第二章红外光谱预案.ppt

目 录 红外光谱基本原理 红外光谱样品制备技术 红外光谱仪的结构组成 红外光谱在聚合物中的应用介绍 红外光谱的发现 红外光谱由德国科学家(霍胥尔）W.Herschel发现的。在1800年，他将太阳光用三菱镜分解开的一幅光谱，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，温度计的读数会逐渐上升。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，温度计的读数达到最高。这说明两个问题。首先是可见光区域红色末端之外有看不见的其他区域的存在，其次是这种辐射还能够产生热。由于这种辐射在可见光区末端以外而被称为红外线。 红外光的三个区域介绍 近红外 中红外 远红外 红外光谱基本原理 当用一束具有连续波长的红外光照射一物质时，如果物质分子中原子间的振动频率恰好与红外光波段的某一振动频率相同，则会引起共振吸收，使透过物质的红外光强度减弱。因此，若将透过物质的红外光用单色器进行色散，就可以得到带有暗条的谱带。如果用波长或波数作横坐标，以百分吸收率或透过率为纵坐标，把这些谱带记录下来，就得到了该物质的红外光谱图。 振动基本形式 伸缩振动 弯曲振动 甲基的振动形式 产生红外光谱振动吸收的两个条件 振动的频率与红外光光谱段的某频率相等，吸收了红外光谱中这一波长的光，可以把分子的能级从基态跃迁到激发态，这是产生红外吸收光谱的必要条件。 偶极距的变化：已知分子在振动过程中，原子间的距离（键长）或夹角（键角）会发生变化，这时可能引起分子偶极矩的变化，结果产生了一个稳定的交变电场，它的频率等于振动的频率，这个稳定的交变电场将和运动的具有相同频率的电磁辐射电场相互作用，从而吸收辐射能量，产生红外光谱的吸收。 红外光谱的表示方法 横坐标：波数或者波长，多以波数表示。 纵坐标：吸光度和透光度，多以透光度表示 透光度和吸光度 透光度：T 吸光度: A 红外吸收光谱的分区 官能团区：4000～1300 cm-1 指纹区： 1300～650 cm-1 官能团区 基团频率区在4000～1300cm-1之间，这一区域称为基团频率区、官能团区或特征频率区。区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，常用于鉴定官能团。 指纹区 1300~1 000cm-1区域主要是C—O、C—N等单键的伸缩振动吸收及C—C单键骨架的振动。 1 000~650cm-1区域主要是C—H的弯曲振动吸收。其吸收峰可用来确定化合物的顺反构型或苯环的取代类型。 影响基团和频率的因素 外部因素 内部因素 外部因素 物理状态的影响：气态，液态和固态 溶剂的影响：极性溶剂和非极性溶剂 粒度的影响：粒度大和粒度小 内部因素 诱导效应 共轭效应 空间效应 中介效应 氢键效应 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位移。这种效应称为诱导效应。以-I表示亲电诱导效应，以+I表示供电诱导效应。通常，取代基的供电子或吸电子性质是决定吸收峰在某一频率范围内准确位置的重要因素。 共轭效应（C效应） 由于分子中形成共轭体系，称为共轭效应。共轭效应使共轭体系中的电子云密度平均化，结果使原来的双键略有伸长（即电子云密度降低），力常数K减小，使其吸收频率往往向低波数方向移动，能显著地影响某些键的振动频率和强度。 空间阻碍效应 共轭效应的存在可使振动频率往低波数方向移动。单若分子结构中有空间阻碍，将使共轭效应被限制，而振动频率接近正常值。 中介效应（M效应） 当含有孤对电子的原子（O、N、S等）与具有多重键的原子相连时，也可起类似的共轭作用，成为中介效应。例如，酰胺 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。 多效应联合影响 若分子中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，取决于占优势的效应。当诱导效应大于中介效应或者共轭效应时，振动频率向高波数移动，反之，振动频率向低波数移动。 样品制备技术 固体样品的制备 液体样品的制备 气体样品的制备 固体样品制备技术 固体物质大都以单晶、多晶体粉末或无定形状态存在，一个固体物质能否用红外法来研究，往往取决于有无合适的样品制备方法。现在制备固体样品常用的方法有粉末法、糊状法、压片法、薄膜法和热裂解法等多种技术，尤其前面三种用得最多，现分别介绍如下： 粉末法 这种方法是把