红外光谱实验讲义新.doc

实验 固体样品红外光谱的采集及分析 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率的辐射，并由其振动运动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生的分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，从而形成的分子吸收光谱称为红外光谱，又称为分子振动转动光谱。 红外光区可分成三个区:近红外区、中红外区、远红外区。其中中红外区是研究和应用最多的区域，一般说的红外光谱就是指中红外区的红外光谱。 区域名称 波长(μm) 波数(cm-1) 能级跃迁类型 近红外区 泛频区 0.75-2.5 13158-4000 OH、NH、CH键的倍频吸收 中红外区 基本振动区 2.5-25 4000-400 分子振动/伴随转动 远红外区 分子转动区 25-300 400-10 分子转动 波数(cm-1)，它表示电磁波在单位距离(cm)中振动的次数，波长和波数均反映了光的频率。 一、红外光谱的三要素 1.峰位 分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光波谱的一定范围，如：C=O的伸缩振动一般在1700 cm-1左右。 2.峰强 红外吸收峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，振动时分子偶极矩的变化越小，谱带强度也就越弱。 一般说来，极性较强的基团(如C=O)振动，吸收强度较大；极性较弱的基团(如C=C,N-C等)振动，吸收强度较弱；红外吸收强度分别用很强(vs)、强(s)、中(m)、弱(w)表示. 3.峰形 不同基团的某一种振动形式可能会在同一频率范围内都有红外吸收，如-OH、-NH的伸缩振动峰都在3400~3200 cm-1，但二者峰形状有显著不同。此时峰形的不同有助于官能团的鉴别。 常见官能团红外吸收特征频率表可见附录 二、红外光谱仪的作用 一是分析某化合物中是否含有某些官能团。如羰基：C=O：在1720cm-1左右有伸缩振动吸收峰；羟基：O-H：在3400cm-1左右有伸缩振动吸收峰；CH3-，-CH2-中的碳氢键在2950cm-1和2890cm-1左右有两个吸收峰； 醚键（或醇中的）C-O键：在1010cm-1左右有一较大吸收峰。 例如：某化合物只有在1720cm-1左右处有一较大吸收峰，该化合物可能为醛或酮。 又如：某化合物只有在3400cm-1和1010cm-1左右处有两个较大吸收峰，该化合物可能为醇。 若某化合物在1700cm-1和3400cm-1有吸收峰，则该化合物可能为羧酸。 第二个作用是将末知光谱谱图与谱库中的标准化合物的谱图（或红外光谱图册中的谱图）对比，确定匹配度。 三、红外光谱法的优点： 1.任何气态，液态，固态样品均可进行红外光谱测定。 这是核磁，质谱，紫外等方法所不及的。固体样品可加溴化钾晶体共同研碎或加石蜡油调糊进行测定，对不透光的样品可作反射光谱测定，液体样品可直接在结晶盐片上涂膜或用适当溶剂配制成溶液装入液体池测定，气体或蒸汽则用气体吸收池直接测定。 2.每种化合物均有红外吸收，由有机化合物的红外光谱可得到丰富的信息。 一般有机物的红外光谱至少有十几个吸收峰，官能团区的吸收显示了化合物中存在的官能团，而指纹区(1350 ~ 650 cm-1 ) 的吸收则对化合物结构鉴定提供了可靠的依据。 3.常规红外光谱仪价格低廉（与核磁，质谱相比），易于购买。 4.样品用量少。高级的红外光谱仪用样量可减少到微克数量级。 5.针对特殊样品的测试要求，发展了多种测量技术。如光声光谱（PAS）,衰减全反射光谱（ATR），漫反射，红外显微镜等。 四、试样的制备 红外光谱可以测定有机物，无机物，聚合物，配位化合物，也可以测定复合材料，木材，粮食，饰物，土壤，岩石，各种矿物，包裹体等等。对于不同的样品要采用不同的红外制样技术。对于同一样品，也可以采用不同的制样技术。要得到一张高质量的光谱图，制样技术或制样技巧是非常重要的。不同操作者制备相同的样品，测试得到的光谱可能会差别非常大。 固体的常规透射光谱制样方法分为：压片法，糊状法和薄膜法。 压片法是一种传统的红外光谱制样方法，是一种简便易行的方法，现在仍然是红外光谱实验室常用的制样方法。稀释剂要求在中红外区是透光材料，常用的有溴化钾和氯化钾，溴化钾和氯化钾都是卤化物，所以又称为卤化物压片法。通常使用溴化钾作为样品的稀释剂。 溴化钾压片法中，样品和溴化钾混合物要求研磨到颗粒尺寸小于2.5微米以下。颗粒尺寸如果在2.5-25微米之间，就会引起中红外光散射。光散射使光谱基线倾斜。光的散射与光的波长有关。当颗粒大于光的波长时，光线照射到颗粒上才会发生散射。 采用溴化钾压片法制样存在两个致命的缺点：一是无机和配位化合物通常都含有离子，样品和溴化钾研磨，尤其是施加压力，会发生离子交换，使样品的谱带发生位移和变形。严重时会向低频位移十几个波数。有机物采用溴化钾压片法制样时，在研磨和压力的作用下，溴化钾与有机物