(IR)西北大学基础化学实验.PPT

红外吸收光谱 Infrared Absorption Spectroscopy （IR） 一、基本原理 红外光谱的频率范围 红外吸收光谱产生的条件 官能团的特征吸收谱带 二、谱图解析与应用 1. 不饱和度 2. 谱图解析 3. 综合分子式、不饱和度确定可能的结构式 三、仪器原理和操作 色散型红外光谱仪 Fourier变换红外光谱一（FTIR） 四、样品制备和实验步骤 五、注意事项 一 ? 红外吸收光谱基本原理 红外光谱图 基团吸收频率区 1.不饱和度 三、仪器原理和操作 傅里叶变换红外光谱仪结构框图 * 西北大学基础化学实验 * 西北大学基础化学实验 《仪器分析实验》 红外吸收光谱法 Infrared Absorption Spectrometry (IR) (1) 红外光应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2) 红外光与物质间有相互偶合作用－ 分子振动时，必须伴有瞬时偶极矩的变化，即分子显示红外活性。 偶极子与交变电场的作用示意图 红外光是波长范围为0.75~1000 ?m的电磁波,可引起分子中基团的振动和转动能级跃迁, 产生红外吸收光谱,也称分子振动-转动光谱. 同核双原子分子是非红外活性的: 如: N2、O2、Cl2； O=C=O 对称伸缩振动也是非红外活性的。 产生红外吸收的条件 分子转动 15~1000 650~10 2.5~15 分子振动，伴随转动 4000~650 OH, NH及CH 键的倍频吸收 0.75~2.5 13158~4000 ?/?m 能级跃迁类型 ?/cm-1 远红外区(转动区) 中红外区(基本振动区) 近红外区(泛频区) 区域 红外光谱的三个波区和能级跃迁类型 可按波长将红外光谱分为近红外? 中红外和远红外三个波区, 中红外区对应分子振动基态到第一激发态的跃迁, 可伴随转动能级的跃迁,是最为常用的红外光谱区. 分子振动能量 振动能级跃迁对应的能量变化 分子振动频率与跃迁能量的关系 基本振动频率 ( 双原子分子) ? - 振动量子数, 0,1,2,… 基本振动频率? 对应的红外吸收能量 当一束连续变化的各种波长的红外光照射样品时，其中一部分被吸收，吸收的这部分光能就转变为分子的振动能量和转动能量；另一部分光透过，若将其透过的光用单色器进行色散，就可以得到一带暗条的谱带。若以波长或波数为横坐标，以百分吸收率为纵坐标，把这谱带记录下来，就得到了该样品的红外吸收光谱图,获得红外振动信息。 （1）峰位 化学键的力常数k 越大，原子折合质量??越 小，键的振动频率 ? 越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。 红外光谱图主要参量 (2）峰强 瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强； （3）峰形 键两端原子电负性相差大的伸缩振动吸收峰形较宽, 如O-H, N-H 等氢键的伸缩振动峰宽, C=O伸缩振动具有中等宽度, 而C-C振动峰型较窄. 峰位, 峰强和峰形是确定分子结构的重要信息. 同一类基团在不同化合物中的振动频率相近，且强度较大，称特征振动频率， 对应的吸收带（峰）称基团的特征吸收带。好的特征基团应具有以下特点：较窄的吸收区域,可解释的位移,吸收强度高, 与其它频率分得开,特征的吸收形状 指纹频率由整个分子或分子的一部分振动产生的， 对分子结构的微小变化具有较大的灵敏性， 对于分子是特征的，因此可用于整个分子的表征。指纹频率通常出现在1330 cm-1 以下的低频区。 指纹频率 基团特征吸收带 第四区域 第三区域 第二区域 第一区域 … C=C=C （ ? 1950） … C?N （ 2260 ?2220 ） C-N C=O -C-C- －C?C （ 2260 ?2120 ） C=C 2500?2000 cm-1 叁键区 1300?600 cm-1 单键区 2000?1300 cm-1 双键区 N-H -C-H (v. multi) ＝C-H(m, multi) ?C-H (s , sh) O-H （s, wide) 4000?2500 cm-1 氢键区 官能团区 指纹区 根据分子式计算不饱和度 二、谱图解析 ni 为原子i的数目,?i为原子i的价态. 3. 综合分子式和不饱和度信息确定结构式 并从结构式计算不饱和度进一步验证 2. 谱图解析 基团区 ?1700 cm-1 附近 羰基的吸收带 （强，中等宽度） 有 芳香烃 ？ 无 根据基团区其它吸收峰， 推测 是否为下列化合物？ 醇、酚、醚、胺等 指纹区 有