05第五章红外吸收光谱法IR-1解析.ppt

光谱区与能量相关图 双原子分子能级跃迁示意图 5.2 基本原理 1. 产生红外吸收的条件 分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件： 条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。 根据量子力学原理，分子振动能量E振 是量子化的， 即 E振=（V+1/2）h? ?为分子振动频率，V为振动量子数，其值取 0，1，2，… 分子中不同振动能级差为 ?E振= ?Vh? 也就是说，吸收光子的能量（h?a ）要与该能量差相等，即?a= ?V?时，才可能发生振转跃迁。例如当分子从基态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1），此时?V=1，即?a= ? 常见基团的红外吸收带 共轭效应(Conjugated effect)：电子云密度均化—键长变长— k 降低—特征频率减小（移向低波数）。 中介效应(Mesomeric effect)： 孤对电子与多重键相连产生的p-? 共轭，结果类似于共轭效应。 当诱导与共轭两种效应同时存在时，振动频率的位移和程度取决于它们的净效应。 不同浓度的乙醇CCl4溶液IR光谱 分子振动动画演示 1.分子振动两种基本方式(动画) 2.分子的基本振动(动画) 3.红外产生的条件(动画) 4.水分子的振动(动画) 5.二氧化碳分子的振动(动画) 红外光谱仪的测量光路 Nicolet公司的AVATAR 360 FT-IR 红外光谱法动画例子 1. 正己烷红外光谱图(动画) 2. 乙烯-1红外光谱图(动画) 3. 辛炔-1红外光谱图(动画) 4. 红外光谱仪(动画) 5. 压片示意动画(动画) 3.6 激光拉曼光谱基本原理 Raman散射： 非弹性碰撞；方向改变且有能量交换。 Raman位移： Raman散射光与入射光频率差??。对不同物质， ??不同。对同一物质， ??与入射光频率无关，与分子振-转能级有关，是定性和结构分析的依据。 拉 曼 C. V. Raman 接红外识谱 1. 光源 常用的红外光源有Nernst灯和硅碳棒。 2. 吸收池 红外吸收池使用可透过红外的材料制成窗片；不同的样品状态（固、液、气态）使用不同的样品池，固态样品可与晶体混合压片制成。 3. 单色器 由色散元件、准直镜和狭缝构成。其中可用几个光栅来增加波数范围，狭缝宽度应可调。 狭缝越窄，分辨率越高，但光源到达检测器的能量输出减少，这在红外光谱分析中尤为突出。为减少长波部分能量损失，改善检测器响应，通常采取程序增减狭缝宽度的办法，即随辐射能量降低，狭缝宽度自动增加，保持到达检测器的辐射能量的恒定。 4. 检测器及记录仪 红外光能量低，因此常用热电偶、测热辐射计、热释电检测器和碲镉汞检测器等。 几种红外检测器 以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处： 1）需采用狭缝，光能量受到限制； 2）扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪器联用； 3）不适于过强或过弱的吸收信号的分析。 二、傅立叶红外光谱仪 它是利用光的相干性原理而设计的干涉型红外分光光度仪。 单色光 单色光 二色光 多色光 多色干涉光经样品吸收后的干涉图(a)及其Fourier变换后的红外光谱图(b) 仪器外观图片 仪器内部结构 3.4 试样制备 一、对试样的要求 1）试样应为“纯物质”（98%），通常在分析前，样品需要纯化； 对于GC-FTIR则无此要求。 2）试样不含有水（水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗）； 3）试样浓度或厚度应适当，以使T在合适范围。 二、制样方法 液体或溶液试样 1）沸点低易挥发的样品：液体池法。 2）高沸点的样品：液膜法（夹于两盐片之间）。 3）固体样品可溶于CS2或CCl4等无强吸收的溶液中。 固体试样 1）压片法：1~2mg样+200mg KBr——干燥处理——研细：粒度小 于 2 ?m（散射小）——混合压成透明薄片——直接测定； 2）石蜡糊法：试样——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。 3）薄膜法： 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——涂渍于盐片——挥发除溶剂 样品量少时，采用光束聚光器并配微量池。 3.5 应用简介 一、定性分析 1. 已知物的签定 将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱图对照。 2. 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