1、School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院第五章第五章 紅外吸收光譜法紅外吸收光譜法School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述 分子中的電子總是處在某一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，每一種分子中的電子總是處在某一種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，每一種狀態(tài)都具有一定的能量，屬于一定的能級(jí)。狀態(tài)都具有一定的能量，屬于一定的能級(jí)。 電子由于受到光、熱、電的激發(fā)，從一個(gè)能級(jí)轉(zhuǎn)移電子由于受到光、熱、電的激發(fā)，從一個(gè)能級(jí)轉(zhuǎn)移到另一個(gè)能級(jí)，稱(chēng)為躍遷。到另一個(gè)能級(jí)，稱(chēng)為躍遷

2、。 當(dāng)這些電子吸收了外來(lái)輻射的能量，就從一個(gè)能量當(dāng)這些電子吸收了外來(lái)輻射的能量，就從一個(gè)能量較低的能級(jí)躍遷到另一個(gè)能量較高的能級(jí)。由于分子內(nèi)較低的能級(jí)躍遷到另一個(gè)能量較高的能級(jí)。由于分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)所牽涉到的能級(jí)變化比較復(fù)雜，分子吸收光譜也部運(yùn)動(dòng)所牽涉到的能級(jí)變化比較復(fù)雜，分子吸收光譜也就比較復(fù)雜。就比較復(fù)雜。 School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院一一 紅外光區(qū)的劃分紅外光區(qū)的劃分輻射輻射分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷紅外光譜紅外光譜基頻吸收帶基頻吸收帶School of Chemical Enginee

3、ring, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院二二 紅外光譜法的特點(diǎn)紅外光譜法的特點(diǎn)研究對(duì)象：振動(dòng)中伴隨有偶極矩變化的化合物研究對(duì)象：振動(dòng)中伴隨有偶極矩變化的化合物定性及有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定：分子的特征吸收定性及有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定：分子的特征吸收定量分析：定量分析：特征特征峰強(qiáng)度峰強(qiáng)度峰數(shù)峰數(shù)峰位峰位峰強(qiáng)峰強(qiáng)School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院 在分子內(nèi)部除了電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之外，還有核在分子內(nèi)部除了電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)之外，還有核間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即核的振動(dòng)和分子繞重心的轉(zhuǎn)間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即核的振動(dòng)和分子繞重心的轉(zhuǎn)

4、動(dòng)。而振動(dòng)能和轉(zhuǎn)動(dòng)能，按量子力學(xué)計(jì)算是不動(dòng)。而振動(dòng)能和轉(zhuǎn)動(dòng)能，按量子力學(xué)計(jì)算是不連續(xù)的，即具有量子化的性質(zhì)。所以，一個(gè)分連續(xù)的，即具有量子化的性質(zhì)。所以，一個(gè)分子吸收了外來(lái)輻射之后，它的能量變化子吸收了外來(lái)輻射之后，它的能量變化E為其為其振動(dòng)能變化振動(dòng)能變化Ev、轉(zhuǎn)動(dòng)能變化轉(zhuǎn)動(dòng)能變化Er以及以及電子運(yùn)電子運(yùn)動(dòng)能量變化動(dòng)能量變化Ee的總和。的總和。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院 分子的振動(dòng)能級(jí)變化分子的振動(dòng)能級(jí)變化Ev大約比大約比電子運(yùn)動(dòng)能量電子運(yùn)動(dòng)能量變化變化Ee小小10倍，一般在倍，一般在005l eV之間

5、。如果分之間。如果分子的振動(dòng)能級(jí)變化子的振動(dòng)能級(jí)變化Ev為為0l eV，即為，即為5 eV的電子的電子能級(jí)間隔的能級(jí)間隔的2%。因此在發(fā)生電子能級(jí)之間躍遷的。因此在發(fā)生電子能級(jí)之間躍遷的同時(shí)，必然會(huì)發(fā)生振動(dòng)能級(jí)之間的躍遷，得到一系同時(shí)，必然會(huì)發(fā)生振動(dòng)能級(jí)之間的躍遷，得到一系列的譜線，相互波長(zhǎng)的間隔是列的譜線，相互波長(zhǎng)的間隔是250nm2% = 5nm，而不是而不是250nm單一的譜線。單一的譜線。 School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院 分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)變化分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)變化Er大約比大約比分子的振動(dòng)能分子的振動(dòng)能級(jí)變

6、化級(jí)變化Ev小小10倍或倍或100倍，一般小于倍，一般小于005eV。假。假設(shè)設(shè)分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)變化分子的轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)變化Er為為0.005ev，則為，則為5eV的的電子能級(jí)間隔的電子能級(jí)間隔的01%。當(dāng)發(fā)生電子能級(jí)和振動(dòng)能。當(dāng)發(fā)生電子能級(jí)和振動(dòng)能級(jí)之間的躍遷時(shí)，必然會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)之間的躍級(jí)之間的躍遷時(shí)，必然會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)之間的躍遷。由于得到的譜線彼此間的波長(zhǎng)間隔只有遷。由于得到的譜線彼此間的波長(zhǎng)間隔只有250nm 01% = 025nm，如此小的間隔使它們連在一起，如此小的間隔使它們連在一起，呈現(xiàn)帶狀，稱(chēng)為呈現(xiàn)帶狀，稱(chēng)為帶狀光譜帶狀光譜。School of Chemical Engineering

7、, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院 分子的振動(dòng)能量比轉(zhuǎn)動(dòng)能量大，當(dāng)發(fā)生振分子的振動(dòng)能量比轉(zhuǎn)動(dòng)能量大，當(dāng)發(fā)生振動(dòng)能級(jí)躍遷時(shí)，不可避免地伴隨有轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)動(dòng)能級(jí)躍遷時(shí)，不可避免地伴隨有轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，所以無(wú)法測(cè)量純粹的振動(dòng)光譜，而的躍遷，所以無(wú)法測(cè)量純粹的振動(dòng)光譜，而只能得到只能得到 分子的振動(dòng)分子的振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)光譜轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，這種光譜稱(chēng)，這種光譜稱(chēng)為為紅外吸收光譜紅外吸收光譜。 紅外吸收光譜是一種分子吸收光譜紅外吸收光譜是一種分子吸收光譜。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院 當(dāng)樣品受到當(dāng)樣品受到頻率連

8、續(xù)變化的頻率連續(xù)變化的紅外光紅外光照射時(shí)，分子吸收某些照射時(shí)，分子吸收某些頻率的輻射，并由其振動(dòng)或轉(zhuǎn)頻率的輻射，并由其振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起偶極矩的凈變化偶極矩的凈變化，產(chǎn)生分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)從基產(chǎn)生分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，使相應(yīng)于態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，使相應(yīng)于這些這些吸收區(qū)域的透射光強(qiáng)度減吸收區(qū)域的透射光強(qiáng)度減弱弱。記錄紅外光的百分透射比。記錄紅外光的百分透射比與波數(shù)或波長(zhǎng)關(guān)系曲線，就得與波數(shù)或波長(zhǎng)關(guān)系曲線，就得到到紅外光譜紅外光譜。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院一、紅外光區(qū)的劃分一、紅外

9、光區(qū)的劃分 紅外光譜在紅外光譜在可見(jiàn)光區(qū)和微波光區(qū)可見(jiàn)光區(qū)和微波光區(qū)之間，波長(zhǎng)范圍約為之間，波長(zhǎng)范圍約為 0.75 1000m，根據(jù)儀器技術(shù)和應(yīng)用不同，習(xí)慣上又將紅外，根據(jù)儀器技術(shù)和應(yīng)用不同，習(xí)慣上又將紅外光區(qū)分為三個(gè)區(qū)：光區(qū)分為三個(gè)區(qū)：近紅外光區(qū)近紅外光區(qū)（0.75 2.5m ），），中紅外光中紅外光區(qū)區(qū)（2.5 25m ），），遠(yuǎn)紅外光區(qū)遠(yuǎn)紅外光區(qū)（25 1000 m ）。）。 近紅外光區(qū)的吸收帶近紅外光區(qū)的吸收帶（0.75 2.5m ）主要是由低能電）主要是由低能電子躍遷、含氫原子團(tuán)（如子躍遷、含氫原子團(tuán)（如O-H、N-H、C-H）伸縮振動(dòng)的倍）伸縮振動(dòng)的倍頻吸收產(chǎn)生。該區(qū)的光譜可用來(lái)研

10、究稀土和其它過(guò)渡金屬離頻吸收產(chǎn)生。該區(qū)的光譜可用來(lái)研究稀土和其它過(guò)渡金屬離子的化合物，并適用于水、醇、某些高分子化合物以及含氫子的化合物，并適用于水、醇、某些高分子化合物以及含氫原子團(tuán)化合物的定量分析。原子團(tuán)化合物的定量分析。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院 中紅外光區(qū)吸收帶中紅外光區(qū)吸收帶（2.5 25m ）是絕大多數(shù)有機(jī)化）是絕大多數(shù)有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)離子的基頻吸收帶（合物和無(wú)機(jī)離子的基頻吸收帶（由基態(tài)振動(dòng)能級(jí)（由基態(tài)振動(dòng)能級(jí)（ =0）躍遷至第一振動(dòng)激發(fā)態(tài)（躍遷至第一振動(dòng)激發(fā)態(tài)（ =1）時(shí)，所產(chǎn)生的吸收峰稱(chēng)為

11、）時(shí)，所產(chǎn)生的吸收峰稱(chēng)為基頻峰）。由于基頻振動(dòng)是紅外光譜中吸收最強(qiáng)的振動(dòng)，基頻峰）。由于基頻振動(dòng)是紅外光譜中吸收最強(qiáng)的振動(dòng)，所以該區(qū)最適于進(jìn)行紅外光譜的定性和定量分析。同時(shí)，所以該區(qū)最適于進(jìn)行紅外光譜的定性和定量分析。同時(shí)，由于中紅外光譜儀最為成熟、簡(jiǎn)單，而且目前已積累了該由于中紅外光譜儀最為成熟、簡(jiǎn)單，而且目前已積累了該區(qū)大量的數(shù)據(jù)資料，因此它是應(yīng)用極為廣泛的光譜區(qū)。通區(qū)大量的數(shù)據(jù)資料，因此它是應(yīng)用極為廣泛的光譜區(qū)。通常，常，中紅外光譜法又簡(jiǎn)稱(chēng)為紅外光譜法。中紅外光譜法又簡(jiǎn)稱(chēng)為紅外光譜法。 遠(yuǎn)紅外光區(qū)吸收帶遠(yuǎn)紅外光區(qū)吸收帶 （25 1000m ）是由）是由氣體分子中氣體分子中的純轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷的純

12、轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷、振動(dòng)振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷、液體和固體中重原子液體和固體中重原子School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院的伸縮振動(dòng)的伸縮振動(dòng)、某些變角振動(dòng)、骨架振動(dòng)某些變角振動(dòng)、骨架振動(dòng)以及以及晶體中的晶格振晶體中的晶格振動(dòng)所引起的動(dòng)所引起的。 由于低頻骨架振動(dòng)能靈敏地反映出結(jié)構(gòu)變化，由于低頻骨架振動(dòng)能靈敏地反映出結(jié)構(gòu)變化，所以對(duì)異構(gòu)體的研究特別方便。此外，還能用于金屬有機(jī)化所以對(duì)異構(gòu)體的研究特別方便。此外，還能用于金屬有機(jī)化合物（包括絡(luò)合物）、氫鍵、吸附現(xiàn)象的研究。但由于該光合物（包括絡(luò)合物）、氫鍵、吸附現(xiàn)象的研究。但由于

13、該光區(qū)能量弱，除非其它波長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)沒(méi)有合適的分析譜帶，一般區(qū)能量弱，除非其它波長(zhǎng)區(qū)間內(nèi)沒(méi)有合適的分析譜帶，一般不在此范圍內(nèi)進(jìn)行分析。不在此范圍內(nèi)進(jìn)行分析。 紅外吸收光譜一般用紅外吸收光譜一般用T 曲線或曲線或T （波數(shù)）曲線表示。波數(shù)）曲線表示。縱坐標(biāo)為百分透射比縱坐標(biāo)為百分透射比T%，因而吸收峰向下，向上則為谷；橫，因而吸收峰向下，向上則為谷；橫坐標(biāo)是波長(zhǎng)坐標(biāo)是波長(zhǎng) （單位為單位為m ），或），或 （波數(shù)）（單位為（波數(shù)）（單位為cm-1）。）。波長(zhǎng)波長(zhǎng) 與與 波數(shù)之間的關(guān)系為：波數(shù)之間的關(guān)系為： （波數(shù)）（波數(shù)） / cm-1 =104 /（ / m ）中紅外區(qū)的中紅外區(qū)的 波數(shù)范圍是波數(shù)范

14、圍是4000 400 cm-1 。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院二、二、紅外光譜法的特點(diǎn)紅外光譜法的特點(diǎn) 紫外、可見(jiàn)吸收光譜常用于研究不飽和有機(jī)物，特別是紫外、可見(jiàn)吸收光譜常用于研究不飽和有機(jī)物，特別是具有共軛體系的有機(jī)化合物，而具有共軛體系的有機(jī)化合物，而紅外光譜法主要研究在振動(dòng)紅外光譜法主要研究在振動(dòng)中伴隨有偶極矩變化的化合物中伴隨有偶極矩變化的化合物（沒(méi)有偶極矩變化的振動(dòng)在拉（沒(méi)有偶極矩變化的振動(dòng)在拉曼光譜中出現(xiàn)）。因此，除了單原子和同核分子如曼光譜中出現(xiàn)）。因此，除了單原子和同核分子如Ne、He、O2

15、、H2等之外，幾乎所有的有機(jī)化合物在紅外光譜區(qū)均有吸等之外，幾乎所有的有機(jī)化合物在紅外光譜區(qū)均有吸收。除光學(xué)異構(gòu)體，某些高分子量的高聚物以及在分子量上收。除光學(xué)異構(gòu)體，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有微小差異的化合物外，凡是具有結(jié)構(gòu)不同的兩個(gè)化合物，只有微小差異的化合物外，凡是具有結(jié)構(gòu)不同的兩個(gè)化合物，一定不會(huì)有相同的紅外光譜。一定不會(huì)有相同的紅外光譜。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院紅外吸收帶的波數(shù)位置、波峰的數(shù)目以及吸收譜帶的強(qiáng)度紅外吸收帶的波數(shù)位置、波峰的數(shù)目以及吸收譜帶的強(qiáng)度反映了分子結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)

16、，可以用來(lái)鑒定未知物的結(jié)構(gòu)組反映了分子結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，可以用來(lái)鑒定未知物的結(jié)構(gòu)組成或確定其化學(xué)基團(tuán)成或確定其化學(xué)基團(tuán)；而吸收譜帶的吸收強(qiáng)度與分子組成而吸收譜帶的吸收強(qiáng)度與分子組成或化學(xué)基團(tuán)的含量有關(guān)，可用以進(jìn)行定量分析和純度鑒定或化學(xué)基團(tuán)的含量有關(guān)，可用以進(jìn)行定量分析和純度鑒定。 由于紅外光譜分析特征性強(qiáng)，氣體、液體、固體樣品由于紅外光譜分析特征性強(qiáng)，氣體、液體、固體樣品都可測(cè)定，并具有用量少，分析速度快，不破壞樣品的特都可測(cè)定，并具有用量少，分析速度快，不破壞樣品的特點(diǎn)。因此，紅外光譜法不僅與其它許多分析方法一樣，能點(diǎn)。因此，紅外光譜法不僅與其它許多分析方法一樣，能進(jìn)行定性和定量分析，而且是鑒

17、定化合物和測(cè)定分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行定性和定量分析，而且是鑒定化合物和測(cè)定分子結(jié)構(gòu)的用效方法之一。的用效方法之一。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院第二節(jié) 基本原理一、產(chǎn)生紅外吸收的條件一、產(chǎn)生紅外吸收的條件 1 . 輻射光子具有的能量與發(fā)生振動(dòng)躍遷所需的躍遷能量輻射光子具有的能量與發(fā)生振動(dòng)躍遷所需的躍遷能量 相等相等 紅外吸收光譜是分子振動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的。因?yàn)榉肿诱窦t外吸收光譜是分子振動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生的。因?yàn)榉肿诱駝?dòng)能級(jí)差為動(dòng)能級(jí)差為0.05 1.0eV，比轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)差（，比轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)差（0.0001 0.05eV）大，因此分

18、子發(fā)生振動(dòng)能級(jí)躍遷時(shí)，不可避免地伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)能大，因此分子發(fā)生振動(dòng)能級(jí)躍遷時(shí)，不可避免地伴隨轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，因而無(wú)法測(cè)得純振動(dòng)光譜，但為討論方便，以雙級(jí)的躍遷，因而無(wú)法測(cè)得純振動(dòng)光譜，但為討論方便，以雙原子分子振動(dòng)光譜為例，說(shuō)明紅外光譜產(chǎn)生的條件。原子分子振動(dòng)光譜為例，說(shuō)明紅外光譜產(chǎn)生的條件。 若把雙原子分子（若把雙原子分子（A-B）的兩個(gè)原子看作兩個(gè)小球，把）的兩個(gè)原子看作兩個(gè)小球，把連結(jié)它們的化學(xué)鍵看成質(zhì)量可以忽略不計(jì)的彈簧，則兩個(gè)原連結(jié)它們的化學(xué)鍵看成質(zhì)量可以忽略不計(jì)的彈簧，則兩個(gè)原子間的伸縮振動(dòng)，可近似地看成沿鍵軸方向的間諧振動(dòng)。子間的伸縮振動(dòng)，可近似地看成沿鍵軸方向的間諧振動(dòng)。Schoo

19、l of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院 由量子力學(xué)可以證明，該由量子力學(xué)可以證明，該分子的振動(dòng)總能量分子的振動(dòng)總能量(E )為：為： E = （ +1/2）h （ =0，1，2，）式中式中 為振動(dòng)量子數(shù)（為振動(dòng)量子數(shù)（ =0，1，2，）；）；E 是與振動(dòng)量子是與振動(dòng)量子數(shù)數(shù) 相應(yīng)的體系能量；相應(yīng)的體系能量； 為分子振動(dòng)的頻率。為分子振動(dòng)的頻率。 在室溫時(shí)，分子處于基態(tài)（在室溫時(shí)，分子處于基態(tài)（ = 0），），E = 1/2h ，此時(shí)，此時(shí)，伸縮振動(dòng)的頻率很小。當(dāng)有紅外輻射照射到分子時(shí)，若紅外伸縮振動(dòng)的頻率很小。當(dāng)有紅外輻射照射

20、到分子時(shí)，若紅外輻射的光子（輻射的光子（ L）所具有的能量（）所具有的能量（EL）恰好等于分子振動(dòng)能）恰好等于分子振動(dòng)能級(jí)的能量差（級(jí)的能量差（Ev）時(shí)，則分子將吸收紅外輻射而躍遷至激）時(shí)，則分子將吸收紅外輻射而躍遷至激發(fā)態(tài)，導(dǎo)致振幅增大。發(fā)態(tài)，導(dǎo)致振幅增大。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院分子振動(dòng)能級(jí)的能量差為分子振動(dòng)能級(jí)的能量差為:Ev = h 又光子能量為又光子能量為:EL=h L于是可得產(chǎn)生于是可得產(chǎn)生紅外吸收光譜的第一條件紅外吸收光譜的第一條件為：為：EL =Ev 即即 L= 因此，因此，只有當(dāng)紅外輻

21、射頻率等于振動(dòng)量子數(shù)的差值與分子只有當(dāng)紅外輻射頻率等于振動(dòng)量子數(shù)的差值與分子振動(dòng)頻率的乘積時(shí)，分子才能吸收紅外輻射，產(chǎn)生紅外吸收振動(dòng)頻率的乘積時(shí)，分子才能吸收紅外輻射，產(chǎn)生紅外吸收光譜。光譜。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院 分子吸收紅外輻射后，分子吸收紅外輻射后，由基態(tài)振動(dòng)能級(jí)（由基態(tài)振動(dòng)能級(jí)（ =0）躍遷至）躍遷至第一振動(dòng)激發(fā)態(tài)（第一振動(dòng)激發(fā)態(tài)（ =1）時(shí)，所產(chǎn)生的吸收峰稱(chēng)為）時(shí)，所產(chǎn)生的吸收峰稱(chēng)為基基頻峰頻峰。因?yàn)橐驗(yàn)?=1時(shí)，時(shí)， L= ，所以，所以 基頻峰的位置基頻峰的位置（ L）等于分子的等于分子的

22、振動(dòng)頻率。振動(dòng)頻率。 在紅外吸收光譜上除基頻峰外，還有振動(dòng)能級(jí)由基態(tài)在紅外吸收光譜上除基頻峰外，還有振動(dòng)能級(jí)由基態(tài)（ =0）躍遷至第二激發(fā)態(tài)（）躍遷至第二激發(fā)態(tài)（ =2）、第三激發(fā)態(tài)（）、第三激發(fā)態(tài)（ =3），所產(chǎn)生的吸收峰稱(chēng)為，所產(chǎn)生的吸收峰稱(chēng)為倍頻峰倍頻峰。 由由 = 0躍遷至躍遷至 = 2時(shí)，時(shí)， （振動(dòng)量子數(shù)的差值振動(dòng)量子數(shù)的差值） = 2，則則 L = 2 ，即吸收的紅外線譜線（，即吸收的紅外線譜線（ L ）是分子振動(dòng)頻率的）是分子振動(dòng)頻率的二倍，產(chǎn)生的吸收峰二倍，產(chǎn)生的吸收峰稱(chēng)為二倍頻峰。稱(chēng)為二倍頻峰。 由由 = 0躍遷至躍遷至 = 3時(shí)，時(shí)， （振動(dòng)量子數(shù)的差值振動(dòng)量子數(shù)的差值）

23、 = 3，則則 L = 3 ，即吸收的紅外線，即吸收的紅外線 譜線（譜線（ L ）是分子振動(dòng)頻率的）是分子振動(dòng)頻率的三倍，產(chǎn)生的吸收峰三倍，產(chǎn)生的吸收峰稱(chēng)為三倍頻峰。其它類(lèi)推。在倍頻峰中，稱(chēng)為三倍頻峰。其它類(lèi)推。在倍頻峰中，二倍頻峰還比較強(qiáng)。三倍頻峰以上，因躍遷幾率很小，一般二倍頻峰還比較強(qiáng)。三倍頻峰以上，因躍遷幾率很小，一般都很弱，常常不能測(cè)到。都很弱，常常不能測(cè)到。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院 由于分子非諧振性質(zhì)，各倍頻峰并非正好是基頻由于分子非諧振性質(zhì)，各倍頻峰并非正好是基頻峰的整數(shù)倍，而是略小一些。

24、以峰的整數(shù)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(qiáng)最強(qiáng)二倍頻峰（二倍頻峰（ 02 ） 5668.0 cm-1 較弱較弱三倍頻峰（三倍頻峰（ 03 ） 8346.9 cm-1 很弱很弱四倍頻峰（四倍頻峰（ 04 ） 10923.1 cm-1 極弱極弱五倍頻峰（五倍頻峰（ 05 ） 13396.5 cm-1 極弱極弱 除此之外，還有除此之外，還有合頻峰合頻峰（ 1+ 2，2 1+ 2，），），差頻峰差頻峰（ 1- 2，2 1- 2， ）等，這些峰多數(shù)很弱，）等，這些峰多數(shù)很弱，一般不容易辨認(rèn)。一般不容易辨認(rèn)。倍頻峰、合頻峰和差頻峰統(tǒng)稱(chēng)為泛倍頻峰、

25、合頻峰和差頻峰統(tǒng)稱(chēng)為泛頻峰頻峰。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院（2）輻射與物質(zhì)之間有耦合作用）輻射與物質(zhì)之間有耦合作用 為滿足這個(gè)條件，分子振動(dòng)必須伴隨偶極矩的變化。為滿足這個(gè)條件，分子振動(dòng)必須伴隨偶極矩的變化。紅紅外躍遷是偶極矩誘導(dǎo)的，即能量轉(zhuǎn)移的機(jī)制是通過(guò)振動(dòng)過(guò)程外躍遷是偶極矩誘導(dǎo)的，即能量轉(zhuǎn)移的機(jī)制是通過(guò)振動(dòng)過(guò)程所導(dǎo)致的偶極矩的變化和交變的電磁場(chǎng)（紅外線）相互作用所導(dǎo)致的偶極矩的變化和交變的電磁場(chǎng)（紅外線）相互作用 發(fā)生的。發(fā)生的。 分子由于構(gòu)成它的各原子的電負(fù)性的不同，也顯示不同分子由于構(gòu)成它的各原子

26、的電負(fù)性的不同，也顯示不同的極性，稱(chēng)為的極性，稱(chēng)為偶極子偶極子。 通常用分子的偶極矩（通常用分子的偶極矩（ ）來(lái)描述分子極性的大小）來(lái)描述分子極性的大小。 當(dāng)偶極子處在電磁輻射電場(chǎng)時(shí)，該電場(chǎng)作周期性反轉(zhuǎn)，當(dāng)偶極子處在電磁輻射電場(chǎng)時(shí)，該電場(chǎng)作周期性反轉(zhuǎn)，偶極子將經(jīng)受交替的作用力而使偶極矩增加或減少。由于偶偶極子將經(jīng)受交替的作用力而使偶極矩增加或減少。由于偶極子具有一定的原有振動(dòng)頻率，顯然，只有當(dāng)輻射頻極子具有一定的原有振動(dòng)頻率，顯然，只有當(dāng)輻射頻School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院率與偶極子頻率相匹時(shí)，分子才與輻射相

27、互作用（振動(dòng)耦率與偶極子頻率相匹時(shí)，分子才與輻射相互作用（振動(dòng)耦合）而增加它的振動(dòng)能，使振幅增大，即分子由原來(lái)的基合）而增加它的振動(dòng)能，使振幅增大，即分子由原來(lái)的基態(tài)振動(dòng)躍遷到較高振動(dòng)能級(jí)。因此，并非所有的振動(dòng)都會(huì)態(tài)振動(dòng)躍遷到較高振動(dòng)能級(jí)。因此，并非所有的振動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生紅外吸收，產(chǎn)生紅外吸收，只有發(fā)生偶極矩變化（只有發(fā)生偶極矩變化（ 0）的振動(dòng)才能）的振動(dòng)才能引起可觀測(cè)的紅外吸收光譜，該分子稱(chēng)之為引起可觀測(cè)的紅外吸收光譜，該分子稱(chēng)之為紅外活性的；紅外活性的； =0的分子振動(dòng)不能產(chǎn)生紅外振動(dòng)吸收，稱(chēng)為非紅外活性的分子振動(dòng)不能產(chǎn)生紅外振動(dòng)吸收，稱(chēng)為非紅外活性的。的。 當(dāng)一定頻率的紅外光照射分子時(shí)，如

28、果分子中某個(gè)基團(tuán)當(dāng)一定頻率的紅外光照射分子時(shí)，如果分子中某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率和它一致，二者就會(huì)產(chǎn)生共振，此時(shí)光的能量的振動(dòng)頻率和它一致，二者就會(huì)產(chǎn)生共振，此時(shí)光的能量通過(guò)分子偶極矩的變化而傳遞給分子，這個(gè)基團(tuán)通過(guò)分子偶極矩的變化而傳遞給分子，這個(gè)基團(tuán)就吸收一就吸收一定頻率的紅外光，產(chǎn)生振動(dòng)躍遷。定頻率的紅外光，產(chǎn)生振動(dòng)躍遷。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院如果用連續(xù)改變頻率的紅外光照射某樣品，由于試樣對(duì)不同如果用連續(xù)改變頻率的紅外光照射某樣品，由于試樣對(duì)不同頻率的紅外光吸收程度不同，使通過(guò)試樣后的紅外光在一些頻率

29、的紅外光吸收程度不同，使通過(guò)試樣后的紅外光在一些波數(shù)范圍減弱，在另一些波數(shù)范圍內(nèi)仍然較強(qiáng)，用儀器記錄波數(shù)范圍減弱，在另一些波數(shù)范圍內(nèi)仍然較強(qiáng)，用儀器記錄該試樣的紅外吸收光譜，進(jìn)行樣品的定性和定量分析。該試樣的紅外吸收光譜，進(jìn)行樣品的定性和定量分析。二、雙原子分子的振動(dòng)二、雙原子分子的振動(dòng) 分子中的原子以平衡點(diǎn)為中心，以非常小的振幅（與原分子中的原子以平衡點(diǎn)為中心，以非常小的振幅（與原子核之間的距離相比）作周期性的振動(dòng)，可近似的看作簡(jiǎn)諧子核之間的距離相比）作周期性的振動(dòng)，可近似的看作簡(jiǎn)諧振動(dòng)。這種分子振動(dòng)的模型，以經(jīng)典力學(xué)的方法可把兩個(gè)質(zhì)振動(dòng)。這種分子振動(dòng)的模型，以經(jīng)典力學(xué)的方法可把兩個(gè)質(zhì)量為量

30、為m m1 1和和m m2 2的原子看成鋼體小球，連接兩原子的化學(xué)鍵設(shè)想的原子看成鋼體小球，連接兩原子的化學(xué)鍵設(shè)想成無(wú)質(zhì)量的彈簧，彈簧的長(zhǎng)度成無(wú)質(zhì)量的彈簧，彈簧的長(zhǎng)度r r就是分子化學(xué)鍵的長(zhǎng)度。就是分子化學(xué)鍵的長(zhǎng)度。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院 由經(jīng)典力學(xué)可導(dǎo)出該體系由經(jīng)典力學(xué)可導(dǎo)出該體系的的基本振動(dòng)頻率基本振動(dòng)頻率計(jì)算公式計(jì)算公式 式中式中k為化學(xué)鍵的力常數(shù)，為化學(xué)鍵的力常數(shù)，定義為定義為將兩原子由平衡位置伸將兩原子由平衡位置伸長(zhǎng)單位長(zhǎng)度時(shí)的恢復(fù)力（單位長(zhǎng)單位長(zhǎng)度時(shí)的恢復(fù)力（單位為為Ncm-1）。）。Sc

31、hool of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院 單鍵、雙鍵和三鍵的力常數(shù)分別近似為單鍵、雙鍵和三鍵的力常數(shù)分別近似為5、10和和15 Ncm-1；c為光速（為光速（2.998 1010cm s-1），）， 為折合質(zhì)量，單位為折合質(zhì)量，單位為為g，且，且 根據(jù)小球的質(zhì)量和相對(duì)原子質(zhì)量之間的關(guān)系，上式可寫(xiě)根據(jù)小球的質(zhì)量和相對(duì)原子質(zhì)量之間的關(guān)系，上式可寫(xiě)成：成：Ar 為折合相對(duì)原子質(zhì)量。為折合相對(duì)原子質(zhì)量。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院影響基本振動(dòng)頻

32、率的直接原因是影響基本振動(dòng)頻率的直接原因是相對(duì)原子質(zhì)量相對(duì)原子質(zhì)量和和化學(xué)鍵的力化學(xué)鍵的力常數(shù)常數(shù)。 化學(xué)鍵的力常數(shù)化學(xué)鍵的力常數(shù)k越大，折合相對(duì)原子質(zhì)量越大，折合相對(duì)原子質(zhì)量Ar 越小，則越小，則化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率越高，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)；反之，化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率越高，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)；反之，則出現(xiàn)在低數(shù)區(qū)。則出現(xiàn)在低數(shù)區(qū)。 例如例如 CC 、 C C 、 C C 三種碳碳鍵的質(zhì)量相三種碳碳鍵的質(zhì)量相同，鍵力常數(shù)的順序是三鍵同，鍵力常數(shù)的順序是三鍵 雙鍵雙鍵 單鍵。因此在紅外光譜單鍵。因此在紅外光譜中，中， C C 的吸收峰出現(xiàn)在的吸收峰出現(xiàn)在2222 cm-1，而，而 C C 約在約

33、在1667 cm-1 ， C-C 在在1429 cm-1。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院 對(duì)于相同化學(xué)鍵的基團(tuán)，波數(shù)與相對(duì)原子質(zhì)量平方根對(duì)于相同化學(xué)鍵的基團(tuán)，波數(shù)與相對(duì)原子質(zhì)量平方根成反比。例如成反比。例如C-C、C-O、C-N鍵的力常數(shù)相近，但相對(duì)折鍵的力常數(shù)相近，但相對(duì)折合質(zhì)量不同，其大小順序?yàn)楹腺|(zhì)量不同，其大小順序?yàn)镃-C C-N 100 非常強(qiáng)峰（vs） 20 100 強(qiáng)峰（s） 10 20 中強(qiáng)峰（m） 1 98%或符合商或符合商業(yè)規(guī)格，才便于與純物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)光譜進(jìn)行對(duì)照。多組份試樣業(yè)規(guī)格，才便于與純

34、物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)光譜進(jìn)行對(duì)照。多組份試樣應(yīng)在測(cè)定前盡量預(yù)先用分餾、萃取、重結(jié)晶或色譜法進(jìn)行分應(yīng)在測(cè)定前盡量預(yù)先用分餾、萃取、重結(jié)晶或色譜法進(jìn)行分離提純，否則各組份光譜相互重疊，難于判斷。離提純，否則各組份光譜相互重疊，難于判斷。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院（2）試樣中不應(yīng)含有）試樣中不應(yīng)含有游離水游離水。水本身有紅外吸收，會(huì)嚴(yán)重。水本身有紅外吸收，會(huì)嚴(yán)重干擾樣品譜，而且會(huì)侵蝕吸收池的鹽窗。干擾樣品譜，而且會(huì)侵蝕吸收池的鹽窗。（3）試樣的）試樣的濃度和測(cè)試厚度濃度和測(cè)試厚度應(yīng)選擇適當(dāng)，以使光譜圖中的應(yīng)選擇適當(dāng)，以使

35、光譜圖中的大多數(shù)吸收峰的透射比處于大多數(shù)吸收峰的透射比處于10%80%范圍內(nèi)。范圍內(nèi)。二、制樣的方法二、制樣的方法1 .氣體樣品氣體樣品 氣態(tài)樣品氣態(tài)樣品 可在玻璃氣槽內(nèi)進(jìn)行測(cè)定，它的兩端粘有紅可在玻璃氣槽內(nèi)進(jìn)行測(cè)定，它的兩端粘有紅外透光的外透光的NaCl或或KBr窗片。先將氣槽抽真空，再將試樣注入。窗片。先將氣槽抽真空，再將試樣注入。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院2 . 液體和溶液試樣液體和溶液試樣（1）液體池法）液體池法 沸點(diǎn)較低，揮發(fā)性較大的試樣，可注入沸點(diǎn)較低，揮發(fā)性較大的試樣，可注入封閉液體池封閉液

36、體池中，中，液層厚度一般為液層厚度一般為0.011mm。（2）液膜法）液膜法 沸點(diǎn)較高的試樣，直接滴在沸點(diǎn)較高的試樣，直接滴在兩片鹽片之間兩片鹽片之間，形成液膜。，形成液膜。 對(duì)于一些吸收很強(qiáng)的液體，當(dāng)用調(diào)整厚度的方法仍然得對(duì)于一些吸收很強(qiáng)的液體，當(dāng)用調(diào)整厚度的方法仍然得不到滿意的譜圖時(shí)，可用適當(dāng)?shù)娜軇┡涑上∪芤哼M(jìn)行測(cè)定。不到滿意的譜圖時(shí)，可用適當(dāng)?shù)娜軇┡涑上∪芤哼M(jìn)行測(cè)定。一些固體也可以溶液的形式進(jìn)行測(cè)定。常用的紅外光譜溶劑一些固體也可以溶液的形式進(jìn)行測(cè)定。常用的紅外光譜溶劑應(yīng)在所測(cè)光譜區(qū)內(nèi)本身沒(méi)有強(qiáng)烈的吸收，不侵蝕鹽窗，對(duì)試應(yīng)在所測(cè)光譜區(qū)內(nèi)本身沒(méi)有強(qiáng)烈的吸收，不侵蝕鹽窗，對(duì)試樣沒(méi)有強(qiáng)烈的溶劑

37、化效應(yīng)等。樣沒(méi)有強(qiáng)烈的溶劑化效應(yīng)等。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院3 . 固體試樣固體試樣（1）壓片法）壓片法 將12mg試樣與200mg純KBr研細(xì)均勻，置于模具中，用（510）107Pa壓力在油壓機(jī)上壓成透明薄片，即可用于測(cè)定。試樣和試樣和KBr都應(yīng)經(jīng)干燥處理，研磨到粒度小于都應(yīng)經(jīng)干燥處理，研磨到粒度小于2微米，微米，以免散射光影響以免散射光影響。（2）石蠟糊法）石蠟糊法 將干燥處理后的試樣研細(xì)，與液體石蠟或全氟代烴混合，調(diào)成糊狀，夾在鹽片中測(cè)定。School of Chemical Engineerin

38、g, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院（3）薄膜法）薄膜法 主要用于高分子化合物的測(cè)定。可將它們直接加熱熔融后加熱熔融后涂制或壓制成膜涂制或壓制成膜。也可將試樣溶解在低沸點(diǎn)的易揮發(fā)溶劑中，涂在鹽片上，待溶劑揮發(fā)后成膜測(cè)定。 當(dāng)樣品量特別少或樣品面積特別小時(shí)，采用光束聚光器，當(dāng)樣品量特別少或樣品面積特別小時(shí)，采用光束聚光器，并配有微量液體池、微量固體池和微量氣體池，采用全反射并配有微量液體池、微量固體池和微量氣體池，采用全反射系統(tǒng)或用帶有鹵化堿透鏡的反射系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量系統(tǒng)或用帶有鹵化堿透鏡的反射系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量。School of Chemical Engineering, HFU

39、T 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院第六節(jié)第六節(jié) 紅外光譜法的應(yīng)用紅外光譜法的應(yīng)用 紅外光譜法廣泛用于有機(jī)化合物的定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析。紅外光譜法廣泛用于有機(jī)化合物的定性鑒定和結(jié)構(gòu)分析。一、定性分析一、定性分析 1 . 已知物的鑒定已知物的鑒定 將試樣的譜圖與標(biāo)準(zhǔn)的譜圖進(jìn)行對(duì)照，或者與文獻(xiàn)上的將試樣的譜圖與標(biāo)準(zhǔn)的譜圖進(jìn)行對(duì)照，或者與文獻(xiàn)上的譜圖進(jìn)行對(duì)照譜圖進(jìn)行對(duì)照。如果兩張譜圖各吸收峰的位置和形狀完全相。如果兩張譜圖各吸收峰的位置和形狀完全相同，峰的相對(duì)強(qiáng)度一樣，就可以認(rèn)為樣品是該種標(biāo)準(zhǔn)物。如同，峰的相對(duì)強(qiáng)度一樣，就可以認(rèn)為樣品是該種標(biāo)準(zhǔn)物。如果兩張譜圖不一樣，或峰位不一致，則說(shuō)明兩者

40、不為同一化果兩張譜圖不一樣，或峰位不一致，則說(shuō)明兩者不為同一化合物，或樣品有雜質(zhì)。如用計(jì)算機(jī)譜圖檢索，則采用相似度合物，或樣品有雜質(zhì)。如用計(jì)算機(jī)譜圖檢索，則采用相似度來(lái)判別。使用文獻(xiàn)上的譜圖應(yīng)當(dāng)注意試樣的物態(tài)、結(jié)晶狀態(tài)、來(lái)判別。使用文獻(xiàn)上的譜圖應(yīng)當(dāng)注意試樣的物態(tài)、結(jié)晶狀態(tài)、溶劑、測(cè)定條件以及所用儀器類(lèi)型均應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)譜圖相同。溶劑、測(cè)定條件以及所用儀器類(lèi)型均應(yīng)與標(biāo)準(zhǔn)譜圖相同。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院2 . 未知物結(jié)構(gòu)的測(cè)定未知物結(jié)構(gòu)的測(cè)定 測(cè)定未知物的結(jié)構(gòu)，是紅外光譜法定性分析的一個(gè)重要測(cè)定未知物的結(jié)構(gòu)，是

41、紅外光譜法定性分析的一個(gè)重要用途。如果未知物不是新化合物，可以通過(guò)兩種方式利用標(biāo)用途。如果未知物不是新化合物，可以通過(guò)兩種方式利用標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行查對(duì)：準(zhǔn)譜圖進(jìn)行查對(duì)：（1）查閱標(biāo)準(zhǔn)譜圖的譜帶索引，與尋找試樣光譜吸收帶相）查閱標(biāo)準(zhǔn)譜圖的譜帶索引，與尋找試樣光譜吸收帶相同的標(biāo)準(zhǔn)譜圖；同的標(biāo)準(zhǔn)譜圖；（2）進(jìn)行光譜解析，判斷試樣的可能結(jié)構(gòu)，然后在由化學(xué)）進(jìn)行光譜解析，判斷試樣的可能結(jié)構(gòu)，然后在由化學(xué)分類(lèi)索引查找標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)照核實(shí)。分類(lèi)索引查找標(biāo)準(zhǔn)譜圖對(duì)照核實(shí)。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院 在定性分析過(guò)程中，除了獲得清晰

42、可靠的圖譜外，最在定性分析過(guò)程中，除了獲得清晰可靠的圖譜外，最重要的是對(duì)譜圖作出正確的解析。重要的是對(duì)譜圖作出正確的解析。 所謂所謂譜圖的解析譜圖的解析就是根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)繪的紅外光譜圖的吸就是根據(jù)實(shí)驗(yàn)所測(cè)繪的紅外光譜圖的吸收峰位置、強(qiáng)度和形狀，利用基團(tuán)振動(dòng)頻率與分子結(jié)構(gòu)的收峰位置、強(qiáng)度和形狀，利用基團(tuán)振動(dòng)頻率與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系，確定吸收帶的歸屬，確認(rèn)分子中所含的基團(tuán)或鍵，關(guān)系，確定吸收帶的歸屬，確認(rèn)分子中所含的基團(tuán)或鍵，進(jìn)而推定分子的結(jié)構(gòu)。進(jìn)而推定分子的結(jié)構(gòu)。 簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是根據(jù)紅外光譜所提供的信息，正確地把簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是根據(jù)紅外光譜所提供的信息，正確地把化合物的結(jié)構(gòu)化合物的結(jié)構(gòu) “翻譯翻譯”出來(lái)

43、。往往還需結(jié)合其他實(shí)驗(yàn)資料，出來(lái)。往往還需結(jié)合其他實(shí)驗(yàn)資料，如相對(duì)分子質(zhì)量、物理常數(shù)、紫外光譜、核磁共振波譜及如相對(duì)分子質(zhì)量、物理常數(shù)、紫外光譜、核磁共振波譜及質(zhì)譜等數(shù)據(jù)才能正確判斷其結(jié)構(gòu)。質(zhì)譜等數(shù)據(jù)才能正確判斷其結(jié)構(gòu)。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院l 準(zhǔn)備工作準(zhǔn)備工作 在進(jìn)行未知物光譜解析之前，必須對(duì)樣品有透徹的了在進(jìn)行未知物光譜解析之前，必須對(duì)樣品有透徹的了解，例如樣品的來(lái)源、外觀，根據(jù)樣品存在的形態(tài)，選擇解，例如樣品的來(lái)源、外觀，根據(jù)樣品存在的形態(tài)，選擇適當(dāng)?shù)闹茦臃椒ǎ蛔⒁庖暡鞓悠返念伾馕兜龋鼈冏?/p>

44、適當(dāng)?shù)闹茦臃椒ǎ蛔⒁庖暡鞓悠返念伾馕兜龋鼈冏⊥桥袛辔粗锝Y(jié)構(gòu)的佐證。還應(yīng)注意樣品的純度以及樣往是判斷未知物結(jié)構(gòu)的佐證。還應(yīng)注意樣品的純度以及樣品的元素分析及其它物理常數(shù)的測(cè)定結(jié)果。元素分析是推品的元素分析及其它物理常數(shù)的測(cè)定結(jié)果。元素分析是推斷未知樣品結(jié)構(gòu)的另一依據(jù)。樣品的相對(duì)分子質(zhì)量、沸點(diǎn)、斷未知樣品結(jié)構(gòu)的另一依據(jù)。樣品的相對(duì)分子質(zhì)量、沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、折光率、旋光率等物理常數(shù)，可作光譜解釋的旁證，熔點(diǎn)、折光率、旋光率等物理常數(shù)，可作光譜解釋的旁證，并有助于縮小化合物的范圍。并有助于縮小化合物的范圍。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥

45、工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院l 確定未知物的不飽和度確定未知物的不飽和度 由元素分析的結(jié)果可求出化合由元素分析的結(jié)果可求出化合 物的經(jīng)驗(yàn)式，由相對(duì)物的經(jīng)驗(yàn)式，由相對(duì)分子質(zhì)量可求出其化學(xué)式，并求出不飽和度。分子質(zhì)量可求出其化學(xué)式，并求出不飽和度。 從不飽和從不飽和度可推出化合物可能的范圍。度可推出化合物可能的范圍。 不飽和度是表示有機(jī)分子中碳原子的不飽和程度。計(jì)不飽和度是表示有機(jī)分子中碳原子的不飽和程度。計(jì)算不飽和度算不飽和度 的經(jīng)驗(yàn)公式為：的經(jīng)驗(yàn)公式為： =1+n4+(n3-n1)/2 式中式中n4、n3、n1分別為分子中所含的四價(jià)、三價(jià)和一價(jià)元分別為分子中所含的四價(jià)、三價(jià)和一價(jià)元素原子的數(shù)目素

46、原子的數(shù)目。 二價(jià)原子如二價(jià)原子如S、O等不參加計(jì)算等不參加計(jì)算。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院當(dāng)計(jì)算得：當(dāng)計(jì)算得： =0時(shí)，表示分子是飽和的，應(yīng)在時(shí)，表示分子是飽和的，應(yīng)在 鏈狀烴及其不含鏈狀烴及其不含雙鍵的衍生物雙鍵的衍生物。 當(dāng)當(dāng) =1時(shí)，可能有一個(gè)時(shí)，可能有一個(gè)雙鍵或脂環(huán)雙鍵或脂環(huán)； 當(dāng)當(dāng) =2時(shí)，可能有時(shí)，可能有 兩個(gè)雙鍵和脂環(huán)兩個(gè)雙鍵和脂環(huán)，也可能有一個(gè)，也可能有一個(gè) 叁鍵叁鍵； 當(dāng)當(dāng) =4時(shí)，可能有一個(gè)時(shí)，可能有一個(gè)苯環(huán)苯環(huán)等。等。School of Chemical Engineering,

47、HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院l 官能團(tuán)分析官能團(tuán)分析 根據(jù)官能團(tuán)的初步分析可以排除一部分結(jié)構(gòu)的可能性，根據(jù)官能團(tuán)的初步分析可以排除一部分結(jié)構(gòu)的可能性，肯定某些可能存在的結(jié)構(gòu)，并初步可以推測(cè)化合物的類(lèi)別。肯定某些可能存在的結(jié)構(gòu)，并初步可以推測(cè)化合物的類(lèi)別。 在紅外光譜官能團(tuán)初審申八個(gè)較重要的區(qū)域列表如下在紅外光譜官能團(tuán)初審申八個(gè)較重要的區(qū)域列表如下: School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院 根據(jù)上表可以粗略估計(jì)可能存在的基團(tuán)，并推測(cè)其可根據(jù)上表可以粗略估計(jì)可能存在的基團(tuán)，并推測(cè)其可能的化合物類(lèi)別

48、，然后進(jìn)行紅外的圖譜解析。能的化合物類(lèi)別，然后進(jìn)行紅外的圖譜解析。l 圖譜解析圖譜解析 圖譜的解析主要是靠長(zhǎng)期的實(shí)踐、經(jīng)驗(yàn)的積累，至今圖譜的解析主要是靠長(zhǎng)期的實(shí)踐、經(jīng)驗(yàn)的積累，至今仍沒(méi)有一一個(gè)特定的辦法。一般程序是先官能團(tuán)區(qū)，后指仍沒(méi)有一一個(gè)特定的辦法。一般程序是先官能團(tuán)區(qū)，后指紋區(qū)；先強(qiáng)峰后弱峰；先否定后肯定。紋區(qū)；先強(qiáng)峰后弱峰；先否定后肯定。 首先在官能團(tuán)區(qū)（首先在官能團(tuán)區(qū)（40001300cm-1）搜尋官能團(tuán)的特征）搜尋官能團(tuán)的特征伸縮振動(dòng)，再根據(jù)指紋區(qū)的吸收情況，進(jìn)一步確認(rèn)該基團(tuán)伸縮振動(dòng)，再根據(jù)指紋區(qū)的吸收情況，進(jìn)一步確認(rèn)該基團(tuán)的存在以及與其它基團(tuán)的結(jié)合方式。如果是芳香族化合物，的存在

49、以及與其它基團(tuán)的結(jié)合方式。如果是芳香族化合物，應(yīng)定出苯環(huán)取代位置。最后再結(jié)合樣品的其它分析資料，應(yīng)定出苯環(huán)取代位置。最后再結(jié)合樣品的其它分析資料，綜合判斷分析結(jié)果，提出最可能的結(jié)構(gòu)式，然后用已知樣綜合判斷分析結(jié)果，提出最可能的結(jié)構(gòu)式，然后用已知樣品或標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)照，核對(duì)判斷的結(jié)果是否正確。如果樣品品或標(biāo)準(zhǔn)圖譜對(duì)照，核對(duì)判斷的結(jié)果是否正確。如果樣品為新化合物，則需要結(jié)合紫外、質(zhì)譜、核磁等數(shù)據(jù)，才能為新化合物，則需要結(jié)合紫外、質(zhì)譜、核磁等數(shù)據(jù)，才能決定所提的結(jié)構(gòu)是否正確。決定所提的結(jié)構(gòu)是否正確。School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)

50、院化工學(xué)院烷烴烷烴 3000cmcm-1-1 CH2 對(duì)稱(chēng)伸縮2853cm-110CH3 對(duì)稱(chēng)伸縮2872cm-110 CH2不對(duì)稱(chēng)伸縮2926cm-110 CH3不對(duì)稱(chēng)伸縮2962cm-110 C-H伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng)School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院甲基甲基變形振動(dòng)變形振動(dòng)CH3 s s13801380 cmcm-1-1asas1460 cm1460 cm-1-1 CH2 s s14651465 cmcm-1-1重疊重疊 HC1385-1380cm-11372-1368cm-1CH3CH3CH3 s s C C

51、C C骨架振動(dòng)骨架振動(dòng) 1:11:11155cm1155cm-1-111701170cmcm-1-1CCH3CH3CH31405-1385cm-11372-1365cm-11:21:21250 cm1250 cm-1-1School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院 亞甲基面外變形振動(dòng)亞甲基面外變形振動(dòng)(CH2)n4n 720 cm-1附近出現(xiàn)較穩(wěn)定的弱吸收峰附近出現(xiàn)較穩(wěn)定的弱吸收峰正庚烷的紅外光譜正庚烷的紅外光譜School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工

52、學(xué)院烯烴烯烴=C-H 伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng): 3300 3095 cmcm-1-1 3080-3030 cmcm-1-1 2900-2800 cmcm-1 -1 3000 cmcm-1 -1 C=C伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng):17001600 cm-1=C-H 變形振動(dòng)變形振動(dòng): 1000650 cmcm-1-1 School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院炔烴炔烴 C-H 伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng): 3300 3200 cmcm-1-1 CC 伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng): 2300 2100 cmcm-1-1( (尖細(xì)尖細(xì), 弱弱) ) School

53、of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院芳烴芳烴C=C伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng): 16501450 cm-1 2至至4個(gè)中到強(qiáng)吸收峰個(gè)中到強(qiáng)吸收峰=C-H 伸縮振動(dòng)伸縮振動(dòng): 3100 3000 cmcm-1-1 較弱較弱=C-H 變形振動(dòng)變形振動(dòng): 1000650 cmcm-1-1 強(qiáng)強(qiáng)甲苯的紅外譜圖甲苯的紅外譜圖770-730 cm-1710-690 cm-1School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院例例1：某化合物為揮發(fā)性液體，化學(xué)式為：某化合物為揮發(fā)性液體，化

54、學(xué)式為C8H14，紅外光譜如圖所示，試推導(dǎo)其結(jié)構(gòu)。紅外光譜如圖所示，試推導(dǎo)其結(jié)構(gòu)。1cm/ CH3(CH2)5CCH解解: 1） =1+8-14/2=2 2）峰歸屬峰歸屬 3）可能的結(jié)構(gòu)可能的結(jié)構(gòu) School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院例例2：推測(cè)純液體推測(cè)純液體C8H8的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)解：解： 1） =1-8/2+8=52）峰歸屬峰歸屬 3）可能的結(jié)構(gòu)可能的結(jié)構(gòu) HC CH2School of Chemical Engineering, HFUT 合肥工業(yè)大學(xué)合肥工業(yè)大學(xué) 化工學(xué)院化工學(xué)院醇和酚醇和酚峰寬，強(qiáng)度大峰寬，強(qiáng)度大,cm32003700:1OH OH 醇醇 1410-1250 cm-1, 弱，用處不大弱，用處不大酚酚 1300-1165 cm-1, 強(qiáng)，用處大強(qiáng)，用處大1OCcm10001260: 醇醇 1100-1000 酚酚 1260School of Chemical Engineerin