人教版高中化学选修6：实验化学 二、红外光谱分析法简介

二、红外光谱分析法简介第一页，共三十七页。雨后天空出现的彩虹，是人类经常观测到的自然光谱。而真正意义上对光谱的研究是从英国科学家牛顿开始的。1666年牛顿证明一束白光可分为一系列不同颜色的可见光，而这一系列的光投影到一个屏幕上出现了一条从紫色到红色的光带。牛顿导入“光谱”一词来描述这一现象。牛顿的研究是光谱科学开端的标志。一、光谱学发展史第二页，共三十七页。现代光谱学第三页，共三十七页。什么是红外光谱？什么是红外光？根据物质对红外光的特征吸收建立起来的一种光谱分析方法。波长比红光长的一部分电磁辐射，介于可见光和微波之间。第四页，共三十七页。光的特征吸收现象1透过蓝色钴玻璃观察钾的焰色反应第五页，共三十七页。光的特征吸收现象2臭氧阻挡紫外线的原理臭氧可以吸收紫外线，就是由于分子结构使其可以与某种特定能量的紫外线发生共振。臭氧只是吸收其中特定的一部分，它吸收的部分恰好是容易导致皮肤癌的“凶手”，因此对于我们人类功劳很大。这样的共振对于很多种分子都是普遍存在的，只是吸收的电磁波各自不同而已。第六页，共三十七页。化学键振动的类型伸缩振动弯曲振动

在同一条直线上，键长发生变化。不在一条直线上，键角发生变化。构成分子的原子不是静止不动的，原子在其平衡位置做相对运动，从而产生振动第七页，共三十七页。

在一般情况下，分子的转动和振动处于基态，当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率的辐射，分子的转动和振动将吸收红外光而发生从基态到激发态的能级跃迁，表现为吸收红外光。二、红外光谱的基本原理即一定频率的红外线经过分子时，被分子中相同振动频率的键振动吸收，导致这些区域的透射光强减弱，记录所得透过率的曲线称为红外光谱图。第八页，共三十七页。红外光谱的区域根据能量与可见光的接近程度，习惯上按红外光波长，将红外光谱分成三个区域：近红外区、中红外区、远红外区其中，中红外区【基本振动区4000~400cm-1,】是研究和应用最多的区域，因为绝大多数有机和无机化合物的化学键振动区在中红外区，所以红外光谱广泛用于化合物鉴定和表征。第九页，共三十七页。第十页，共三十七页。谱图的横坐标通常为波数，纵坐标为透过率。化合物6f红外光谱图第十一页，共三十七页。特征区：即化学键和基团的特征振动频率区。在该区域出现的吸收峰一般用于鉴定官能团的存在，特征吸收峰发生在4000–1333cm-1的区域。这些吸收峰特征性强，比较稀疏，容易辨认。红外光谱中的重要波段指纹区：红外吸收光谱中1333-400cm-1的低频区。该区域出现的谱带主要是单键的伸缩振动以及各种弯曲振动引起的。这一区域谱带特别密集，对分子结构的变化极为敏感，结构上的微小变化往往导致光谱上的显著不同。特征区指纹区第十二页，共三十七页。已知化合物的红外光谱已建立数据库，通过对比即可得到确定的结论。第十三页，共三十七页。三、红外光谱仪目前主要有两类红外光谱仪：色散型红外光谱仪傅立叶变换红外光谱仪色散型红外光谱仪原理示意图第十四页，共三十七页。色散型红外光谱仪第十五页，共三十七页。傅里叶变换红外光谱仪工作原理图将干涉图还原成光谱图第十六页，共三十七页。第十七页，共三十七页。

（1）扫描速度极快

（2）具有很高的分辨率

（3）灵敏度高

除此之外，还有光谱范围宽；测量精度高；杂散光干扰小；样品不受因红外聚焦而产生的热效应的影响.Fourier变换红外光谱仪的特点：第十八页，共三十七页。要获得一张高质量红外光谱图，除了仪器本身的因素外，还必须有合适的样品制备方法。红外光谱法对试样的要求：

（1）试样应该是单一组份的纯物质，纯度应>98%，否则各组份光谱相互重叠，难于判断。

（2）试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会严重干扰样品谱。

（3）以使光谱图中的大多数吸收峰的透射率处于60%~80%范围内。样品的制备方法第十九页，共三十七页。试样的制备：以制备固体样品和KBr压片为例压片机玛瑙研钵第二十页，共三十七页。取0.2～0.4克KBr，在玛瑙研钵中充分研细，然后取2～4毫克样品，即样品的量约为KBr的1%（此操作在红外灯下进行）第二十一页，共三十七页。在底座上先放一个样品底座（光滑干净面向上），再将压片框架平稳的套在样品底座露出部分上。第二十二页，共三十七页。将充分研磨的样品和KBr混合粉末倒入样品框架中，注意尽量不要散落到侧壁上，用药匙柄将药品调节铺平后放上第二个样品底座，此时光滑面向下。第二十三页，共三十七页。套上保护外套，放上弹簧，最后插入模压杆。第二十四页，共三十七页。用手掌按紧模压杆，放在手动液压机上，打开液压机油阀，关闭气阀（顺时针到转不动），用压杆增压，直到表头示数达20mpa，稳定3分钟左右。第二十五页，共三十七页。打开气阀，从液压机上取下制片模具，将样品底座和样品框架一同取出，放到模压底座上，套上保护外套，插入模压冲杆。将整个装置再放到液压机上轻压，听到“铛”的响声即停。第二十六页，共三十七页。将制片装置取下拆除，用镊子取下样片放入样品架上，小心移动并插入到仪器的样品槽中。第二十七页，共三十七页。第二十八页，共三十七页。红外光谱法是一种分析化学的技术，对于有机化学的发展起了重要作用，它主要用来测定物质分子中存在着的官能团,也可以用来测定化学物质的纯度。

此外,红外光谱对于研究物质结构也很重要。四、红外光谱在有机合成中的应用第二十九页，共三十七页。课堂探究1CH3—CH2—O—CH2—CH3

第三十页，共三十七页。课堂探究2第三十一页，共三十七页。在红外光谱中,同一种官能团或化学键的吸收峰的位置和强度并不完全相同，你认为产生这种现象的原因可能是什么?课堂讨论1【提示:在高于绝对0度(OK)的条件下,分子中所有原子处于振动运动之中,而且分子中的许多共价键是互相连接在一起的】第三十二页，共三十七页。当人们在劳动或运动时不慎发生扭伤或肌肉拉伤时，用红外光照射是一种常用的理疗方案，你认为它的原理是什么？结合本节课的学习，试着对下列现象给与解释课堂讨论2远红外线对人体的理疗作用在红外光线的区域中，有一个特殊的区域，8um-14um这个波段范围在医学界被称为“生育光线”，其频率与身体中的细胞分子、原子间的水分子运动频率相一致时，引起共振效应，其能量被生物体所吸收，使皮下组织深层部位的温度升高，活化细胞组织，加快血液循环，提高人体免疫力，加强人体新陈代谢，促进身体健康。第三十三页，共三十七页。课堂讨论3在海边沙滩进行日光浴时，不仅会感到全身暖洋洋,而且会把皮肤晒黑，

但是用红外光灯照射身体时,

具会产生局部暖洋洋的感觉，而不会被晒黑.这是为什么?

因为海边的天气好，空气污染度低，没有建筑物、树荫遮挡,所以紫外线在空气中的穿透更便利，而且海水的浪花会反射出很强的光，沙滩也会反射这些光，导致海边的紫外线更加强烈，众所周知，紫外线的过度照射引起的色素沉着，海边的紫外线强烈使得海边