红外吸收光谱分析法 FTIR

红外吸收光谱分析法第一节红外吸收光谱分析概述红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即红外光谱。

一、红外光的分区红外线：波长在0.76~500μm(1000μm)范围内的电磁波称为红外线。近红外区：0.78~2.5μm（12820----4000cm-1）—OH和—NH倍频吸收区中红外区：2.5~25μm（4000----400cm-1）基团的基频振动、伴随转动光谱远红外区：25~500μm（400----20cm-1）纯转动光谱中红外区能很好的反响分子内部结构，对解决分子结构和化学组成中的各种问题最为有效，因而是红外光谱中应用最为广泛的区域，一般所说的红外光谱大都指这一范围的光谱。1红外吸收光谱分析通常红外光谱中习惯使用波数来表示波带的位置，代表每厘米的包含的电磁波波数。二、红外光谱的作用1．可以确定化合物的类别〔芳香类〕2．确定官能团：例：—CO—，—C＝C—，—C≡C—3．推测分子结构〔简单化合物〕4．定量分析三、红外光谱图表示形式的意义υC=O-CH

-CH3Ar-HC=C-CH3CH苯红外吸收光谱的产生的条件红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生分子的振动能级差远大于转动能级差分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁1．振动能级2红外分光光度法根本原理2分子振动模型(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K化学键力学常数折合质量〔2〕多原子分子的振动模型伸缩振动亚甲基：变形振动亚甲基分子振动模型振动的类型和表示方法一、伸缩振动指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动1．对称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动同时发生

2．反称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动交替发生分子振动的形式〔多原子分子〕二、弯曲振动〔变形振动，变角振动〕：指键角发生周期性变化、而键长不变的振动1．面内弯曲振动β：弯曲振动发生在由几个原子构成的平面内1〕剪式振动δ：振动中键角的变化类似剪刀的开闭

2〕面内摇摆ρ：基团作为一个整体在平面内摇动2．面外弯曲γ：弯曲振动垂直几个原子构成的平面1〕面外摇摆ω：两个X原子同时向面下或面上的振动

2〕蜷曲τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的振动3．变形振动：1〕对称的变形振动δs：三个AX键与轴线的夹角同时变大

2〕不对称的变形振动δas：三个AX键与轴线的夹角不同时变大或减小3．基频峰与泛频峰a〕基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰〔即υ=0→1产生的峰〕基频峰的峰位等于分子的振动频率基频峰强度大——红外主要吸收峰

泛倍频峰二倍频峰（υ=0→υ=2）频三倍频峰（υ=0→υ=3）峰合频峰差频峰（即υ=1→υ=2，3---产生的峰）b〕泛频峰倍频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动激发态等高能态时所产生的吸收峰〔即υ=1→υ=2，3---产生的峰〕注：泛频峰强度较弱，难识别→却增加了光谱特征性4．红外光谱产生条件：

红外活性振动：分子振动产生偶极矩的变化，从而产生红外吸收的性质红外非活性振动：分子振动不产生偶极矩的变化，不产生红外吸收的性质分子吸收红外辐射的频率恰等于分子振动频率整数倍分子在振、转过程中的净偶极矩的变化不为0，即分子产生红外活性振动，且辐射与分子振动发生能量耦合。振动自由度反映吸收峰数量;吸收峰数常少于振动自由度数;发生了简并——即振动频率相同的峰重叠,红外非活性振动实际工作中简正振动频率不上理论计算，而是通过试验测定，归纳成规律。5振动的自由度指分子独立的振动数目，或根本的振动数目N个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度6红外光谱的特征〔1〕谱带数〔absorptionbandsnumber)谱带数与分子自由度有关，基频谱带和泛频谱带。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。〔2〕谱带位置〔absorptionbandslocation)每一个基团的振动都有特征振动频率，在红外光谱图中表现出特征的吸收谱带位置。化学键的力常数k越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收带将出现在高波数区〔短波长区〕；反之，出现在低波数区〔高波长区〕。(3〕谱带形状〔absorptionbandsshape)分析的化合物越纯，吸收谱带越锋利，对称性越好；假设是混合物，那么谱带会出现重叠、加宽，对称性破坏。〔4〕谱带强度〔absorptionbandsintensity)键两端原子电负性相差越大〔极性越大〕，吸收峰越强；由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰。第二节红外光谱的应用红外光谱的最大特点是具有特征性，谱图上的每个吸收峰代表了分子中某个基团的特定振动形式。据此进行化合物的定性分析和定量分析。广泛应用于石油化工、生物医药、环境监测等方面。1.定性分析〔1〕物的鉴定在得到试样的红外谱图后，与纯物质的谱图进行比较，如果谱图中峰位、峰形和峰的相对强度都一致，即可认为是同一物质。〔2〕未知物的鉴定是红外光谱法定性分析的一个重要用途，涉及到图谱的解析。

烷烃1.C-H伸缩振动2.C-H弯曲振动3.C-C骨架振动二、常见有机化合物基团的特征频率〔一〕脂肪烃类化合物4〕甲基与芳环或杂原子相连：烯烃1．C-H振动2．C=C骨架振动顺式>反式取代基完全对称时，峰消失3．发生π-π共轭或n-π共轭——共轭效应将使吸收峰位移向低波数区10~30cm-1炔烃1．C-H振动2．C≡C骨架振动取代基完全对称时，峰消失〔二〕芳香族化合物1．芳氢伸缩振动2．芳环骨架伸缩振动——确定苯环存在3．芳氢弯曲振动——判断苯的取代形式单取代双取代邻取代对取代间取代多取代1.单取代(含5个相邻H)2.双取代邻取代〔4个相邻H〕间取代〔3个相邻H，1个孤立H〕对取代〔2个相邻H〕〔三〕醇、酚、醚1．O-H伸缩振动：2．C-O伸缩振动：醇、酚注：酚还具有苯环特征醚1．链醚和环醚

2．芳醚和烯醚〔四〕羰基化合物1．酮2．醛酮、醛共轭效应使吸收峰→低波数区环酮：环张力↑，吸收峰→高波数区共轭效应使吸收峰→低波数区双峰原因→费米共振峰位排序：酸酐>酰卤>羧酸〔游离〕>酯类>醛>酮>酰胺例：化合物C8H8O2的红外光谱如右图所示，试推测其结构。υC=O-CHO

-CH3Ar-HC=C-CH3CH苯解：计算不饱和度：3000cm-1有吸收，说明有和==C-H