红外研究方法

1、红红 外外 光光 谱谱（FTIR）辐辐 射射分分 子子 运运 动动光光 谱谱 类类 型型X 射射 线线内层电子跃迁内层电子跃迁X 射射 线线 谱谱紫外紫外-可见可见外层电子跃迁外层电子跃迁紫外紫外-可见光谱可见光谱红红 外外振振 动动 跃跃 迁迁红红 外外 光光 谱谱拉拉 曼曼 光光 谱谱微微 波波转转 动动 跃跃 迁迁自自 旋旋 跃跃 迁迁转转 动动 光光 谱谱顺顺 磁磁 共共 振振无无 线线 电电 波波核核 自自 旋旋 跃跃 迁迁核核 磁磁 共共 振振电磁波与光谱电磁波与光谱红外光谱红外光谱拉曼光谱拉曼光谱对对 偶极矩偶极矩 变化敏感变化敏感鉴定官能团鉴定官能团对对 极化率极化率 变化敏感

2、变化敏感提供高聚物的骨架特征提供高聚物的骨架特征分子振动光谱分子振动光谱红外光谱使用的电磁波红外光谱使用的电磁波400 1225 830远红外远红外4000 4002.5 25中红外中红外13300 40000.75 2.5近红外近红外波数波数 (cm-1)波长波长 ( m)类型类型分子振动的基频吸收分子振动的基频吸收分子振动的泛频吸收分子振动的泛频吸收转动能级跃迁、重原转动能级跃迁、重原子团或化学键的振动子团或化学键的振动光谱及晶格振动光谱光谱及晶格振动光谱研研 究究 对对 象象1666 年牛顿证明一束白光可分为年牛顿证明一束白光可分为一系列不同颜色的可见光一系列不同颜色的可见光红外光谱的发

3、展红外光谱的发展1800年，年，W. Herschel 发现发现可见光区域红色末端之外还有可见光区域红色末端之外还有看不见的其他辐射区域存在，其次是这种辐射能够产生热看不见的其他辐射区域存在，其次是这种辐射能够产生热1881, Abney 和Festing 第一次将红外线用于分子结构研究红外线用于分子结构研究, Hilger光谱仪拍下了46个有机液体的从0.7到1.2微米区域的红外吸收光谱。由于这种仪器检测器的限制，所能够记录下的光谱波长范围十分有限。 发明测辐射热仪发明测辐射热仪1889，Angstrem首次证实尽管CO和CO2都是由碳原子和氧原子组成，但因为是不同的气体分子而具有不同的红外

4、光谱图。这个试验最根本的意义在于它表明了红外吸收产生的根源是分子而红外吸收产生的根源是分子而不是原子不是原子。1892，Julius发表了20多种有机化合物的红外光谱，发现凡是含甲基的物质在3.45m（3000cm-1）处都有吸收。第一次将分子的将分子的结构特征和光谱吸收峰的位置直接联系起来结构特征和光谱吸收峰的位置直接联系起来。1905，科伯伦茨发表了128种化合物的红外光谱1930，全面深入研究了红外光谱，研究了基频谱带的归属基频谱带的归属Elmer 21 双光束红外光谱议双光束红外光谱议美国Perkin-Elmer 公司1950 开始制造是最早期商业化生产的双光束红外光谱议第一代以棱镜做

5、色散原件以棱镜做色散原件的商品化红外光谱仪问世1960，第二代以光栅做色散原件以光栅做色散原件的红外光谱仪投入使用；开发了红外全反射装置、红外显微镜、红外偏振光等附件；应用了计算机FTS-14 型傅立叶变换红外光谱仪型傅立叶变换红外光谱仪美国Digilab 公司在1969 年开始生产是最早商业化和完全由计算机控制傅立叶变换红外光谱仪第三代干涉型傅立叶变换干涉型傅立叶变换红外光谱仪投入使用Nicolet 红外光谱仪红外光谱仪具有快速、高信噪比和高分辨率等特点催生了许多新技术，例如步进扫描、时间分辨和红外成像等傅立叶红外光谱仪特点傅立叶红外光谱仪特点1. 红外光谱的基本原理红外光谱的基本原理2.

6、影响官能团特征振动频率的因素影响官能团特征振动频率的因素3. 红外光谱的分区红外光谱的分区4. 常见聚合物的红外光谱常见聚合物的红外光谱5. 红外光谱仪器红外光谱仪器6. 红外光谱样品的制备方法红外光谱样品的制备方法7. 计算机辅助技术计算机辅助技术8. 红外光谱的解析技巧红外光谱的解析技巧9. 红外光谱的应用红外光谱的应用10.其他红外光谱技术其他红外光谱技术红外光谱红外光谱1.1 多原子分子的振动方式与谱带多原子分子的振动方式与谱带伸缩振动伸缩振动 对称伸缩振动对称伸缩振动 s不对称伸缩振动不对称伸缩振动 as弯曲振动弯曲振动 面内面内剪式剪式弯曲振动弯曲振动 面外面外剪式剪式弯曲振动弯曲

7、振动 面内面内摇摆摇摆弯曲振动弯曲振动 面外面外摇摆摇摆弯曲振动弯曲振动 as s 1. 红外光谱的基本原理红外光谱的基本原理多原子分子的红外吸收谱带多原子分子的红外吸收谱带 基频：基频：V0V1的跃迁的跃迁 倍频：倍频：V0V2的跃迁的跃迁 组合频：两个或多个基频频率之和或之差组合频：两个或多个基频频率之和或之差V0V1V2 振动偶合：振动偶合：当两个或两个以上的基团连接在分子中同一个原子上时，其振动吸收带常常发生裂分，形成双峰。 费米共振：费米共振：当强度很弱的倍频带或组频带位于某一强基频吸收带附近时，弱的倍频带或组频带和基频带之间发生偶合，产生费米共振。C COCl1.2 红外吸收的产生

8、条件红外吸收的产生条件* 分子振动中偶极矩发生变化分子振动中偶极矩发生变化* E E激激E基基 h qr ：偶极矩：偶极矩q：负电荷量的大小：负电荷量的大小r：正负电荷中心距离：正负电荷中心距离OO、NN、 OCO CO、OH、NHOCOOCOOCOOCO不对称伸缩振动，不对称伸缩振动，2349cm 1对称伸缩振动，对称伸缩振动，无红外吸收无红外吸收弯曲振动，弯曲振动，667cm 11.3 红外谱图的表示红外谱图的表示吸光度吸光度Alg(I0/I)，cm-1百分透过率百分透过率T%I/I0100% ：波长，：波长， mA = lg I0 /I = c lA：吸光度T%：百分透过率I0：入射光强

9、I：透射光强1. 红外光谱的基本原理红外光谱的基本原理2. 影响官能团特征振动频率的因素影响官能团特征振动频率的因素3. 红外光谱的分区红外光谱的分区4. 常见聚合物的红外光谱常见聚合物的红外光谱5. 红外光谱仪器红外光谱仪器6. 红外光谱样品的制备方法红外光谱样品的制备方法7. 计算机辅助技术计算机辅助技术8. 红外光谱的解析技巧红外光谱的解析技巧9. 红外光谱的应用红外光谱的应用10.其他红外光谱技术其他红外光谱技术红外光谱红外光谱2. 影响官能团特征吸收频率的因素影响官能团特征吸收频率的因素 红外光谱的分区红外光谱的分区CHOHNHCHH影响官能团特征吸收频率的因素影响官能团特征吸收频率

10、的因素2.1 键力常数和原子质量的影响2.2 电子效应2.3 氢键2.4 空间效应2.5 物态的影响2.6 浓度的影响2.1 化学键的力常数和原子质量的影响化学键的力常数和原子质量的影响 ：波数：波数k：化学键的力常数：化学键的力常数C：光速：光速：折合质量：折合质量m1, m2：原子质量：原子质量231018901850IHSbHSnH2650230021502070BrHSeHAsHGeH28902570235021501750ClHSHPHSiHAlH40003600340029002400FHOHNHCHBHX-H键伸缩振动频率键伸缩振动频率氘代的影响氘代的影响HHHHHHDDDDDD

11、2.2 电子效应电子效应分子中成键电子云分布发生变化而引起分子中成键电子云分布发生变化而引起 诱导效应诱导效应18501800174017301715波数波数(cm-1)FClORHRX基基C=O波数随波数随X的变化的变化电负性取代基使双键的双键性增强电负性取代基使双键的双键性增强 共轭效应共轭效应16631690168016901730波数波数(cm-1)ArN(CH3)2ArNRRSRHX基基C=O波数随波数随X的变化的变化使双键性降低使双键性降低2.3 氢键氢键氢键使谱峰向低波数方向移动，谱峰同时加宽、变强OOHO1673cm3610cm1676cm-1-1-1OOHO-11622cm2

12、843cm1675cm-1-1(宽宽)2.4 空间效应空间效应 环的张力环的张力波数波数(C=O)： 1716 1745 1775 1850波数波数(CH2)： 2919 2925 2975 3050波数波数(C=C)： 1652 1616 1566 1641 空间位阻空间位阻波数波数(C=O)： 1663 1686 16932.5 物态的影响物态的影响2.6 浓度的影响浓度的影响2. 影响官能团特征吸收频率的因素影响官能团特征吸收频率的因素2.1 键力常数和原子质量的影响键力常数和原子质量的影响2.2 电子效应电子效应2.3 氢键氢键2.4 空间效应空间效应2.4 物态的影响物态的影响2.5

13、 浓度的影响浓度的影响3. 红外光谱的分区红外光谱的分区O H、N H、C H等的弯曲振动等的弯曲振动C OC CC NC CC NC N OC C、C O、C N等的伸缩振动等的伸缩振动F HO HN HC HX-H伸缩振动区伸缩振动区（ 40002500cm-1 ）饱和饱和C H的伸缩振动：的伸缩振动： 30002800cm-1烯烃烯烃C H的伸缩振动：的伸缩振动： 31003010cm-1苯环苯环CH伸缩振动：伸缩振动： 31003000cm-1炔烃炔烃C H伸缩振动：伸缩振动： 33403260cm-1(s，尖，尖)C H特例：特例：醛基的醛基的C H伸缩振动：伸缩振动：2820cm-

14、1( C-H，m)C H弯曲振动倍频：弯曲振动倍频：27402720cm-1 ( C-H，m，尖，尖)OH： 36403610cm-1（无氢键，尖且弱）（无氢键，尖且弱） 36003100cm-1（氢键，宽且强）（氢键，宽且强）N HNHR12R伯胺伯胺仲胺仲胺35003250cm-1（m，双），双）35003300cm-1（m，单），单）NHHR35403180cm-1（尖，双）（尖，双）34603400cm-1（尖，单）（尖，单）伯酰胺伯酰胺仲酰胺仲酰胺NHHRCONHR12COR叁键和累积双键区（叁键和累积双键区（25002000cm-1）炔基炔基 RCCH： 22002060 cm 1

15、腈基腈基 RCN： 22602220 cm 1重氮基重氮基RNN： 22802240 cm 1异氰酸酯异氰酸酯 NCO2260，1410 cm 1 双峰双峰丙二烯丙二烯 CCC 21001950 cm 1（m）烯酮基烯酮基 CCO2150，1120 cm 1 双峰双峰异硫代氰酸酯异硫代氰酸酯 NCS21401990 cm 1（s） 烯亚胺烯亚胺 CCN2000 cm 1（m）CO2 OCO2350cm-1B-H、P-H、Se-H、Si-H的伸缩振动的伸缩振动双键伸缩振动区双键伸缩振动区（20001500cm-1）酮酮醛醛酸酸酯酯酸酐酸酐酰卤酰卤酰胺酰胺CO诱导效应：诱导效应：共轭效应：共轭效应

16、：极性取代使CO 吸收往高波数移动共轭取代使CO 吸收往低波数移动C=ORCOFClRCORCOOROHRCORCOHRRCORCORCOORRCONH2C=C苯环骨架双键伸缩振动苯环骨架双键伸缩振动：1600, 1585, 1500, 1450cm-1N=O：15801500和和13801300cm 1指纹区（指纹区（1500600cm-1）苯环的组合频及面外弯曲振动谱带苯环的组合频及面外弯曲振动谱带红外光谱的分区红外光谱的分区C HO HN HS HCOCCCNNOC CC NC=C=CO H、N H、C H等的弯曲振动等的弯曲振动C C、C O、C N等的伸缩振动等的伸缩振动4. 常见聚合物的红外光谱常见聚合物的红外光谱聚乙烯聚乙烯聚丙烯聚丙烯聚苯