第十二章第十二章 红外吸收光谱法红外吸收光谱法一、一、振动能级和振动形式振动能级和振动形式二、红外光谱产生的条件二、红外光谱产生的条件和吸收峰强度和吸收峰强度三、三、吸收峰的位置吸收峰的位置四、特征峰和相关峰四、特征峰和相关峰第一节第一节 红外光谱法的基本原理红外光谱法的基本原理2024/7/20红外吸收光谱法：红外吸收光谱法：利用物质对红外光区电磁辐射的利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收特性来分析分子中有关基团结构的定性选择性吸收特性来分析分子中有关基团结构的定性、定量信息的分析方法。、定量信息的分析方法。应用对象：主要应用对象：主要是能吸收是能吸收IR的有机化合物和某些无的有机化合物和某些无机化合物机化合物本章重点：（本章重点：（1）红外光谱法基本原理和术语）红外光谱法基本原理和术语（2）红外光谱解析方法）红外光谱解析方法2024/7/20 射射线线x射射线线紫紫外外光光红红外外光光微微波波无无线线电电波波10-2 nm 10 nm 102 nm 104 nm 0.1 cm 10cm 103 cm 105 cm中红外近红外区：近红外区：0.76m-2.5m；中红外区：中红外区：2.5m-25m；远红远红外区：外区：25m-1000m；1m=103nm2024/7/20当红外光照射到样品时，其辐射能量不能引起分子中电子能当红外光照射到样品时，其辐射能量不能引起分子中电子能级的跃迁，而只能引起分子中振动能级和转动能级的跃迁。级的跃迁，而只能引起分子中振动能级和转动能级的跃迁。由分子中振动和转动能级跃迁而产生的吸收光谱称为红外吸由分子中振动和转动能级跃迁而产生的吸收光谱称为红外吸收光谱，红外吸收光谱又称振收光谱，红外吸收光谱又称振- -转光谱转光谱辐射辐射分子振转能级跃迁分子振转能级跃迁红外光谱红外光谱官能团官能团分子结构分子结构2525mm2.52.5mm2024/7/20红外光谱图（红外光谱图（IRIR）：）：纵坐标为吸收强度纵坐标为吸收强度(T)，横坐标为波长，横坐标为波长 或波数或波数(1/)。波数。波数(cm-1)=104/波长波长(mm)。IR谱图可用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。如下图谱图可用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。如下图1-辛烯辛烯2024/7/20 IR UV起源：起源： 分子振动能级伴随转动能级跃迁分子振动能级伴随转动能级跃迁 分子外层价电子能级跃迁分子外层价电子能级跃迁适用：适用： 所有红外吸收的有机化合物所有红外吸收的有机化合物 具具n-*跃迁有机化合物跃迁有机化合物 具具-*跃迁有机化合物跃迁有机化合物特征性：特征性： 特征性强特征性强 简单、特征性不强简单、特征性不强用途：用途： 鉴定化合物类别鉴定化合物类别 定量定量 鉴定官能团鉴定官能团 推测有机化合物共轭骨架推测有机化合物共轭骨架 推测结构推测结构红外吸收与紫外吸收区别红外吸收与紫外吸收区别2024/7/20一、一、分子振动能级和振动形式分子振动能级和振动形式（一）振动能级（一）振动能级2024/7/20分子的振动能级（量子化）：分子的振动能级（量子化）： E振振=（V+1/2）h ：化学键的振动频率；化学键的振动频率； V ：振动量子数。取值为振动量子数。取值为0，1，2，3。；。；h：普朗克常量（：普朗克常量（6.62610-34JS）2024/7/20（二）振动形式（二）振动形式1、伸缩振动（、伸缩振动（ ）：沿键轴伸与缩的振动。：沿键轴伸与缩的振动。 即键长即键长有变化而键角无变化。如亚甲基：有变化而键角无变化。如亚甲基：2024/7/202、弯曲振、弯曲振动（变形振动）：键角发生周期性变化的动（变形振动）：键角发生周期性变化的振动，键长不变。如亚甲基振动，键长不变。如亚甲基2024/7/20例如：甲基的振动形式例如：甲基的振动形式伸缩振动伸缩振动 甲基：甲基：变形振动变形振动 甲基甲基对称对称s s(CH(CH3 3)1380)1380-1-1 不不对称对称asas(CH(CH3 3)1460)1460-1-1对称对称 不对称不对称s s(CH(CH3 3) ) asas(CH(CH3 3) )2870 2870 -1 -1 2960 2960-1-12024/7/20注注：振振动动自自由由度度反反映映吸吸收收峰峰数数量量；并并非非每每个个振振动动都都产产生生基基频频峰峰；吸吸收收峰峰数数常常少少于于振振动动自自由由度度数数（为什么？）（为什么？）3 3、振动自由度（、振动自由度（F F）：指分子独立振动的数目，或）：指分子独立振动的数目，或基本的振动数目。基本的振动数目。N N个原子组成的分子，每个原子在空间具三个自由度。个原子组成的分子，每个原子在空间具三个自由度。非线性分子非线性分子F=3N-6F=3N-6；线性分子；线性分子F=3N-5 F=3N-5 其中其中N N是组成是组成分子的原子总个数分子的原子总个数2024/7/20例例CO2分子（对称分子）吸收峰数少于振动自由度的原因分子（对称分子）吸收峰数少于振动自由度的原因之一：发生了简并之一：发生了简并即振动频率相同的峰发生重叠即振动频率相同的峰发生重叠 2024/7/20吸收峰数少于振动自由度的原因之二：有一种振动偶极矩变吸收峰数少于振动自由度的原因之二：有一种振动偶极矩变化为零，即没有红外活性化为零，即没有红外活性2024/7/20二、红外吸收光谱产生条件和吸收峰强度二、红外吸收光谱产生条件和吸收峰强度（一）红外吸收光谱产生必须满足两个条件：（一）红外吸收光谱产生必须满足两个条件：1 1、辐射能量与物质发生振动跃迁所需能量相等；、辐射能量与物质发生振动跃迁所需能量相等；2 2、分子振动过程中其偶极矩必须发生变化、分子振动过程中其偶极矩必须发生变化对称分子：没有偶极矩变化，辐射不能引起红外吸对称分子：没有偶极矩变化，辐射不能引起红外吸收，称非红外活性分子。如：收，称非红外活性分子。如：N2、O2、Cl2 等。等。非非对对称称分分子子：有有偶偶极极矩矩变变化化，辐辐射射能能引引起起红红外外吸吸收收，称红外活性分子。如水分子。称红外活性分子。如水分子。2024/7/20（二）红外吸收峰强度（二）红外吸收峰强度问题：问题：C=O 强；强；C=C 弱；为什么？弱；为什么？吸收峰强度吸收峰强度跃迁几率跃迁几率偶极矩变化。瞬间偶基距变化大，偶极矩变化。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。吸收峰强度峰越强。吸收峰强度 偶极矩的平方偶极矩的平方偶极矩变化取决于结构对称性；偶极矩变化取决于结构对称性；对称性差对称性差偶极矩变化大偶极矩变化大吸收峰强度大吸收峰强度大符号：符号：s(强强)；m(中中)；w(弱弱)红外吸收峰强度比紫外吸收峰小红外吸收峰强度比紫外吸收峰小23个数量级；个数量级；2024/7/202024/7/20三、吸收峰的位置三、吸收峰的位置（一）基本振动频率（一）基本振动频率双原子分子的振动近似看成是简谐振动，其振动的双原子分子的振动近似看成是简谐振动，其振动的频率符合频率符合HookeHooke定律。定律。化学键的振动类似于连接两个化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧的振动。小球的弹簧的振动。2024/7/20任意两个相邻的能级间的能量差为：任意两个相邻的能级间的能量差为：K化学键力常数，与键能和键长有关，化学键力常数，与键能和键长有关， u为双原子分子的折合原子质量为双原子分子的折合原子质量 u =A1A2/（A1+A2）发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合原子质量和键力常数，即取决于分子的结构特征。原子质量和键力常数，即取决于分子的结构特征。2024/7/20例题例题: 由由C=C键的键的K=10 , 计算波数值。计算波数值。正己烯中正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为键伸缩振动频率实测值为1682 cm-12024/7/20键类型键类型 C C C =C C C 键力常数键力常数K（N/cm）15 10 5波数波数(cm-1) 2060 1680 1190 化学键键强越强（即键的力常数化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量越小，越大）原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。2024/7/20（二）基频峰与泛频峰（二）基频峰与泛频峰1、基频峰：基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从分子吸收一定频率红外线，振动能级从 基基态态跃跃迁迁至至第第一一振振动动激激发发态态产产生生的的吸吸收收峰峰。即即V=0 1产生的峰产生的峰基频峰的峰位等于分子的振动频率基频峰的峰位等于分子的振动频率基频峰强度大基频峰强度大红外主要吸收峰，易识别红外主要吸收峰，易识别 2024/7/20泛泛 倍频峰倍频峰 二倍频峰（二倍频峰（V=0V=2）频频 三倍频峰（三倍频峰（V=0V=3）峰峰 合频峰合频峰 差频峰（即差频峰（即V=1V=2，3产生的峰）产生的峰）2、泛频峰、泛频峰倍频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激倍频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发发态态、第第三三振振动动激激发发态态等等时时所所产产生生的的吸吸收收峰峰（即即V=0V=2V=0V=2、3 3产生的峰）产生的峰）注：泛频峰强度弱，难辨认注：泛频峰强度弱，难辨认增加了光谱特征性增加了光谱特征性2024/7/20（三）常见基频峰的分布规律（三）常见基频峰的分布规律500100015002000250030003500C-H，N-H，O-HN-HC NC=NS-HP-HN-O N-NC-FC-XO-HO-H（氢键）氢键）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HC CC=C2024/7/20基基团团吸吸收收带带数数据据2024/7/201 1内部因素内部因素（1）电子效应）电子效应a诱导效应诱导效应：吸电子基团使吸收峰向高频方向移动（左移）吸电子基团使吸收峰向高频方向移动（左移）（四）影响峰位变化的因素（四）影响峰位变化的因素化学键振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和化学键振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部因素影响。相同基团特征吸收并不总在一个固定频率上。外部因素影响。相同基团特征吸收并不总在一个固定频率上。R-COR C=0 1715cm-1 ; R-COH C=0 1725cm-1 ；R-COCl C=0 1800cm-1 ; R-COF C=0 18700cm-1; F-COF C=0 1870cm-1 ; R-CONH2 C=0 1920cm-12024/7/20共轭效应共轭效应cm -1cm -1cm -1cm -12024/7/20（）空间效应（）空间效应C H3060-3030 cm-12900-2800 cm-1C HC HC HC H1566cm-11623cm-11639cm-11731cm-11678cm-11657cm-11650cm-12222空间效应：场效应；空间位阻；环张力空间效应：场效应；空间位阻；环张力2024/7/20（3 3）氢键效应）氢键效应(分子内氢键；分子间氢键分子内氢键；分子间氢键)：对峰位，峰强产生极明显影响，：对峰位，峰强产生极明显影响，使伸缩振动频率向低波数方向移动使伸缩振动频率向低波数方向移动 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-1 cm-12024/7/20（五）特征区和指纹区（五）特征区和指纹区1、特征区（特征频谱区）：、特征区（特征频谱区）：40001300cm-1的高频的高频区，每个吸收峰都和一定基团相对应。区，每个吸收峰都和一定基团相对应。包包含含H的的各各种种单单键键、双双键键和和三三键键伸伸缩缩振振动动及及部部分分含含氢单键面内弯曲振动。氢单键面内弯曲振动。特点：吸收峰稀疏、较强，易辨认特点：吸收峰稀疏、较强，易辨认注：特征峰常出现在特征区注：特征峰常出现在特征区2024/7/202、指纹区：、指纹区： 1300400cm-1的低频区的低频区包含包含CX（X：O，H，N）单键的伸缩振动及各单键的伸缩振动及各种面外弯曲振动种面外弯曲振动特点：吸收峰密集、难辨认特点：吸收峰密集、难辨认指纹指纹注：相关峰常出现在指纹区注：相关峰常出现在指纹区四、特征峰和相关峰四、特征峰和相关峰（一）特征峰（一）特征峰2024/7/20特征峰：凡是能用于鉴定官能团存在的吸收峰，称特征峰：凡是能用于鉴定官能团存在的吸收峰，称特征峰，其对应的频率称为特征频率。例如在特征峰，其对应的频率称为特征频率。例如在1870-1540cm-1有较强吸收峰一般为羰基伸缩振动峰。有较强吸收峰一般为羰基伸缩振动峰。（二）相关峰（二）相关峰相关峰：由一个官能团引起的一组具有相互依存关相关峰：由一个官能团引起的一组具有相互依存关系的吸收峰，称相关峰。用一组相关峰鉴别基团的系的吸收峰，称相关峰。用一组相关峰鉴别基团的存在是较重要的原则存在是较重要的原则注注：相相关关峰峰的的数数目目与与基基团团的的活活性性振振动动及及光光谱谱的的波波数数范范围围有有关关、用一组相关峰才可以确定确定一个官能团的存在用一组相关峰才可以确定确定一个官能团的存在2024/7/20 （CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。 （CH3）2930 cm-1，2850cm-1。C2H4O1730cm-11165cm-12720cm-1HHHHOCC2024/7/20第十二章第十二章 红外吸收光谱红外吸收光谱一、脂肪烃类一、脂肪烃类二、二、芳香烃类芳香烃类三、三、醇酚和醚类醇酚和醚类四、四、羰基化合物羰基化合物五、含氮有机化合物五、含氮有机化合物第二节第二节 有机化合物典型光谱有机化合物典型光谱2024/7/20一、脂肪烃类一、脂肪烃类1 1烷烃烷烃（CH3，CH2，CH）(CC,CH )-（CH2）n-nasas14601460 cm-1 s s13801380 cm-1CH3 CH2 s s14651465 cm-1CH2 r r 720 cm720 cm-1-1（水平摇摆）重重叠叠CH2 对称伸缩对称伸缩2853cmcm-1-11010CH3 对称伸缩对称伸缩2872cmcm-1-11010 CH2不对称伸缩不对称伸缩2926cmcm-1-11010 CH3不对称伸缩不对称伸缩2962cmcm-1-11010 3000cm-1 2024/7/20HC1385-cm-11375-cm-1CH3CH3CH3 s s C CC C骨架振动骨架振动 1:11:111551155cmcm-1-111701170cmcm-1-1CCH3CH3CH31395-cm-11365-cm-11:21:21250 1250 cmcm-1-1（1）由于支链引入，使由于支链引入，使CH3对称变形振动发生变化。对称变形振动发生变化。（2 2）CCCC骨架振动明显骨架振动明显2024/7/20（3）CH2面外变形振动面外变形振动(CH2)n n，证明长碳链存在。证明长碳链存在。n=1 770785 cmcm-1-1 （中中 ）n=2 740 750 cmcm-1 -1 （中中 ） n=3 730 740 cmcm-1-1 （中中 ）n n 722 cmcm-1-1 （中强中强 ） 2024/7/202.2.烯烃烯烃3080 cmcm-1-1 3030 cmcm-1-1 双双键在中间时键在中间时3080 cmcm-1-1 （C-HC-H）3100-3000 cmcm-1-1 3000 cmcm-1-1 （1）C-H 伸缩振动伸缩振动(31003000cm-1, 3000 cmcm-1-1中中强度尖峰强度尖峰) ) ，末端烯烃在末端烯烃在3080cm3080cm-1-1，中间在，中间在3030cm3030cm-1-12024/7/20（2）C=C 伸缩振动伸缩振动(16801620cmcm-1-1 ) )1660cmcm-1-1 分界线分界线（C=CC=C）反式烯反式烯三取代烯三取代烯四取代烯四取代烯1680-1665 cmcm-1-1 弱，尖弱，尖顺式烯顺式烯乙烯基烯乙烯基烯亚乙烯基烯亚乙烯基烯1660-1630cmcm-1-1 中强，尖中强，尖2024/7/20（3）=C-H 变形振动变形振动(1010-650 cmcm-1-1是鉴定取代类是鉴定取代类型的特征带型的特征带) )面外变形面外变形 （=C-H） 1010-650 cmcm-1-1 （强峰，最有价值）强峰，最有价值） （=C-H）965 cmcm-1-1（强）强） 840-800 cmcm-1 -1 （820 cmcm-1-1） （=C-H）730-675 cmcm-1-1（ 690 690 cmcm- -1 1弱弱）990 cmcm-1-1( (强强) )910 910 cmcm-1 -1 （强）强）890 cmcm-1-1（强）强）2024/7/202024/7/203.炔烃炔烃（1）不饱和碳原子上）不饱和碳原子上 C-H伸缩振动伸缩振动 （ 3000 cm-1） C-H 33103300 cm-1 (S而尖而尖)3333-3267 cmcm-1-1 3000 cmcm-1 -1 (2)叁键叁键C C伸缩振动伸缩振动2260 2190 cm-1,强度很弱，在强度很弱，在该区一般无峰出现，因此该该区一般无峰出现，因此该峰是确定炔烃的特征峰峰是确定炔烃的特征峰(3) C-H 642 615 cm-1，吸收，吸收带强而宽带强而宽2024/7/202024/7/20二、芳香烃类（1）芳环）芳环C-H伸缩振动伸缩振动31003000 cm-1 (w三个带三个带)（2）芳烃）芳烃C=C键伸缩振动（键伸缩振动（1620 1450 cm-1 ，有四，有四个吸收，其中个吸收，其中1450cm-1不易观察到，其余三峰分别出不易观察到，其余三峰分别出现在现在1600 cm-1(m) 、1580cm-1(v)和和1500cm-1(vs)）。）。1600cm-1和和1500cm-1附近的这两个峰是鉴别有无芳环附近的这两个峰是鉴别有无芳环存在的重要依据。存在的重要依据。（3）芳环）芳环C-H面外弯曲振动面外弯曲振动910665cm-1(S)2024/7/20芳氢弯曲振动判断苯的取代形式芳氢弯曲振动判断苯的取代形式单取代单取代双取代双取代邻取代邻取代对取代对取代间取代间取代多取代多取代2024/7/20单取代单取代 ( (含含5 5个相邻个相邻H)H)2024/7/20邻取代邻取代（4 4个相邻个相邻H H）间间取取代代（3 3个个相相邻邻H H，1 1个个孤孤立立H H）对取代对取代（2 2个相邻个相邻H H） 2024/7/20泛频峰对应的多取代（很弱）泛频峰对应的多取代（很弱）2024/7/20三、醇、酚和醚类三、醇、酚和醚类 （O- -H，C-O的伸缩振动及的伸缩振动及C-O-H面外弯曲振动）面外弯曲振动）1、醇和酚（、醇和酚（1）-OH 伸缩伸缩(单分子单分子3600 cmcm-1-1尖，尖，缔合缔合时多在时多在3500cm3500cm-1-1宽宽) （2）C-O伸缩伸缩(12601000 cmcm-1-1强吸收强吸收) )游游离离醇，醇，酚酚伯伯-OH 3640cmcm-1-1仲仲-OH 3630cmcm-1-1叔叔-OH 3620cmcm-1-1酚酚-OH 3610cmcm-1-1（OH） （C-OC-O） 1050 cmcm-1-11100 cmcm-1-11150 cmcm-1-11200 cmcm-1-12024/7/203515cm-10 00101M M01M025M10M3640cm-13350cm-1 乙醇在四氯化碳中不同浓度的乙醇在四氯化碳中不同浓度的IR图图2950cm-12895 cm-12024/7/202024/7/20烷基醚的烷基醚的C-O-C asas 1150-1070cmcm-1-1 （vs）芳族和乙烯基的芳族和乙烯基的=C-O-Casas 1275-1200cmcm-1-1 （1250cmcm-1-1）s s 1075-1020cmcm-1 -1 (vs)(vs) 2、醚（、醚（COC）脂族脂族 R-OCH3 s s (CH3) 2830-2815cmcm-1 -1 芳族芳族 Ar-OCH3 s s (CH3) 2850cmcm-1 -1 2024/7/20四、羰基化合物四、羰基化合物C=O（1850 1540 cm-1）碳氧双键的特征峰，强度特大，峰尖锐，常为碳氧双键的特征峰，强度特大，峰尖锐，常为IR中第一强峰。中第一强峰。1、酮类：、酮类：C=O伸缩振动伸缩振动(1)饱和酮在饱和酮在1715cm-1（S）(2)2024/7/20(3)芳香酮芳香酮2024/7/202、醛类、醛类(1)饱和脂肪醛饱和脂肪醛C=O伸缩振动伸缩振动 1740-1720 cm-1 多在多在c=o1725 cm-1; 强而尖；不饱和向低波移动。强而尖；不饱和向低波移动。(2)醛基上醛基上CH(O)CH(O)2820cm2820cm-1-1；2720cm-1附近出现两附近出现两个窄的中强峰，该特征是区分醛和酮的主要因素）个窄的中强峰，该特征是区分醛和酮的主要因素）2024/7/203、酰氯、酰氯 饱和酰氯饱和酰氯c=o1800 cm-1; 强而宽；不饱和向低强而宽；不饱和向低波移动（波移动（17801750cm-1）c-c=oc-c=o 900cm 900cm-1-1较强较强2024/7/202024/7/204、羧酸、羧酸(1)单分子单分子O-H 3550 cm-1;尖、缔合时尖、缔合时34002500cm-1;(2)C=OC=O饱和饱和1760cm1760cm-1-1、缔合在、缔合在17101700cm-1;芳香酸在芳香酸在17051685cm-1;(3)O-H面外弯曲面外弯曲955915cm-1出现特征宽带这是确认羧基的关键因出现特征宽带这是确认羧基的关键因素）素）(4)c-oc-o 脂肪酸脂肪酸128012801250cm1250cm-1-1强带强带2024/7/206、酸酐、酸酐(1)双吸收峰双吸收峰asasc=oc=o18501800 cm-1 ;s sc=oc=o 178017801740cm1740cm-1-1两峰相距两峰相距60cm-1，是两个羰基振动偶，是两个羰基振动偶合裂分合裂分(2)线性酸酐：两吸收峰高度接近，高波数峰线性酸酐：两吸收峰高度接近，高波数峰稍强；环形结构：低波数峰稍强稍强；环形结构：低波数峰稍强(3)c-o-cc-o-c117011701040cm1040cm-1-1强而宽强而宽5、酯类、酯类(1)饱和酯饱和酯C=OC=O175017501725cm1725cm-1-1；芳香酯在；芳香酯在17301715cm-1(2)c-o-c 反对称反对称13001150cm-1强而宽、强而宽、对称在对称在11501000cm-1强度小强度小2024/7/202024/7/207、酰胺、酰胺(1)C=OC=O1680-1630cm1680-1630cm-1-1(谱带谱带强强)(2)N-H 3500-3100cm-1(双峰强双峰强)(3)NH在在1670-1510cm-1(谱带谱带强强)(4)C-NC-N 1420-1000cm 1420-1000cm-1-12024/7/20常见酰胺吸收峰常见酰胺吸收峰2024/7/20五、含氮化合物 1、胺、胺特征区分特征区分 2024/7/202024/7/202024/7/202、氰基化合物、氰基化合物C CNN:2260-2215cm:2260-2215cm-1-1尖，饱和的尖，饱和的226022602240cm2240cm-1-1弱弱中、芳香氰中、芳香氰224022402220cm2220cm-1-1强强2024/7/20硝基化合物的红外光谱图硝基化合物的红外光谱图asas（N N=O=O）=1570-1545cm=1570-1545cm-1-1s s（N N=O=O）=1390-1360cm=1390-1360cm-1-1脂肪族（脂肪族（VS）芳香族芳香族(VS)S S（N N=O=O）=1370-1330cm=1370-1330cm-1-1asas（N N=O=O）=1530-1500cm=1530-1500cm-1-12024/7/20第十二章第十二章 红外吸收光谱红外吸收光谱一、仪器类型与结构一、仪器类型与结构二、制样方法二、制样方法第三节第三节 红外分光光度计红外分光光度计2024/7/20一、仪器类型与结构一、仪器类型与结构两类：色散型红外光谱仪；傅立叶变换红外光谱仪两类：色散型红外光谱仪；傅立叶变换红外光谱仪2024/7/201. 内部结构内部结构Nicolet公司的公司的AVATAR 360 FT-IR2024/7/202. 傅里叶变换红外光谱仪结构框图傅里叶变换红外光谱仪结构框图干涉仪干涉仪光源光源样品室样品室检测器检测器显示器显示器绘图仪绘图仪计算机计算机干涉图干涉图光谱图光谱图FTS2024/7/203. 傅立叶变换红外光谱仪的原理与特点傅立叶变换红外光谱仪的原理与特点光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光，通过试样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。析成普通的谱图。特点：特点：(1) 扫描速度极快扫描速度极快(1s)；适合仪器联用；适合仪器联用； (2)不需要分光，信号强，灵敏度很高；不需要分光，信号强，灵敏度很高； (3)仪器小巧。仪器小巧。2024/7/20傅里叶变换红外光谱仪工作原理图傅里叶变换红外光谱仪工作原理图 2024/7/20迈克尔干涉仪工作原理图迈克尔干涉仪工作原理图 2024/7/204. 傅里叶红外光谱仪主要部件傅里叶红外光谱仪主要部件(1) 光源（作用是产生高强度、连续的红外光）光源（作用是产生高强度、连续的红外光） 能斯特灯：氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结制成的中空或实能斯特灯：氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结制成的中空或实心圆棒，直径心圆棒，直径1-3 mm，长长20-50mm； 室温下，非导体，使用前预热到室温下，非导体，使用前预热到800 C； 特点：发光强度大；寿命特点：发光强度大；寿命0.5-1年；年； 硅碳棒：两端粗，中间细；直径硅碳棒：两端粗，中间细；直径5 mm，长长20-50mm；不不需预热；两端需用水冷却；需预热；两端需用水冷却；(2) 干涉仪（核心）（发生光的干涉过程，在不同光程差处干涉仪（核心）（发生光的干涉过程，在不同光程差处测量混合的红外光的干涉图）测量混合的红外光的干涉图）2024/7/20(3) 检测器（测量红外光强度大小并将其变为电信号的装置）检测器（测量红外光强度大小并将其变为电信号的装置） 真空热电偶；不同导体构成回路时的温差电现象真空热电偶；不同导体构成回路时的温差电现象涂黑金箔接受红外辐射；涂黑金箔接受红外辐射； 傅立叶变换红外光谱仪采用热释电傅立叶变换红外光谱仪采用热释电(TGS)和碲镉汞和碲镉汞(MCT)检测器；检测器； TGS：硫酸三苷肽单晶为热检测元件；极化效应与温度硫酸三苷肽单晶为热检测元件；极化效应与温度有关，温度高表面电荷减少有关，温度高表面电荷减少(热释电热释电)； 响应速度快；高速扫描；响应速度快；高速扫描；2024/7/20二、制样方法二、制样方法红外光谱测定样品的制备，必须按照试样的状态、红外光谱测定样品的制备，必须按照试样的状态、性质、分析目的、测定装置条件选择一种最合适的性质、分析目的、测定装置条件选择一种最合适的制样方法。制样时要注意：样品纯度大于制样方法。制样时要注意：样品纯度大于99%，否，否则要提纯。对含水分和溶剂的样品要进行干燥处理。则要提纯。对含水分和溶剂的样品要进行干燥处理。根据样品的物态和物理化学性质选择制样方法。如根据样品的物态和物理化学性质选择制样方法。如果样品不稳定，则应避免使用压片法果样品不稳定，则应避免使用压片法 ，制样过程还，制样过程还要注意避免空气中水分、二氧化碳及其他污染物混要注意避免空气中水分、二氧化碳及其他污染物混入样品。入样品。2024/7/201）气体）气体气体池气体池2）液体：）液体：液膜法液膜法难挥发液体难挥发液体（BP）80 C）溶液法溶液法液体池液体池溶剂：溶剂： CCl4 ，CS2常用。常用。3) 固体固体:研糊法（液体石腊、六氯丁二烯法）研糊法（液体石腊、六氯丁二烯法）KBr压片法（加压片法（加100200倍倍KBr研细，粒度研细，粒度小于小于2.5g,在在压压片机中片机中压压成透明薄片成透明薄片）薄膜法薄膜法2024/7/20第十二章第十二章 红外吸收光谱红外吸收光谱一、一、不饱和度不饱和度二、二、红外光谱解析实例红外光谱解析实例第四节第四节 红外谱图解析红外谱图解析 2024/7/20一、不饱和度一、不饱和度 定义：定义： 不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的的“对对”数。如：乙烯变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱数。如：乙烯变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱和度为和度为1。计算：。计算： 若分子中仅含一，二，三，四价元素（若分子中仅含一，二，三，四价元素（H，O，N，C），），则可按下式进行不饱和度的计算：则可按下式进行不饱和度的计算： U = （2 + 2n4 + n3 n1 ）/ 2 n4 ， n3 ， n1 分别为分子中四价，三价，一价元素数目。分别为分子中四价，三价，一价元素数目。 作用：作用： 由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键，由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键，三键，环，芳环的数目，验证谱图解析的正确性。三键，环，芳环的数目，验证谱图解析的正确性。例：例： C9H8O2 U = （2 +2 9 8 ）/ 2 = 62024/7/20意义：意义：U =0 分子中无双键或环状结构分子中无双键或环状结构U =1 分子中可能含有一个双键或一个环分子中可能含有一个双键或一个环U =2 分子中可能含有两个双键；一个双键分子中可能含有两个双键；一个双键+一个环；一个叁一个环；一个叁 键键U =4 分子中可能含有一个苯环分子中可能含有一个苯环U =5 分子中可能含有苯环分子中可能含有苯环+双键双键2024/7/20二、红外光谱解析实例二、红外光谱解析实例 先特征、后指纹；先强峰，后次强峰；先粗查后细先特征、后指纹；先强峰，后次强峰；先粗查后细找；先否定，后肯定；寻找有关一组相关峰找；先否定，后肯定；寻找有关一组相关峰佐证佐证图谱。先识别特征区的第一强峰，找出其相关峰，图谱。先识别特征区的第一强峰，找出其相关峰，并进行峰归属，再识别特征区的第二强峰，找出其并进行峰归属，再识别特征区的第二强峰，找出其相关峰，并进行峰归属相关峰，并进行峰归属2024/7/20例例1、某化合物、某化合物C9H10O，其，其IR光谱主要吸收峰位为光谱主要吸收峰位为3080， 3040，2980，2920，1690（s），），1600，1580，1500，1370，1230，750，690cm-1试推断分子结构试推断分子结构 解解:2024/7/202024/7/202024/7/202024/7/202024/7/202024/7/20解：2024/7/20故峰的归属如下：2024/7/202024/7/20