范文一:什么是红外光谱
什么是红外光谱
上一篇 / 下一篇 2009-09-20 00:45:11 / 个人分类:光谱
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红外光谱[1](infrared spectra),以波长或波数为横坐标以强度或其他随波长变化的性质为纵坐标所得到的反映红外射线与物质相互作用的谱图。按红外射线的波长范围,可粗略地分为近红外光谱(波段为0.8,2.5微米)、中红外光谱(2.5,25微米)和远红外光谱(25,1000微米)。对物质自发发射或受激发射的红外射线进行分光,可得到红外发射光谱,物质
化学组成;对被物质所吸收的红外射线进行分光,的红外发射光谱主要决定于物质的温度和
可得到红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱,它是一种分子光谱。分子的红外吸收光谱属于带状光谱。原子也有红外发射和吸收光谱,但都是线状光谱。
量子场论或量子电动力学可以正确地描述和解释红外射线(一种电磁辐射)与物质的相互作用。若采用半经典的理论处理方法,即对组成物质的分子和原子作为量子力学体系来处理,辐射场作为一种经典物理中的电磁波并忽略其光子的特征,则分子红外光谱是由分子不停地作振动和转动而产生的。分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动,多原子分子可组成多种振动模式。当孤立分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时,这种振动方式称简正振动。含N个原子的分子应有3N-6个简正振动方式;如果是线性分子,只有3N-5个简正振动方式。图中示出非线性3原子分子仅有的3种简正振动模式。分子的转动指的是分子绕质心进行的运动。分子振动和转动的能量不是连续的,而是量子化的。当分子由一种振动(或转动)状态跃迁至另一种振动(或转动)状态时,就要吸收或发射与其能级差相应的光。
研究红外光谱的方法主要是吸收光谱法。使用的光谱有两种类型。一种是单通道或多通道测量的棱镜或光栅色散型光谱仪,另一种是利用双光束干涉原理并进行干涉图的傅里叶变换数学处理的非色散型的傅里叶变换红外光谱仪。
红外光谱具有高度的特征性,不但可以用来研究分子的结构和化学键,如力常数的测定等,而且广泛地用于表征和鉴别各种化学物种。
红外识谱歌
红外可分远中近,中红特征指纹区,
1300来分界,注意横轴划分异。
看图要知红外仪,弄清物态液固气。
样品来源制样法,物化性能多联系。
识图先学饱和烃,三千以下看峰形。
2960、2870是甲基,2930、2850亚甲峰。
1470碳氢弯,1380甲基显。
二个甲基同一碳,1380分二半。
面内摇摆720,长链亚甲亦可辨。
烯氢伸展过三千,排除倍频和卤烷。
末端烯烃此峰强,只有一氢不明显。
化合物,又键偏,,1650会出现。
烯氢面外易变形,1000以下有强峰。
910端基氢,再有一氢990。
顺式二氢690,反式移至970;
单氢出峰820,干扰顺式难确定。
炔氢伸展三千三,峰强很大峰形尖。
三键伸展二千二,炔氢摇摆六百八。
芳烃呼吸很特征,1600,1430。
1650,2000,取代方式区分明。
900,650,面外弯曲定芳氢。
五氢吸收有两峰,700和750;
四氢只有750,二氢相邻830;
间二取代出三峰,700、780,880处孤立氢
醇酚羟基易缔合,三千三处有强峰。
C-O伸展吸收大,伯仲叔醇位不同。
1050伯醇显,1100乃是仲,
1150叔醇在,1230才是酚。
1110醚链伸,注意排除酯酸醇。
若与π键紧相连,二个吸收要看准,
1050对称峰,1250反对称。
苯环若有甲氧基,碳氢伸展2820。
次甲基二氧连苯环,930处有强峰,
环氧乙烷有三峰,1260环振动,
九百上下反对称,八百左右最特征。
缩醛酮,特殊醚,1110非缩酮。
酸酐也有C-O键,开链环酐有区别,
开链强宽一千一,环酐移至1250。
羰基伸展一千七,2720定醛基。
吸电效应波数高,共轭则向低频移。
张力促使振动快,环外双键可类比。
二千五到三千三,羧酸氢键峰形宽,
920,钝峰显,羧基可定二聚酸、
酸酐千八来偶合,双峰60严相隔,
链状酸酐高频强,环状酸酐高频弱。
羧酸盐,偶合生,羰基伸缩出双峰,
1600反对称,1400对称峰。
1740酯羰基,何酸可看碳氧展。
1180甲酸酯,1190是丙酸,
1220乙酸酯,1250芳香酸。
1600兔耳峰,常为邻苯二甲酸。
氮氢伸展三千四,每氢一峰很分明。
羰基伸展酰胺I,1660有强峰;
N-H变形酰胺II,1600分伯仲。
伯胺频高易重叠,仲酰固态1550;
碳氮伸展酰胺III,1400强峰显。
胺尖常有干扰见,N-H伸展三千三,
叔胺无峰仲胺单,伯胺双峰小而尖。
1600碳氢弯,芳香仲胺千五偏。
八百左右面内摇,确定最好变成盐。
伸展弯曲互靠近,伯胺盐三千强峰宽,
仲胺盐、叔胺盐,2700上下可分辨,
亚胺盐,更可怜,2000左右才可见。
硝基伸缩吸收大,相连基团可弄清。
1350、1500,分为对称反对称。
氨基酸,成内盐,3100,2100峰形宽。
1600、1400酸根展,1630、1510碳氢弯。
盐酸盐,羧基显,钠盐蛋白三千三。
矿物组成杂而乱,振动光谱远红端。
钝盐类,较简单,吸收峰,少而宽。
注意羟基水和铵,先记几种普通盐。
1100是硫酸根,1380硝酸盐,
1450碳酸根,一千左右看磷酸。
硅酸盐,一峰宽,1000真壮观。
勤学苦练多实践,红外识谱不算难。
红外光谱发展史
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(Newton) 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”(spectrum)一词来描述这一现象。牛顿的研究是光谱科学开端的标志。
从牛顿之后人类对光的认识逐渐从可见光区扩展到红外和紫外区。1800 年英国科学家W. Herschel 将来自太阳的辐射构成一副与牛顿大致相同的光谱,然后将一支温度计通过不同颜色的光,并且用另外一支不在光谱中的温度计作为参考。他发现当温度计从光谱的紫色末端向红色末端移动时,温度计的读数逐渐上升。特别令人吃惊的是当温度计移动到红色末端之外的区域时,温度计上的读数达到最高。这个试验的结果有两重含义,首先是可见光区域红色末端之外还有看不见的其他辐射区域存在,其次是这种辐射能够产生热。由于这种射线存在的区域在可见光区末端以外而被称为红外线。(1801 年德国科学家J.W. Ritter 考察太阳光谱的另外一端,即紫色端时发现超出紫色端的区域内有某种能量存在并且能使AgCl 产生化学反应,该试验导致了紫外线的发现。
1881年Abney 和Festing 第一次将红外线用于分子结构的研究。他们Hilger光谱仪拍下了46个有机液体的从0.7到1.2微米区域的红外吸收光谱。由于这种仪器检测器的限制,所能够记录下的光谱波长范围十分有限。随后的重大突破是测辐射热仪的发明。1880年天文学家Langley在研究太阳和其他星球发出的热辐射时发明一种检测装置。该装置由一根细导线和一个线圈相连,当热辐射抵达导线时能够引起导线电阻非常微小的变化。而这种变化的大小与抵达辐射的大小成正比。这就是测辐射热仪的核心部分。用该仪器突破了照相的限制,能够在更宽的波长范围检测分子的红外光谱。采用NaCl作棱镜和测辐射热仪作检测器,瑞典科学家Angstrem第一次记录了分子的基本振动(从基态到第一激发态)频率。1889年Angstrem首次证实尽管CO和CO2都是由碳原子和氧原子组成,但因为是不同的气体
分子而具有不同的红外光谱图。这个试验最根本的意义在于它表明了红外吸收产生的根源是分子而不是原子。而整个分子光谱学科就是建立在这个基础上的。不久Julius发表了20个有机液体的红外光谱图,并且将在3000cm-1的吸收带指认为甲基的特征吸收峰。这是科学家们第一次将分子的结构特征和光谱吸收峰的位置直接联系起来。图1是液体水和重水部分红外光谱图,主要为近红外部分。图中可观察到水分子在739和970nm处有吸收峰存在,这些峰都处在可见光区红色一端之外。由于氢键作用,液体水的红外光谱图比气态水的谱图要复杂得多。
红外光谱仪的研制可追溯的20 世纪初期。1908 年Coblentz 制备和应用了用氯化钠晶体为棱镜的红外光谱议;1910 年Wood 和Trowbridge6 研制了小阶梯光栅红外光谱议;1918 年Sleator 和Randall 研制出高分辨仪器。20 世纪40 年代开始研究双光束红外光谱议。1950 年由美国PE 公司开始商业化生产名为Perkin-Elmer 21 的双光束红外光谱议。与单光束光谱仪相比,双光束红外光谱议不需要由经过专门训练的光谱学家进行操作,能够很快的得到光谱图。因此Perkin-Elmer 21 很快在美国畅销。Perkin-Elmer 21 的问世大大的促进了红外光谱仪的普及。
现代红外光谱议是以傅立叶变换为基础的仪器。该类仪器不用棱镜或者光栅分光,而是用干涉仪得到干涉图,采用傅立叶变换将以时间为变量的干涉图变换为以频率为变量的光谱图。傅立叶红外光谱仪的产生是一次革命性的飞跃。与传统的仪器相比,傅立叶红外光谱仪具有快速、高信噪比和高分辨率等特点。更重要的是傅立叶变换催生了许多新技术,例如步进扫描、时间分辨和红外成像等。这些新技术大大的拓宽了红外的应用领域,使得红外技术的发展产生了质的飞跃。如果采用分光的办法,这些技术是不可能实现的。这些技术的产生,大大的拓宽了红外技术的应用领域。 是用红外成像技术得到的地球表面温度分布和地球大气层中水蒸气含量图。没有傅立叶变换技术,不可能得到这样的图像。图1.2 Perkin-Elmer
21 双光束红外光谱议。该仪器是由美国Perkin-Elmer 公司1950 开始制造,是最早期商业化生产的双光束红外光谱议。
红外光谱的理论解释是建立在量子力学和群论的基础上的。1900 年普朗克在研究黑体辐射问题时,给出了著名的Plank 常数h, 表示能量的不连续性。量子力学从此走上历史舞台。1911 年W Nernst 指出分子振动和转动的运动形态的不连续性是量子理论的必然结果。1912 年丹麦物理化学家Niels Bjerrum 提出HCl 分子的振动是带负电的Cl 原子核带正电的H 原子之间的相对位移。分子的能量由平动、转动和振动组成,并且转动能量量子化的理论,该理论被称为旧量子理论或者半经典量子理论。后来矩阵、群论等数学和物理方法被
应用于分子光谱理论。随着现代科学的不断发展,分子光谱的理论也在不断的发展和完善。
分子光谱理论和应用的研究还在发展之中。多维分子光谱的理论和应用就是研究方向之一。
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范文二:怎么分析红外光谱
你可以按如下步骤来:
(1)首先依据谱图推出化合物碳架类型:根据分子式计算不饱和度,公式:
不饱和度=F+1+ (T-O)/2 其中:
F:化合价为4价的原子个数(主要是C原子),
T:化合价为3价的原子个数(主要是N原子),
O:化合价为1价的原子个数(主要是H原子),
例如:比如苯:C6H6,不饱和度=6+1+ (0-6)/2=4,3个双键加一个环,正好为4个不
饱和度;
(2)分析3300~2800cm^-1区域C-H伸缩振动吸收;以3000 cm^-1为界:高于3000cm^-1为
不饱和碳C-H伸缩振动吸收,有可能为烯, 炔, 芳香化合物,而低于3000cm^-1一般为饱和
C-H伸缩振动吸收;
(3)若在稍高于3000cm^-1有吸收,则应在 2250~1450cm^-1频区,分析不饱和碳碳键的 伸缩振动吸收特征峰,其中: 炔 2200~2100 cm^-1 烯 1680~1640 cm^-1
芳环 1600,1580,1500,1450 cm^-1 若已确定为烯或芳香化合物,则应进一步解析指纹区,即1000~650cm^-1的频区 ,以确定 取代基个数和位置(顺反,邻、间、对); (4)碳骨架类型确定后,再依据其他官能团,如 C=O, O-H, C-N 等特征吸收来判定化合物。
范文三:红外光谱图分析
红外识谱歌
红外可分远中近,中红特征指纹区,1300来分界,注意横轴划分异。看图要知红外仪,弄清物态液固气。样品来源制样法,物化性能多联系。识图先学饱和烃,三千以下看峰形。2960、2870是甲基,2930、2850亚甲峰。1470碳氢弯,1380甲基显。二个甲基同一碳,1380分二半。面内摇摆720,长链亚甲亦可辨。烯氢伸展过三千,排除倍频和卤烷。末端烯烃此峰强,只有一氢不明显。化合物,又键偏,~1650会出现。烯氢面外易变形,1000以下有强峰。910端基氢,再有一氢990。顺式二氢690,反式移至970;单氢出峰820,干扰顺式难确定。炔氢伸展三千三,峰强很大峰形尖。三键伸展二千二,炔氢摇摆六百八。芳烃呼吸很特征,1600~1430。1650~2000,取代方式区分明。900~650,面外弯曲定芳氢。五氢吸收有两峰,700和750;四氢只有750,二氢相邻830;间二取代出三峰,700、780,880处孤立氢醇酚羟基易缔合,三千三处有强峰。C -O 伸展吸收大,伯仲叔醇位不同。1050伯醇显,1100乃是仲,1150叔醇在,1230才是酚。1110醚链伸,注意排除酯酸醇。若与π键紧相连,二个吸收要看准,1050对称峰,1250反对称。苯环若有甲氧基,碳氢伸展2820。次甲基二氧连苯环,930处有强峰,环氧乙烷有三峰,1260环振动,九百上下反对称,八百左右最特征。缩醛酮,特殊醚,1110非缩酮。酸酐也有C -O 键,开链环酐有区别,开链强宽一千一,环酐移至1250。羰基伸展一千七,2720定醛基。吸电效应波数高,共轭则向低频移。张力促使振动快,环外双键可类比。二千五到三千三,羧酸氢键峰形宽,920,钝峰显,羧基可定二聚酸、酸酐千八来偶合,双峰60严相隔,链状酸酐高频强,环状酸酐高频弱。羧酸盐,偶合生,羰基伸缩出双峰,1600反对称,1400对称峰。1740酯羰基,何酸可看碳氧展。1180甲酸酯,1190是丙酸,1220乙酸酯,1250芳香酸。1600兔耳峰,常为邻苯二甲酸。氮氢伸展三千四,每氢一峰很分明。羰基伸展酰胺I ,1660有强峰;N -H 变形酰胺II ,1600分伯仲。伯胺频高易重叠,仲酰固态1550;碳氮伸展酰胺III ,1400强峰显。胺尖常有干扰见,N -H 伸展三千三,叔胺无峰仲胺单,伯胺双峰小而尖。1600碳氢弯,芳香仲胺千五偏。八百左右面内摇,确定最好变成盐。伸展弯曲互靠近,伯胺盐三千强峰宽,仲胺盐、叔胺盐,2700上下可分辨,亚胺盐,更可怜,2000左右才可见。硝基伸缩吸收大,相连基团可弄清。1350、1500,分为对称反对称。氨基酸,成内盐,3100~2100峰形宽。1600、1400酸根展,1630、1510碳氢弯。盐酸盐,羧基显,钠盐蛋白三千三。矿物组成杂而乱,振动光谱远红端。钝盐类,较简单,吸收峰,少而宽。注意羟基水和铵,先记几种普通盐。1100是硫酸根,1380硝酸盐,1450碳酸根,一千左右看磷酸。硅酸盐,一峰宽,1000真壮
观。勤学苦练多实践,红外识谱不算难
图6 蒙脱石原土的红外图谱
钠基蒙脱石的红外图谱在3434cm -1处归属为层间水分子的伸缩振动;1635cm -1为层间水分子的弯曲振动;1091cm -1、1041cm -1双峰为Si-O-Si 伸缩振动;518cm -1可能是Si-O-Mg 弯曲振动引起的;470cm -1可能是Si-O-Fe 弯曲振动引起的,其峰较高,说明铁的含量较高。
图8 Fe-D2000高温复合柱撑蒙脱石的红外图谱比较
先无机后有机柱撑得到的红外图谱在2974cm -1、2875cm -1和2931cm -1出现C-H 对称与反对称伸缩振动峰,1457cm -1、1378cm -1和1344cm -1出现C-H 弯曲振动峰,证明有-CH3和-CH2-;由于层间水分子部分被有机物取代,中频区1621cm -1层间水分子的弯曲振动峰明显减弱, 469cm -1处Si-O-Fe 的弯曲振动峰增强;酸
熏蒸后没有明显变化;煅烧后,C-H
的伸缩振动峰和弯曲振动峰均消失
2993.98 1763.26 1378.54 1243.20 1053.65 1763.26 对应的是羰基即—CO — 1053.65 对应的
是醚基即—O — 其他的都是指C —H 的~~要在指纹区找~~
2993.98 C-H stretching 1763.26 C=O (carbonyl) stretching 1378.54 C-O single bond stretching 1243.20 C-O single bond stretching 1053.65 can be too many things, not characteristic
范文四:红外光谱振动峰分析
红外光谱振动?峰分析
物质的红外光?谱是其分子结?构的反映,谱图中的吸收?峰与分子中各?基团的振动形?式相对应。多原子分子的?红外光谱与其?结构的关系,一般是通过实?验手段得到。这就是通过比?较大量已知化?合物的红外光?谱,从中总结出各?种基团的吸收?规律。实验表明,组成分子的各?种基团,如O-H、N-H、C-H、C=C、C=OH和CC等,都有自己的特?定的红外吸收?区域,分子的其它部?分对其吸收位?置影响较小。通常把这种?代表及存在、并有较高强度?的吸收谱带称?为基团频率,其所在的位置?一般又称为特?征吸收峰。 能
一、基团频率区和?指纹区
(一)基团频率区
中红外光谱区?可分成400?0 cm-1 ~1300 cm-1和1800?cm-1 (1300 cm-1 )~ 600 cm-1两个区域。最有分析价值?的基团频率在?4000 cm-1 ~ 1300 cm-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1800 cm-1 (1300 cm-1 )~600 cm-1 区域内,除单键的伸缩?振动外,还有因变形振?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。这种情况就像?人的指纹一样?,因此称为指纹?区。指纹区对于指?认结构类似的?化合物很有帮?助,而且可以作为?化合物存在某?种基团的旁证?。基团频率区可?分为三个区域?:
(1)4000 ~2500 cm-1 X-H伸缩振动区?,X可以是O、H、C或S等原子?。
O-H基的伸缩振?动出现在36?50 ~3200 cm-1 范围内,它可以作为判?断有无醇类、酚类和有机酸?类的重要依据?。当醇和酚溶于?非极性溶剂(如CCl4),浓度于0.01mol. dm-3时,在3650 ~3580 cm-1处出现游离?O-H基的伸缩振?动吸收,峰形尖锐,且没有其它吸?收峰干扰,易于识别。当试样浓度增?加时,羟基化合物产?生缔合现象,O-H基的伸缩振?动吸收峰向低?波数方向位移?,在3400 ~3200 cm-1 出现一个宽而?强的吸收峰。胺和酰胺的N?-H伸缩振动也?出现在350?0~3100 cm-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?。饱和的C-H伸缩振动出?现在3000? cm-1以下,约3000~2800 cm-1 ,取代基对它们?影响很小。如-CH3 基的伸缩吸收?出现在296?0 cm-1和2876? cm-1附近;- CH2基的吸?收在2930? cm-1 和2850 cm-1附近;CH(不是炔烃)基的吸收基出?现在2890? cm-1 附近,但强度很弱。不饱和的C-H伸缩振动出?现在3000? cm-1以上,以此来判别化?合物中是否含?有不饱和的C?-H键。苯环的C-H键伸缩振动?出现在303?0 cm-1附近,它的特征是强?度比饱和的C?-H浆稍弱,但谱带比较尖?锐。
不饱和的双键?=C-H的吸收出现?在3010~3040 cm-1范围内,末端= CH2的吸收?出
现在3085? cm-1附近。
叁键CH上的C-H伸缩振动出?现在更高的区?域(3300 cm-1 )附近。
(2)2500~1900 为叁键和累积?双键区。
主要包括-CC、 -CN等等叁键的?伸缩振动,以及-C =C=C、-C=C=O等累积双键?的不对称
对于炔烃类化?合物,可以分成R-CCH和R-C C-R两种类型, 性伸?缩振动。
R-CCH的伸缩振?动出现在21?00~2140 cm-1附近, R-C C-R出现在21?90~2260 cm-1附近。如果是R-C C-R,因为分子是对?称,则为非红外活?性。-C N基的 缩振动在非共?轭的情况下出?现在2240?~2260 cm-1附近。当与不饱和键?或芳香核共轭?时,该峰位移到2?220~2230 cm-1附近。若分子中含有?C、H、N原子, -C N基吸收比较?强而尖锐。若分子中含有?O原子,且O原子离-C N基越近, -C N基的吸收越?弱,甚至观察不到?。
(3)1900~1200 cm-1为双键伸缩?振动区
该区域重要包?括三种伸缩振?动:
? C=O伸缩振动出?现在1900?~1650 cm-1 ,是红外光谱中?很特征的且往?往是最强的吸?收,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?。酸酐的羰基吸?收带由于振动?耦合而呈现双?峰。
? C=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1600? cm-1和1500? cm-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。
? 苯的衍生物的?泛频谱带,出现在200?0~1650 cm-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?是有用的。
(二)指纹区
1. 1800(1300)~900 cm-1区域是C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、 P-O、Si-O等单键的伸?缩振动和C=S、S=O、
1的谱带为甲?基的C-H对称弯曲振?动,对识别P=O等双键的伸?缩振动吸收。其中1375 cm-
甲基十?分有用,C-O的伸缩振动?1300~1000 cm-1 ,是该区域最强?的峰,也较易识别。
2.900~650 cm-1区域的某些?吸收峰可用来?确认化合物的?顺反构型。例如,烯烃的=C-H面外变形振?动出现的位置?,很大程度上决?定于双键的取?代情况。对于RCH=CH2结构,在990 cm-1和910 cm-1出现两个强?峰;为RC=CRH结构是?,其顺、反构型分别在?690 cm-1和970 cm-1出现吸收峰?,可以共同配合?确定苯环的取?代类型。
二、常见官能团的?特征吸收频率?
基团频率主要?是由基团中原?子的质量和原?子间的化学键?力常数决定。然而,分子内部结构?和外部环境的?改变对它都有?影响,因而同样的基?团在不同的分?子和不同的外?界环境中,基团频率可能?会有一个较大?的范围。因此了解影响?基团频率的因?素,对解析红外光?谱和推断分子?结构都十分有?用。 影响基团频率?位移的因素大?致可分为内部?因素和外部因?素。
内部因素:
1. 电子效应
包括诱导效应?、共轭效应和中?介效应,它们都是由于?化学键的电子?分布不均匀引?起的。
(1)诱导效应(I 效应)
由于取代基具?有不同的电负?性,通过静电诱导?作用,引起分子中电?子分布的变化?。从而改变了键?力常数,使基团的特征?频率发生了位?移。
例如,一般电负性大?的基团或原子?吸电子能力强?,与烷基酮羰基?上的碳原子数?相连时,由于诱导效应?就会发生电子?云由氧原子转?向双键的中间?,增加了C=O键的力常数?,使C=O的振动频率?升高,吸收峰向高波?数移动。随着取代原子?电负性的增大?或取代数目的?增加,诱导效应越强?,吸收峰向高波?数移动的程度?越显著。
(2)中介效应(M效应)
当含有孤对电?子的原子(O、S、N等)与具有多重键?的原子相连时?,也可起类似的?共轭作用,称为中介效应?。由于含有孤对?电子的原子的?共轭作用,使C=O上的电子云?更移向氧原子?,C=O双键的电子?云密度平均化?,造成C=O键的力常数?下降,使吸收频率向?低波数位移。对同一基团,若诱导效应和?中介效应同时?存在,则振动频率最?后位移的方向?和程度,取决于这两种?效应的结果。当诱导效应大?于中介效应时?,振动频率向高?波数移动,反之,振动频率向低?波数移动。
2 . 氢键的影响
氢键的形成使?电子云密度平?均化,从而使伸缩振?动频率降低。游离羧酸的C?=O键频率出现?在1760 cm-1 左右,在固体或液体?中,由于羧酸形成?二聚体, C=O键频率出现?在1700 cm-1 。分子内氢键不?受浓度影响,分子间氢键受?浓度影响较大?。
3. 振动耦合
当两个振动频?率相同或相近?的基团相邻具?有一公共原子?时,由于一个键的?振动通过公共?原子使另一个?键的长度发生?改变,产生一个“微扰”,从而形成了强?烈的振动相互?作用。其结果是使振?动频率发生感?变化,一个向高频移?动,另一个向低频?移动,谱带分裂。振动耦合常出?现在一些二羰?基化合物中,如,羧酸酐。
(4)Fermi共?振
当一振动的倍?频与另一振动?的基频接近时?,由于发生相互?作用而产生很?强的吸
收峰或发生裂?分,这种现象称为?Fermi共?振。
外部因素
外部因素主要?指测定时物质?的状态以及溶?剂效应等因素?。同一物质的不?同状态,由于分子间相?互作用力不同?,所得到光谱往?往不同。分子在气态时?,其相互作用力?很弱,此时可以观察?到伴随振动光?谱的转动精细?结构。
液态和固态分?子间作用力较?强,在有极性基团?存在时,可能发生分子?间的缔合或形?成氢键,导致特征吸收?带频率、强度和形状有?较大的改变。例如,丙酮在气态时?的C-H为1742? cm-1 ,而在液态时为?1718 cm-1 。在溶液中测定?光谱时,由于溶剂的种?类、溶剂的浓度和?测定时的温度?不同,同一种物质所?测得的光谱也?不同。通常在极性溶?剂中,溶质分子的极?性基团的伸缩?振动频率随溶?剂极性的增加?而向低波数方?向移动,并且强度增大?。因此,在红外光谱测?定中,应尽量采用非?极性的溶剂。
范文五:仪器分析红外光谱实验
仪 器 分 析 实 验 报 告
系 (部): 化学与化学工程 专 业: 班 级: 2011级 姓 名: 学 号 指 导 教 师: 日 期:
实 验 名 称: 红外光谱分析(IR)实验
一、 实验目的
1、掌握溴化钾压片法制备固体样品的方法;
2、学习并掌握美国尼高立IR-6700型红外光谱仪的使用方法;
3、初步学会对红外吸收光谱图的解析。
二、实验原理
红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在0.75~1000μm。通常又把这个波段分成三个区域,即近红外区:波长在0.75~2.5μm(波数在13300~4000cm-1),又称泛频区;中红外区:波长在2.5~50μm(波数在4000~200cm-1),又称振动区;远红外区:波长在50~1000μm(波数在200~10cm-1),又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。
红外区的光谱除用波长λ表征外,更常用波数σ表征。波数是波长的倒数,表示单位厘米波长内所含波的数目。其关系式为:
104
?(cm)??(cm)?1
作为红外光谱的特点,首先是应用面广,提供信息多且具有特征性,故把红外光谱通称为“分子指纹”。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构,依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次,它不受样品相态的限制,无论是固态、液态以及气态都能直接测定,甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体(如橡胶)也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸气压的限制,样品用量少且可回收,是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具-红外光谱仪,与其他近代分析仪器(如核磁共振波谱仪、质谱仪等)比较,构造简单,操作方便,价格便宜,最常用于工业及实验研究领域,如医药鉴别,人造皮革中异氰酸酯基确定等等。因此,它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。
根据红外光谱与分子结构的关系,谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振动的形式。因此,特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度取决于分子中各基团(化学键)的振动形式和所处的化学环境。只要掌握了各种基团的振动频率(基团频率)及其位移规律,即可利用基团振动频率与分子结构的关系,来确定吸收谱带的归属,确定分子中所含的基团或键,并进而由其特征振动频率的位移、谱带强度和形状的改变,来推定分子结构。
红外光谱仪可分为色散型和干涉型。色散型红外光谱仪又有棱镜分光型和光栅分光型,干涉型为傅立叶变换红外光谱仪(FTIR),最主要的区别是FTIR没有色散元件。本实验所演示的是傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)。所得的红外谱
图的横坐标是波数(或波长),纵坐标是吸光度。
三、仪器和试剂
1、仪器: 美国尼高立IR-6700
2、试剂: 溴化钾,聚乙烯,苯甲酸
3、傅立叶红外光谱仪(FTIR)的构造及工作原理
光源???干涉仪???样品室???检测器???计算机
图1 FTIR工作原理框图
四、实验步骤
1、打开红外光谱仪并稳定大概5分钟,同时进入对应的计算机工作站。
2、波数检验:将聚乙烯薄膜插入红外光谱仪的样品池处,从4000-650cm-1进行波数扫描,得到吸收光谱。然后将所得的谱图与计算机上的标准谱图进行匹配,分析得到最吻合的图谱,即可判断物质结构。
3、测绘苯甲酸的红外吸收光谱——溴化钾压片法
取1-2mg苯甲酸,加入在红外灯下烘干的100-200mg溴化钾粉末,在玛瑙研钵中充分磨细(颗粒约2μm),使之混合均匀。取出约80mg混合物均匀铺洒在干净的压模内,于压片机上制成直径透明薄片。将此片装于固体样品架上,样品架插入红外光谱仪的样品池处,从4000-400cm-1进行波数扫描,得到吸收光谱。然后将所得的谱图与计算机上的标准谱图进行匹配。
4、结束实验,关闭工作站和红外光谱仪。
五、注意事项
1、实验室环境应该保持干燥;
2、确保样品与药品的纯度与干燥度;
3、在制备样品的时候要迅速以防止其吸收过多的水分,影响实验结果;
4、试样放入仪器的时候动作要迅速,避免当中的空气流动,影响实验的准确性;
5、溴化钾压片的过程中,粉末要在研钵中充分磨细,且于压片机上制得的透明
薄片厚度要适当。
六、实验结果与讨论
1.聚乙烯的红外光谱图
聚乙烯红外吸收光谱图上主要吸收峰的归属如下:
表1 聚乙烯的红外光谱图
谱带位置/cm?1
2914.396
2848.828
1472.203
729.804
719.637
苯甲酸红外光谱图主要吸收峰的归属如下:
表2 苯甲酸的红外光谱图
谱带位置/cm?1
1686.418
1453.899
1292.206
1179.663
934.479 吸收基团的振动形式 吸收基团的振动形式 ?C?H (—C—(CH2)n—C— n≥4) ?C?H(—C—(CH2)n—C— n≤3) ?C?H(面内) ?C?H(面外) ?C?H(面外) ?C = O ?C = C ?C?H(面内) ?C?O
?O?H(面外)
707.480 ?C?H(面外)
1、本实验成败的关键在于溴化钾压片制直径透明薄片。本实验主要是为了学习和掌握美国尼高立IR-6700型红外光谱仪的使用方法,得益与计算机发展,得到红外谱图后无需通过红外光谱解析程序(先特征、后指纹;先强峰,后次强峰;先粗查,后细找;先否定,后肯定;寻找有关一组相关峰进行佐证)对物质官能 ,后肯定;寻找有关一组相关峰进行佐证)对物质官能团进行定性分析,只需导入标准谱图判别其吻合程度即可。
2、对特征峰及其特征频率要有一定的识记,例如羰基(C=O)的伸缩振动吸收峰在各种化合物中总是出现在1880~1660cm-1之间。再如,当化合物中有C≡C键时,其吸收峰总是出现在2500~2000cm-1之间。而羟基(O-H)在3650-3200 cm-1之间,胺、酰胺(N-H)在3300 cm-1附近有尖锐特征峰等等。
3、思考题解答
1) 为什么要选用KBr作为来承载样品的介质?
答:KBr为一种无色晶体,相对NaCl来讲具有很好的延展性。而且KBr对红外光吸收很小,因此可以测绘全波段光谱图。
2) 红外光谱法对试样有什么要求?
答:(a) 试样应为“纯物质”(98%),通常在分析前,样品需要纯化,可以通过 分馏、萃取、重结晶等分离和精制的方法;
(b) 试样不含有水(水可产生红外吸收且侵蚀吸收室的盐窗;
(c) 试样浓度或厚度应适当,使光谱图中的大多数吸收峰投射在合适范围内。
3) 红外光谱法制样有哪些方法?
答:固体试样最常用的是压片法,此外还有石蜡糊法和薄膜法;液体试样一般采用液体池法和液膜法。
4、傅立叶变换红外光谱仪的特点:扫描速度快;具有很高的分辨率;灵敏度高;波数准确度高;光学部件简单;多通路等。