300～400cm-1范围内，虽然有些吸收也对应着某些官能团，但大量吸收峰仅显示了化合物的红外特征，犹如人的指纹，故称为指纹区。 指纹区的吸收峰数目虽多，但往往大部分都找不到归属。 基本概念 相关峰： 同一个基团或化学键的振动，往往会在基团频 率区和指纹区同时产生若干个吸收峰。这些相 互依存和可以相互佐证的吸收峰称为相关峰。 主要基团的红外特征吸收峰分布规律 （4000 ～ 400 cm-1 ） 1. 4000 ～ 2500 cm-1 X-H 伸缩振动区： 主要基团的红外特征吸收峰分布规律 胺基 N-H： 胺基的红外吸收与羟基类似，游离 胺基的吸收峰在3300 ～ 3500cm-1， 缔合胺基的吸收峰位约降低100cm –1。 主要基团的红外特征吸收峰分布规律 烃基C-H： 3000cm-1，不饱和碳的碳氢伸缩振动 （双键、三键及苯环）。 3000cm –1， 饱和