第九章红外分光光度法与检测技术演示文稿课件.ppt
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1、第九章红外分光光度法与检测技术演示文稿优选第九章红外分光光度法与检测技术3u红外分光光度法(红外分光光度法(IR)是基于物质对红外辐射的特征吸)是基于物质对红外辐射的特征吸收而建立起来的分析方法,又称红外吸收光谱法。收而建立起来的分析方法,又称红外吸收光谱法。 第一节概第一节概 述述 4第一节概第一节概 述述一、一、红外线及红外光谱红外线及红外光谱5第一节概第一节概 述述1红外线红外线 红外线区域红外线区域波长波长近红外区近红外区0.762.5m中红外区中红外区2.550m远红外区远红外区501000m0.761000m62 红外吸收光谱(红外吸收光谱(IR)由物质分子吸收由物质分子吸收中红外
2、区中红外区的电磁辐射得到。的电磁辐射得到。又称分子振又称分子振-转光谱。转光谱。 第一节概第一节概 述述7第一节概第一节概 述述3红外光谱的表示方法红外光谱的表示方法u常用常用T-或或T-表示。表示。u横坐标表示横坐标表示吸收峰的位置吸收峰的位置。以。以2000cm-1为界,采用两为界,采用两种比例。种比例。“前疏后密前疏后密”。u纵坐标表示纵坐标表示吸收峰的强度吸收峰的强度。)(10)(1)(41mcmcm8第一节概第一节概 述述u曲线曲线“前疏后密前疏后密”,吸收峰是向下的,吸收峰是向下的“谷谷”,且多、,且多、尖,图谱复杂。尖,图谱复杂。 9第一节概第一节概 述述二、红外光谱与紫外二、红
3、外光谱与紫外-可见光谱的区别可见光谱的区别l相同点:相同点:同属分子吸收光谱同属分子吸收光谱。区别区别红外光谱红外光谱紫外紫外- -可见光谱可见光谱吸收辐射吸收辐射红外辐射红外辐射紫外紫外- -可见光可见光跃迁类型跃迁类型振振- -转能级转能级外层电子能级外层电子能级别名别名分子振分子振- -转光谱转光谱电子光谱电子光谱适用范围适用范围振动中伴随有偶极矩变化的有机振动中伴随有偶极矩变化的有机物及某些无机物物及某些无机物不饱和的,特别是具有不饱和的,特别是具有共轭体系的有机物共轭体系的有机物特征性特征性峰较密集,信息量多,特征性强峰较密集,信息量多,特征性强峰一般较少,较简单峰一般较少,较简单主
4、要用途主要用途定性、结构鉴定定性、结构鉴定定量定量101红外光谱(红外光谱(IR)主要由物质分子的振动能级跃迁产生。)主要由物质分子的振动能级跃迁产生。由于分子的振动能级差大于转动能级差,分子发生振动由于分子的振动能级差大于转动能级差,分子发生振动能级跃迁时必然同时伴随转动能级跃迁,故红外光谱又能级跃迁时必然同时伴随转动能级跃迁,故红外光谱又称分子振称分子振-转光谱。转光谱。2红外光谱由吸收峰的位置(波数红外光谱由吸收峰的位置(波数(cm-1)或波长)或波长(m),横坐标)和吸收峰的强度(百分透光率),横坐标)和吸收峰的强度(百分透光率T%,纵坐标)共同描述。纵坐标)共同描述。3红外光谱与紫外
5、红外光谱与紫外-可见光谱的相同点是同属分子吸收光可见光谱的相同点是同属分子吸收光谱,区别在于产生原因、适用范围、特征性和用途不同。谱,区别在于产生原因、适用范围、特征性和用途不同。第一节概第一节概 述述 点滴积累点滴积累11一、分子的振动和红外吸收一、分子的振动和红外吸收红外光谱产生的条件:红外光谱产生的条件:分子中某基团的振动频率和照射的红外线频率一致分子中某基团的振动频率和照射的红外线频率一致分子偶极矩发生变化分子偶极矩发生变化第二节第二节 基本原理基本原理12第二节第二节 基本原理基本原理n分子振动频率的大小取决于化学键的强度和原子分子振动频率的大小取决于化学键的强度和原子的质量。的质量
6、。n化学键越强,原子折合相对质量越小,振动频率化学键越强,原子折合相对质量越小,振动频率就越高。就越高。n物质不同,结构不同,振动时吸收的红外线频率物质不同,结构不同,振动时吸收的红外线频率不同。不同。13第二节第二节 基本原理基本原理1 1阐述红外光谱产生的条件。阐述红外光谱产生的条件。2 2请说出不同的物质红外吸收光谱不同的原因。请说出不同的物质红外吸收光谱不同的原因。课堂活动课堂活动14第二节第二节 基本原理基本原理二、振动形式二、振动形式双原子:伸缩振动。双原子:伸缩振动。多原子分子伸缩振动伸缩振动弯曲振动弯曲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)面内弯
7、曲振动面内弯曲振动()面外弯曲振动面外弯曲振动()剪式弯曲振动剪式弯曲振动()平面摇摆振动平面摇摆振动()扭曲振动扭曲振动()非平面摇摆振动非平面摇摆振动()15第二节第二节 基本原理基本原理u对同一基团而言,不对称伸缩振动频率要稍高于对称对同一基团而言,不对称伸缩振动频率要稍高于对称伸缩振动频率,伸缩振动的频率高于弯曲振动的频率。伸缩振动频率,伸缩振动的频率高于弯曲振动的频率。u振动形式不同,吸收峰位置不同。振动形式不同,吸收峰位置不同。16第二节第二节 基本原理基本原理17第二节第二节 基本原理基本原理18第二节第二节 基本原理基本原理三、振动自由度与峰数三、振动自由度与峰数非线性分子为非
8、线性分子为3n33=3n6线性分子为线性分子为3n32=3n5分子基本振动的数目,分子基本振动的数目,即分子的独立振动数。即分子的独立振动数。3n平动自由度转动自由度平动自由度转动自由度振动自由度振动自由度19第二节第二节 基本原理基本原理H2O为非线性分子,有为非线性分子,有3种基本振动形式,即种基本振动形式,即asOHsOH3756cm-13652cm-1sOH1595cm-120第二节第二节 基本原理基本原理asOC2350cm-1sOC1340cm-1666cm-1OCOC666cm-1CO2为线性分子,有为线性分子,有4种基本振动形式,即种基本振动形式,即21第二节第二节 基本原理基
9、本原理红外光谱基本振动吸收峰数小于振动自由度的原因:红外光谱基本振动吸收峰数小于振动自由度的原因:3仪器性能的限制仪器性能的限制2红外非活性振动红外非活性振动1简并简并频率相同的不同振动形式吸收峰重叠的现象频率相同的不同振动形式吸收峰重叠的现象偶极矩不发生变化的振动偶极矩不发生变化的振动22 。第二节第二节 基本原理基本原理23第二节第二节 基本原理基本原理四、红外吸收峰的类型四、红外吸收峰的类型(一)基频峰与泛频峰一)基频峰与泛频峰1基频峰:基频峰: V=0V=1倍频峰倍频峰二倍频峰(二倍频峰(V=0V=2) 三倍频峰(三倍频峰(V=0V=3) 合频峰合频峰 、 , 差频峰差频峰 、 , 2
10、1 +212 +212122.泛泛频频峰峰24第二节第二节 基本原理基本原理2特征峰与相关峰特征峰与相关峰能够用于鉴别官能团存能够用于鉴别官能团存在并具有较高强度的吸在并具有较高强度的吸收峰。收峰。由一个官能团由一个官能团所产生的一组所产生的一组具有依存关系具有依存关系的特征峰称为的特征峰称为相关吸收峰。相关吸收峰。25第二节第二节 基本原理基本原理五、吸收峰的位置及影响五、吸收峰的位置及影响因素因素峰位:吸收峰的位置。峰位:吸收峰的位置。表示形式:吸收的红外光的表示形式:吸收的红外光的max(或(或max、max)。)。26第二节第二节 基本原理基本原理影响因素:影响因素:(一)内部因素(一
11、)内部因素1电子效应电子效应 (1)吸电子基团的诱导效应:常使吸收峰向)吸电子基团的诱导效应:常使吸收峰向高频高频方向移动。方向移动。化合物 (cm-1)R-COR1715R-COH1730R-COCl1800R-COF1920R-CONH21928OC27第二节第二节 基本原理基本原理(2)共轭效应:常使吸收峰向)共轭效应:常使吸收峰向低频低频方向移动。方向移动。COH3CCH3COCH3COCH3CO1715cm-1 1685cm-11685cm-11660cm-1 1715cm-1 1685cm-1 1685cm-1 1660cm-128第二节第二节 基本原理基本原理2空间效应空间效应
12、(1)环张力,使环内双键伸缩振动频率降低,环外双)环张力,使环内双键伸缩振动频率降低,环外双键伸缩振动频率升高。键伸缩振动频率升高。C HC HC HC H1576cm-11611cm-11644cm-11781cm-11678cm-11657cm-11651cm-129第二节第二节 基本原理基本原理(2)空间位阻,使吸收峰向高频方向移动。)空间位阻,使吸收峰向高频方向移动。OH3COH3CCH3OH3CCHCH3CH31663cm-1 1686cm-1 1693cm-130第二节第二节 基本原理基本原理3氢键氢键 使伸缩振动频率降低。使伸缩振动频率降低。4 互变异构、费米共振等互变异构、费米
13、共振等 C=O 1760 O-H35003600 C=O 1710 O-H3200250031第二节第二节 基本原理基本原理(二)外部因素(二)外部因素1 1物质的状态物质的状态 u同一化合物聚集状态不同,吸收频率和强度不同。同一化合物聚集状态不同,吸收频率和强度不同。u晶型不同,红外光谱不同。晶型不同,红外光谱不同。2 2溶剂效应溶剂效应 u极性溶剂中,极性基团的伸缩振动频率常随溶剂极性的极性溶剂中,极性基团的伸缩振动频率常随溶剂极性的增大而降低。增大而降低。32第二节第二节 基本原理基本原理六、吸收峰的强度及影响因素六、吸收峰的强度及影响因素(L/(cmmol ))吸收峰的强度吸收峰的强度
14、100非常强峰(非常强峰(vs)20 100L强峰(强峰(s)1020中强峰(中强峰(s)110弱峰(弱峰(w)1非常弱峰(非常弱峰(vw)33第二节第二节 基本原理基本原理影响因素:影响因素:1振动过程中偶极矩的变化振动过程中偶极矩的变化 越大,越大,越大越大l影响偶极矩变化大小的因素:影响偶极矩变化大小的因素:(1)原子电负性:化学键两端原子电负性相差越大,)原子电负性:化学键两端原子电负性相差越大, 越大,越大,越大。越大。(2)振动形式:一般)振动形式:一般as s (3)分子结构的对称性:对称性越差,)分子结构的对称性:对称性越差,越大,越大,越大。越大。34第二节第二节 基本原理基
15、本原理2振动能级的跃迁几率振动能级的跃迁几率 跃迁几率越大,吸跃迁几率越大,吸收峰的强度越大。收峰的强度越大。达到动态平衡达到动态平衡时,激发态分时,激发态分子占总分子的子占总分子的百分数。百分数。35第二节第二节 基本原理基本原理七、红外光谱的重要区域七、红外光谱的重要区域 (一)官能团区:波数在(一)官能团区:波数在40001500cm-1之间的区域之间的区域 1.XH伸缩振动区(伸缩振动区(40002500cm-1 ) X代表代表O、N、C、S等原子。等原子。(1)OH伸缩振动:游离羟基在伸缩振动:游离羟基在37003500cm-1处有尖峰处有尖峰 (2)NH伸缩振动:伸缩振动: 位于位
16、于35003300cm-1 (3)CH伸缩振动:以伸缩振动:以3000cm-1为界,区分饱和烃与不饱为界,区分饱和烃与不饱和烃。和烃。NHCH36第二节第二节 基本原理基本原理2.叁键和累积双键伸缩振动区(叁键和累积双键伸缩振动区(25002000cm-1)主要是叁键伸缩振动与累积双键的不对称伸缩振动。主要是叁键伸缩振动与累积双键的不对称伸缩振动。 双键伸缩振动区双键伸缩振动区20001500cm-1羰基羰基19001650cm-1碳碳双键碳碳双键16701450cm-1芳环骨架芳环骨架16001500cm-13.双键伸缩振动区双键伸缩振动区37第二节第二节 基本原理基本原理(二)指纹区:波数
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