红外光谱分析(1)
红外- 红外-拉曼
5 红外谱图解析(12)
4.
1500-1300 cm-1
这个区主要提供了C-H弯曲振动的信息。 弯曲振动的信息。 这个区主要提供了 弯曲振动的信息
附近同时有吸收, CH3在1375cm-1和1450cm-1附近同时有吸收,分别 对应于CH3的对称弯曲振动和反对称弯曲振动。前 的对称弯曲振动和反对称弯曲振动。 对应于 的对称弯曲振动和反对称弯曲振动 者当甲基与其它碳原子相连时吸收峰位几乎不变, 者当甲基与其它碳原子相连时吸收峰位几乎不变, 吸收强度大于1450cm-1的反对称弯曲振动和 2 的反对称弯曲振动和CH 吸收强度大于 的剪式弯曲振动。 的吸收峰一般与CH 的剪式弯曲振动。1450cm-1的吸收峰一般与 2 的剪式弯曲振动峰重合。但戊酮-3的两组峰区分 的剪式弯曲振动峰重合。但戊酮 的两组峰区分 得很好,这是由于CH 与羰基相连, 得很好,这是由于 2与羰基相连,其剪式弯曲吸 收带移向1439-1399cm-1的低波数并且强度增大 收带移向 之故。 的剪式弯曲振动出现在1465cm-1,吸 之故。CH2的剪式弯曲振动出现在 收峰位几乎不变。 收峰位几乎不变。
红外吸收产生的条件:
3 红外吸收产生的原理(8)
(B)偶极矩的变化: 分子在振动过程中,由于键长和键角的 变化,而引起分子的偶极矩的变化,结果产 生交变的电场,这个交变电场会与红外光的 电磁辐射相互作用,从而产生红外吸收。 而多数非极性的双原子分子(H2, N2, O2),虽然也会振动,但振动中没有偶极矩 的变化,因此不产生交变电场,不会与红外 光发生作用,不吸收红外辐射。称之为非红 外活性。 19
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2 红外光区的划分(1)
红外光区介于可见光与微波之间,波 长范围约为0.76-1000µm,为了便于描 述,引入一个新的概念——波数。 波数: υ ,波长的倒数,每厘米的波长 个数,单位 cm-1 υ =1/λ(cm) = 104/ λ(µm)
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2 红外光区的划分(2)
2500-2000 cm-1
这是叁键和累积双键的伸缩振动区。 这是叁键和累积双键的伸缩振动区。此区间包 以及C=C=C等的吸收。CO2的吸 等的吸收。 含CC、CN以及 、 以及 等的吸收 收在2300cm-1左右。除此之外,此区间的 左右。除此之外, 收在 任何小的吸收峰都提供了结构信息。 任何小的吸收峰都提供了结构信息。
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分子振动的类型
双原子分子伸缩振动
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红外- 红外-拉曼
3 红外吸收产生的原理(4)
分子振动的类型
A)伸缩振动 分子沿成键的键轴方向振动,键的长度发生伸、缩 变化。分对称伸缩υs和不对称伸缩υsa。
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3 红外吸收产生的原理(5)
一些化学键的伸缩振动对应的红外波数 键 H-F H-Cl H-Br H-O H-O C-C 分子 波数 cm-1 HF 3958 HCl 2885 HBr 2559 H2O(结构水)(羟基) 3640 H2O(结晶水) 3200-3250 单键 1195 双键 1685 三键 2070
红外- 红外-拉曼
5 红外谱图解析(9)
1.
4000-2500cm-1
NH吸收出现在3500-3300cm-1,为 中等强度的尖峰。伯氨基因有两个 N-H键,具有对称和反对称伸缩振 动,因此有两个吸收峰。仲氨基有 一个吸收峰,叔氨基无N-H吸收。
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5 红外谱图解析(10)
2.
红外- 红外-拉曼
4 红外分析方法(1)
红外辐射光源: a)能斯特灯:氧化锆、氧化钍、氧化钇 的混和物 b)硅碳棒:由合成的SiC加压而成 c)氧化铝棒:中间放置铂-铑加热丝的 氧化铝管棒 辐射源在加热1500-2000k时,会 发射出红外辐射光。
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4 红外分析方法(2)
从光源发射的红外辐射,被均分为两 路,一路通过标准参比物质(无明显红 外吸收),一路通过试样。当两路光的 某一波数到达检测器的强度有差异时, 即说明试样吸收了某一波数的红外光。
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红外- 红外-拉曼
4 红外分析方法(3)
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红外- 红外-拉曼
4 红外分析方法(4)
样品的制备: a)粉末法样品: 样品研磨成2微米左右,使之悬浮 于容易挥发的液体中,把含有试样的悬 浮液涂成层状,待溶剂挥发后,即形成 薄层状的样品。
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4 红外分析方法(5)
样品的制备:
近红外:0.76―2.5µ,13158―4000cm-1 主要为OH,NH,CH的倍频吸收 中红外:2.5―25µ,4000―400cm-1 主要为分子振动,伴随振动吸收 远红外:25―1000µ,400―10cm-1 主要为分子的转动吸收 其中,中红外区是研究的最多、最深的区 域,一般所说的红外光谱就是指中红外区的红 7 外吸收光谱。
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3 红外吸收产生的原理(6)
B)弯曲振动 亦称变形振动。记为δ。
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3 红外吸收产生的原理(7)
一些化学键的弯曲振动对应的红外波数 键 XOH H2O NO3 CO3 BO3 SO4 SiO4 波数 cm-1 1200-600 1650-1600 900-800 900-700 800-600 680-580 560-420
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红外- 红外-拉曼
3 红外吸收产生的原理(2)
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3 红外吸收产生的原理(3)
分子的振动所需的能量远大于分子的转动所需的 能量,因此对应的红外吸收频率也有差异: 远红外区:波长长,能量低,对应分子的转动吸收 中红外区:波长短,能量高,对应分子的振动吸收 近红外区:能量更高,对应分子的倍频吸收(从基 态--第二或第三振动态)
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5 红外谱图解析(7)
1.
4000-2500cm-1
这是X-H(X=C, N, O, S等)的伸缩振动区。 的伸缩振动区。 这是 等 的伸缩振动区
OH的吸收出现在3600-2500cm-1。游离氢键的 羟基在3600cm-1 附近,为中等强度的尖峰。形成 氢键后键力常数减小,移向低波数,因此产生宽而 强的吸收。一般羧酸羟基的吸收频率低于醇和酚, 可从3600cm-1移至2500cm-1,并为宽而强的吸收。 需注意的是,水分子在3300cm-1附近有吸收。样 品或用于压片的溴化钾晶体含有微量水分时会在该 处出峰。
第四部分 红外光谱分析 激光拉曼光谱分析
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第一章 红外光谱 1 概述 2 红外光区的划分 3 红外吸收产生的原理 4 红外分析方法 5 红外图谱解析 6 基团特征频率 7 典型红外图谱 8 红外分析的步骤
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1 概述(1)
红外光谱属于分子振动光谱。 当样品受到频率连续变化的红外光照射时,分 子吸收了某些频率的辐射,并使得这些吸收区域 的透射光强度减弱。 记录红外光的百分透射比与波长关系的曲线, 即为红外光谱,所以又称之为红外吸收光谱。
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红外- 红外-拉曼
5 红外谱图解析(3)
不饱和的C-H伸缩振动出现在3000 cm-1以上,以此 来判别化合物中是否含有不饱和的C-H键。 如: 苯环的C-H:3030附近。 不饱和的双键=C-H:3010~3040;末端= CH2 的吸 收出现在3085附近。 Ξ键上CH的C-H伸缩振动出现在更高的区域(3300 ) 附近。
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例:水分子的红外吸收
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例2:CO2分子的红外吸收
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红外- 红外-拉曼
3 红外吸收产生的原理(8)
红外吸收产生的条件:
(A) 振动的频率与红外光波段的某频率 相等。 即分子吸收了这一波段的光,可以 把自身的能级从基态提高到某一激发态。 这是产生红外吸收的必要条件。
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红外- 红外-拉曼
5 红外谱图解析(6)
(2)指纹区 (A)1800~ 900是C-O、C-N、C-F、C-P、 C-S、 P-O、Si-O等单键的伸缩振动和C=S、 S=O、P=O等双键的伸缩振动吸收。 其中C-H对称弯曲振动:1375,(鉴别甲基) C-O的伸缩振动:1300~1000。 (B)900 ~ 650 cm-1区域的某些吸收峰可用 来确认化合物的顺反构型。 如确定苯环的取代类型等。
b)压片法 (固体样品最常用的制样方法) 称量样品0.3-3mg,与约200mg的KBr共同研 磨,并混和均匀,用15MPa的压力压成片状。 (KBr从4000-250cm-1都是透明的,即不产 生红外吸收)
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5 红外谱图解析(1)
中红外光谱区可分成两个区域:
4000cm-1 ~1800cm-1(1300cm-1):基团频率区 1800cm-1 ~ 600cm-1:为指纹区 基团频率区为官能团的伸缩振动吸收带,容易辨认。 指纹区内除单键的伸缩振动外,还有因变形振动产 生的谱带。当分子结构稍有不同时,该区的吸收就有 细微的差异。指纹区对于指认结构类似的化合物很有 帮助,而且可以作为化合物存在某种化学键的旁证。
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5 红外谱图解析(2)
(1)基团频率区:可进一步分为三个区域: (A)4000 ~2500:X-H伸缩振动区,X可以是O、 N、C或S等原子。 O-H基的伸缩振动出现在3650 ~3200,它可以作为 判断有无醇类、酚类和有机酸类的重要依据。 C-H的伸缩振动可分为饱和与不饱和两种: 饱和的C-H约3000~2800 cm-1 。 如-CH3: 2960和2876; R2CH2:2930和2850; R3CH: 2890。