红外光谱法定性分析未知化合物结构讲义.docx
红外光谱法定性分析未知化合物结构讲义一、实验目的1.了耨红外光谱区域的划分,了斛纣外光谱吸收的产生条件：2、掌握简垠红外讷图的定性分析：3、常押红外光谱仪的基本原理及构造，了解红外光谙仪的使FH、保养及有关注意事项:4、了解红外光谱的应用.二、实验原理(一)/外光谱概述Wave1.engthinmicrons各注r波长与波数之间的关系为I(波1)/cm,=IO*/(m)(1)缸外光区的划分红外光谱波长范的约为0.751000m,一般换算为波数.根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分为三个区：近红外光区(0.7525m)13158-4000cm1.分子化学健振动的倍频和组合频中红外光区(2.5-25m)4000400cm'.化学他振动的基颇>远红外光区(25-1000m)4()0-1Ocm1,骨架振动，转动(2)缸外光原理红外光谱是分子的振动转动光谱，也是一种分子吸收光谱.当样品受到频率连续变化的红外光照射时,分子吸收了某此频率的辐射，并由其振动或转动引起的偶极矩的冷变化.产生分子振动和游动能组从基态到激发态的跃迁，使相应于这些区域的光透射强度减加.记录红外光的百分透射比或波长关系曲t,我得到红外光谱,从分子的特征吸收可以鉴定化合物和分子结构，进行定性和定收分析e物质的红外光谱是我分r结构的反映.游图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应.通过比较大/已知化合物的红外光谱，发现：组成分子的各种茶团，0H.NHC-H>C=C,C=O和C=C等，都有自己的特定的红外吸收区域.分子的其它部分对其吸收位置影响较小.通常把这种能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱帚称为基团频率,其所在的位置一般又称为特征吸收蜂.>特征区：4000-135OemI而领区尤谱与茶团的时应关系强>指为:区：135(1.4U()cm低频区光谱与基团不能一-对应,其价值在于表示整个分子的特征.(3)it外光产生的条件以HzO和COa分子为例.它们的红外谱图产生情况如图所示:图3CO7分手的振动红外光谱产生的条件：(1)辐射应具力.能满足物旗产生振动跃迂所能的能业；2)辐射与物旗间有相互偶合作用。对于对称分子：没有偶极矩，相射不能引起共振,无红外活性.如：N2,O?、Ch等，非对称分子:有供极矩，红外活性.分子中基团的基本振动形式：伸缩振动和变形振动.O,:2926cm,O.1.：2853c-*v;1306-1303ca,1.1.1.2S0c,rH68c,P：720c,（强吸收S）（弱吸收吟（中等强收DMcHi（亚甲历）的伸缩报动和变形报助（4）缸外光谱图的三要索峰位：分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光波谱的一定范用。峰强：纤.外吸收峰的强度取决于分子振动时粥板矩的变化,振动时分子偶极矩的变化越小,谱帝强度也就越弱，,般说来，极性较强的基团c=o,c-x振动，吸收强度较大：极性较弱的艇团（如C=c.NC等）振动,吸收强度较弱.蜂形：不同基团的某一种振动形式可能会在同一频率范围内描有红外吸收,如-OH、NH的伸缩振动峥都在34OO32OOCm1.但：打峥形状有显著不同。此时峰形的不同有助于官能团的睡别.（5）打外光谱的带点和主要用途一般的红外光i普是指2.5-50母米（对应波数4000-200CmD之间的中红外光谱，这是研究有机化合物最弗.用的光谱区域.红外光谱法的特点是：快速、样品盘少（几微克-几意克）特征性强（各种物质有其特定的红外光谱图）、能分析各种状态（气、液、固）的试样以及不破坏样品，应用莅阳广（除单原子分子及单核分子外,几乎所有有机物均有红外吸收）,能更为精细的表征分子结构（通过红外光谱的波数位置、波嶂数目及强度确定分子基团、分子结构，分析速度快.红外光谱仪是化学、物理、地物、生物、医学、妨税、环保及材料科学等的重要研究工具和测试手段,而远红光谱更是研究金由配位化合物的理要手段.对于农药组份、土壤衣面水份、IU间二氧化碳含收的测定和谷物油料作物及肉类食品中馍白质、脂肪和水份含址的测定，红外光谱法是较好的分析方法。（二）傅里叶变换红外光谱仪的原理红外光谐仪的种类有：I）楂设和光栅光谱仪，属于色做型，它的单色器为核设或光栅，加单通道测球。2傅里叶变换红外光谱仪。它是非色故里的，其核心部分是一台双光束干涉仪.现在使用的主要是傅里叶变换红外光谱仪.（I）傅里叶交换红外光谱仪的工作原理傅里叶变换红外光谱仪的工作原理是：光源发出的相射经干涉仪转变为干涉光.通过试样后,包含的光信息稀要经过数学上的傅里叶变换解析成件通的谱图。特点；扫描速率极快（IS），适合仪器联用;不需要分光，信号强,英欢度很高：仪器小巧.图5博里叶红外光谱仪工作原理图中光源发出的光被分束器分为两束，束经反射到达动镜，另束经透射到达定设,两束光分别经定镜和动镜反射再回到分束涔.动饿以一恒定速度Vm作H线运动.因而经分束携分束后的两束光形成光程差5,产生干涉，干涉光在分束器会合后通过样品池，然后被检测，（2）傅里叶交换红外光谱仪的制样方法I）固体样品压片法：KZ1.-2mg的样品在玛瑙研体中研磨成细检末与干燥的浜化钾（A.R.级粉末（约1.（K）mg.粒度200目混合均匀，装入模具内.在压片机上压制成片测试.糊状法:在玛盛研钵中，将干燥的样品研磨成细粉末。然后滴入12滴液体石蜡混研成射状，馀于KBr或NaC1.晶片上测试.溶液法：把样品溶解在适当的溶液中，注入液体池内测试.所选择的溶剂应不腐蚀池窗，在分析波数范围内没有吸收，井对溶质不产生溶剂效应。一般使用OJmm的液体池，溶液浓度在10%左右为宜。2）液体样品液JR法：油状或粘楣液体，II接涂于KBr晶片上溯试.流动性大，沸点低（0OO°C的液体，可央在两块双化钾晶片之间或出接注入厚度适当的液体池内测试.对极性样品的清洗剂一股用CHC1.i,非极性样品清洗剂一般用CCh.对于水溶液样品，可用彳i机溶剂萃取水中的有机物，然后将溶剂挥发干，所留下的液体涂于KBr晶片上测试:囚体则用KBr压片法测试.应特别注意含水的样品不能直接注入KBr或NaC1.液体池内测试.3）气体样品直接注入气体池内测试，4）塑料、一物样品溶液涂,膜：把样品溶于适当的溶剂中，然后把溶液一滴滴的酒加在KBr晶片上，待溶剂挥发后把留在晶片上的液朕进行测试.溶液制膜：把样品溶适当的溶剂中，制成稀溶液，然后例在玻璃片上恃溶剂挥发后，形成，薄腹（厚度最好在0.01-005mm）,用刀片刹离.薄膜不易刹肉时,可连同玻璃片-起浸在蒸慵水中,待水把薄膜湿润后便可剥离.这种方法溶剂不易除去，可把刷好的薄媵放置12天后再进行测试.或用低沸点的溶剂萃取掉残用的溶剂，这种溶剂不能溶解高Se物，但能和原溶剂混溶。5）其它样品对于一些特殊样品，如:金讽表面镀膜，无机涂料板的微反射率和反射率的测试等，则要采用特殊附件，如：ATR.DR.SR等附件。三、实验所需物品I.实险仪器：日本岛津FnR-840OS2、实验药品：浜化钾、乙酹、特测未知固体3、其他物品：打孔纸片、棉花、玛珊研钵、勺子、银子等四、实睑步SII.先打开主机开关（FTIR-840OS）开关，再打开电腼,2*电脑联机.双击红外图标一点击mcasu11:一再点击mc$tIrCmentT下拉,再点击Ini1.iaIiZC（右边窗口有两个绿灯亮），表明仪涔连接成功。3、参数设置.在解能的右F方选择Data»MeasurementM<1.c选择T%（%Tramsmittanc）.ApodiZation选择Happ-Gcnzc1.No.ofscans选择20Reso1.ution选择4.0Range（cm"niin.选择40（）,max.选择4（MX）.4、背景谱图扫描，大约取100mg的KBr放入玛瑙研钵研惬，细度2m左右即可，使用纸片压样,将适盘的磨好的KBr放入纸孔,选择压力78KN左右加压（压力一定要选择适当）,保质IoS左右.取出压好的KBr片放入模具，并挂在主机的悦口上，点击measure-点击BKG一确定，此时仪器扫描背景图.等解播出现上下两个图即背景图扫描完毕。5.样品谱图扫描.制备样品,参考原理里的傅里叶变换红外光谱仪的制样方法-固体样品一味片法.取出压好的样品片放入模具，并挂在主机的商口上，点击measuRr点击SamP1.eT确定，此时仪器扫描样品谱图.待解能出现上下两个图即冽试完毕.6、保存谱图.在FiIC下拉EXPortT保存类型选择ASCMSimPICTC窜（Fxt）,怆入文件名，选择存入路径,保存。7.密贝数据或打印谱图.8、分析实验谐图.（要求：写出备峥的归属，并推测本知样品含有的M团及分子结构）五、注意事项I.测定时实脸室的温度应在I53OC,相对湿度应在65%以卜.2、如所用的是舱光束型博里叶红外分光光度计（目前应用最多.实验室里的CO?含Jft不能太高,因此实蛤室里的人数应尽最少，无关人员最好不要进入，还要注意适当通风换气。3、质片法时取用的供试品Jft般为1.-2mg,因不可能用天平林量后加入,并且每种样品的对纣外光的吸收程度不一致，故常凭经验取用.股要求所得的光谱图中绝大算数吸收峰处于IO%8O%透光率范用在内,最强吸收峰的透光率如太大（如大于30%）,则说明取样量太少；相反，如最强吸收峥为接近透光率为0%,且为平头嶂，则说明取样属太多，此时均应诩整取样fit后曳新测定.4、压片时KBr的取用砒一般为100n唁左右（也是线经验），应根据制片后的片厚度来控制KBr的房,一般片厚度应在OJmm以卜，斗度大于SSmm时，常可在光谱上观察到干涉条纹，对供试品光谱产生干扰.5,压片时，应先取供试品研细后再加入KBr再次研细研匀，这样比较容易混匀。研磨所用的应为玛瑙研体.因玻璃研钵内表面比较粗糙.易粘附样品.6、待测样M及涉及测试的器皿和模具均需充分干燥处理.为了防潮.宜在红外干燥灯下操作.六、思考题1测试红外光谐选用KBr制样，KBr的作用是什么?用泡化钾压片时应注意什么？选用KBr制样有何优缺点？可以用其他物质替代吗？2、用红外光讷仪测试样丛时为什么要先测试背景？3、用压片法制样时，为什么要求研磨到颗粒度在2m左右？研磨时不在红外灯下操作，谱图上会出现什么情况?
