中职化学2022-2023学年——红外光谱原理及应用课件

红外光谱原理及应用 一、红外基本原理 一定频率的红外线经过分子时，被分子中相同振动频率的键振动吸收，记录所得透过率的曲线称为红外光谱图 红外基本原理 分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：分子振动-转动光谱 辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构 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，相应于这些区域的透射光强减弱，记录T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。又称为分子振动转动光谱。 红外光谱的表示方法 以透过率T~λ 或T~ν 来表示： ν / cm−1 = 104 /(λ /μm) T(%)= I/I0×100%， I—透过强度，I0—入射强度 红外光谱的区域 近红外区（泛频区13158~4000cm-1）： -OH，-NH，-CH的特征吸收区（组成及定量分析） 中红外区（基本振动区4000~400cm-1）： 绝大多数有机和无机化合物的化学键振动基频区（分 子中原子的振动及分子转动），化合物鉴定的重要区域 远红外区（转动区400~10cm-1 ）： 金属有机化合物的键振动（分子转动、晶格振动) 红外特征吸收产生的条件及其特异性 产生红外特征吸收的必要条件： 辐射光子应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量 辐射与物质间有相互耦合作用 分子中基团的基本振动形式 对称分子：无偶极矩，辐 射不能引起共振，无红外 活性。 N2、O2、Cl2等。 ——拉曼光谱 非对称分子：有偶极矩， 有红外活性 红外特征吸收产生的条件 ——红外光谱 偶极矩是正... text has been truncated due to evaluation version limitation. 9 在一般情况下，分子的转动和振动处于基态 当物质被红外光照射时，分子的转动和振动将吸收红外光而发生能级跃迁 —— 特定分子或化学键吸收特定频率的红外光，称之为基团或化学键的特性频率 不同基团或化学键的特性频率不同； 同一基团或化学键的特性频率在不同物质中出现时吸收位置相对固定。 主要有机基团红外振动特征频率—— 饱和烃：2800-3000cm-1，归属为-CH3，-CH2，-CH中C--H的伸缩振动 烯烃：1650 cm-1，归属为C=C的伸缩振动 炔烃：2100 cm-1，归属为C≡C的伸缩振动 酮、醛、酸或酰胺中的羰基：1700 cm-1 脂肪化合物中的-OH的振动吸收：3600-3700 cm-1 无机盐中基团的红外吸收—— 无机物固体在中红外区(400-4000cm-1)有指纹振动吸收，反映结构的短程有序度􀃆 表征催化剂的结构、组成 红外光谱中的重要波段 特征区：即化学键和基团的特征振动频率区。在该区域出现的吸收峰一般用于鉴定官能团的存在，特征吸收峰发生在4000 – 1333 cm-1的区域。这些吸收峰特征性强，比较稀疏，容易辨认，因此把这一区域叫特征谱带区。 指纹区：红外吸收光谱中1333-400 cm-1的低频区通常称为指纹区。该区域出现的谱带主要是单键的伸缩振动以及各种弯曲振动引起的。这一区域谱带特别密集，对分子结构的变化极为敏感，结构上的微小变化往往导致光谱上的显著不同，如同人的指纹一样。 吸收峰的强度 红外吸收峰强度通常用峰高和峰面积表示，峰高或峰面积越大，吸收强度越大。 红外吸收强度（用摩尔吸光系数表示）与偶极距随核间距变化率的平方成正比 根据这一原则，可以定性地说，振动过程中偶极矩变化幅度越大，吸收强度越大。 二、 红外光谱仪及实验方法 （1）仪器类型与结构 两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪） 傅里叶变换红外光谱仪结构框图 08:08:52 干涉仪 光源 样品室 检测器 显示器 绘图仪 计算机 干涉图 光谱图 FTS 傅立叶变换红外光谱仪的原理与特点 08:08:52 光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光，通过试样后，包含的光信息需要经过数学上的傅立叶变换解析成普通的谱图。 特点：(1) 扫描速度极快(1s)；适合仪器联用； (2)不需要分光，信号强，灵敏度很高； (3)仪器小巧。 傅里叶变换红外光谱仪工作原理图 08:08:52 样品的测定（KBr压片法） 固体样品测定流程示意： 制备KBr空白压片（高纯KBr可不做） 空气（高纯KBr时） 背景扫描Back