第八章 红外光谱分析法3
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红外光谱分析红外光谱与分子的结构密切相关,是研究表征分子结构的一种有效手段,与其它方法相比较,红外光谱由于对样品没有任何限制,它是公认的一种重要分析工具。
在分子构型和构象研究、化学化工、物理、能源、材料、天文、气象、遥感、环境、地质、生物、医学、药物、农业、食品、法庭鉴定和工业过程控制等多方面的分析测定中都有十分广泛的应用。
红外光谱可以研究分子的结构和化学键,如力常数的测定和分子对称性等,利用红外光谱方法可测定分子的键长和键角,并由此推测分子的立体构型。
根据所得的力常数可推知化学键的强弱,由简正频率计算热力学函数等。
分子中的某些基团或化学键在不同化合物中所对应的谱带波数基本上是固定的或只在小波段范围内变化,因此许多有机官能团例如甲基、亚甲基、羰基,氰基,羟基,胺基等等在红外光谱中都有特征吸收,通过红外光谱测定,人们就可以判定未知样品中存在哪些有机官能团,这为最终确定未知物的化学结构奠定了基础。
由于分子内和分子间相互作用,有机官能团的特征频率会由于官能团所处的化学环境不同而发生微细变化,这为研究表征分子内、分子间相互作用创造了条件。
分子在低波数区的许多简正振动往往涉及分子中全部原子,不同的分子的振动方式彼此不同,这使得红外光谱具有像指纹一样高度的特征性,称为指纹区。
利用这一特点,人们采集了成千上万种已知化合物的红外光谱,并把它们存入计算机中,编成红外光谱标准谱图库,人们只需把测得未知物的红外光谱与标准库中的光谱进行比对,就可以迅速判定未知化合物的成份。
下面将对红外光谱分析的基本原理做一个简单的介绍。
红外吸收光谱是物质的分子吸收了红外辐射后,引起分子的振动-转动能级的跃迁而形成的光谱,因为出现在红外区,所以称之为红外光谱。
利用红外光谱进行定性定量分析的方法称之为红外吸收光谱法。
红外辐射是在 1800年由英国的威廉.赫谢(Willian Hersher) 尔发现的。
一直到了1903年,才有人研究了纯物质的红外吸收光谱。
红外光谱分析简介红外光谱分析是一种用来研究物质的化学组成和分子结构的分析方法。
通过测量样品对特定波长的红外辐射的吸收情况,可以获得关于样品中官能团和化学键的信息。
红外光谱分析广泛应用于化学、材料科学、药学以及生物科学等领域。
原理红外光谱分析是基于物质分子与特定波长的红外光相互作用的原理。
红外光的频率范围在可见光和微波之间,对应的波长范围为0.78-1000 μm。
物质分子吸收红外辐射的能量与分子振动和转动有关。
不同官能团和化学键的振动和转动模式对应不同的红外光谱峰。
仪器原理红外光谱仪是用来获得红外光谱的仪器。
一般由光源、样品室、光学系统和检测器组成。
光源通常使用红外灯或红外激光器,产生红外光。
样品室用于放置样品,通常使用红外透明的材料制成,如钾溴化物(KBr)窗片。
光学系统用于收集经过样品的红外光并分离不同波长的光。
检测器用于测量通过光学系统的红外光的强度。
样品制备在进行红外光谱分析之前,需要对样品进行适当的处理和制备。
一般情况下,样品制备包括以下几个步骤:1.清洗:将样品表面的杂质和污垢去除,以避免对测量结果的干扰。
2.粉碎:将固体样品研磨成细粉末,以提高样品的均匀性和透明度。
3.混合:对于含量较低的样品,可以将其与适量的基质混合,以提高测量的灵敏度和准确性。
4.压片:将粉碎的样品和基质混合均匀后,使用压片机将其压制成透明薄片。
数据解析红外光谱的数据解析主要包括以下几个步骤:1.基线校正:去除光谱中的基线漂移,使得光谱能够更好地展示样品的吸收特征。
2.峰鉴定:通过与已知化合物的红外光谱进行比对,确定光谱中各个峰的对应官能团或化学键。
3.峰强度分析:根据光谱峰的高度或面积,可以估算出样品中不同官能团或化学键的相对含量。
4.结构分析:根据官能团和化学键的信息,推测样品的分子结构和化学组成。
应用领域红外光谱分析在许多领域有着广泛的应用,包括但不限于:1.化学分析:通过红外光谱分析,可以对化学品进行定性和定量分析,同时也可以用于分析反应过程中的中间产物和副产物。
红外光谱分析简介红外光谱分析(Infrared Spectroscopy)是一种常用的分析技术,用于研究物质的结构和组成。
通过测量物质对红外辐射的吸收和散射情况,可以获取有关分子振动和结构的信息。
红外光谱分析广泛应用于有机化合物的鉴定和定量分析、材料分析、环境和食品安全监测等领域。
原理红外光谱分析基于物质分子的振动和转动产生的谱线。
大部分物质的振动频率位于红外光谱范围内,因此该技术可以用来研究物质的结构和组成。
红外光谱分析的原理可概括为以下几个方面:1.吸收谱线:物质分子在特定波长的红外辐射下,会吸收特定频率的红外光,产生吸收谱线。
不同官能团或结构单位的振动频率不同,因此吸收谱线可以用来识别物质的组成和结构。
2.波数:红外光谱中使用波数来表示振动频率。
波数与波长的倒数成正比,常用的单位是cm-1。
波数越大,振动频率越高。
3.力常数:物质分子中的振动频率受到分子内力的限制,可以通过量化力常数来描述。
力常数与振动能量相关,可以通过红外光谱数据计算得到。
4.傅里叶变换红外光谱(FTIR):FTIR是一种常用的红外光谱仪器,利用傅里叶变换原理将红外辐射的吸收信号转换为频率谱线。
FTIR具有快速、高分辨率和高灵敏度的特点,适用于各种物质的分析。
实验步骤进行红外光谱分析通常需要以下步骤:1.样品制备:将待分析的样品制备成适当形式,如固体样品可以通过压片或混合胶制备成薄片,液体样品可以直接放置在红外吸收盒中。
在制备过程中需要注意去除杂质和保持样品的均匀性。
2.仪器校准:使用已知物质进行仪器校准,确保红外光谱仪的准确性和灵敏度。
校准样品通常是有明确红外光谱特征的化合物,如苯环等。
3.获取红外光谱:将样品放置在红外光谱仪中,启动仪器进行红外辐射的扫描。
扫描过程中,红外光谱仪会记录样品对吸收红外辐射的响应。
得到光谱数据后,可以进行后续的数据处理和分析。
4.数据处理和分析:利用软件工具对得到的光谱数据进行处理和分析。