化合物结构表征课件 第二章 XRD定量相分析.ppt

化合物表征技术 唐有根 中南大学化学化工学院 化学电源与材料研究所 主要内容：1、 波谱分析表征技术  ①紫外光谱②红外光谱③核磁共振谱(包括1HNMR和13CNMR)④质谱(包括色质联谱)⑤拉曼光谱及波谱分析综合应用。2、显微分析表征技术　 ①光学显微技术②扫描电子显微技术③透射电子显微技术 ④X射线衍射分析⑤X射线荧光分析等。3、热分析表征技术 ①差热分析②热重分析③热电分析④热磁分析⑤热声分析等。参考书:1、于世林： 波谱分析法，重庆大学出版社2、吴 刚： 材料结构表征及应用，化学工业出版社3、陈镜泓： 热分析及其应用，科学出版社 第一部分 波谱分析表征技术第一章 红外光谱 1.1 概述 红外光谱具有测定方法简便、迅速、所需试样量少，得到的信息量大的优点，而且仪器价格比核磁共振谱和质谱便宜，因此红外光谱在结构分析中得到广泛的应用。 红外光谱主要用于有机和无机物的定性和定量分析，其应用领域十分广泛：如石油化工、高聚物(塑料、橡胶、合成纤维)、纺织、农药、医药、环境监测、矿物甚至司法鉴定等。 1.1.1 红外光谱的功能 1.鉴定有机物官能团 根据特征吸收峰的位置和强度可鉴定有机物分子所含的化学键和官能团，推断化合物属于饱和或不饱和，是脂肪族还是芳香族,是否含有双键、叁键、羟基(0H)、氨基(NH、NH2)或羰基(C=O)等。 2.推断分子结构 根据存在的化学键和官能团以及其他结构信息，通过与标准谱图的对比推断分子结构，进行定性分析。 3.定量分析 红外光谱适用于一些异构体和特殊体系的定量分析，它们的红外光谱尤其是指纹区的光谱各有特征，因此可利用各自特征吸收峰的强度定量。 4.鉴定无机化合物 不要认为红外光谱只能鉴定有机物，它也是鉴定无机物很好的手段之一，例如络合物的研究，地矿科学的研究也普遍采用红外光谱。 1.1.2 红外光谱基本知识 1.各种光谱区域 红外光是一种波长大于可见光的电磁波。 红外光区可分三个区域 近红外区（波长范围0.7-2.5μm）(15000-4000cm-1 ) 低能量的电子跃迁及X-H的伸缩与弯曲振动的倍频与组合频都在此区，与基频相比强度较弱.相差约两个数量级之多，测定时需要加大样品的浓度。可用于定性定量分析。 中红外区（波长范围2.5-25μm）(4000-400cm-1 ) 分子中原子振动的基频谱带在此区。所谓基频是分子从基态跃迁到第一激发态的共振吸收频率。此区适用于有机化合物的结构分析和定量分析。 远红外区（波长范围25—1000μm）(400-10cm-1 ) 主要是分子的骨架弯曲振动及无机化合物重原子之间的振动，金属有机化合物、金属络合物的伸缩和变角振动等，主要用于研究分子结构及气体的纯转动光谱。各类化合物在远红外区的吸收规律不如中红外区成熟。 2.波动的基本关系式 光具有波粒二象性，光是电磁波可用频率和波长来描述： λ?υ= C (1-1) 式中：λ— 波长(μm)； υ— 频率(s-1)或(Hz)； C— 光速 3×10-10(cm·s-1)。 光又具有微粒性，光量子的能量为 E=hυ=h?c/λ (1-2) 式中 E—光量子的能量(J). h—普朗克常数6.62×10-34J?s。 3.红外光谱的产生 物质分子运动近似可分为平动、转动、振动和分子内电子相对于原子核的运动。与产生红外光谱有关的运动方式是原子的振动和分子的转动。 用红外光照射化合物分子，分子吸收红外光的能量使其振动能级和转动能级产生跃迁。 分子吸收能量后在振动运动状态发生改变的同时必然伴随着若干转动能量的变化，故红外光谱亦称为振-转光谱。 只有当外来电磁辐射的能量恰好等于基态与某一激发态的能量之差时(ΔΕ=hυ)，这个能量才能被分子吸收产生红外光谱，或者说只有当外来电磁辐射的频率恰好等于从基态跃迁到某一激发态的频率时，则产生共振吸收——产生红外光谱。 4.红外光谱的基本概念 (1)谱带的位置——特征频率 各种基团和化学键的特征频率与化学结构有关，出现的位置是有规律的。 基团与化学键的频率范围： 3700～2500cm-1 X一