红外光谱

实验编号 CA393012

实 验 指 导 书

实验项目： 红外光谱的测定

所属课程: 实验化学3-2

课程代码: CA393

面向专业: 化学

学院(系): 化学化工学院

实 验 室: 基础化学实验中心

代号: 11101

2007 年 2 月 18 日 - 2 - 一、 实验目的

1. 掌握红外光谱分析的基本原理。

2. 学习傅立叶红外光谱仪的工作原理及使用方法。

3. 对各种羰基在不同有机化合物中的红外吸收频率进行比较，说明取代效应和共轭效应所起的作用。

二、 实验内容

通过苯甲酸进行制样，然后进行红外光谱的扫描，并得到图谱。

三、 实验示意图

四、 实验用主要仪器设备、消耗品

仪器设备名称 规格 消耗品名称 规格

傅立叶红外光谱仪 苯甲酸

玛瑙研钵 - 3 - 压片机

计算机

五、 实验原理及原始计算数据、所应用的公式

分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。

红外吸收光谱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，分子吸收某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。

红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）。因此，除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。多原子分子的红外光谱与其结构的关系，一般是通过实验手段获得。即通过比较大量已知化合物的红外光谱，从中总结出各种基团的吸收规律。

红外光谱口诀

红外可分远中近，中红特征指纹区， 1300来分界，注意横轴划分异。

看图要知红外仪，弄清物态液固气。 样品来源制样法，物化性能多联系。

识图先学饱和烃，三千以下看峰形。 2960、2870是甲基，2930、2850亚甲峰。

1470碳氢弯，1380甲基显。 二个甲基同一碳，1380分二半。

面内摇摆720，长链亚甲亦可辨。

烯氢伸展过三千，排除倍频和卤烷。 末端烯烃此峰强，只有一氢不明显。

化合物，又键偏，～1650会出现。 烯氢面外易变形，1000以下有强峰。

910端基氢，再有一氢990。 顺式二氢690，反式移至970；

单氢出峰820，干扰顺式难确定。

炔氢伸展三千三，峰强很大峰形尖。 三键伸展二千二，炔氢摇摆六百八。

芳烃呼吸很特征，1600～1430。 1650～2000，取代方式区分明。

900～650，面外弯曲定芳氢。 五氢吸收有两峰，700和750；

四氢只有750，二氢相邻830； 间二取代出三峰，700、780，880处孤立氢

醇酚羟基易缔合，三千三处有强峰。 C－O伸展吸收大，伯仲叔醇位不同。

1050伯醇显，1100乃是仲， 1150叔醇在，1230才是酚。

1110醚链伸，注意排除酯酸醇。 若与π键紧相连，二个吸收要看准，

1050对称峰，1250反对称。 苯环若有甲氧基，碳氢伸展2820。

次甲基二氧连苯环，930处有强峰， 环氧乙烷有三峰，1260环振动，

九百上下反对称，八百左右最特征。 缩醛酮，特殊醚，1110非缩酮。

酸酐也有C－O键，开链环酐有区别， 开链强宽一千一，环酐移至1250。

羰基伸展一千七，2720定醛基。 吸电效应波数高，共轭则向低频移。

张力促使振动快，环外双键可类比。

二千五到三千三，羧酸氢键峰形宽， 920，钝峰显，羧基可定二聚酸、

酸酐千八来偶合，双峰60严相隔， 链状酸酐高频强，环状酸酐高频弱。

红外光谱与拉曼光谱的区别

1) 拉曼谱峰比较尖锐，识别混合物，特别是识别无机混合物要比红外光谱容易。

2) 在鉴定有机化合物方面，红外光谱具有较大的优势，主要原因是红外光谱的标准数据库比拉曼光谱的丰富。

3）在鉴定无机化合物方面，拉曼光谱仪获得400cm-1以下的谱图信息要比红外光谱仪容易得多。所以一般说来，无机化合物的拉曼光谱信息量比红外光谱的大。 4）拉曼光谱与红外光谱可以互相补充、互相佐证。

红外光谱与拉曼光谱的比较

1、相同点

对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位移相等，均代表第一振动能级的能量。因此，对某一给定的化合物，某些峰的红外吸收波数与拉曼位移完全相同，红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区，两者都反映分子的结构信息。

2、不同点

（1） 红外光谱的入射光及检测光均是红外光，而拉曼光谱的入射光大多数是可见光 ，散射光也是可见光；

（2） 红外谱测定的是光的吸收，横坐标用波数或波长表示，而拉曼光谱测定的是光的散射，横坐标是拉曼位移；

（3） 两者的产生机理不同。红外吸收是由于振动引起分子偶极矩或电荷分布变化产生的。拉曼散射是由于键上电子云分布产生瞬间变形引起暂时极化，是极化率的改变，产生诱导偶极，当返回基态时发生的散射。散射的同时电子云也恢复原态；

（4） 红外光谱用能斯特灯、碳化硅棒或白炽线圈作光源而拉曼光谱仪用激光作光源； （5） 用拉曼光谱分析时，样品不需前处理。而用红外光谱分析样品时，样品要经过前处理，液体样品常用液膜法和液体样品常用液膜法，固体样品可用调糊法，高分子化合物常用薄膜法，体样品的测定可使用窗板间隔为2.5-10 cm的大容量气体池；

（6） 红外光谱主要反映分子的官能团，而拉曼光谱主要反映分子的骨架主要用于分析生物大分子；

（7） 拉曼光谱和红外光谱可以互相补充，对于具有对称中心的分子来说，具有一互斥规则：与对称中心有对称关系的振动，红外不可见，拉曼可见；与对称中心无对称关系的振动，红外可见，拉曼不可见。

第二节 红外吸收光谱的基本原理

一、分子的振动与红外吸收

任何物质的分子都是由原子通过化学键联结起来而组成的。分子中的原子与化学键都处于不断的运动中。它们的运动，除了原子外层价电子跃迁以外，还有分子中原子的振动和分子本身的转动。这些运动形式都可能吸收外界能量而引起能级的跃迁，每一个振动能级常包含有很多转动分能级，因此在分子发生振动能级跃迁时，不可避免的发生转动能级的跃迁，因此无法测得纯振动光谱，故通常所测得的光谱实际上是振动-转动光谱，简称振转光谱。

1、双原子分子的振动

分子的振动运动可近似地看成一些用弹簧连接着的小球的运动。以双原子分子为例，若把两原子间的化学键看成质量可以忽略不计的弹簧，长度为r（键长），两个原子分子量为m1、m2。如果把两个原子看成两个小球，则它们之间的伸缩振动可以近似的看成沿轴线方向的简谐振动，如图3—2。因此可以把双原子分子称为谐振子。这个体系的振动频率υ（以波数表示），由经典力学（虎克定律）可导出：

C——光速（3×108 m/s）

υ=

K——化学键的力常数（N/m）

μ——折合质量（kg） μ=

如果力常数以N/m为单位，折合质量μ以原子质量为单位，则上式可简化为

υ=130.2

双原子分子的振动频率取决于化学键的力常数和原子的质量，化学键越强，相对原子质量越小，振动频率越高。

H-Cl 2892.4 cm-1 C=C 1683 cm-1

C-H 2911.4 cm-1 C-C 1190 cm-1

同类原子组成的化学键（折合质量相同），力常数大的，基本振动频率就大。由于氢的原子质量最小，故含氢原子单键的基本振动频率都出现在中红外的高频率区。

2、多原子分子的振动 1πμ2cKm1m2m1m2+Kμ(1)、基本振动的类型