红外吸收光谱分析法.ppt

第十八章红外吸收光谱分析法
infrared absorption spec-troscopy,IR
2018/6/19
1. 较牢固掌握红外吸收的条件及基本原理
2. 掌握分子振动的基本类型及光谱
3. 熟练掌握伸缩振动频率的计算
4. 较深刻理解影响基团频率的各种因素并能在实际中应用
5. 掌握一些常用基团的红外吸收
6. 较好掌握色散型仪器的工作流程及各部件结构、原理
7. 基本弄懂FI-IR仪的基本原理及特点
8. 掌握某些较简单图谱的解析及较简单化合物的结构分析
教学目的:
2018/6/19
概述 红外光谱法概述
红外光谱又称分子振动转动光谱,也是一种分子吸收光谱。物质的分子受到频率连续变化的红外光照射时,吸收了某些特定频率的红外光,发生了分子振动能级和转动能级的跃迁,所产生的吸收光谱,称为红外吸收光谱。
红外辐射是18世纪末,19世纪初才被发现的。1800年英国物理学家赫谢尔(Herschel)用棱镜使太阳光色散,研究各部分光的热效应,发现在红色光的外侧具有最大的热效应,说明红色光的外侧还有辐射存在,当时把它称为“红外线”或“热线”。这是红外光谱的萌芽阶段。由于当时没有精密仪器可以检测,所以一直没能得到发展。过了近一个世纪,才有了进一步研究并引起注意。     1892年朱利叶斯(Julius)用岩盐棱镜及测热辐射计(电阻温度计),测得了20几种有机化合物的红外光谱,这是一个具有开拓意义的研究工作,立即引起了人们的注意。1905年库柏伦茨(Coblentz)测得了128种有机和无机化合物的红外光谱,引起了光谱界的极大轰动。这是红外光谱开拓及发展的阶段。
2018/6/19
●
1947年世界上第一台双光束自动记录红外分光光度计在美国投入使用。这是第一代红外光谱的商品化仪器;
●
20世纪60年代,采用光栅作为单色器,比起棱镜单色器有了很大的提高,但它仍是色散型的仪器,分辨率、灵敏度还不够高,扫描速度慢。这是第二代仪器;
●
20世纪70年代,干涉型的傅里叶变换红外光谱仪及计算机化色散型的仪器的使用,使仪器性能得到极大的提高。这是第三代仪器。
●
20世纪70年代后期到80年代,用可调激光作为红外光源代替单色器,具有更高的分辨本领、更高灵敏度,也扩大应用范围。这是第四代仪器。现在红外光谱仪还与其它仪器如GC、HPLC联用, 更扩大了其使用范围。而用计算机存贮及检索光谱,使分析更为方便、快捷。
到了20世纪30年代,光的二象性、量子力学及科学技术的发展,为红外光谱的理论及技术的发展提供了重要的基础。不少学者对大多数化合物的红外光谱进行理论上研究和归纳、总结,用振动理论进行一系列键长、键力、能级的计算,使红外光谱理论日臻完善和成熟。尽管当时的检测手段还比较简单,仪器仅是单光束的,手动和非商化的,但红外光谱作为光谱学的一个重要分支已为光谱学家和物理、化学家所公认。这个阶段是红外光谱理论及实践逐步完善和成熟的阶段。
20世纪中期以后,红外光谱在理论上更加完善,而其发展主要表现在仪器及实验技术上的发展:
2018/6/19
红外及拉曼光谱都是分子振动光谱。通过谱图解析可以获取分子结构的信息。任何气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定,这是其它仪器分析方法难以做到的。由于每种化合物均有红外吸收,尤其是有机化合物的红外光谱能提供丰富的结构信息,因此红外光谱是有机化合物结构解析的重要手段之一。
2018/6/19
红外光谱区域及其应用
红外光谱属于振动光谱,其光谱区域可进一步细分如下:波
~1000μm的光称为红外光(也叫红外线),在
红外光谱中经常用波数(有的书中用σ)表示, ,单位
为cm-1,所以红外光的波数范围为13333~10cm-1。红外光区
又分为近、中、远红外光区,划分如下:
波段
波长(l, mm)
波数(n, cm-1)
频率(n, Hz)
近红外
  
12,800   4,000

中红外
  50
4,000   200
 
远红外
50   1000
200   10
 
常用区域
  25
4,000   400

表红外波段的划分
2018/6/19
红外光谱最重要的应用是中红外区有机化合物的结构鉴定。通过与标准谱图比较,可以确定化合物的结构;对于未知样品,通过官能团、顺反异构、取代基位置、氢键结合以及络合物的形成等结构信息可以推测结构。
近年来红外光谱的定量分析应用也有不少