红外光谱分析法

第五节红外吸收光谱法（IR）一、概述定义：根据物质分子特征吸收了红外辐射后发生振动能级和转动能级的跃迁的而建立起来的光谱分析方法

红外吸收光谱－－－分子振动转动光谱应用：分子结构的研究和化学组成的分析

四大谱学方法：紫外吸收、红外吸收、核磁共振波谱、质谱优点：①每种化合物均有红外吸收（除了单原子分子＆同核双原子），因此应用范围广②分析快速、灵敏度高、检测样品量少③是一种无损检测方法，可检测各种状态的试样④对光谱的吸收符合朗伯比尔定律，由于谱带宽，干扰峰多，应用于定量分析较少⑤分子的振动能级与许多结构特征因素相关，因此能提供丰富的组成和结构信息

红外吸收带的波数位置波峰的数目吸收谱带的强度分子结构特点与分子组成或化学基团的含量有关，可进行定量分析定性分析红外光区光谱表示方法：T％～σ曲线orT％～曲线波长与波数σ之间的关系为：σ（cm-1）=104/（µm）例：＝5µm的红外线，它的波长为σ＝104/5＝2000cm-1二、红外光谱区域

中红外区研究应用最广，是主要的研究对象中红外光区吸收带（2.5~25µm）:基本振动区，绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带，由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。远红外光区吸收带（25~1000µm）：转动区，分子转动和晶格振动产生的。近红外区吸收带（0.78~2.5µm

）：泛频区，O－H，N－H及C－H的倍频吸收三、红外光谱的产生机理1、条件：①吸收应刚好满足分子跃迁时所需的能量②红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）偶极距（dipolemoment）µ＝q·d只有偶极距不为零的分子才能对吸收了红外光后引起偶极距的共振吸收，在特征波长处产生吸收峰，构成了红外吸收光谱图。红外光谱图：可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。应用：有机化合物的结构解析。定性：基团的特征吸收频率；定量：特征峰的强度；2、分子振动方程式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对于双原子分子：任意两个相邻的能级间的能量差为:谐振子非谐振子由ν＝0跃迁到ν＝1产生的吸收带称为基频峰，跃迁到ν＝n称为倍频峰，倍频峰不是基频峰的正倍数，而略小。谱图中表现为基频峰最强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键的力常数，即取决于分子的结构特征。例：计算C－C、C＝C、C≡C的振动波数？已知键的力常数分别为5、10、15N·cm-1k化学键的力常数，与键能和键长有关

为双原子的折合质量：

=M1M2/（M1+M2）某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）键类型—CC—>—C=C—>—C—C—力常数15

179.5

9.94.5

5.6峰位4.5m6.0m7.0m化学键键强越强（即键的力常数K越大）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。例题:由表中查知C=C键的k=9.5

9.9,令其为9.6,计算波数值。正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652cm-1只适用于双原子分子和影响因素小的多原子分子，实际的分子结构中，基团与基团间、基团的化学键之间都会有影响而导致振动波数的变化3、分子中基团的基本振动形式

basicvibrationofthegroupinmolecular1．两类基本振动形式（以亚甲基为例）伸缩振动（对称伸缩、反对称伸缩）变形振动面内变形（剪式、摇摆）面外变形（面外摇摆、扭曲变形）

4.影响峰数减少的原因实际上，绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数远小于理论上计算的振动数，这是由如下原因引起的：（1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收；（2）相同频率的振动吸收重叠，即简并；（3）仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带很弱，仪器无法检测；（4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。1、红外吸收峰位置？2、红外光谱产生的条件？1）、幅射体系发射的能量满足振动跃迁所需的能量2）、分子在振动过程中有偶极矩的变化小结3、分子振动的基本形式（伸缩振动和变形振动）伸缩振动：分为对称伸缩振动（s）和不对称伸缩振动（as）变形振动：又分为面内变形（摇摆

、剪式

）和面外变形振动（摇摆

、扭曲

）五、影响基团频率位移的因素

外部因素：测定时的试样的状态、溶剂效应等因素。内部因素诱导效应共轭效应偶极场效应振动的偶合氢键空间效应外部因素－－溶剂效应溶剂种类不同对谱图也会有影响。溶剂分子能引起溶剂溶质的缔合，改变吸收带的位置及强度。通常，在极性溶剂中，溶质分子的极性基团的伸缩振动频率向低波数方向移动。例如：气态时νC=O最高，非极性溶剂的稀溶液次之，而液态或固态的频率最低。在红外光谱法中，应尽量选用非极性溶剂。1、诱导效应（I效应）吸电子基团使电子云由氧原子转向双键，使羰基双键性增强，从而使吸收峰向高波数方向移动。内部因素2、共轭效应（M效应）3、偶极场效应（F效应）共轭效应和诱导效应是通过化学键起作用的。偶极场效应是邻近基团通过空间起作用的。

4、氢键羰基和羟基之间容易形成氢键，使羰基的频率降低。5、振动的偶合二个频率相同或相近的基团联结在一起时，会发生相互作用而使谱峰分成二个。如酸酐的二个羰基，振动偶合而裂分成二个谱峰。

二元酸的二个羰基之间只有1~2个碳原子时，会出现二个C=O基吸收峰，是相互偶合的结果。－－费米共振当倍频峰位于某强的基频峰附近时，弱的倍频峰常被大大强化。基频峰常发生分裂。这种泛频峰和基频峰之间的偶合，称为费米共振。-CHO的C-H伸缩振动（2835-2965cm-1）和C-H弯曲振动（1390cm-1）的倍频峰偶合，裂分成二个峰：2840cm-1、2760cm-1，是醛基的特征峰。6、空间效应包括环状化合物的张力效应和位阻效应——张力效应：——空间位阻效应

若分子结构中存在空间阻碍，使共轭受到限制，振动频率增高。与环直接联结的双键的伸缩振动频率，环越小张力越大，其频率越高。环内双键，张力越大，伸缩振动频率越低。

1576cm-1

1611cm-1

1644cm-1

1781cm-1

1678cm-1

1657cm-1

1651cm-1红外谱图解题思路1、求不饱和度µ＝0（饱和烃）；µ＝1（烯烃）；µ＝2，3（炔烃，或是含有C＝O等不饱和烃）；µ≥4（含有苯环）2、确定基本结构和基团3、考虑指纹区峰结构排除不可能的基团4、推断结构六、红外光谱谱图分析

特征吸收：指基团在特定的区域有吸收，且其它部分对此吸收位置的影响较小，并有较强的吸收谱带。

最有分析价值的基团频率在4000

cm-1~1300cm-1之间，这一区域称为基团频率区、官能团区或特征区。区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，容易辨认，常用于鉴定官能团。

在1300cm-1~600cm-1区域内，除单键的伸缩振动外，还有多数基团因变形振动产生的谱带。这种振动与整个分子的结构有关。当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征，称为指纹区。

1、红外光谱的区域划分常见的化学基团在4000－670cm-1范围内有特征吸收。常将该波数范围分成四个区域（1）X－H伸缩振动区4000－2500cm-1（2）叁键和积累双键区2500－1900cm-1（3）双键伸缩振动区1900－1200cm-1（4）X－Y伸缩振动及X－H变形振动区＜1650cm-1（1）、X－H伸缩振动区4000－2500cm-1（X＝O，N，C，S）O－H3650－3200cm-1(醇、酚、羧酸)游离酚中υO－H3700－3500cm-1

胺和酰胺的N-H伸缩振动也出现在3500~3100cm-1，因此，可能会对O-H伸缩振动有干扰。

C-H的伸缩振动可分为饱和和不饱和的两种:

⑴饱和的C-H伸缩振动出现在3000cm-1以下，约3000~2800cm-1，取代基对它们影响很小。－CH3（2960、2870cm-1）、－CH2－（2930、2850cm-1）、－CH－（2890cm-1）几乎观察不到⑵不饱和的C-H伸缩振动出现在3000cm-1以上

＝CH2的吸收在3085cm-1附近=C-H伸缩振动:3100-3000cm-1

≡C-H伸缩振动:

3300cm-1

⑶苯环的C-H键伸缩振动出现在3030cm-1附近，它的特征是强度比饱和的C-H键稍弱，但谱带比较尖锐。3080cm-1

3030cm-1

3080cm-1

3030cm-1

3300cm-1

υ（C-H）3080-3030cm-1

2900-2800cm-1

3000cm-1C-H伸缩振动(>3000cm-1)例1某化合物分子式为C12H24，它的红外光谱图如下，试问该化合物是烷烃还是烯烃？该化合物是烯烃。烯烃，炔烃的判断=C-H伸缩振动:3100-3000cm-1

=C-H伸缩振动:

3300cm-1

C=C伸缩振动:1680-1620

cm-1=C-H弯曲振动：1000-650cm-1C=C伸缩振动

:2260-2100cm-1=C-H弯曲振动:

700-610cm-1

（2）、叁键和积累双键区2500－1900cm-1

这个区域的谱带用得较少，因为含叁键和积累双键的化合物，遇到的机会不多。

R-CCH的伸缩振动出现在2100~2140cm-1附近；

R

-CC-R出现在2190~2260cm-1附近；

R-CC-R分子是对称，则为非红外活性；

-CN基的伸缩振动在非共轭的情况下出现2240～2260cm-1，在共轭的情况下出现2220~2230cm-1附近。（3）、双键伸缩振动区1900－1200cm-1主要包括：

C＝C，C＝O，C＝N，－NO2的伸缩振动

苯环的骨架振动

该区域包括三种重要的伸缩振动：酸酐的羰基吸收带由于振动耦合而呈现双峰。以此很容易判断酮类、醛类、酸类、酯类以及酸酐等有机化合物是红外光谱中特征的且往往是最强的吸收①C=O伸缩振动：1900~1650cm-1

②C=C伸缩振动。烯烃的C=C伸缩振动出现在1680~1620cm-1，一般很弱。单核芳烃的C=C伸缩振动出现在1600cm-1和1500cm-1附近，有两个峰，这是芳环的骨架结构，用于确认有无芳核的存在。③苯的衍生物的泛频谱带，出现在2000~1650cm-1范围，是C-H面外和C=C面内变形振动的泛频吸收，虽然强度很弱，但它们的吸收面貌在表征芳核取代类型上有一定的作用。包括：C－H，N－H的变形振动

（4）、X－H变形振动区1650-1350cm-1甲基在1370-1380cm-1出现一个很特征的吸收峰，可作为判断有无甲基存在的依据。

当一个碳原子上存在二个甲基时，二个甲基的变形振动(1380cm-1)互相偶合，分裂成二个峰：1385cm-1、1375cm-1，这对确定异丙基很有用。CH3(CH2)5CH3的红外光谱

例：下面为同分异构体CH2=CH－O－CH2CH2CH2CH3与CH2=CH－O－CH2CH(CH3)2的红外光谱图，试根据红外光谱特征谱带区别。

（5）900~650cm-1区域（指纹区）

苯环取代而产生的吸收是这个区域重要内容，该区域是利用红外光谱推断苯环取代位置的主要依据。该区域的某些吸收峰还可用来确认化合物的顺反构型。烯烃的面外弯曲振动出现的位置：反式构型：990-970cm-1顺式构型：690cm-1总之，指纹区和官能团区有着不同的功能，可以功能互补。从官能团区可以找出该化合物存在的官能团，而指纹区的吸收宜于用来同标准谱图进行比较，以得出更确切的结论。小结1、不饱和烃－CH≥30002、－OH33803、饱和烃－CH29404、纯羰基17365、醛基1725，27206、－CH313807、－C（CH3

）21385＆13758、－OCH311829、－CN2260～222010、C－O－C900～115011、－NH21650～1560特征基团的位置峰：示例示例取代苯衍生物的判断苯在450、1520、1580、1620-1590存在特征峰取代类型2000-1667cm-1600-900cm-1单取代四个峰双峰(740/690)邻位取代四个峰单峰(750)间位取代四个峰三峰(850/800/700)对位取代三个峰单峰(800)856习题1、下列两个化合物，C＝O的伸缩振动吸收带出现在较高的波数区的是哪个？为什么？2、下图为不同条件下，丁二烯（1，3）均聚物的红外光谱图，试指出它们的键结构。3、有一化合物C7H8O,它出现以下位置的吸收峰:3040；3380；2940；1460；690；740;不出现以下位置吸收峰：1736；2720；1380；1182.试推断其结构式？答案: a（共轭效应）>b（空间位阻效应让共轭效应减小）。作业1、试述分子产生红外吸收的条件。2、何谓基团频率？影响基团频率位移的因素有哪些？3、仅考虑C＝O受到的电子效应，在酸、醛、酯、酰卤和酰胺类化合物中，出现C＝O伸缩振动频率的大小顺序应是怎样？4、从以下红外特征数据鉴别特定的苯取代衍生物C8H10：①化合物A：吸收带在约790和695cm－1处。②化合物B：吸收带在约795cm－1处。③化合物C：吸收带在约740和690cm－1处。④化合物D：吸收带在约750cm－1处。5、分别在95％乙醇和正已烷中测定2－戊酮的红外光谱，试预测C＝O的伸缩振动吸收峰在哪种溶剂中出现的较高？为什么？6、某化合物的化学式为C6H10O，红外光谱如下图所示，试推断其结构式。7、某化合物的化学式为C8H14O3，红外光谱如下图所示，试推断其结构式。8、某化合物的化学式为C9H10O，红外光谱如下图所示，试推断其结构式。第一节活塞式空压机的工作原理第二节活塞式空压机的结构和自动控制第三节活塞式空压机的管理复习思考题单击此处输入你的副标题，文字是您思想的提炼，为了最终演示发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor压缩空气在船舶上的应用：

1.主机的启动、换向；

2.辅机的启动；

3.为气动装置提供气源；

4.为气动工具提供气源；

5.吹洗零部件和滤器。

排气量:单位时间内所排送的相当第一级吸气状态的空气体积。单位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor空压机分类：按排气压力分：低压0.2～1.0MPa；中压1～10MPa；高压10～100MPa。按排气量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空气压缩机

piston-aircompressor第一节活塞式空压机的工作原理容积式压缩机按结构分为两大类：往复式与旋转式两级活塞式压缩机单级活塞压缩机活塞式压缩机膜片式压缩机旋转叶片式压缩机最长的使用寿命-

----低转速（1460RPM），动件少（轴承与滑片），润滑油在机件间形成保护膜，防止磨损及泄漏，使空压机能够安静有效运作；平时有按规定做例行保养的JAGUAR滑片式空压机，至今使用十万小时以上，依然完好如初，按十万小时相当于每日以十小时运作计算，可长达33年之久。因此，将滑片式空压机比喻为一部终身机器实不为过。滑(叶)片式空压机可以365天连续运转并保证60000小时以上安全运转的空气压缩机1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气1.凸凹转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。螺杆式气体压缩机是世界上最先进、紧凑型、坚实、运行平稳，噪音低，是值得信赖的气体压缩机。螺杆式压缩机气路系统：

A

进气过滤器

B

空气进气阀

C

压缩机主机

D

单向阀

E

空气/油分离器

F

最小压力阀

G

后冷却器

H

带自动疏水器的水分离器油路系统：

J

油箱

K

恒温旁通阀

L

油冷却器

M

油过滤器

N

回油阀

O

断油阀冷冻系统：

P

冷冻压缩机

Q

冷凝器

R

热交换器

S

旁通系统

T

空气出口过滤器螺杆式压缩机涡旋式压缩机

涡旋式压缩机是20世纪90年代末期开发并问世的高科技压缩机，由于结构简单、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪声、长寿命等诸方面大大优于其它型式的压缩机，已经得到压缩机行业的关注和公认。被誉为“环保型压缩机”。由于涡旋式压缩机的独特设计，使其成为当今世界最节能压缩机。涡旋式压缩机主要运动件涡卷付，只有磨合没有磨损，因而寿命更长，被誉为免维修压缩机。

由于涡旋式压缩机运行平稳、振动小、工作环境安静，又被誉为“超静压缩机”。

涡旋式压缩机零部件少，只有四个运动部件,压缩机工作腔由相运动涡卷付形成多个相互封闭的镰形工作腔，当动涡卷作平动运动时，使镰形工作腔由大变小而达到压缩和排出压缩空气的目的。活塞式空气压缩机的外形第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）工作循环：4—1—2—34—1吸气过程

1—2压缩过程

2—3排气过程第一节活塞式空压机的工作原理一、理论工作循环（单级压缩）

压缩分类：绝热压缩：1—2耗功最大等温压缩：1—2''耗功最小多变压缩：1—2'耗功居中功＝P×V（PV图上的面积）加强对气缸的冷却，省功、对气缸润滑有益。二、实际工作循环（单级压缩）1.不存在假设条件2.与理论循环不同的原因：1）余隙容积Vc的影响Vc不利的影响—残存的气体在活塞回行时，发生膨胀，使实际吸气行程（容积）减小。Vc有利的好处—

（1）形成气垫，利于活塞回行；（2）避免“液击”（空气结露）；（3）避免活塞、连杆热膨胀，松动发生相撞。第一节活塞式空压机的工作原理表征Vc的参数—相对容积C、容积系数λv合适的C：低压0.07-0.12

中压0.09-0.14

高压0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容积Vc的影响C越大或压力比越高，则λv越小。保证Vc正常的措施：余隙高度见表6-1压铅法—保证要求的气缸垫厚度2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理2）进排气阀及流道阻力的影响吸气过程压力损失使排气量减少程度，用压力系数λp表示：保证措施：合适的气阀升程及弹簧弹力、管路圆滑畅通、滤器干净。λp

（0.90-0.98）2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理3）吸气预热的影响由于压缩过程中机件吸热，所以在吸气过程中，机件放热使吸入的气体温度升高，使吸气的比容减小，造成吸气量下降。预热损失用温度系数λt来衡量（0.90-0.95）。保证措施：加强对气缸、气缸盖的冷却，防止水垢和油污的形成。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理4）漏泄的影响内漏：排气阀（回漏）；外漏：吸气阀、活塞环、气缸垫。漏泄损失用气密系数λl来衡量（0.90-0.98）。保证措施：气阀的严密闭合，气缸与活塞、气缸与缸盖等部件的严密配合。5）气体流动惯性的影响当吸气管中的气流惯性方向与活塞吸气行程相反时，造成气缸压力较低，气体比容增大，吸气量下降。保证措施：合理的设计进气管长度，不得随意增减进气管的长度，保证滤器的清洁。2.与理论循环不同的原因：二、实际工作循环（单级压缩）第一节活塞式空压机的工作原理上述五条原因使实际与