傅立叶变换红外光谱.

1、 傅立叶变换红外光谱基本原理概述分子中基团的振动和转动能级跃迁产生；振转光谱孵V 祖-1>b快aoBuV"二 0B4COn> tow 2(p J>UKfcl光试e区恥艮&<1关图4'R电子2 唳迁6/=0?=4曾f*T2談汪 R4 J v*s 01S-O 双卓子分干的三紳龍级K辻示SEA12红外光谱与有机化合物结构红外光谱图：纵坐标为吸收强度，横坐标为波长久（/m） 和波数1/久单位：cnrL 可以用峰数，峰位，峰 形，峰强来描述。用性量应定定有机化合物的结构解析。 基团的特征吸收频率； 特征峰的强度；12红外光谱与有机化合物结构一.红外光谱产

2、生的条件（1）辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量;（2）辐射与物质间有相互偶合作用。对称分子：没有偶极矩,夕F活性。如:辐射不能引起共振，无红N2、©2、Cl2 等。非对称分子：有偶极矩,红外活性如：HCL出0等.1.2红外光谱与有机化合物结构二、分子振动方程式(1)双原子分子的简谐振动及其频率化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧 :CTi 虎克定*分子的振动能级(量子化)：(V+1/2； hvV：化学键的振动频率；V ：振动量子数.1.2红外光谱与有机化合物结构二、分子振动方程式(2)分子振动方程式任意两个相邻的能级间的能量差为:V =A 2nc化学键的力常数，与键能和键长

3、有关，“为双原子的折合质量“=吗吗/ (吗+吗)发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的 折合质量和馋的力常数，即取决于分子的结构特征.表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）犍分子k键分子kH-FHF9-7H-CCH2-CH25-1H-C1HC14.8H-CCH = CH5.9H-BrHBr4.1C-ClCH3C13-4H- IHI3.2C-C4.5 z 5.6H-0HaO7.8C=C9599H-SHzS4.3C=C1517H-NMH3b.5>C-012-13H-CCH3X4.75.0C= 016-18键类型：c=c >c =c > c c 力常数：15- 179.5

4、- 9.94.5 - 5.6峰位：4.5pm6.0 gm7.0 p.m化学键键强越强（即键的力常数礎大）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.13分子中基团的基本振动方式两类基本振动形式伸缩振动是*廉子沿着价健方向；来回运 动，即动时健长发生受化，« 角不交变形振动曼指基团K角发 生受化而«长不 交的撮动Z 、对称停编轴反对称伸髒动6： 2926 cm"* : 2853 cm '亚活i I餾吸收s）z * V X X（面外）m朝氏C面內）痣sV： 13067303 ciP 1： 12b0ca" 8 : 1468 cb*

5、 P : 720 co' （:弱吸收3J）（屮等<收11）R-C-i-WHR:o”c S 一- RR-COR Vco 1715cm I ;R-COH5=0 1730cm '；R-COCI Veo 1800cnr *;R-COFVcso 1920cnr* ;1.4影响峰位变化的因素化学覧的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部 因素彩响.各种化合物中相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上.一、内部因素(1)电子效应吸电子基团使吸收峰向高频方向移动(蓝移)a.诱导效应： ：0R-C1.4影响峰位变化的因素一.内部因素(1)电子效应b.共辄效应：共觇效应使单键吸收

6、峰向高波数移动, 使双键吸收峰向低波数移动.oooH,c4-CH3 Ct' ch, Q c ch, Q-cQI715cm " 1685cm 】1685cm "1660 cm "1.4影响峰位变化的因素内部因素(2)空间效应场效应；空间位组；环张力C"H3060-3030 cm-'29(X)-28(X) cm-'1.4影响峰位变化的因素二.氢键效应氢键(分子内氢键；分子间氢键)：对峰位，峰强产 生极明显彩响，使伸缩振动频率向低波数方向移动.P H-NH游离 叮N H宀c=o伸幡N-H忡缩N-H变形169035001620J 5901

7、65034001650-1620%H3C28353705-3 I 250-11伸缩2傅立叶变换红外光谱仪红外光学台由红外光源.光阑、干涉仪、样品室.检测 器以及各种红外反射镜、氮筑激光器.控制电路 板和电源组成.计算机打印机2.1 FT-IR光谱仪的光学系统一、红外光源目前，要测试整个红外波段至少需要更换三种光源，即 中红外光源、远红外光源和近红外光源.目前使用的中红外光源基本上可以分为两类：碳硅棒光 源和陶瓷光源.光源又可分为水冷却和空气冷却两类.空气冷却陶瓷光源适用范围：96（）u50cnri2.1 FT-IR光谱仪的光学系统二光阑作用：控制光通量的大小效果：加大光阑孔径，光通量增大，有利

8、于提 高检测灵敏度；缩小光阑孔径，光通量减少，检测 灵敏度降低2.1 FT.IR光谱仪的光学系统三、干涉仪干涉仪是FT.IR光谱仪光学系统中的核心部分.FT-IR 光谱仪的最高分辨率和其它性能指标主要由干涉仪决定.目前，FT.IR光谱仪使用的干涉仪有好几种，可以分 为：空气轴承干涉仪.机械轴承干涉仪、双角镜耦合.动镜 扭摆式干涉仪等.空气轴承干涉仪是经典迈克尔逊干涉仪，它由分束器 固定镜、动镜及动镜驱动机构几部分构成.2.1 FT-IR光谱仪的光学系统U!L检测器作用：检测红外干涉光通过红外样品后的能量. 对使用的检测器有三点要求：具有高的检测灵敏 度、快的响应速度和较宽的测量范围。检测器MC

9、T检测器DTGS检测器2.1 FT-1R光谱仪的光学系统傅立叶变换红外光谱仪工作原理图十沙图f沙仪红外）lift图2.1 FT-1R光谱仪的光学系统迈克尔逊干涉仪工作原理图射 光比卅八为X 格数俗相 长干涉Y分ft IS.和 泊十渉；动KI连红移 动快得朴 涉圉.«相I比siG分孤«.2.2红外光谱样品制备和测试一、固体样品应该根据固体样品的形态和测试目的选用不同 的制样方法和测试方法-固体样品的测试方法有：常规透射光谱法.显 微红外光谱法.漫反射光谱法.ATR光谱法.高压 红外光谱法等常规透射光谱制样方法分为压片法、糊状法和 薄膜法2.2红外光谱样品制备和测试二、液体样品

10、纯有机液体样品：液膜法，即在两块窗 片之间夹一层薄薄的液膜.J溶液样品:液体池有机溶液样品：常用的窗片材料，KBr, NaCI水溶液样品：常用的窗片材料，BaF, CaF2.2红外光谱样品制备和测试三、气体样品气体红外光谱的测试需要有气体池，将需要测 试的气体充进气体池中才能测试3红外光谱与分子结构3.1红外光谱的特征性在红外光谱中能代表基团或化学键存在的最强谱峰称为 基团或化学键的特征峰，特征峰的中心频率称为基团或化学 健的特征频率.红外光谱的整个范围可分成40001300 cm *与UOO 一600 cm"两个区域.在4000 1300 cm"区域的峰是由伸缩振动产生的

11、吸收 帶，称为官能团区.在13(M)6()0 cm '区域中，除单键的伸缩振动外还有因 变形振动产生的复杂光谱.该区称为指纹区.红外光谱与分子结构常见的有机化合物基团频率出现的范围：4(HM)600 cm 依据基团的振动形式，分为四个区：(1) 4000 250() cm-J伸缩振动区(X=0, N, C, S) 三键，累积双键伸缩振动区(3) 1900 1200 cm-> 双键伸缩振动区(4) 1200 - 600 cmiXY伸缩，XH变形振动区1ar«e-H(2) 250()1900 cm32有机化合物分子中常见基团吸收峰1. X-H伸缩振动区(4000-2500

12、cm-1 )(1) O H 36503200 cm确 定醉，酚，酸在非极怪溶剂中.浓度校小(稀溶液)时，峰形尖锐-强吸收; 当浓度校大时，发生缔合作用，峰形较宽1. X-H伸缩振动区(4000 2500 cm")(2)饱和碳原子上的-C-H-CH,2960 cm*2870 cm *2930 em'2850 cm''2890 cnyi反对称伸缩振动对称伸缩振动反对你伸缩振动 >对称伸缩振动騎吸收丿以下(3)不饱和碳原子上的=CH (三C一H )3030 cm*1.MWOcnr' 3()10 226() cm *>I以上苯环上的CH=CHCH3

13、30() cm >(1 ) ROCH 强度弱，(2)单核芳婭2. 双键伸缩振动区(1900 1200 curl)1620- 1680 cnr*R=R'(对称)时，无红外活性.的C=C键伸缩振动(1626 1650 cnr苯衍生物在1650 -cm * 出现 C-H和C=C键的 面内变形振动的 泛频吸收(强度 弱)，可用来判 断取代基位置.2. 双键伸缩振动区(1900 1200 cmi )(3 ) C=O ( 185() 1600 cnri)碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐.C0"C-C-C 1715cid7 绻 C 一£ 一 OR 1725 - M5Q 曲0

14、01S20 cm-lC-CMl 1680cnri 玻酸 C C QH 1750 cm'3. 巻键伸缩振动区(2500 - 1900 cnri )(1) RC MH RC =CR R=ir 时,(2) RC=N 非共轨 共轨(2100- 214() cm-1 ) (2190- 2260 cm-l ) 无红外活性2240 2260 cm-12220-2230 cm-14.XY,XH变形振动区vl650cm指纹区(1350 650 cm-1 )，较复杂C-H, N-H的变形振动；C-0, C-X的伸缩振动；c-c骨架振动等.精细结构的区分.33基团的特征频率和指纹区图健的振动tCH hNh

15、丘h3由CD(Tdcoco伸«r=r,cM 主要切WC=C.ONC C.C N4ionI Mill2100rm CH直外穹曲15M cnf' 1001 9N99970(1饱和炬5-<«3F.-CH-CH：咼目鬆*9强IS动疋耳他，石变J關rcibS内9对称13T5 中CCH2)n-M4JS72DiOM MOD290015M c' leoo woQIO7W33基团的特征频率和指纹区图不饱和炷2伸CJ"不:230判/19&矗/ '总超 ctcH 仲 1X8 r 0：、CH ! raft 娄亶盘盖 Wmn申温関?中芳看砂R _ 7W

16、ET 1980-1700C=CHqQH 曹 1 -1400中 y=cf申 76505弓中939 70400B30002000芳香号栄1600 1泗 L1500中w HM MM 294$ 830>700750 750 "?O01500 cn* 1000900800700冋裡° RCH9CH伸"C.Of*>5S含有C- H. 0等元素C-OH 1200-S50 _-C-O-CO-1275-nS0 二 CO-C 1275-10<：0.C<HtOHf+-CO?歧对称伸COE1駅伸/JpAHfi-rwij 中JK 157o5S1400 中33基团的特

17、征频率和指纹区图含有C- H. N篦元素HCN 1 C»Nf»HjC-NR；C-Nf?BNC： J2ISO霸普，“島5审中18C0 中WOO MOO2100IM0 cuf' 1001900 MD含有C、H、N、O等元素CONOF：讒N 貲4虽芻:瑟鱒NO?如称伸f舔韶輝叫肿伸i右满（春7中値不到）RCONHj 1 "57“ 中RCONHBBtKl'SfRZC-O227740005M0BCOSij 7CD伸 SCOrSHK M&TO?S Rcor JbE£；i« 2Km15Mcm “ 丽 M tdaTOI33基团的特征频率

18、和指纹区图含有Ps卤素等元素>P OH p_H勰更严400P"O 伸C-F(oP0&P0 伸C-Cl&烷2 “020 / “20中强JUSOQO 伸” I筱强RSHSHff R2CS,C(申 &§02、R2SO2 -1150强25703?“480-1320aS O：対称伸“480P320强 SO2g对繃申4000 MIOQ210015M cm X 10009008007003.4分子的不饱和度定义:不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的"对片数 如：乙烯变成饱和烷婕需要两个氢原子，不饨和度为1.计算:若分子中仅含一，二，三四价元

19、素(H, 0, N. C),则 可按下式进行不饨和度的计算：IC S (2 2q Hj m ) / 5处，佃分别为分子中四价三价，一价元素数目.作用:由分子的不饱和度可以推断分子中含有双三纏，环, 芳环的数目，验证谱图解析的正确性.例：CgHgOjn= (2+2x9-8 )/2 = 64红外谱图解析示例4.1红外谱图解析示例41红外谱图解析示例对比烯婭顺反异构体tin山I nb ifc） iAi ilu ! riftair4.1红外谱图解析示例a.cIMlA* IM IM* 44 a3醇氢键.缔合a.ep.、4 OKr* t CY*Wt （0）wVCrtJ*»3M«MMUM

20、K7tIMT5e/C®YiFr«ex苓*的红升 （RUK的*|4«<*位） f«> !.<<； <W 3.4*： （r） 7.1?*； （A 143*£丁<*比）s MTsntot* ft厶O-MV J eY»"rO'Sifaa M tM iiTmirtlrtu ill* lAo I4M HM ID it*Af2 <« «匸£«hilsa律介254.1红外谱图解析示例)54醛.酮TtSHH 300"002M0Lt«O

21、1400109C SOC4000 a SODa-JOd ：5<0LCO2° |g»co<4.1红外谱图解析示例5.拔酸及其 衍生物> S J> M<<W-*4.2未知物结构确定1未知物2 M If0书CTCSCCd c 0C HCYN-H心-VzJM2532S42Q0Q2SQ& SSSO 2SOO2Q0a 2SQ& SSSO 2SOOrf#6/ 6 525 4 ft枳4.2未知物结构确定2.推测C4H8O2的结构解：1)n=：1.8/2+4=l2)峰归属3)可能的结构OH C O CH2CH2CH30H3C C O CH2

22、CH3OH3CH2C C O CH3IISO1240116042未知物结构确定3 推测CgHg纯液体C=CH2解：1） /2 = 1-8/2+8=52）峰归属3）可能的结构4.2未知物结构确定4. CgHN,确定结构Se7»10 U U 11 U ISK7%MO0W40»«4M Ml 3X0 300 2<Od 1900 IMO I7« WM ISM 1400 UOO laOO 1100M TWc7KT"2217817HaC解：1) /2 = l+ (1-7) /2+8=62) 峰归属3) 可能的结构5红外显微镜及成像系统5.1简介红外显微镜主要用于徽小样品的测定，测试灵敏度很 高，样品的用*可以少到纳克级.红外成像技术使用焦平面检测器(FPA),光谱成像技 术最突出的优点就是能够同时提供被测样品的形态学信息和 成分信息，可以满足定位、定性、定量分析要求.采用焦平面检测器，能够得到检测区域各部位的所有光 谱，