1、材料分析測試方法材料分析測試方法屈樹新屈樹新西南交通大學西南交通大學材料先進技術教育部重點實驗室材料先進技術教育部重點實驗室材料科學與工程學院材料科學與工程學院分析測試中心分析測試中心思考題思考題? 掌握紅外光譜的原理。掌握紅外光譜的原理。? 掌握紅外光譜的制樣的要求掌握紅外光譜的制樣的要求。? 分子振動的類型分子振動的類型? 分子產生紅外吸收的條件（分子產生紅外吸收的條件（2）？如何得到的？）？如何得到的？其含義是什么？其含義是什么？? 紅外光譜與分子振動的關系？紅外光譜與分子振動的關系？ 如何根據分子的結構和運動方式計算其紅外吸收光譜？如何根據分子的結構和運動方式計算其紅外吸收光譜？紅外光

2、譜儀? 分子或基團振動分子或基團振動? 紅外光譜的原理紅外光譜的原理 產生紅外光譜的條件產生紅外光譜的條件 (2)? 紅外光譜儀的主要部件紅外光譜儀的主要部件? 紅外光譜的紅外光譜的制樣技術制樣技術? 紅外光譜的附件紅外光譜的附件 ATR和漫反射和漫反射 顯微紅外，二維紅外光譜顯微紅外，二維紅外光譜? 紅外光譜的解析紅外光譜的解析紅外光譜的解析? 紅外吸收光譜與分子結構的關系紅外吸收光譜與分子結構的關系? 特征吸收峰特征吸收峰：代表基團存在并具有較強強度的吸收峰：代表基團存在并具有較強強度的吸收峰? 特征頻率特征頻率：所在位置的頻率；分子或基團振動的相應頻率：所在位置的頻率；分子或基團振動的相

3、應頻率紅外光譜的影響因素? 試樣的反射系數試樣的反射系數? 制樣制樣 顆粒尺寸顆粒尺寸 試樣的均勻性試樣的均勻性 試樣的含量試樣的含量 避免避免CO2和和H2O的影響的影響? 附件附件? 試樣中成分的相互作用試樣中成分的相互作用如何得到特征吸收頻率? 理論計算理論計算? 標準圖譜數據標準圖譜數據? 經驗方法經驗方法（根據文獻等）（根據文獻等） 分子或基團的振動頻率分子或基團的振動頻率? 與實驗結果對照與實驗結果對照 確定某些分子或基團的存在確定某些分子或基團的存在如何解析紅外光譜如何解析紅外光譜? 事實上事實上 分子結構復雜，計算困難分子結構復雜，計算困難 分子或基團的振動會受到其周圍其它分子

4、或基團的影分子或基團的振動會受到其周圍其它分子或基團的影響響增加了將吸收峰歸屬某分子或基團的難度增加了將吸收峰歸屬某分子或基團的難度? 頻率改變頻率改變利用峰的位移了解某分子或基團與周圍分子利用峰的位移了解某分子或基團與周圍分子或基團的作用或基團的作用? 例如中藥在不同的溶液（乙醇和水），其紅外光譜特征吸例如中藥在不同的溶液（乙醇和水），其紅外光譜特征吸收峰出現的頻率位置不同收峰出現的頻率位置不同紅移與紅移與藍移藍移?吸收譜帶向長波方向移動稱為吸收譜帶向長波方向移動稱為 紅移紅移，?向短波方向移動稱為向短波方向移動稱為 藍移藍移 ( (或紫移或紫移) )。多原子分子? 多原子分子復雜的紅外光譜

5、多原子分子復雜的紅外光譜官能區官能區指紋特征區指紋特征區3500 3000 2500 2000 1500 1000 Wavenumbers (cm-1)如何解析紅外光譜如何解析紅外光譜? 紅外光譜區可分為紅外光譜區可分為-1官能區（官能區（40001300 cm）? 化學鍵和基團的特征振動頻率區化學鍵和基團的特征振動頻率區? 反映分子中特征基團的振動反映分子中特征基團的振動 指紋區（指紋區（ 1300 400 cm-1）? 反映分子結構的細微變化反映分子結構的細微變化 例：根據指紋區的特征區分高分子的同分異構體、位變例：根據指紋區的特征區分高分子的同分異構體、位變異構體及互變異構體異構體及互變

6、異構體 解析譜圖時，可先從官能區開始，發現某基團解析譜圖時，可先從官能區開始，發現某基團后，再根據指紋區的吸收譜來進一步證實該基后，再根據指紋區的吸收譜來進一步證實該基團與其它基團的結合方式團與其它基團的結合方式如何解析紅外光譜如何解析紅外光譜? 譜帶的三個重要特征譜帶的三個重要特征 位置位置? 表明某一基團存在的重要特征；表明某一基團存在的重要特征；? 許多不同的基團可能在相同的頻率區域產生吸收許多不同的基團可能在相同的頻率區域產生吸收 形狀形狀? 變寬變寬 如：氫鍵和離子的官能團可以產生很寬的紅外譜帶；如：氫鍵和離子的官能團可以產生很寬的紅外譜帶；? 分裂分裂 譜帶是否分裂，可用以研究分子

7、內是否存在締合以及分子的對稱性、旋譜帶是否分裂，可用以研究分子內是否存在締合以及分子的對稱性、旋轉異構、互變異構等轉異構、互變異構等 相對強度相對強度? 同一紅外圖譜同一紅外圖譜的不同譜帶的比較；的不同譜帶的比較； 定量的測定定量的測定? 某特殊基團或元素的存在某特殊基團或元素的存在 CH基團鄰接氯原子時，將使它的變形振動譜帶由弱變強基團鄰接氯原子時，將使它的變形振動譜帶由弱變強? 峰的強度與樣品的厚度、儀器狀態等有關峰的強度與樣品的厚度、儀器狀態等有關如何解析紅外光譜如何解析紅外光譜? 1、鑒別未知物、鑒別未知物 已知標準譜圖已知標準譜圖? 薩特勒（薩特勒（Sadtler）譜圖）譜圖 純度位

8、純度位98以上的化合物的紅外光譜以上的化合物的紅外光譜 商品（工業產品）光譜商品（工業產品）光譜? 赫梅爾（赫梅爾（Hummel）和肖勒（）和肖勒（Scholl）譜圖）譜圖 第一冊聚合物的結構與紅外光譜第一冊聚合物的結構與紅外光譜 第二冊塑料、橡膠、纖維及樹脂的紅外光譜和鑒定方法第二冊塑料、橡膠、纖維及樹脂的紅外光譜和鑒定方法 第三冊助劑的紅外光譜和鑒定方法第三冊助劑的紅外光譜和鑒定方法 思考題？思考題？? 與與XRD標準圖譜的區別？標準圖譜的區別？Polymer Analysis by ATR如何解析紅外光譜如何解析紅外光譜? 否定法否定法 如果已知某波數區的譜帶對于某個基團是特征的，如果已

9、知某波數區的譜帶對于某個基團是特征的，那么當這個波數區沒有出現譜帶時，就可以判斷那么當這個波數區沒有出現譜帶時，就可以判斷在分子中不存在這個基團。在分子中不存在這個基團。? 肯定法肯定法 針對譜圖上強的吸收帶，確定屬于什么官能團針對譜圖上強的吸收帶，確定屬于什么官能團? 否定法和肯定法配合使用否定法和肯定法配合使用紅外吸收光譜的規律?同一個官能團，伸展振動吸收頻率大多高且吸收強度強，同一個官能團，伸展振動吸收頻率大多高且吸收強度強，而彎曲振動吸收頻率大多較低且吸收強度較弱；而彎曲振動吸收頻率大多較低且吸收強度較弱；?價鍵愈強，吸收頻率愈高價鍵愈強，吸收頻率愈高?C C (700-1500 cm

10、-1)?C C (1600-1800 cm-1)?C C (2000-2500 cm-1)?同一鍵連接的原子質量愈輕，其振動頻率愈高同一鍵連接的原子質量愈輕，其振動頻率愈高?O-H(3600cm-1), O-D(2630cm-1)?價鍵振動引起的偶極矩變化愈大，吸收峰的強度愈大價鍵振動引起的偶極矩變化愈大，吸收峰的強度愈大?C-C吸收較弱吸收較弱, C O 吸收較強吸收較強如何解析紅外光譜（指紋區）如何解析紅外光譜（指紋區）? 分子鄰接基團的情況分子鄰接基團的情況 一個特定的基團一個特定的基團實際實際不同的基團相不同的基團相互作用和影響互作用和影響沒有力學和沒有力學和電學偶合電學偶合振動頻率與

11、振動頻率與計算一致計算一致= 1/2?c/?k/m根據譜帶的位移了解根據譜帶的位移了解分子鄰接基團的情況分子鄰接基團的情況譜帶位移譜帶位移如何解析紅外光譜如何解析紅外光譜? 影響譜帶位移的因素影響譜帶位移的因素 內部因素內部因素?誘導效應誘導效應共軛效應共軛效應氫鍵效應氫鍵效應偶合效應偶合效應 外部因素外部因素? 物態變化的影響物態變化的影響? 溶劑的影響溶劑的影響? 氫鍵氫鍵? 定義：定義：誘導效應 在具有一定極性的共價鍵中，隨著取代基的電負性不在具有一定極性的共價鍵中，隨著取代基的電負性不同而產生不同程度的靜電誘導效應，引起分子中電荷同而產生不同程度的靜電誘導效應，引起分子中電荷分布的變化

12、，從而改變了鍵的力常數，使振動頻率發分布的變化，從而改變了鍵的力常數，使振動頻率發生改變。生改變。? 例：四個鹵素取代的丙酮化合物，隨著取代基電負性增強例：四個鹵素取代的丙酮化合物，隨著取代基電負性增強而使其羰基伸縮振動頻率向高頻方向移動而使其羰基伸縮振動頻率向高頻方向移動OCH3CCH3OOClCClOOFCF-11715cm-11827cmCH3CClClCF-1-11876cm1780cm1942cm-1如何解析紅外光譜如何解析紅外光譜? 影響譜帶位移的因素影響譜帶位移的因素 內部因素內部因素?誘導效應誘導效應共軛效應共軛效應氫鍵效應氫鍵效應偶合效應偶合效應 外部因素外部因素? 物態變化

13、的影響物態變化的影響? 溶劑的影響溶劑的影響? 氫鍵氫鍵共軛效應? 由于分子中形成大由于分子中形成大?鍵所引起的效應鍵所引起的效應? 譜帶向低頻位移譜帶向低頻位移? 在分子中誘導效應和共軛效應常同時存在，在分子中誘導效應和共軛效應常同時存在，那種效應占優勢，將決定譜帶的位移方向。那種效應占優勢，將決定譜帶的位移方向。如何解析紅外光譜如何解析紅外光譜? 影響譜帶位移的因素影響譜帶位移的因素 內部因素內部因素?誘導效應誘導效應共軛效應共軛效應氫鍵效應氫鍵效應偶合效應偶合效應 外部因素外部因素? 物態變化的影響物態變化的影響? 溶劑的影響溶劑的影響? 氫鍵氫鍵氫鍵效應? 氫鍵氫鍵 分子間分子間 分子

14、內：與溶劑等無關，將試樣稀釋，使分子間不能分子內：與溶劑等無關，將試樣稀釋，使分子間不能形成氫鍵形成氫鍵? O、N、F、S和和P等原子能生成氫鍵（分子內氫等原子能生成氫鍵（分子內氫鍵）鍵） 伸縮振動：氫鍵越強，譜帶越寬，吸收強度越大，并伸縮振動：氫鍵越強，譜帶越寬，吸收強度越大，并且向低頻方向位移也越大且向低頻方向位移也越大 彎曲振動：氫鍵越強，譜帶越窄，并且向高頻方向位彎曲振動：氫鍵越強，譜帶越窄，并且向高頻方向位移也越大移也越大如何解析紅外光譜如何解析紅外光譜? 影響譜帶位移的因素影響譜帶位移的因素 內部因素內部因素?誘導效應誘導效應共軛效應共軛效應氫鍵效應氫鍵效應偶合效應偶合效應 外部因

15、素外部因素? 物態變化的影響物態變化的影響? 溶劑的影響溶劑的影響? 氫鍵氫鍵偶合效應偶合效應 當兩個頻率相同或相近的基團聯合在一起時會發生偶當兩個頻率相同或相近的基團聯合在一起時會發生偶合作用合作用 在原譜帶位置的高頻和低頻一側各出現一條譜帶在原譜帶位置的高頻和低頻一側各出現一條譜帶? 例：酸酐由于兩個羰基振動偶合的結果，出現兩個吸收峰，例：酸酐由于兩個羰基振動偶合的結果，出現兩個吸收峰，約約1820cm-1相應于酸酐中羰基的反對稱偶合振動，約相應于酸酐中羰基的反對稱偶合振動，約1750cm-1相應于對稱偶合振動。相應于對稱偶合振動。? 定義：定義：如何解析紅外光譜如何解析紅外光譜? 影響譜

16、帶位移的因素影響譜帶位移的因素 內部因素內部因素?誘導效應誘導效應共軛效應共軛效應氫鍵效應氫鍵效應偶合效應偶合效應 外部因素外部因素? 物態變化的影響物態變化的影響? 溶劑的影響溶劑的影響? 氫鍵氫鍵物態變化的影響? 同一化合物在不同的聚集態下會有頻率和強度同一化合物在不同的聚集態下會有頻率和強度互異的光譜互異的光譜? 一些高分子在氣態和液態的紅外光譜相差較大一些高分子在氣態和液態的紅外光譜相差較大? 液態下，液態分子出現締合或氫鍵，譜帶的頻率、數目液態下，液態分子出現締合或氫鍵，譜帶的頻率、數目和強度可能發生重大變化和強度可能發生重大變化如何解析紅外光譜如何解析紅外光譜? 影響譜帶位移的因素

17、影響譜帶位移的因素 內部因素內部因素?誘導效應誘導效應共軛效應共軛效應氫鍵效應氫鍵效應偶合效應偶合效應 外部因素外部因素? 物態變化的影響物態變化的影響? 溶劑的影響溶劑的影響? 氫鍵氫鍵溶劑的影響? 溶劑分子的極性、介電常數等不同，引起溶質分溶劑分子的極性、介電常數等不同，引起溶質分子振動頻率的變化不同子振動頻率的變化不同? 常采用對稱性強的非極性溶劑（如常采用對稱性強的非極性溶劑（如CCl4, CS2）減少對溶質的影響減少對溶質的影響如何解析紅外光譜如何解析紅外光譜?基團的振動頻率有一定的特征性，但是影響其基團的振動頻率有一定的特征性，但是影響其頻率變化的因素很多，需要綜合考慮。頻率變化的

18、因素很多，需要綜合考慮。?不能簡單的依據通常的頻率與基團的相關圖就不能簡單的依據通常的頻率與基團的相關圖就作出判斷，作出判斷，需要考慮其它鄰近基團是否可能發需要考慮其它鄰近基團是否可能發生影響而頻率發生變動生影響而頻率發生變動?根據頻率的變化，找出變化的規律和原因，研根據頻率的變化，找出變化的規律和原因，研究分子內部原子間的相互作用效應和化學鍵的究分子內部原子間的相互作用效應和化學鍵的性質性質影響譜圖的質量? 儀器的狀態儀器的狀態? 環境的影響環境的影響 潮濕的空氣、樣品的污染、殘留溶劑等、空氣潮濕的空氣、樣品的污染、殘留溶劑等、空氣中中CO2的影響的影響? 試樣的制備試樣的制備 樣品的厚度樣

19、品的厚度 粉末試樣要求顆粒度小于粉末試樣要求顆粒度小于 5um,減小散射減小散射紅外光譜儀的應用紅外光譜儀的應用?鑒別物質和分析物質結構；鑒別物質和分析物質結構；?物質的定性鑒別和物質的定性鑒別和定量分析定量分析；?研究分子間和分子內部的相互作用研究分子間和分子內部的相互作用。? 應用舉例應用舉例紅外光譜儀紅外光譜儀 高分子材料的研究高分子材料的研究? 分析與鑒別高聚物分析與鑒別高聚物? 高聚物結晶過程的研究高聚物結晶過程的研究? 高分子與無機材料復合的研究高分子與無機材料復合的研究. 材料表面研究材料表面研究?衰減全反射（衰減全反射（ATR）、漫反射）、漫反射等附件；等附件；經過摩擦過程后，

20、是否有物質的轉移等？經過摩擦過程后，是否有物質的轉移等？表面改性后，是否有新的涂層形成？表面改性后，是否有新的涂層形成？生物材料與機體或與蛋白等接觸后，表面是否吸附蛋白生物材料與機體或與蛋白等接觸后，表面是否吸附蛋白 無機材料的研究無機材料的研究? 經過不同物理化學過程后物質結構和組成的變化經過不同物理化學過程后物質結構和組成的變化? .紅外特色研究? 生物細菌篩選蛋白構象研究? 中藥無損快速鑒別聚類分析? 變溫紅外（室溫至270）升溫過程中物質的結構監測? 二維相關紅外分析紅外光譜儀的應用領域紅外光譜儀的應用領域?有機化學金屬有機化學高分子化學催化材料科學生物學物理環境科學煤結構研究橡膠工業

21、石油工業（石油勘探、潤滑油、石油分析等）?礦物鑒定商檢質檢海關汽車珠寶國防科學農業食品生物醫學生物化學藥學? 無機和配位化學基礎研究? 半導體材料? 法庭科學（司法鑒定、物證檢驗等）? 氣象科學? 染織工業? 日用化工? 原子能科學技術? 產品質量監控（遠距離光信號光譜測量：實時監控、遙感監測等）紅外光譜儀的應用：材料紅外光譜儀的應用：材料?高分子材料高分子材料無機陶瓷材料無機陶瓷材料超導材料超導材料無機有機共混材料無機有機共混材料材料的表面和界面研究材料的表面和界面研究建筑材料建筑材料紅外光譜儀的應用：生物紅外光譜儀的應用：生物?水溶性蛋白質的二級結構研究與構象變化分析水溶性蛋白質的二級結構研究與構象變化分析?膜蛋白的二極結構分析以及膜脂與膜蛋白相互膜蛋白的二極結構分析以及膜脂與膜蛋白相互作用作用?碳水化合物的生理功能以及對核酸的研究碳水化合物的生理功能以及對核酸的研究?定性或定量測定組織內各種大分子組分的結構定性或定量測定組織內各種大分子組分的結構?有