1、第五章第五章第五章第五章第五章第五章 紅外吸收光譜法紅外吸收光譜法紅外吸收光譜法紅外吸收光譜法紅外吸收光譜法紅外吸收光譜法第一節第一節 紅外吸收基本原理紅外吸收基本原理principle of IR第二節第二節 紅外吸收光譜與分子結構紅外吸收光譜與分子結構的關系的關系infrared spectroscopy and molecular structure 第三節第三節 紅外光譜儀紅外光譜儀infrared absorption spectrometer第四節第四節 樣品的處理樣品的處理deal with sample第五節第五節 紅外吸收光譜法的應用紅外吸收光譜法的應用application

2、s of IRinfrared absorption spec-troscopy，IR23:54:18一、概述概述 introduction二、產生紅外吸收的條件二、產生紅外吸收的條件condition of Infrared absorption spectroscopy三、分子的振動類型三、分子的振動類型basic vibration of the group in molecular四、基頻、倍頻和組頻四、基頻、倍頻和組頻base frequency 、frequency multiplication、group frequency 五、分子的振動自由度五、分子的振動自由度degree

3、of freedom vibration 六、紅外吸收光譜圖六、紅外吸收光譜圖infrared spectrograph principle of IR23:54:181.紅外吸收光譜法：紅外吸收光譜法：利用物質對紅外光區電磁輻射的選擇性吸收的特性來進行結構分析、定性和定量的分析方法，又稱紅外紅外分光光度法。分光光度法。 introductionintroductionintroduction23:54:182.2.分子中基團的振動和轉動能級躍遷產生：振分子中基團的振動和轉動能級躍遷產生：振- -轉光譜轉光譜輻射輻射分子振動能級躍遷分子振動能級躍遷紅外光譜紅外光譜官能團官能團分子結構分子結構2

4、3:54:1823:54:18紅外光譜圖紅外光譜圖：縱坐標為吸收強度，橫坐標為波長 （ m ）和波數1/ 單位：cm-1可以用峰數，峰位，峰形，峰強來描述。應用：應用：有機化合物的結構解析。定性：定性：基團的特征吸收頻率；定量：定量：特征峰的強度；3. 3. 紅外光譜與有機化合物結構紅外光譜與有機化合物結構23:54:18 condition ofcondition ofcondition of InraredInraredInrared absorption spectroscopy absorption spectroscopy absorption spectroscopy 滿足兩個條件

5、：滿足兩個條件： 1. 1. 分子振動時，必須伴隨有瞬時偶極矩的變化。分子振動時，必須伴隨有瞬時偶極矩的變化。對稱分子：對稱分子：沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性。沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性。 如：如：N2、O2、Cl2 等。等。 非對稱分子：非對稱分子：有偶極矩，紅外活性。有偶極矩，紅外活性。 如：如：H2O 、HCl 等等 23:54:18續前續前續前 2. 只有當照射分子的紅外輻射的頻率與只有當照射分子的紅外輻射的頻率與分子某種振動方式的頻率相同時，分子吸分子某種振動方式的頻率相同時，分子吸收能量后，從基態振動能級躍遷到較高能收能量后，從基態振動能級躍遷到較高能量的

6、振動能級，從而在圖譜上出現相應的量的振動能級，從而在圖譜上出現相應的吸收帶。吸收帶。23:54:18三、分子的振動形式三、分子的振動形式三、分子的振動形式三、分子的振動形式三、分子的振動形式三、分子的振動形式 basic vibration of the group in molecularbasic vibration of the group in molecularbasic vibration of the group in molecular1. 分子基團分子基團(或鍵或鍵)的振動頻率的振動頻率 分子振動的模型，以經典力學的方法可把兩個質量為m1和m2的原子看成鋼體小球，連接兩原子的

7、化學鍵設想成無質量的彈簧，彈簧的長度r就是分子化學鍵的長度。由經典力學可導出該體系的基本振動頻率基本振動頻率計算公式23:54:18 式中k為化學鍵的力常數，定義為定義為將兩原子由平衡位將兩原子由平衡位置伸長單位長度時的恢復力，單位為（置伸長單位長度時的恢復力，單位為（Ncm-1）。）。 單鍵、雙鍵和三鍵的力常數分別近似為5、10和15 Ncm-1；c為光速（2.9981010cm s-1），為折合質量，單位為g，且23:54:18 例題例題: 由表中查知由表中查知C=C鍵的鍵的K=9.5 9.9 ,令其為令其為9.6, 計算波數值。計算波數值。正己烯中C=C鍵伸縮振動頻率實測值為1652 c

8、m-1116502126913071307211cm/.kkcv23:54:18表表 某些鍵的伸縮力常數（毫達因某些鍵的伸縮力常數（毫達因/埃）埃）鍵類型鍵類型 C C C =C C C 力常數力常數 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位峰位 4.5 m 6.0 m 7.0 m 化學鍵鍵強越強（即鍵的力常數化學鍵鍵強越強（即鍵的力常數K越大）原子折合質量越大）原子折合質量越小，化學鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現在高波數區。越小，化學鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現在高波數區。23:54:182 2 2分子的振動類型分子的振動類型分子的振動類型分子的振動類型分子的振動類型分子的振動類型伸

9、縮振動伸縮振動 亞甲基：亞甲基：變形振動變形振動 亞甲基亞甲基23:54:18甲基的振動形式甲基的振動形式甲基的振動形式甲基的振動形式甲基的振動形式甲基的振動形式伸縮振動伸縮振動 甲基：甲基：變形振動變形振動 甲基甲基對稱對稱s s(CH(CH3 3)1380)1380-1-1 不不對稱對稱asas(CH(CH3 3)1460)1460-1-1對稱對稱 不對稱不對稱s s(CH(CH3 3) ) asas(CH(CH3 3) )2870 2870 -1 -1 2960 2960-1-123:54:1823:54:19例水分子的紅外吸收與振動類型例水分子的紅外吸收與振動類型例水分子的紅外吸收與振

10、動類型例水分子的紅外吸收與振動類型例水分子的紅外吸收與振動類型例水分子的紅外吸收與振動類型23:54:19例例CO2分子分子23:54:19四、基頻、倍頻和組頻四、基頻、倍頻和組頻四、基頻、倍頻和組頻四、基頻、倍頻和組頻四、基頻、倍頻和組頻四、基頻、倍頻和組頻1.基頻 分子吸收紅外輻射后，由基態振動能級（=0）躍遷至第一振動激發態（=1）時，所產生的吸收峰稱為基基頻峰頻峰。因為=1時，L=，所以 基頻峰的位置基頻峰的位置（ L）等于分子的振動頻率。等于分子的振動頻率。23:54:192. 2. 2. 倍頻倍頻倍頻 在紅外吸收光譜上除基頻峰外，還有振動能級由基態（ =0）躍遷至第二激發態（ =2

11、）、第三激發態（ =3），所產生的吸收峰稱為倍頻峰倍頻峰。 由 = 0躍遷至 = 2時， （振動量子數的差值振動量子數的差值） = 2，則L = 2，即吸收的紅外線譜線（ L ）是分子振動頻率的二倍，產生的吸收峰稱為二倍頻峰。 由 = 0躍遷至 = 3時， （振動量子數的差值振動量子數的差值） = 3，則L = 3，即吸收的紅外線譜線（ L ）是分子振動頻率的三倍，產生的吸收峰稱為三倍頻峰，其它類推。在倍頻在倍頻峰中，二倍頻峰還比較強，三倍頻峰以上，因躍遷幾率很峰中，二倍頻峰還比較強，三倍頻峰以上，因躍遷幾率很小，一般都很弱，常常不能測到。小，一般都很弱，常常不能測到。 23:54:19續前續

12、前續前 由于分子非諧振性質，各倍頻峰并非正好是基頻峰的整由于分子非諧振性質，各倍頻峰并非正好是基頻峰的整數倍，而是略小一些。以數倍，而是略小一些。以HCl為例：為例：基頻峰（基頻峰（ 01） 2885.9 cm-1 最強最強二倍頻峰（二倍頻峰（ 022 ） 5668.0 cm-1 較弱較弱三倍頻峰（三倍頻峰（ 033 ） 8346.9 cm-1 很弱很弱四倍頻峰（四倍頻峰（ 044 ） 10923.1 cm-1 極弱極弱五倍頻峰（五倍頻峰（ 055 ） 13396.5 cm-1 極弱極弱23:54:193. 3. 3. 組頻組頻組頻 如果分子吸收一個紅外光子，同時激發了基頻如果分子吸收一個紅外

13、光子，同時激發了基頻分別為分別為 1和和2 的兩種躍遷，此時所產生的吸收的兩種躍遷，此時所產生的吸收頻率應該等于上述兩種躍遷的吸收頻率之和或之頻率應該等于上述兩種躍遷的吸收頻率之和或之差，故稱組頻。差，故稱組頻。23:54:19注：振動自由度反映吸收峰數量 并非每個振動都產生基頻峰吸收峰數常少于振動自由度數1. 定義：指分子獨立的振動數目，或基本的振動數目定義：指分子獨立的振動數目，或基本的振動數目N3振動自由度轉動自由度平動自由度分子自由度轉動自由度）（平動自由度分子振動自由度 N363 NF非線性分子：53 NF線性分子：四、分子的振動自由度四、分子的振動自由度四、分子的振動自由度23:5

14、4:19示例示例示例水分子非線性分子3633F23:54:19示例示例示例CO2分子 線性分子4533F23:54:192. 2. 2. 吸收峰數少于振動自由度的原因：吸收峰數少于振動自由度的原因：吸收峰數少于振動自由度的原因：吸收峰數少于振動自由度的原因：吸收峰數少于振動自由度的原因：吸收峰數少于振動自由度的原因：發生了簡并發生了簡并即振動頻率相同的峰重疊即振動頻率相同的峰重疊 紅外非活性振動紅外非活性振動若干振動頻率十分接近，一般紅外光譜儀難若干振動頻率十分接近，一般紅外光譜儀難以分辨以分辨振動吸收的能量太小，吸收信號不被儀器感振動吸收的能量太小，吸收信號不被儀器感知知23:54:19六、

15、紅外吸收光譜圖六、紅外吸收光譜圖六、紅外吸收光譜圖六、紅外吸收光譜圖六、紅外吸收光譜圖六、紅外吸收光譜圖T 曲線：曲線：T曲線：曲線：)(10)(41mcm23:54:19一一、基團頻率與指紋區、基團頻率與指紋區group frequency in IR二、典型的有機化合物的二、典型的有機化合物的紅外光譜主要特征紅外光譜主要特征molecular structure and absorption peaks三、影響基團頻率位移的三、影響基團頻率位移的因素因素factors influenced peak shift 四、重要官能團的特征吸四、重要官能團的特征吸收頻率收頻率第二節第二節第二節第二

16、節第二節第二節 紅外吸收光譜與分子紅外吸收光譜與分子紅外吸收光譜與分子紅外吸收光譜與分子紅外吸收光譜與分子紅外吸收光譜與分子結構的關系結構的關系結構的關系結構的關系結構的關系結構的關系infrared spectroscopy and molecular structure 23:54:19一、一、一、基團頻率與指紋區基團頻率與指紋區基團頻率與指紋區基團頻率與指紋區基團頻率與指紋區基團頻率與指紋區1. 基團頻率基團頻率 在紅外光譜中，某些化學基團雖然處于不同在紅外光譜中，某些化學基團雖然處于不同分子中，但它們的吸收頻率總是出現在一個較窄分子中，但它們的吸收頻率總是出現在一個較窄的范圍內，這類頻

17、率稱為基團特征振動頻率，簡的范圍內，這類頻率稱為基團特征振動頻率，簡稱基團頻率。最有分析價值的基團頻率稱基團頻率。最有分析價值的基團頻率在在4000 cm-1 1500 cm-1 之間，這一區域稱為基團頻率之間，這一區域稱為基團頻率區、官能團區或特征區區、官能團區或特征區。區內的峰是由伸縮振動。區內的峰是由伸縮振動產生的吸收帶，比較稀疏，容易辨認，常用于鑒產生的吸收帶，比較稀疏，容易辨認，常用于鑒定官能團。定官能團。 主要包括主要包括X-H、C=X 、-C X的伸縮振動。的伸縮振動。 23:54:19基團特征頻率（特征峰）基團特征頻率（特征峰）基團特征頻率（特征峰）基團特征頻率（特征峰）基團特

18、征頻率（特征峰）基團特征頻率（特征峰） 與一定結構單元相聯系的、在一定范圍內出現的化學鍵振與一定結構單元相聯系的、在一定范圍內出現的化學鍵振動頻率。動頻率。例：例： 2800 3000 cm-1 CH3 特征峰特征峰； 1600 1850 cm-1 C=O 特征峰特征峰；基團所處化學環境不同，特征峰出現位置變化：基團所處化學環境不同，特征峰出現位置變化：CH2COCH2 1715 cm-1 酮酮CH2COO 1735 cm-1 酯酯CH2CONH 1680 cm-1 酰胺酰胺23:54:192. 2. 2. 指紋區指紋區指紋區 在1500 cm-1 700 cm-1 區域內，除單鍵的伸縮振動外

19、，還有因變形振動產生的譜帶。這種振動與整個分子的結構有關。當分子結當分子結構稍有不同時，該區的吸收就有細微的差構稍有不同時，該區的吸收就有細微的差異，并顯示出分子特征。這種情況就像人的異，并顯示出分子特征。這種情況就像人的指紋一樣，因此稱為指紋一樣，因此稱為指紋區指紋區。指紋區對于指認結構類似的化合物很有幫助，而且可以作為化合物存在某種基團的旁證。23:54:19二、典型的有機化合物的紅外光譜主要特征二、典型的有機化合物的紅外光譜主要特征二、典型的有機化合物的紅外光譜主要特征二、典型的有機化合物的紅外光譜主要特征二、典型的有機化合物的紅外光譜主要特征二、典型的有機化合物的紅外光譜主要特征1.

20、烷烴2. 烯烴和炔烴3. 芳烴4. 醇和酚5. 醚6. 酮和醛7. 酸和酯8. 胺和酰胺23:54:191 1烷烴烷烴（CH3，CH2，CH）(CC,CH )asas14601460 cm-1 s s1380138013651365 cm-1CH3 CH2 剪式振動剪式振動1480148014401440 cm-1CH2 對稱伸縮2850cm-110CH3 對稱伸縮2870cm-110 CH2不對稱伸縮2925cm-110 CH3不對稱伸縮2960cm-110 3000cm-1 異丙基分裂：有相鄰甲基存在時， sCH3分裂為雙峰， 且隨相鄰甲基數的增多，裂距增大。 23:54:192,4-2,

21、4-2,4-二甲基戊烷二甲基戊烷二甲基戊烷二甲基戊烷二甲基戊烷二甲基戊烷(a)(a)(a)、2,4,4-2,4,4-2,4,4-三甲基戊烷三甲基戊烷三甲基戊烷三甲基戊烷三甲基戊烷三甲基戊烷(b) (b) (b) 的紅外光譜的紅外光譜的紅外光譜的紅外光譜的紅外光譜的紅外光譜 C-H30002850cm-1(s)雙峰和等強度裂分為11)(1375138523cmcmsCHC雙峰和不等強度裂分為11)(1365139533cmcmsCHC asCH32962cm-1(vs) asCH22926cm-1(s) sCH32872cm-1(vs) sCH22853cm-1(s) 23:54:192. 2.

22、 2. 烯烴和炔烴烯烴和炔烴烯烴和炔烴(1) (1) (1) 烯烴烯烴烯烴w=C-H31003000cm-1(m)wC=C16801620cm-1(w)w=C-H1000650cm-1(s)3000cm-1(不飽和)2,4,4-三甲基-1-戊烯(c)的紅外光譜 =C-H C=C =C-H確定取代位置及構型23:54:19(2) (2) (2) 炔烴炔烴炔烴C-H33103300cm-1(s，尖)C-H642615cm-1(s，尖)（彎曲振動頻率） CC22602100cm-1(w, 尖)1-己炔的紅外光譜 C-H C C23:54:1929252asCH28502sCH28703sCH1460

23、23CHasCH29603asCH13903sCH7232CH3000CH1650CC1000CH9122CH3300CH2200CC1238CH23:54:203. 3. 3. 芳烴芳烴芳烴-H 31003000cm-1(wm，通常有三個峰) C=C 1600cm-1, 1580cm-1 (雙峰), 1500cm-1 (s), 1450cm-1 鑒定有無芳環存在-H900650cm-1(s)，（面外彎曲振動吸收帶） 確定芳環取代情況及鑒定芳環存在23:54:20單取代單取代： 770-730,710-690 1,2取代：取代：770 1,3取代取代： 860 , 810-750,710-69

24、01,4取代：取代： 830-8101,2,3取代：取代：780-760 1,2,4取代：取代：810,850-900 1,3,5取代：取代：860-710 圖圖 苯衍生物的紅外光譜圖苯衍生物的紅外光譜圖23:54:20示例示例示例3000H雙峰1500,1600CC（單峰）（鄰）1743cmH太弱（間）900692,767H（單峰）792H23:54:204. 4. 4. 醇和酚醇和酚醇和酚1)O-H伸縮振動：2)C-O伸縮振動：（強）132003650cmHO變，銳峰）（較強（游離）136003650cmHO中強，寬、鈍峰）（強（締合）132003550cmHO（強）110001260cm

25、OC11050cmOC（伯醇）11100cmOC（仲醇）11150cmOC（叔醇）112001300cmOC（酚）23:54:2023:54:205. 5. 5. 醚醚醚（COCCOCCOC）ms1100 1050 1280 1220對稱伸縮對稱伸縮反對稱伸縮反對稱伸縮 O Rws9401210 1050對稱伸縮對稱伸縮反對稱伸縮反對稱伸縮R-O-R強度強度吸收峰位吸收峰位振動形式振動形式基團基團23:54:20丁醚的紅外光譜圖丁醚的紅外光譜圖1126.2cm 1是醚鍵是醚鍵的不對稱伸縮振動的不對稱伸縮振動 C-O-C-O-C23:54:206. 6. 6. 酮和醛酮和醛酮和醛飽和脂肪醛上飽和

26、脂肪醛上飽和脂肪醛上飽和脂肪醛上飽和脂肪醛上飽和脂肪醛上C=OC=OC=O的峰比酮高的峰比酮高的峰比酮高的峰比酮高的峰比酮高的峰比酮高10 cm10 cm10 cm-1-1-1左右；左右；左右；左右；左右；左右；B. B. B. 醛基上醛基上醛基上醛基上醛基上醛基上C-HC-HC-H的伸縮振動和彎曲振動發生的伸縮振動和彎曲振動發生的伸縮振動和彎曲振動發生的伸縮振動和彎曲振動發生的伸縮振動和彎曲振動發生的伸縮振動和彎曲振動發生費米共振費米共振費米共振費米共振費米共振費米共振1 1 1，2 2 2, , ,在在在在在在283028302830和和和和和和2720 cm2720 cm2720 cm-

27、1-1-1出現雙峰；出現雙峰；出現雙峰；出現雙峰；出現雙峰；出現雙峰；23:54:20丙丙 酮酮23:54:20丙丙 醛醛23:54:2023:54:207. 7. 7. 酸和酯酸和酯酸和酯(1) 羧酸羧酸游離的羧酸游離的羧酸C=O的峰在的峰在1760 cm-1附近；附近；液態和固態的羧酸液態和固態的羧酸C=O移到移到1720 cm-1附近，且附近，且O-H移到移到3200 2500 cm-1，出現寬峰；，出現寬峰；(2) 酯酯 羰基的吸收在羰基的吸收在1740 cm-1附近；附近；C-O-C的不對稱伸縮在的不對稱伸縮在1300 1150 cm-1，對稱伸縮在，對稱伸縮在 1140 1030

28、cm-1 。23:54:2023:54:2023:54:208. 8. 8. 胺和酰胺胺和酰胺胺和酰胺(1)胺胺特征區分 峰強峰弱；芳香胺脂肪胺（強度不定）（胺）133003500cmNH峰叔胺：無單峰仲胺：伯胺：雙峰NH（中，單峰）115601650cmNH（中強）仲胺：（弱）伯胺：1115501650159016502cmcmNHNH（中）（胺）111001300cmNC23:54:20示例示例示例（雙）HN（單）HN（強單）HN3000H（仲）中強NC（伯）弱NC（雙）1500,1600CC23:54:20特征區分 （強）（酰胺）116301680cmOC（強）（酰胺）131003500

29、cmNH峰叔酰胺：無尖銳單峰仲酰胺：伯酰胺：雙峰NH115501640cmNH（酰胺）(2) (2) (2) 酰胺酰胺酰胺酰胺酰胺酰胺23:54:20示例示例示例31803350sNHasNH，伯酰胺（雙峰）15501640NH16301680OC雙CC23:54:20不同酰胺吸收峰數據不同酰胺吸收峰數據譜譜帶帶類類型型譜譜帶帶名名稱稱游游離離締締合合（N N- -H H）3 35 50 00 0 cm-13 34 40 00 0 cm-13 33 35 50 0- -3 31 10 00 0 幾幾個個峰峰（C C= =O O）酰酰胺胺譜譜帶帶1 16 69 90 0 cm-11 16 65

30、50 0 cm-1（N N- -H H）（面面內內） 酰酰胺胺譜譜帶帶1 16 60 00 0 cm-11 16 64 40 0 cm-1（）酰酰胺胺譜譜帶帶1 14 40 00 0 cm-1伯伯酰酰胺胺（N N- -H H）（面面外外） 酰酰胺胺譜譜帶帶 7 70 00 0 cm-1（N N- -H H）3 34 44 40 0 cm-13 33 33 30 0 cm-13070 cm-1（N N- -H H）（面面內內）倍倍頻頻（C C= =O O）酰酰胺胺譜譜帶帶1 16 68 80 0 cm-1 16 65 55 5 cm-（N N- -H H）（面面內內） 酰酰胺胺譜譜帶帶1 15

31、53 30 0 cm-1 15 55 50 0 cm-（）酰酰胺胺譜譜帶帶1 12 26 60 0 cm-1 12 29 90 0 cm-（N N- -H H）（面面外外） 酰酰胺胺譜譜帶帶 7 70 00 0 cm-1仲仲酰酰胺胺( (O OC CN N) )酰酰胺胺譜譜帶帶 6 65 50 0 cm-1（C C= =O O）1 16 65 50 0 cm-11 16 65 50 0 cm-1叔叔酰酰胺胺（）1 11 18 80 0- -1 10 06 60 0 cm-123:54:21三、影響基團頻率位移的因素三、影響基團頻率位移的因素三、影響基團頻率位移的因素三、影響基團頻率位移的因素三

32、、影響基團頻率位移的因素三、影響基團頻率位移的因素 molecular structure and absorption peaksmolecular structure and absorption peaksmolecular structure and absorption peaks1. 樣品的狀態與溫度效應2. 氫鍵的生成3. 振動偶合4. 誘導效應和共軛效應23:54:211. 1. 1. 樣品的狀態與溫度效應樣品的狀態與溫度效應樣品的狀態與溫度效應 同一物質的不同狀態，由于分子間相互作用力不同，所同一物質的不同狀態，由于分子間相互作用力不同，所得到光譜往往不同。得到光譜往往不同。

33、 分子在氣態時，其相互作用力很弱，此時可以觀察到伴分子在氣態時，其相互作用力很弱，此時可以觀察到伴隨振動光譜的轉動精細結構。隨振動光譜的轉動精細結構。 液態和固態分子間作用力較強，在有極性基團存在時，液態和固態分子間作用力較強，在有極性基團存在時，可能發生分子間的締合或形成氫鍵，導致特征吸收帶可能發生分子間的締合或形成氫鍵，導致特征吸收帶頻率頻率、強度和形狀有較大的改變。例如，丙酮在氣態時的強度和形狀有較大的改變。例如，丙酮在氣態時的 C-H為為1742 cm-1 ，而在液態時為，而在液態時為1718 cm-1 。溫度升高，帶寬增加，帶數減少。溫度升高，帶寬增加，帶數減少。23:54:212.

34、2.2.2.2.2.氫鍵的生成氫鍵的生成氫鍵的生成氫鍵的生成氫鍵的生成氫鍵的生成 (分子內氫鍵；分子間氫鍵分子內氫鍵；分子間氫鍵)：使伸縮振動頻率向低波數方：使伸縮振動頻率向低波數方向移動，且帶寬及強度都增加；使彎曲振動頻率向高波數方向移動，且帶寬及強度都增加；使彎曲振動頻率向高波數方向移動。向移動。RHNORNHOHHC=ON-HN-H伸縮伸縮變形游離氫鍵16903500165034001620-15901650-1620 cm-1 cm-1 cm-1 cm-123:54:21分子間氫鍵的影響比分子內氫鍵更顯著。分子內的氫鍵不受分子間氫鍵的影響比分子內氫鍵更顯著。分子內的氫鍵不受溶液濃度的影

35、響，分子間的氫鍵與溶質的濃度及溶劑的性質溶液濃度的影響，分子間的氫鍵與溶質的濃度及溶劑的性質有關。因此，可以采用改變溶液的濃度測量紅外光譜，以判有關。因此，可以采用改變溶液的濃度測量紅外光譜，以判別兩個不同的氫鍵。別兩個不同的氫鍵。 不同濃度乙醇在不同濃度乙醇在CCl4溶液中的紅外光譜溶液中的紅外光譜23:54:213. 3. 3. 振動偶合振動偶合振動偶合 當兩個振動頻率相同或相近的基團相鄰具有一公共原子時當兩個振動頻率相同或相近的基團相鄰具有一公共原子時，由于一個鍵的振動通過公共原子使另一個鍵的長度發生改變，由于一個鍵的振動通過公共原子使另一個鍵的長度發生改變，產生一個，產生一個“微擾微擾

36、”，從而形成了強烈的振動相互作用。其結，從而形成了強烈的振動相互作用。其結果是使振動頻率發生變化，一個向高頻移動，另一個向低頻移果是使振動頻率發生變化，一個向高頻移動，另一個向低頻移動，譜帶分裂。振動耦合常出現在一些二羰基化合物中，如，動，譜帶分裂。振動耦合常出現在一些二羰基化合物中，如，羧酸酐。羧酸酐。兩個羰基的振動耦合，使兩個羰基的振動耦合，使 C=O吸收峰分裂成兩個峰，波數分吸收峰分裂成兩個峰，波數分別為別為1820 cm-1 （反對稱耦合）和（反對稱耦合）和1760 cm-1 （對稱耦合）（對稱耦合）23:54:21例如：例如：例如：(CH(CH(CH3 3 3CHCHCH2 2 2C

37、O)CO)CO)2 2 2O O O23:54:21FermiFermiFermi共振共振共振共振共振共振w 當一振動的倍頻與另一振動的基頻當一振動的倍頻與另一振動的基頻接近時，由于發生相互作用而產生很強接近時，由于發生相互作用而產生很強的吸收峰或發生裂分，這種現象稱為的吸收峰或發生裂分，這種現象稱為Fermi共振。共振。23:54:214. 4. 4. 誘導效應和共軛效應誘導效應和共軛效應誘導效應和共軛效應誘導效應和共軛效應誘導效應和共軛效應誘導效應和共軛效應 (1)誘導效應誘導效應(I效應效應)吸電子基團使吸收峰向高頻方向移動（藍移）吸電子基團使吸收峰向高頻方向移動（藍移）CORRCORC

38、lCORFCOFFCORH化合物化合物電負性電負性XX+YY4.475.415.595.736.927.90vC C=0=0/ /cmcm-1-1175217941803182018681928COHH3CCOClBrH2CCOClCl2HCCOClCl3CCOClFCOFF23:54:21(2) 共軛效應共軛效應(C效應效應) 共軛共軛 COCH2CH2COCHCHCHCHCOCHCHCH2COCH3CH3COCH3CO23:54:21 (3) 中介效應中介效應(M效應效應) n 共軛共軛I效應效應 C效應效應OCRNH2OCRROCRSROCRNH2C效應效應 I效應效應CORHCOROR

39、CORRI效應解釋不了效應解釋不了23:54:21基基團團吸吸收收帶帶數數據據r， （反反）r r活活潑潑氫氫不不飽飽和和氫氫飽飽和和氫氫三三鍵鍵雙雙鍵鍵伸伸縮縮振振動動變變形形振振動動含含氫氫化化學學鍵鍵特特征征吸吸收收帶帶（伸伸縮縮振振動動）指指紋紋吸吸收收帶帶伸伸縮縮振振動動變變形形振振動動四、重要四、重要四、重要四、重要四、重要四、重要官能團的官能團的官能團的官能團的官能團的官能團的特征吸收特征吸收特征吸收特征吸收特征吸收特征吸收頻率頻率頻率頻率頻率頻率23:54:21常見基團的紅外吸收帶常見基團的紅外吸收帶特征區特征區指紋區指紋區500100015002000250030003500

40、C-H，N-H，O-HN-HC NC=NS-HP-HN-O N-NC-FC-XO-HO-H（氫鍵）氫鍵）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HC CC=C23:54:21一、色散型紅外光一、色散型紅外光譜儀譜儀二、傅立葉變換紅二、傅立葉變換紅外光譜儀外光譜儀第三節第三節第三節第三節第三節第三節 紅外光譜儀紅外光譜儀紅外光譜儀紅外光譜儀紅外光譜儀紅外光譜儀infrared absorption spectrometer23:54:21一、色散型紅外光譜儀一、色散型紅外光譜儀一、色散型紅外光譜儀一、色散型紅外光譜儀一、色散型紅外光譜儀一、色散型紅外光譜儀1. 光學系統光學系統2. 主要部件主要

41、部件23:54:211. 1. 1. 光學系統光學系統光學系統光學系統光學系統光學系統23:54:222. 2. 2. 主要部件主要部件主要部件主要部件主要部件主要部件光源光源硅碳棒硅碳棒(Globar)供電電流供電電流工作溫度工作溫度使用壽命使用壽命 能斯特燈能斯特燈(Nernst Lamp)主要成分：主要成分：氧化鋯氧化鋯(75%)、氧化釔、氧、氧化釔、氧化釷等，并含有少量的氧化釷等，并含有少量的氧化鈣、氧化鈉、氧化鎂等化鈣、氧化鈉、氧化鎂等.供電電流：供電電流：0.51.2A;工作溫度：工作溫度：13001700;使用壽命：使用壽命：2000h.需要預熱需要預熱 700 .不要預熱不要預

42、熱23:54:22(2) (2) (2) 吸收池吸收池吸收池吸收池吸收池吸收池 因玻璃、石英等材料不能透過紅外光，因玻璃、石英等材料不能透過紅外光，紅外吸收池使紅外吸收池使用可透過紅外的材料制成窗片；不同的樣品狀態（固、液、用可透過紅外的材料制成窗片；不同的樣品狀態（固、液、氣態）使用不同的樣品池，固態樣品可與晶體混合壓片制氣態）使用不同的樣品池，固態樣品可與晶體混合壓片制成。成。材材 料料 透透光光范圍范圍/ m 注注 意意 事事 項項 NaCl 0.2-25 易易潮潮解解、濕度濕度低低于于 40% KBr 0.25-40 易易潮潮解解、濕度濕度低低于于 35% CaF2 0.13-12 不

43、不溶溶于于水水，用用于于水水溶溶液液 CsBr 0.2-55 易易潮潮解解 TlBr + TlI 0.55-40 微微溶溶于于水水（有有毒毒） 23:54:22單色器由色散元件、準直鏡和狹縫構成。單色器由色散元件、準直鏡和狹縫構成。色散元件常用光柵色散元件常用光柵 以光柵為分光元件的紅外光譜儀不足之處：以光柵為分光元件的紅外光譜儀不足之處：w需采用狹縫，光能量受到限制；需采用狹縫，光能量受到限制；w掃描速度慢，不適于動態分析及和其它儀器掃描速度慢，不適于動態分析及和其它儀器聯用；聯用；w不適于過強或過弱的吸收信號的分析。不適于過強或過弱的吸收信號的分析。(3)(3)(3)單色器單色器單色器單色

44、器單色器單色器23:54:22(4) 檢測器檢測器 檢測器的作用是將照射在它上面的紅外光變成電信號。檢測器的作用是將照射在它上面的紅外光變成電信號。紅外光能量低，因此常用熱電偶、測熱輻射計、熱釋電檢測紅外光能量低，因此常用熱電偶、測熱輻射計、熱釋電檢測器和碲鎘汞檢測器等。器和碲鎘汞檢測器等。23:54:22表表 幾種紅外檢測器幾種紅外檢測器紅外檢測器紅外檢測器 原理原理 構成構成 特點特點 熱電偶熱電偶 溫 差 熱 電溫 差 熱 電效應效應 涂黑金箔（接受面）連接金屬（熱接涂黑金箔（接受面）連接金屬（熱接點）與導線（冷接端）形成溫差。點）與導線（冷接端）形成溫差。 光光譜譜響響應應寬寬且且一一

45、致致性性好好、靈敏靈敏度度高高、受受熱熱噪噪音音影響影響大大 測熱輻射計測熱輻射計 電橋平衡電橋平衡 涂黑金箔（接受面）作為惠斯頓電橋涂黑金箔（接受面）作為惠斯頓電橋的一臂，當接受面溫度改變，電阻改的一臂，當接受面溫度改變，電阻改變，電橋輸出信號。變，電橋輸出信號。 穩定穩定、中中等等靈敏度靈敏度、較較寬寬線線性性范圍范圍、受受熱熱噪噪音音影響影響大大 熱釋電檢測熱釋電檢測器器（TGS） 半 導 體半 導 體 熱熱電效應電效應 硫酸三甘酞（硫酸三甘酞（TGS）單晶片受熱，溫）單晶片受熱，溫度上升，其表面電荷減少，度上升，其表面電荷減少，即即 TGS釋放了部分電荷，該電荷經放大并記釋放了部分電荷

46、，該電荷經放大并記錄。錄。 響應極快，可進行高速響應極快，可進行高速掃描（中紅外區只需掃描（中紅外區只需1s） 。適于） 。適于 FT-IR。 碲鎘汞檢測碲鎘汞檢測器器（MCT） 光電導；光電導； 光伏光伏效應效應 混合物混合物 Hg1-xCdxTe 對光的響應對光的響應 靈敏度高、響應快、可靈敏度高、響應快、可進行高速掃描。進行高速掃描。 23:54:22二、傅里葉變換紅外光譜儀二、傅里葉變換紅外光譜儀二、傅里葉變換紅外光譜儀二、傅里葉變換紅外光譜儀二、傅里葉變換紅外光譜儀二、傅里葉變換紅外光譜儀1. 傅里葉變換紅外光譜儀結構框圖傅里葉變換紅外光譜儀結構框圖2. 傅里葉變換紅外光譜儀的原理與

47、特點傅里葉變換紅外光譜儀的原理與特點23:54:221. 1. 1. 傅里葉變換紅外光譜儀結構框圖傅里葉變換紅外光譜儀結構框圖傅里葉變換紅外光譜儀結構框圖傅里葉變換紅外光譜儀結構框圖傅里葉變換紅外光譜儀結構框圖傅里葉變換紅外光譜儀結構框圖干涉儀干涉儀光源光源樣品室樣品室檢測器檢測器顯示器顯示器繪圖儀繪圖儀計算機計算機干涉圖干涉圖光譜圖光譜圖FTS23:54:222. 2. 2. 傅立葉變換紅外光譜儀的原理與特點傅立葉變換紅外光譜儀的原理與特點傅立葉變換紅外光譜儀的原理與特點傅立葉變換紅外光譜儀的原理與特點傅立葉變換紅外光譜儀的原理與特點傅立葉變換紅外光譜儀的原理與特點 光源發出的輻射經干涉儀轉

48、變為干涉光，通過試樣后，包含的光信息需要經過數學上的傅立葉變換解析成普通的譜圖。特點：特點：(1) 掃描速度極快(1s)；適合儀器聯用； (2)不需要分光，信號強，靈敏度很高； (3)儀器小巧。23:54:22 23:54:22邁克爾干涉儀工作原理圖邁克爾干涉儀工作原理圖邁克爾干涉儀工作原理圖邁克爾干涉儀工作原理圖邁克爾干涉儀工作原理圖邁克爾干涉儀工作原理圖 23:54:22一、氣體樣品一、氣體樣品二、液體和溶液樣二、液體和溶液樣品品三、固體樣品三、固體樣品第四節第四節第四節第四節第四節第四節 樣品的處理樣品的處理樣品的處理樣品的處理樣品的處理樣品的處理sampling methods23:5

49、4:22一、氣體樣品一、氣體樣品氣體、蒸氣壓高的液體、固體或液體分解所產氣體、蒸氣壓高的液體、固體或液體分解所產生的氣體，都可以用氣體池測定。生的氣體，都可以用氣體池測定。對于含量較低的氣對于含量較低的氣體還可以采用多重反射氣體池進行測定。體還可以采用多重反射氣體池進行測定。圖圖 紅外氣體槽體紅外氣體槽體 23:54:22二、液體和溶液樣品二、液體和溶液樣品用溶劑用溶劑CS2、CCl4、CHCl3等溶解吸收很強的液體后，再液等溶解吸收很強的液體后，再液膜法進行測定。主要起稀釋作用。膜法進行測定。主要起稀釋作用。溶劑化效應、溶劑自身的紅外吸收峰。溶劑化效應、溶劑自身的紅外吸收峰。液膜液膜0.01

50、5 mm以下時，可以借助以下時，可以借助窗片的附著力，使窗片的附著力，使其自然形成液膜。其自然形成液膜。1 1樣品池的類型樣品池的類型 固定池、可拆池、可變厚度池、微量池固定池、可拆池、可變厚度池、微量池2 2液體樣品的制備液體樣品的制備(1) (1) 液膜法液膜法固定池：用于易揮發性液體的測定。固定池：用于易揮發性液體的測定。可拆池：用于高沸點、粘稠型液體的測定可拆池：用于高沸點、粘稠型液體的測定液膜厚度的選擇：液膜厚度的選擇： 脂肪族碳氫化合物脂肪族碳氫化合物 0.02mm 鹵化物、芳香族化合物鹵化物、芳香族化合物 0.01mm 含氧、氮的有機物含氧、氮的有機物 0.005mm 含硅、氟的

51、有機物含硅、氟的有機物 0.03mm(2) (2) 溶液法溶液法23:54:221 1壓片法壓片法KCl、KBr在加壓下呈現所謂冷脹現象并變為可塑物，在中紅在加壓下呈現所謂冷脹現象并變為可塑物，在中紅外光區完全透明，因此常用作固體樣品的稀釋劑。外光區完全透明，因此常用作固體樣品的稀釋劑。稀釋劑的比例：稀釋劑的比例：樣品樣品/稀釋劑稀釋劑 1/100稀釋劑的要求：稀釋劑的要求：純度高、粒度小于純度高、粒度小于2.5m、不含水分。不含水分。油壓機壓力：油壓機壓力：510107Pa (510t/cm2)；加壓同時要抽去空氣。加壓同時要抽去空氣。光散射現象較嚴重光散射現象較嚴重23:54:223 3薄

52、膜法薄膜法(1050m)(1050m)熔熔 融融 法：法：對于熔點較低，而且熱穩定性好的樣品，可以對于熔點較低，而且熱穩定性好的樣品，可以采用此法。采用此法。常用于高分子有機化合物的測定。常用于高分子有機化合物的測定。2 2糊狀法糊狀法選取與試樣的折射率相近的液體分散介質與固體粉末混合選取與試樣的折射率相近的液體分散介質與固體粉末混合研磨制成糊膏，然后用液體池進行測定。減少了光散射現象。研磨制成糊膏，然后用液體池進行測定。減少了光散射現象。 固體有機化合物的折射率一般在固體有機化合物的折射率一般在1.51.6。 常用的液體分散介質：常用的液體分散介質： 液體石蠟油液體石蠟油(nd=1.46)、

53、六氯丁二烯六氯丁二烯(nd=1.55)、氟化煤油氟化煤油 這些液體分散介質自身也有各自的吸收峰。這些液體分散介質自身也有各自的吸收峰。溶液成膜法：溶液成膜法：將試樣溶解于沸點較低的溶劑中，然后將溶液將試樣溶解于沸點較低的溶劑中，然后將溶液分布在成膜介質（水銀、玻璃、塑料、金屬板分布在成膜介質（水銀、玻璃、塑料、金屬板)上，讓溶劑蒸發后形成試樣膜上，讓溶劑蒸發后形成試樣膜。23:54:22一、定性分析一、定性分析qualitative analysis二、定量分析二、定量分析quantitative analysisapplacations of IR23:54:22一、定性分析一、定性分析一、

54、定性分析1. 定性前的準備工作定性前的準備工作2. 圖譜的解析圖譜的解析3. 化合物結構的驗證化合物結構的驗證23:54:221. 1. 1. 定性前的準備工作定性前的準備工作定性前的準備工作23:54:222. 2. 2. 圖譜的解析圖譜的解析圖譜的解析(1) 確定化合物的類型確定化合物的類型(2) 判斷可能含有的官能團判斷可能含有的官能團(3) 根據吸收峰的位置推測基團所處的環境根據吸收峰的位置推測基團所處的環境(4) 參考其他信息列出可能結構參考其他信息列出可能結構(5) 對照標準譜圖或標準數據對照標準譜圖或標準數據23:54:22(1) (1) (1) 確定化合物的類型確定化合物的類型

55、確定化合物的類型確定化合物的類型確定化合物的類型確定化合物的類型 區分有機物還是無機物區分有機物還是無機物 3000 cm-1 附近是否有飽和或不飽附近是否有飽和或不飽和和 CH； 譜圖中峰形和峰的個數。譜圖中峰形和峰的個數。23:54:22 區分飽和與不飽和化合物區分飽和與不飽和化合物 以以3000cm-1為界限，大于為界限，大于3000cm-1 的尖峰為不飽和的尖峰為不飽和CH； 三鍵和雙鍵區是否有吸收峰。三鍵和雙鍵區是否有吸收峰。 區分脂肪族化合物和芳香族化合物區分脂肪族化合物和芳香族化合物 16001450cm-1是否有是否有24個苯環骨架振動吸收峰。個苯環骨架振動吸收峰。23:54:

56、22(2) (2) (2) 判斷可能含有的官能團判斷可能含有的官能團判斷可能含有的官能團判斷可能含有的官能團判斷可能含有的官能團判斷可能含有的官能團 400040002500cm2500cm-1-1屬屬氫鍵氫鍵區：區：OH、NH、CH等；等；25002000cm-1屬三鍵和累積雙鍵區：屬三鍵和累積雙鍵區：C C、C N、CCC、NCO等；等；20001500cm-1屬雙鍵區：屬雙鍵區：CC、CO、NO、苯環等；苯環等； 15001300cm-1：CH的彎曲振動；的彎曲振動； 1300400cm-1：CO、CX、苯環和雙鍵取代苯環和雙鍵取代類型等。類型等。 23:54:22(3) 根據吸收峰的位

57、置推測基團所處的環境根據吸收峰的位置推測基團所處的環境 如：相鄰是否有產生共軛或誘導效應的基團；如：相鄰是否有產生共軛或誘導效應的基團； 從從10001000650 cm650 cm-1-1的信息確定烯烴或芳烴的取的信息確定烯烴或芳烴的取代類型；代類型； 從從1380 cm1380 cm-1-1的存在、是否裂分以及相對強度的存在、是否裂分以及相對強度等判斷甲基的情況，等。等判斷甲基的情況，等。23:54:22(4) 參考其他信息列出可能結構參考其他信息列出可能結構 樣品來源和用途，熔點、沸點及其他物理化樣品來源和用途，熔點、沸點及其他物理化學性質學性質 其他波譜信息（紫外光譜，質譜，核磁共振其

58、他波譜信息（紫外光譜，質譜，核磁共振譜等）譜等） 根據分子式計算出化合物的不飽和度根據分子式計算出化合物的不飽和度23:54:23價數。個元素在分子中的化合為第個元素的原子數目；為第ivinnUiiiii2)2(21U=0, 飽和U=1，可能有一個雙鍵或脂環；U=2，可能有兩個雙鍵和脂環，也可能有一個叁鍵；U=4，可能有一個苯環。23:54:23(5) 對照標準譜圖或標準數據對照標準譜圖或標準數據 紅外光譜比較復雜，特別是指紋區的吸收很難紅外光譜比較復雜，特別是指紋區的吸收很難一一歸屬，但整體特征性強。一一歸屬，但整體特征性強。在相同條件下測定標準化合物的紅外光在相同條件下測定標準化合物的紅外

59、光譜，然后進行比較；譜，然后進行比較；與紅外標準譜圖進行比較與紅外標準譜圖進行比較( (* *注意測定條注意測定條件件) )。 23:54:23譜圖解析示例譜圖解析示例譜圖解析示例譜圖解析示例譜圖解析示例譜圖解析示例 例例1：已知該化合物的：已知該化合物的元素組成為元素組成為C7H8O。42)22(1)21 (8)24(721U =C-H3039,3001 C-H 2947芳環骨架振動芳環骨架振動 C=C1599,1502 C-O-C 1040芳環單取代芳環單取代 =C-H756,693例例1：推測化合物的：推測化合物的C7H8O結構。結構。23:54:23第一步：第一步：v3039cm-1，

60、3001cm-1 是不飽和是不飽和C-H伸縮振動伸縮振動 =C-H，說明化說明化合物中有不飽和雙鍵合物中有不飽和雙鍵v2947cm-1是飽和是飽和C-H伸縮振動伸縮振動 C-H ，說明化合物中有飽和說明化合物中有飽和C-H鍵鍵v1599cm-1，1503cm-1是芳環骨架振動是芳環骨架振動 C=C ，說明化合物中說明化合物中有有芳環芳環v芳環不飽和度為芳環不飽和度為4，這說明該化合物除芳環以外的結構是，這說明該化合物除芳環以外的結構是飽和的飽和的v1040cm-1是醚氧鍵的伸縮振動是醚氧鍵的伸縮振動 C-O-C ，說明化合物中有說明化合物中有C-O-C鍵鍵v756cm-1，694cm-1 是是