红外光谱法
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一定频率的红外光辐照能导致被照射物质分子在振动、转动能级上的跃迁。当分子中某些化学键或基团(具有偶极特性)的振动频率与红外辐射的频率一致时,分子便吸收此红外辐射(一种共振吸收)。若以频率连续改变的红外光辐照试样,由于试样对不同频率的红外光的吸收不同,便得到以吸光度 A 或透光率 T 为纵坐标,红外辐射波数或波长为横坐标的红外光谱图。
一个分子的振动涉及到多个原子的共同运动,它分为延着化学键的伸缩和弯曲两类振动方式。其振动频率主要决定于原子的质量与化学键的强度。质量越小,化学键越强,则振动频率越高。因此不同官能团或基团将有其特征频率区。例如,— OH 基团在 3650 ~ 3200cm - 1 区间有强宽峰,同时,在 1400 ~ 1260cm -1 出现弱峰;— NH 基团在 3500 ~ 3100cm - 1 处有强峰,还在 1650 ~ 1550cm - 1 处出现弱峰; 基团在 1700cm - 1 左右有强峰,— CH 3 ,— CH 2 ,基团在 2960cm - 1 , 2850cm - 1 有强峰,同时在 1450cm -1 , 1375cm - 1 有强峰等。图 14 - 12 是戊酮的红外光谱图。图中从 1300 ~ 4000cm - 1 的频率范围内可以清楚地看到— CH 3 ,— CH 2 —与 基团的 C — H , CO 键的伸缩 振动的吸收峰。人们通常将此范围内的谱峰称为官能团区的谱峰,它对于了解所测定的化合物内的官能团十分重要。而在 1300 ~ 600cm - 1 范围内的谱峰特征性更强,由于此区的谱峰犹如人手的指纹,故称为指纹区谱带。指纹区谱带比较复杂,辨认起来比较困难。结构分析时就是利用确定了的、所存在的化学基团来推测鉴定未知物的结构组成。
红外光谱仪常用硅碳棒等在高温下作为红外光源。它所发生的红外光透过样品池(常用 NaCl 晶片做成)进入光学单色器和检测器,最后用记录器记录下红外光谱。目前傅里叶变换红外( FT - IR )光谱仪已相当普及,可使测量快速,灵敏度提高。
红外光谱法的 特点与应用范围是:
( 1 ) FT - IR 谱仪的广泛使用使 IR 光谱法灵敏度大大提高,检测限可达 10 -9 ~ 10 - 12 g ;分辨率高,精度可达 0.01cm - 1 。
( 2 )操作方便、快速。
( 3 )广泛用作定性分析。因为化合物分子的微小的结构差异常常可直接反映在 IR 谱图上,所以可应用于有机物及无机物的结构分析,尤其常应用于鉴定有机分子中的官能团。也可把红外与其它仪器分析法配合起来使用进行结构分析。