红外分光光法.pptx

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1、1 本章内容层次本章内容层次了解了解：红外分光光度计的基本原理与红外分光光度计的基本原理与 实验方法。实验方法。熟悉熟悉：醚、醇、胺类等常见化合物的醚、醇、胺类等常见化合物的 光谱特征。光谱特征。掌握掌握：红外分光光度法的基本原理，红外分光光度法的基本原理，光谱解析方法，羰基化合物、光谱解析方法，羰基化合物、芳烃、脂烃的光谱特征芳烃、脂烃的光谱特征第1页/共157页2 本章重点本章重点吸收曲线的描述吸收曲线的描述 （峰数、峰位、峰强）（峰数、峰位、峰强）典型光谱典型光谱 （芳烃、羰基化合物）（芳烃、羰基化合物）光谱解析方法光谱解析方法 本章难点本章难点光谱解析方法光谱解析方法第2页/共157页

2、3 3 第一节第一节 概述概述一一.定义定义二二.红外线的区域红外线的区域三三.红外吸收光谱的表示方法红外吸收光谱的表示方法四四.IR与与UV的区别的区别第3页/共157页4 4 一一.定义定义 红外分光光度法红外分光光度法是以是以红外区域电红外区域电磁波连续光谱磁波连续光谱作为辐射源照射样品，作为辐射源照射样品，记录样品记录样品吸收曲线吸收曲线的一种光学分析的一种光学分析方法，又称红外吸收光谱法。方法，又称红外吸收光谱法。红外线红外线-0.76500m-红外光谱红外光谱第4页/共157页5 5二二.红外线的区域红外线的区域区域区域名称名称波长波长(m)波数波数(cm-1)能级跃迁类型能级跃迁

3、类型近红外近红外0.762.5131584000OH、NH、CH键的倍频键的倍频中红外中红外2.550 4000200分子中原子的振分子中原子的振动及分子的转动动及分子的转动远红外远红外5030020033分子转动、分子转动、晶格振动晶格振动 第5页/共157页6 6 三三.红外吸收光谱的表示方法红外吸收光谱的表示方法纵坐标纵坐标T%横坐标横坐标或或1.T曲线曲线 前密后疏前密后疏-波长等距波长等距2.T曲线曲线 前疏后密前疏后密-波数等距波数等距第6页/共157页7第7页/共157页8 8 四四.IR与与UV的区别的区别相同点相同点 1.性性 质：分子吸收光谱质：分子吸收光谱 2.分析时间：

4、都很快分析时间：都很快 3.样品用量：都很少样品用量：都很少 4.操操 作：都较简单作：都较简单第8页/共157页9 9 不同点不同点 IR UV1.起源起源 振转能级跃迁振转能级跃迁 电子能级跃迁电子能级跃迁2.适用范围适用范围 所有有机物所有有机物,芳香族、有共轭结芳香族、有共轭结 部分无机物部分无机物 构的不饱和脂肪族构的不饱和脂肪族 化合物、某些无机物化合物、某些无机物3.测试对象测试对象 g,l,s l，少许物质的蒸气，少许物质的蒸气 只要非水就行只要非水就行4.特征性特征性 强强 不太强不太强5.应用应用 定性定性 定量定量 第9页/共157页1010 第二节第二节 基本原理基本原

5、理一一.振动能级与振动频率振动能级与振动频率二二.振动形式与振动自由度振动形式与振动自由度三三.基频峰与泛频峰基频峰与泛频峰四四.特征峰与相关峰特征峰与相关峰五五.吸收峰的峰数吸收峰的峰数六六.吸收峰的峰位吸收峰的峰位七七.吸收峰的强度吸收峰的强度第10页/共157页1111 一一.振动能级与振动频率振动能级与振动频率1.振动能级振动能级1）谐振子）谐振子2）振动过程中分子的总能量）振动过程中分子的总能量3）位能曲线）位能曲线2.振动频率振动频率第11页/共157页1212 平动平动 分子热运动分子热运动分子分子 转动转动 分子绕轴旋转分子绕轴旋转 内部内部 振动振动 分子振动分子振动 红外红

6、外 运动运动 电子跃迁电子跃迁 可见可见-紫外紫外E总总=E平平+E转转+E振振+E电电+E0 分子内能，常数分子内能，常数 取决于分子几何形状取决于分子几何形状 与分子官能团有关与分子官能团有关第12页/共157页13 l分子振动分子振动分子中的原子分子中的原子在其平衡位置附近作在其平衡位置附近作周期性周期性的往复运动，振幅的往复运动，振幅98%1.官能团定性官能团定性2.与已知物对照与已知物对照3.核对标准光谱核对标准光谱第127页/共157页128二.纯度检查每个化合物一般都有各自特征每个化合物一般都有各自特征的红外光谱。若含有杂质时，的红外光谱。若含有杂质时，与纯化合物红外光谱相比，会

7、与纯化合物红外光谱相比，会出现较大差异。出现较大差异。第128页/共157页129三.定量分析由于有机物均有红外吸收，因由于有机物均有红外吸收，因此红外定量的应用很广泛；但此红外定量的应用很广泛；但红外定量方法有其固有的缺点红外定量方法有其固有的缺点,因而影响了它的应用。因而影响了它的应用。第129页/共157页130四、结构分析四、结构分析绝大多数有机化合物的基频振动出现在4000400cm-1区域。在研究了大量相关的化合物红外光谱的基础上，总结出了各种特征基团频率，真实地反映红外光谱与分子结构的关系，并用于结构分析中。第130页/共157页1311、特征区与指纹区1）特征区特征区 红外光谱

8、中红外光谱中40001250cm-1区间称区间称为特征频率区，简称特征区。为特征频率区，简称特征区。2）指纹区指纹区 红外光谱中红外光谱中1250400cm-1的低频的低频区称为指纹区。区称为指纹区。第131页/共157页132 波数波数(cm-1)振振 动动 类类 型型 37503000 OH、NH 33003000 CH =CH ArH 30002700 CH(-CH3,饱和饱和CH2及及CH,-CHO）24002100 CC、CN 19001650 C=O(酸酐酸酐,酰氯酰氯,酯酯,醛醛,酮酮,羧酸羧酸,酰胺酰胺)16751500 C=C、C=N 14751300 CH,OH（各种面内弯

9、曲振动各种面内弯曲振动）13001000 C-O(酚、醇、醚、酯、羧酸酚、醇、醚、酯、羧酸)1000650 =CH(不饱和碳不饱和碳-氢面外弯曲振动氢面外弯曲振动)2、红外光谱的九个重要区段第132页/共157页1333.光谱解析一般步骤1 1）样品来源及性质样品来源及性质（1 1）来源、纯度、灰分来源、纯度、灰分（2 2）物理化学常数物理化学常数（3 3）分子式分子式估计结构式中是否有双键、三键、估计结构式中是否有双键、三键、芳环、脂环；化合物的类别；验证芳环、脂环；化合物的类别；验证光谱解析结果的合理性。光谱解析结果的合理性。第133页/共157页134（4）不饱和度的计算方法不饱和度的计

10、算方法=1+n4+(n3-n1)/2n4、n3、n1为分子式中四价、三价为分子式中四价、三价及一价元素的数目；计算不饱和及一价元素的数目；计算不饱和度时，二价元素的数目无须考虑度时，二价元素的数目无须考虑.第134页/共157页135 例例1：苯甲酰胺苯甲酰胺（C7H7NO）=1+7+(1-7)/25例例2：乙酰氯乙酰氯（C2H3OCl）=1+2+(-1-3)/21第135页/共157页136规 律0，为链状饱和化合物；，为链状饱和化合物；1，为一个脂环或一个双键；，为一个脂环或一个双键；2，为一个三键或一个双键，为一个三键或一个双键，一个脂环；一个脂环；4，可能含有苯环或两个三键，可能含有苯

11、环或两个三键.第136页/共157页1372）光谱解析程序光谱解析程序 解析方法解析方法“四先四先”“”“四后四后”“”“相关相关”法法 先特征区先特征区,后指纹区后指纹区 先最强峰，后次强峰先最强峰，后次强峰 先粗查先粗查,后细找后细找 先否定，后肯定先否定，后肯定第137页/共157页138先特征区,后指纹区%特征区特征区(4000 1250cm-1；2.58.0 m):CH、OH、NH、双键三键的伸缩振动。双键三键的伸缩振动。%指纹区指纹区(1250200cm-1；8.050 m):各种弯曲振动、各种弯曲振动、C-C伸缩振动伸缩振动。以以苯环的面外苯环的面外弯曲弯曲振动最重要振动最重要(

12、910 665cm-1)第138页/共157页139先最强峰，后次强峰先确定第一强峰的起源与归先确定第一强峰的起源与归属后，依次解析第二、第三属后，依次解析第二、第三强峰强峰.的起源归属。的起源归属。第139页/共157页140先粗查,后细找先粗查先粗查“基频峰分布略图基频峰分布略图”，粗略，粗略了解峰的起源，由了解峰的起源，由“相关图相关图”了了解相关峰。而后再由解相关峰。而后再由“主要基团主要基团的红外特征吸收峰的红外特征吸收峰”的有关数据仔的有关数据仔细核对，确定峰归属。细核对，确定峰归属。第140页/共157页141先否定，后肯定 因为吸收峰的不存在，而否定因为吸收峰的不存在，而否定官

13、能团的存在；比吸收峰的存官能团的存在；比吸收峰的存在，肯定官能团的存在有力。在，肯定官能团的存在有力。第141页/共157页142抓一组相关峰避免孤立解析，必须遵循避免孤立解析，必须遵循“解析一组相关峰解析一组相关峰”才能确才能确认认一个官能团的存在。因为多一个官能团的存在。因为多数官能团在中红外区，都有数官能团在中红外区，都有一组相关峰。一组相关峰。第142页/共157页1433）光谱解析示例光谱解析示例l化合物鉴别化合物鉴别 （P97 例例3、5）l化合物结构解析化合物结构解析第143页/共157页144 P97 例例5第144页/共157页145 例例1：某一未知物沸点某一未知物沸点20

14、2，测得分子式为测得分子式为C8H8O。将该样。将该样品装入毛细液体池中，测定其品装入毛细液体池中，测定其红外吸收光谱如图，试推断分红外吸收光谱如图，试推断分子结构。子结构。第145页/共157页146第146页/共157页147峰归属IRmax（cm1）：1685(芳酮的C=O)，1600、1580及1450（共轭苯环的C=C）1430及1360（甲基的 及 ），1260（芳酮COC中的-C），1180及1020（苯环H）、900（），760及690（单取代苯H及C=C），590为芳甲酮特征峰，但起源不明。第147页/共157页148结论结论 光谱解析结果，未知物被确认有甲光谱解析结果，未知

15、物被确认有甲基、羰基、单取代苯基，可能是苯乙基、羰基、单取代苯基，可能是苯乙酮（酮（C6H5COCH3）。连接方式只有一）。连接方式只有一种，其结构式为：种，其结构式为：第148页/共157页149验证 不饱和度验证合理；查对标准不饱和度验证合理；查对标准光谱，与光谱，与Sadtler纯化合物标准纯化合物标准红外光谱红外光谱8290K号苯乙酮的光号苯乙酮的光谱一致。谱一致。第149页/共157页150例2 已知某液体样品的分子量已知某液体样品的分子量为为123.16，分子式为分子式为C6H9N3。用微量液体池测得其红外吸收用微量液体池测得其红外吸收光谱如下图。试由光谱解析，光谱如下图。试由光谱

16、解析，推断其化学结构式。推断其化学结构式。第150页/共157页151第151页/共157页152峰归属IRmax（cm1）：）：3320（仲氨基的仲氨基的NH峰峰），），2920与与2850（亚甲基亚甲基asCH 和和sCH峰峰），），2250（氰峰的氰峰的CN峰峰）1480与与1420（亚甲基的亚甲基的 峰峰）及及1135（仲氨基的仲氨基的CN峰峰）。）。第152页/共157页153结 论根据上述解析，未知物含有三个氮，根据上述解析，未知物含有三个氮，但不饱和度为但不饱和度为4，又无其他双键或又无其他双键或环结构，故只能含有两个环结构，故只能含有两个CN和一和一个个NH基。从分子式中扣除两

17、个基。从分子式中扣除两个碳，只能含四个碳，只能含四个CH2基。因氰基基。因氰基为单峰，说明两个氰基所处的化学为单峰，说明两个氰基所处的化学环境完全相同。因而，未知物应是环境完全相同。因而，未知物应是对称结构的化合物，可能是对称结构的化合物，可能是NC CH2 CH2NH CH2 CH2 CN。第153页/共157页154验证 不饱和度验证合理；查对标准光不饱和度验证合理；查对标准光谱，与谱，与Sadtler纯化合物标准红外纯化合物标准红外光谱（光谱（36764K）N，N二丙氰二丙氰基胺（基胺（C6H9N3）的红外吸收光谱的红外吸收光谱完全一致。证明结论正确。完全一致。证明结论正确。第154页/共157页1553）红外光谱在药物红外光谱在药物 研究中的应用研究中的应用1）化学成分及结构研究化学成分及结构研究 已知成分：熔点已知成分：熔点(m.p.)、沸点沸点(b.p.)、IR 未知成分：未知成分：UV、IR、NMR、MS2）质量考察及真伪品鉴别质量考察及真伪品鉴别 中药材的中药材的IR谱库谱库 3）药品生产过程中的质量控制药品生产过程中的质量控制第155页/共157页156156 谢谢大家！第156页/共157页157157感谢您的观看。感谢您的观看。第157页/共157页