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材料分析测试方法 屈树新 西南交通大学 材料先进技术教育部重点实验室 材料科学与工程学院 分析测试中心 思考题 掌握红外光谱的原理。 掌握红外光谱的制样的要求。 分子振动的类型 分子产生红外吸收的条件（2）？如何得到的？ 其含义是什么？ 红外光谱与分子振动的关系？ 如何根据分子的结构和运动方式计算其红外吸收光谱？ 红外光谱仪 分子或基团振动 红外光谱的原理 产生红外光谱的条件(2) 红外光谱仪的主要部件 红外光谱的制样技术 红外光谱的附件 ATR和漫反射 显微红外，二维红外光谱 红外光谱的解析 红外光谱的解析 红外吸收光谱与分子结构的关系 特征吸收峰：代表基团存在并具有较强强度的吸收峰 特征频率：所在位置的频率；分子或基团振动的相应频率 红外光谱的影响因素 试样的反射系数 制样 颗粒尺寸 试样的均匀性 试样的含量 避免CO2和H2O的影响 附件 试样中成分的相互作用 如何得到特征吸收频率 理论计算 标准图谱数据 经验方法（根据文献等） 分子或基团的振动频率 与实验结果对照 确定某些分子或基团的存在 如何解析红外光谱? 事实上 分子结构复杂，计算困难 分子或基团的振动会受到其周围其它分子或基团的影响 频率改变 例如中药在不同的溶液（乙醇和水），其红外光谱特征吸收峰出现的频率位置不同 红移与蓝移 多原子分子 多原子分子复杂的红外光谱 如何解析红外光谱? 红外光谱区可分为 官能区（4000－1300 cm-1 ） 化学键和基团的特征振动频率区 反映分子中特征基团的振动 指纹区（ 1300 － 400 cm-1 ） 反映分子结构的细微变化 例：根据指纹区的特征区分高分子的同分异构体、位变异构体及互变异构体 解析谱图时，可先从官能区开始，发现某基团后，再根据指纹区的吸收谱来进一步证实该基团与其它基团的结合方式 如何解析红外光谱? 谱带的三个重要特征 位置 表明某一基团存在的重要特征； 许多不同的基团可能在相同的频率区域产生吸收 形状 变宽 如：氢键和离子的官能团可以产生很宽的红外谱带； 分裂 谱带是否分裂，可用以研究分子内是否存在缔合以及分子的对称性、旋转异构、互变异构等 相对强度 同一红外图谱的不同谱带的比较； 定量的测定 某特殊基团或元素的存在 C—H基团邻接氯原子时，将使它的变形振动谱带由弱变强 峰的强度与样品的厚度、仪器状态等有关 如何解析红外光谱? 1、鉴别未知物 已知标准谱图 萨特勒（Sadtler）谱图 纯度位98％以上的化合物的红外光谱 商品（工业产品）光谱 赫梅尔（Hummel）和肖勒（Scholl）谱图 第一册《聚合物的结构与红外光谱》 第二册《塑料、橡胶、纤维及树脂的红外光谱和鉴定方法》 第三册《助剂的红外光谱和鉴定方法》 思考题？ 与XRD标准图谱的区别？ Polymer Analysis by ATR 如何解析红外光谱? 否定法 如果已知某波数区的谱带对于某个基团是特征的，那么当这个波数区没有出现谱带时，就可以判断在分子中不存在这个基团。 肯定法 针对谱图上强的吸收带，确定属于什么官能团 否定法和肯定法配合使用 红外吸收光谱的规律 同一个官能团，伸展振动吸收频率大多高且吸收强度强，而弯曲振动吸收频率大多较低且吸收强度较弱； 价键愈强，吸收频率愈高 C C (700-1500 cm-1) C C (1600-1800 cm-1) C C (2000-2500 cm-1) 同一键连接的原子质量愈轻，其振动频率愈高 O-H(3600cm-1), O-D(2630cm-1) 价键振动引起的偶极矩变化愈大，吸收峰的强度愈大 C-C吸收较弱, C O 吸收较强 如何解析红外光谱（指纹区）? 分子邻接基团的情况 一个特定的基团 如何解析红外光谱? 影响谱带位移的因素 内部因素 诱导效应 共轭效应 氢键效应 偶合效应 外部因素 物态变化的影响 溶剂的影响 氢键 诱导效应 定义： 在具有一定极性的共价键中，随着取代基的电负性不同而产生不同程度的静电诱导效应，引起分子中电荷分布的变化，从而改变了键的力常数，使振动频率发生改变。 例：四个卤素取代的丙酮化合物，随着取代基电负性增强而使其羰基伸缩振动频率向高频方向移动 如何解析红外光谱? 影响谱带位移的因素 内部因素 诱导效应 共轭效应 氢键效应 偶合效应 外部因素 物态变化的影响 溶剂的影响 氢键 共轭效应 由于分子中形成大?键所引起的效应 谱带向低频位移 在分子中诱导效应和共轭效应常同时存在，那种效应占优势，将决定谱带的位移方向。 如何解析红外光谱? 影响谱带位移的因素 内部因素 诱导效应 共轭效应 氢键效应 偶合效应 外部因素 物态变化的影响 溶剂的影响 氢键 氢键效应 氢键 分子间 分子内：与溶剂等无关，将试样稀释，使