波谱分析实验讲义

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1、波谱分析实验讲义东北大学2009年3月实验一红外光谱实验红外光谱(InfraredSpectroscopy)简称IR。从50年代初以來，红外光谱已广泛用于有机分析。作为一•种吸收光谱，红外光谱主要用来迅速鉴定分子中含有哪些官能团，以及鉴定两个有机化合物是否相同。用红外光谱和其它儿种光谱技术结合，可以在较短时间内完成一些复杂未知物结构的测定。原讲议论屮介绍了510PFT-IR红外光谱仪，这里介绍JDSpectrumOne红外光谱仪。1红外基本原理当红外光照射化合物分子时，部分光被吸收，并引起化合物分子振动和转动能级的跃迁而形成的分子吸收光谱称为

2、红外光谱。红外光谱是测量一个有机化合物所吸收的红外光的频率和波长。一般常用的电磁光谱的红外区域的频率范忤I是4000-650cm"(波数)，或用波长表示为2.5-15(im,也称中红外区。波长常用的单位是微*(

3、im),lkm=10-6m；频率则常用波数來表示，它与波长的关系为:v=l/2xl04所对应的能量范围为41.86-4.186KJ/mol,相当于分子振动能级跃迁所需要的能量。分子吸收红外光能，使分子的振动由基态激发到高能态，产生红外吸收光谱。由于分子振动能级跃迁的同时，伴随着转动能级的跃迁，因此吸收峰为宽的谱带而不是类似原子吸收光谱

4、屮的尖锐的峰线。由于仪器和操作条件不同，红外光谱屮吸收峰的强度也有所差异，但其相对强度一般是可靠的。有机分了不是刚性结构，组成分了的原了很像曲弹簧连接起來的一组球的集合体，弹簧的强度相应于各种强度的化学键，大小不等的球相应于各种质量不同的原子。分子屮存在着两种基木振动形式，即伸缩振动和弯曲振动。伸缩振动伴随着键长的伸长和缩短，需要较高的能量，往往在高频区产生吸收；弯曲振动(或变角振动)包括面内弯曲和面外弯曲振动，伴随着键角的扩大或缩小，需要较低的能量，通常在低频区产生吸收。分子屮齐种振动能级的跃迁同样是量了化的，并且在红外区内。如果用频率连续

5、改变的红外光照射分子，当分子中某个化学键的振动频率和红外光的振动频率相同时，就产生了红外吸收。需要指出的是并非所有的振动都会产生红外吸收，只有那些偶极矩的大小和方向发生变化的振动，才能产生红外吸收，这称为红外光谱的选择规律。如果我们忽略分子的其它部分，把个别的化学键看成是用弹簧连接起來的质量为m,和】血的两个小球，弹簧的质量忽略不计，这样就可以近似地把双原子的伸缩振动看作是简谐振动，从而利用双原子的振动公式來理解化学键的振动。其振动频率以波数表示为：v=l/2^(l/m1)+(l/m2)],/2其中c为光速，k为键的力常数，mpm2为原子的质

6、量。将im，g换算成原子的相对原子质量M

7、,M2,并将兀，c的值代入，得到：i/=1303[K(l/M]+1/必2)]“其屮K=kx10'5dyn/cm(1dyn=107N/m)o可以看出，(/M/+/M2)或1<的值愈大，“的数值也愈大，即吸收带的频率越高。力常数(K)值的人小与键能和键氏有关，键能愈大，键长愈短，K值愈人。由于伸缩振动与力常数成正比，所以它们的红外吸收光谱分别在1200・800cm",1680・1620cm",2260-2100cm1区域范圉内出现。从公式也可以看出，原子质量愈轻，振动愈快，频率愈高。组成O・H,N-H

8、,C・H键的原子中都有一个相对原子质量最小的氢，因此，这些键的伸缩振动出现在频率较高的区域(3700-2850cm_1)o2SpectrumOne红外光谱仪的工作原理红外光谱仪经历了棱镜型、光栅型以及傅利叶变换型三个发展阶段，Fl前广泛使用的是傅利叶变换型的红外光谱仪。SpectrumOne红外光谱仪，是出美国釦金埃尔默公司生产的傅利叶变换型红外光谱仪，其工作原理见图2-41,它是利用迈克尔逊干涉仪将一束红外光变为干涉光，当它被待测物体吸收后，由TGMS检测仪检测吸收后的干涉光，并由计算机进行傅利叶变换计算，把干涉光谱转变为红外光谱。Spec

9、trumOne红外光谱仪，光路图见图图1-2。11红外光源迈克尔逊干涉仪图1-2SpectrumOne红外光谱仪光路图由于傅利叶变换型红外光谱仪是直接测定红外干涉光谱，而不是测定不同频率的红外光，从而省去了传统的红外光谱“扫描过程"，因而测定时间短，测定能量输出高，对样品的制备需求不太高。3样品测定方法测定液体样品最简便的办法是液膜法。可滴一滴样品夹在两个盐片之间使之成为极薄的液膜，用于测定。滴入样品后应将盐片压紧并轻轻转动，以保证形成的液膜无气泡；也可将液体放入样品池中进行测定，或者将待测样品夹于两层聚乙烯薄膜之间，但这种方法对2900cn

10、?、1465cm'1和1380cm"吸收峰产生干扰,仅当无需关注CH3和CH?基团时,才可以用此方法。固体样品的测定可用两种方法，一种叫石蜡油研糊法。将约2~3mg