仪器分析教学课件,红外

1、仪器分析教学课件,红外 Infrared Spectroscopy ( IR ) 仪器分析教学课件,红外 概述概述 4.2 基本原理基本原理 4.3 红外光谱仪红外光谱仪 4.4 试样的处理和制备试样的处理和制备 4.5 红外光谱法的应用红外光谱法的应用 4.6 红外光谱技术进展红外光谱技术进展 仪器分析教学课件,红外 根据样品对不同波长红外光的吸收根据样品对不同波长红外光的吸收 情况，来研究物质分子的组成和结构的情况，来研究物质分子的组成和结构的 方法。方法。 仪器分析教学课件,红外 相同点：都是分子吸收光谱。相同点：都是分子吸收光谱。 不同点：不同点： UV-Vis 是基于价电子能级跃迁而

2、产生是基于价电子能级跃迁而产生 的电子光谱的电子光谱; ;主要用于样品的定量测定。主要用于样品的定量测定。 IR 则是分子振动或转动能级跃迁而产则是分子振动或转动能级跃迁而产 生的吸收光谱生的吸收光谱; ;主要用于有机化合物的定主要用于有机化合物的定 性分析和结构鉴定。性分析和结构鉴定。 仪器分析教学课件,红外 红外光谱区域划分红外光谱区域划分(0.78 1000m) NIR 区区 128004000cm-1 MIR区区 4000200cm1 FIR 区区 20010cm1 仪器分析教学课件,红外 红外光谱图：是以波数为横坐标，纵坐红外光谱图：是以波数为横坐标，纵坐 标用透光率或吸光度来表标用

3、透光率或吸光度来表 示的一种频率图。示的一种频率图。 波数（波数（cmcm-1 -1）：波长的倒数，表示每厘米 ）：波长的倒数，表示每厘米 长度上波的数目。长度上波的数目。 仪器分析教学课件,红外 仪器分析教学课件,红外 根据化合物红外谱图中特征吸收根据化合物红外谱图中特征吸收 峰的位置、数目、相对强度、形状等参峰的位置、数目、相对强度、形状等参 数来推断样品中存在哪些基团，从而确数来推断样品中存在哪些基团，从而确 定其分子结构。定其分子结构。 仪器分析教学课件,红外 优点：优点： 特征性强特征性强, ,可靠性高、样品测定范围广、可靠性高、样品测定范围广、 用量少、测定速度快、操作简便、重现性

4、好。用量少、测定速度快、操作简便、重现性好。 仪器分析教学课件,红外 局限性：局限性： n有些物质不能产生红外吸收；有些物质不能产生红外吸收； n有些物质不能用红外鉴别；有些物质不能用红外鉴别； n有些吸收峰，尤其是指纹峰不能全部指认；有些吸收峰，尤其是指纹峰不能全部指认； n定量分析的灵敏度较低。定量分析的灵敏度较低。 仪器分析教学课件,红外 吸收峰由何引起？每个基团或化学键能产生几个吸收峰由何引起？每个基团或化学键能产生几个 吸收峰？都出现在什么位置？不同吸收峰为什么吸收峰？都出现在什么位置？不同吸收峰为什么 有强有弱？有强有弱？ 仪器分析教学课件,红外 产生红外吸收的条件产生红外吸收的条

5、件 分子振动类型分子振动类型 基本振动理论数基本振动理论数 影响吸收峰强度的因素影响吸收峰强度的因素 基团频率基团频率红外谱图解析红外谱图解析 4.2 基本原理基本原理 仪器分析教学课件,红外 （1 1）分子吸收的辐射能与其能级跃迁所）分子吸收的辐射能与其能级跃迁所 需能量相等；需能量相等； （2 2）分子发生偶极距的变化（耦合作用）。）分子发生偶极距的变化（耦合作用）。 只有发生偶极矩变化的振动才能产生可观测只有发生偶极矩变化的振动才能产生可观测 的红外吸收光谱，称红外活性。的红外吸收光谱，称红外活性。 仪器分析教学课件,红外 多原子分子的振动多原子分子的振动(P56)(P56) 伸缩振动伸

6、缩振动 ()()：键长发生变化：键长发生变化 变形振动变形振动 ()()：键角发生变化：键角发生变化 1.简正振动基本形式简正振动基本形式 仪器分析教学课件,红外 伸缩振动（伸缩振动（） 仪器分析教学课件,红外 变形振动（变形振动（） 仪器分析教学课件,红外 仪器分析教学课件,红外 仪器分析教学课件,红外 分子振动自由度：多原子分子的基本振动分子振动自由度：多原子分子的基本振动 数目，也就是基频吸收峰的数目。数目，也就是基频吸收峰的数目。 基频吸收峰：分子吸收一定频率的红外光后，基频吸收峰：分子吸收一定频率的红外光后， 其振动能级由基态跃迁到第一其振动能级由基态跃迁到第一 激发态时所产生的吸收

7、峰。激发态时所产生的吸收峰。 仪器分析教学课件,红外 线型分子振动自由度线型分子振动自由度 = = 3N 5( (如如CO2) ) 非线型分子振动自由度非线型分子振动自由度 = = 3N 6( (如如H2O) ) （N 是分子中原子的个数）是分子中原子的个数） 仪器分析教学课件,红外 n没有偶极矩变化的振动不产生红外吸收，没有偶极矩变化的振动不产生红外吸收， 即非红外活性；即非红外活性； n相同频率的振动吸收重叠，即简并；相同频率的振动吸收重叠，即简并； n仪器分辨率不够高；仪器分辨率不够高； n有些吸收带落在仪器检测范围之外。有些吸收带落在仪器检测范围之外。 仪器分析教学课件,红外 n 振动

8、过程中键的偶极距变化振动过程中键的偶极距变化 n 振动能级的跃迁几率振动能级的跃迁几率 很强（很强（vs）、强（）、强（s）、中（）、中（m）、弱（）、弱（w）、很弱（）、很弱（vw） 仪器分析教学课件,红外 吸收峰由何引起？每个基团或化学键能产生几个吸收峰由何引起？每个基团或化学键能产生几个 吸收峰？不同吸收峰为什么有强有弱？都出现在吸收峰？不同吸收峰为什么有强有弱？都出现在 什么位置？什么位置？ 仪器分析教学课件,红外 基团频率：不同分子中同一类型的基团振动频基团频率：不同分子中同一类型的基团振动频 率非常相近，都在一较窄的频率区间出现吸收率非常相近，都在一较窄的频率区间出现吸收 谱带，其

9、频率称基团频率。谱带，其频率称基团频率。 =1303k/Ar =1303k/Ar ： 波数波数 ArAr：两个原子折合质量：两个原子折合质量 K K： 键力常数键力常数 ArAr= M= M1 1M M2 2 / /（ （M M1 1+M+M2 2） 1. 官能团具有特征频率官能团具有特征频率 仪器分析教学课件,红外 谱图解析就是根据实验所得的红外光谱谱图解析就是根据实验所得的红外光谱 图吸收峰的位置、强度和形状；利用基团振动图吸收峰的位置、强度和形状；利用基团振动 频率与分子结构的关系；确定吸收峰的归属，频率与分子结构的关系；确定吸收峰的归属， 确认分子中所含的基团或化学键，进而推断分确认分

10、子中所含的基团或化学键，进而推断分 子的结构。子的结构。 2. 谱图解析谱图解析 仪器分析教学课件,红外 基团频率区：基团频率区： 在在400040001300cm1300cm-1 -1 范围内的吸收峰，有一 范围内的吸收峰，有一 共同特点：既每一吸收峰都和一定的官能共同特点：既每一吸收峰都和一定的官能 团相对应，因此称为基团频率区。团相对应，因此称为基团频率区。 在基团频率区，原则上每个吸收峰都可以找到归属在基团频率区，原则上每个吸收峰都可以找到归属。 仪器分析教学课件,红外 指纹区：指纹区： 在m400cm-1 -1范围内，虽然有些吸收也对应 范围内，虽然有些吸收

11、也对应 着某些官能团，但大量吸收峰仅显示了化合物着某些官能团，但大量吸收峰仅显示了化合物 的红外特征，犹如人的指纹，故称为指纹区。的红外特征，犹如人的指纹，故称为指纹区。 指纹区的吸收峰数目虽多，但往往大部分都找指纹区的吸收峰数目虽多，但往往大部分都找 不到归属不到归属。 仪器分析教学课件,红外 基团频率区基团频率区 指纹区指纹区 仪器分析教学课件,红外 相关峰：相关峰： 同一种分子的基团或化学键振动，往往会同一种分子的基团或化学键振动，往往会 在基团频率区和指纹区同时产生若干个吸收在基团频率区和指纹区同时产生若干个吸收 峰。这些相互依存和可以相互佐证的吸收峰。这些相互依存和可以相互佐证的吸收

12、 峰称为相关峰。峰称为相关峰。 仪器分析教学课件,红外 仪器分析教学课件,红外 1. 4000 2500 cm-1 X-H 伸缩振动区：伸缩振动区： C、N、O、S 羟基羟基 O-HO-H（醇或酚羟基）（醇或酚羟基）3200 3200 3650 cm 3650 cm -1 -1 3610 3610 3640 cm 3640 cm -1 -1 ，游离羟基 ，游离羟基 。 3300 3300 2500 cm 2500 cm -1 -1 ，形成缔合羟基。 ，形成缔合羟基。 仪器分析教学课件,红外 游离羟基与缔合羟基的比较游离羟基与缔合羟基的比较 仪器分析教学课件,红外 胺基胺基 N-HN-H： 胺基

13、的红外吸收与羟基类似，游离胺基的红外吸收与羟基类似，游离 胺基的吸收峰在胺基的吸收峰在3300 3300 3500cm3500cm-1 -1， ， 缔合胺基的吸收峰位约降低缔合胺基的吸收峰位约降低100cm 100cm 1 1。 。 仪器分析教学课件,红外 仪器分析教学课件,红外 烃基烃基C-HC-H： 3000cm 3000cm-1 -1，不饱和碳的碳氢伸缩振动 ，不饱和碳的碳氢伸缩振动 （双键、三键及苯环）。（双键、三键及苯环）。 3000cm C=C=CC=C=C 98% 98%； （2 2）样品中不含游离水；）样品中不含游离水； （3 3）要选择合适的浓度和测试厚度。）要选择合适的浓度

14、和测试厚度。 仪器分析教学课件,红外 制样方法制样方法 1.气体样品的制备气体样品的制备 2.液体和溶液样品的制备液体和溶液样品的制备 （1 1）液体池法）液体池法 （2 2）液膜法）液膜法 仪器分析教学课件,红外 2. 液体和溶液样品的制备液体和溶液样品的制备 （1）液体池法）液体池法 （2）液膜法）液膜法 仪器分析教学课件,红外 3. 固体样品制备固体样品制备 （1）压片法：）压片法：最常用的固体样品制样方最常用的固体样品制样方 法，常用法，常用KBr作为固体分散介质。作为固体分散介质。 仪器分析教学课件,红外 压片法制样压片法制样 取样取样 研磨研磨 压片压片 仪器分析教学课件,红外 （

15、2 2）石蜡）石蜡糊法：减少试样光散射的影响，糊法：减少试样光散射的影响， 但重复性较差；但重复性较差； （3）薄膜法：无溶剂和分散介质的影响。）薄膜法：无溶剂和分散介质的影响。 仪器分析教学课件,红外 一、定性分析定性分析 n已知物的鉴定已知物的鉴定-谱图比对谱图比对 n未知物结构的确定未知物结构的确定 收集试样的有关数据和资料收集试样的有关数据和资料 确定未知物的不饱和度（确定未知物的不饱和度（P71） 仪器分析教学课件,红外 链状饱和脂肪族化合物不饱和度为链状饱和脂肪族化合物不饱和度为0 0； 一个双键或一个环状结构的不饱和度为一个双键或一个环状结构的不饱和度为1 1； 一个三键或两个双

16、键及脂环的不饱和度为一个三键或两个双键及脂环的不饱和度为2 2； 一个苯环的不饱和度为一个苯环的不饱和度为4 4。 仪器分析教学课件,红外 n未知物结构的确定未知物结构的确定 1.收集试样的有关数据和资料收集试样的有关数据和资料 2.确定未知物的不饱和度（确定未知物的不饱和度（P71） 3.谱图解析谱图解析 （P72 例）例） n标准谱图集标准谱图集Sadtler谱图库谱图库 仪器分析教学课件,红外 理论依据：朗伯理论依据：朗伯- -比尔定律比尔定律 优点：优点： （1）有许多谱带可供选择，有利于排除干扰；有许多谱带可供选择，有利于排除干扰； （2）气、液、固均可测定。气、液、固均可测定。 仪

17、器分析教学课件,红外 1. 近红外光谱近红外光谱 2. 远红外光谱远红外光谱 3. 衰减全反射技术衰减全反射技术 仪器分析教学课件,红外 红外光谱仪红外光谱仪 试样的处理和制备试样的处理和制备 红外光谱法的应用红外光谱法的应用 红外光谱技术进展红外光谱技术进展 小小 结结 仪器分析教学课件,红外 1.1.分子产生红外吸收的条件是什么？分子产生红外吸收的条件是什么？ 2.2.何谓特征吸收峰？影响吸收峰强度的主要因素是何谓特征吸收峰？影响吸收峰强度的主要因素是 什么？什么？ 3.3.红外谱图解析的三要素是什么？红外谱图解析的三要素是什么？ 4.4.解释名词：基团频率区解释名词：基团频率区 指纹区指

18、纹区 相关峰相关峰 5.5.如何利用红外吸收光谱区别烷烃、烯烃、炔烃？如何利用红外吸收光谱区别烷烃、烯烃、炔烃？ 6.6.红外光谱法对试样有哪些要求？红外光谱法对试样有哪些要求？ 仪器分析教学课件,红外 每个化合物都有自己特有的红外吸收每个化合物都有自己特有的红外吸收 频率和强度。在药物分析中利用红外光谱频率和强度。在药物分析中利用红外光谱 具有具有“指纹图指纹图”的特性，作为药物鉴定的的特性，作为药物鉴定的 依依 据，是各国药典共同采用的方法。据，是各国药典共同采用的方法。 仪器分析教学课件,红外 n药材的无损鉴别药材的无损鉴别 n药材有效成分的定量分析药材有效成分的定量分析 n药材的稳定性研究药材的稳定性研究 仪器分析教学课件,红外 体液样品（血、尿、胆汁）中药物、麻醉体液样品（血、尿、胆汁）中药物、麻醉 剂及其代谢产物的分析。剂及其代谢产物的分析。 GC/ FT-IR 法法 、 HPLC/ FT-IR 法法 仪器分析教学课件,红外 尿结石组成成份的鉴定分析尿结石组成成份的鉴定分析 骨样品的分析骨样品的分析 仪器分析教学课件,红外 五种不同尿结石红外光谱图五种不同尿结石红外光谱图 仪器分析教学课件,红外 可以用来鉴别组织的类型和组织病变的良恶可以用来鉴别组织的类型和组织病变的良恶 性质，从而进一步探讨细胞癌变的化学基础。性质，从而进一步探讨