实验三 红外吸收光谱
一、实验原理
1. 了解红外吸收光谱和相关的一起操作
2. 学会分析红外吸收光谱
二、实验原理
1. 红外光区的应用
红外光区位于0.8 ～ 1000 μm 波长范围间
近红外区：0.8～2.5μm 中红外区：2.5～50μm 远红外区：50～1000μm
2. 基本原理
将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。
红外吸收光谱是由分子不停地作振动和转动运动而产生的，分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动图形。当分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动方式称简正振动（例如伸缩振动和变角振动）。分子振动的能量与红外射线的光量子能量正好对应，因此当分子的振动状态改变时，就可以发射红外光谱，也可以因红外辐射激发分子而振动而产生红外吸收光谱。分子的振动和转动的能量不是连续而是量子化的。但由于在分子的振动跃迁过程中也常常伴随转动跃迁，使振动光谱呈带状。所以分子的红外光谱属带状光谱。分子越大，红外谱带也越多。如下图：
3. 产生红外的基本条件
必须满足两个条件：
(1)红外辐射光子的能量与分子振动能级跃迁所需能量相同。
(2)辐射与物质间有相互耦合作用（偶极距有变化）
4. 分子振动形式
对于双原子分子，其化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧，其振动类似于简谐振动；
对于多原子分子，振动较为复杂（原子多、化学键多、空间结构复杂），但可将其分解为多个简正振动来研究：伸缩振动ν和变形振动δ
5. 官能团和指纹区
红外谱图中有两个非常重要的区域，分别是4000~1300nm-1的高波数段官能团去和1300nm-1以下的低波数短的指纹区。
⏹ X-H 伸缩振动区：4000~2500nm-1
⏹ 叁键及双键积累区，2500~1900nm-1
⏹ 双键伸缩振动区，1900~1200nm-1
⏹
指纹区
在红外分析中，通常一个基团有多个振动形式，同时产生多个谱峰（基团的特征峰和指纹峰），各类峰之间相互依存，相互佐证。必须通过一系列峰才能证明一个基团的存在。
三、实验内容
1. 实验仪器及原理图
2. 制样
试样应为“纯物质”（>98%），通常在分析前，样品需要纯化；对于GC-FTIR 则无此要求；试样不含有水（水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗）；试样浓度或厚度应适当，以使T 在合适的范围。
⏹ 液体或溶液
沸点低易挥发的样品：用液体池法；
高沸点的样品：液膜法（夹于两盐片KBr 与CaF 2之间）
固体样品可以溶于CS 2或者CCl 4等无强吸收的溶剂中
⏹ 固体
压片法：1~2mg样品+200mgKBr，干燥后研细，压成透明薄片
石蜡糊法：样品研细后与石蜡混合然后夹于盐片之间（石蜡为高碳数饱和烃，因此该法不适用与研究饱和烷烃）
薄膜法：将高分子式样熔融后涂制或压制成膜或者，将样品溶于低沸点溶剂，涂渍于盐片，最后挥发溶剂
⏹ 气体
可在玻璃气槽内进行，它的两端沾有红外透光的NaCl 和KBr 窗片。使用时，先将气槽抽空，再注入样品气体
四、实验结果
1. 苯酚的红外吸收谱图：
3390nm-1处对应的是羟基的伸缩振动峰；1500nm-1与1600nm -1左右的三个峰位苯环上的C=C骨架振动；756nm -1,692nm -1为苯环的单取代峰
2. 苯甲酸的红外吸收光谱图
transmittance
3000nm -1与3100nm -1左右的三重峰代表了甲基和亚甲基的对称与反对称伸缩振动；1683nm -1处为C=O的共轭酮的峰；1500nm -1与1600nm -1处为苯环骨架的振动；1345nm -1处为甲基酮中甲基的弯曲振动；1292nm -1处为甲基酮的吸收峰；808nm -1与701nm -1处为苯环带取代的峰
实验三 红外吸收光谱
一、实验原理
1. 了解红外吸收光谱和相关的一起操作
2. 学会分析红外吸收光谱
二、实验原理
1. 红外光区的应用
红外光区位于0.8 ～ 1000 μm 波长范围间
近红外区：0.8～2.5μm 中红外区：2.5～50μm 远红外区：50～1000μm
2. 基本原理
将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。
红外吸收光谱是由分子不停地作振动和转动运动而产生的，分子振动是指分子中各原子在平衡位置附近作相对运动，多原子分子可组成多种振动图形。当分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动方式称简正振动（例如伸缩振动和变角振动）。分子振动的能量与红外射线的光量子能量正好对应，因此当分子的振动状态改变时，就可以发射红外光谱，也可以因红外辐射激发分子而振动而产生红外吸收光谱。分子的振动和转动的能量不是连续而是量子化的。但由于在分子的振动跃迁过程中也常常伴随转动跃迁，使振动光谱呈带状。所以分子的红外光谱属带状光谱。分子越大，红外谱带也越多。如下图：
3. 产生红外的基本条件
必须满足两个条件：
(1)红外辐射光子的能量与分子振动能级跃迁所需能量相同。
(2)辐射与物质间有相互耦合作用（偶极距有变化）
4. 分子振动形式
对于双原子分子，其化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧，其振动类似于简谐振动；
对于多原子分子，振动较为复杂（原子多、化学键多、空间结构复杂），但可将其分解为多个简正振动来研究：伸缩振动ν和变形振动δ
5. 官能团和指纹区
红外谱图中有两个非常重要的区域，分别是4000~1300nm-1的高波数段官能团去和1300nm-1以下的低波数短的指纹区。
⏹ X-H 伸缩振动区：4000~2500nm-1
⏹ 叁键及双键积累区，2500~1900nm-1
⏹ 双键伸缩振动区，1900~1200nm-1
⏹
指纹区
在红外分析中，通常一个基团有多个振动形式，同时产生多个谱峰（基团的特征峰和指纹峰），各类峰之间相互依存，相互佐证。必须通过一系列峰才能证明一个基团的存在。
三、实验内容
1. 实验仪器及原理图
2. 制样
试样应为“纯物质”（>98%），通常在分析前，样品需要纯化；对于GC-FTIR 则无此要求；试样不含有水（水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗）；试样浓度或厚度应适当，以使T 在合适的范围。
⏹ 液体或溶液
沸点低易挥发的样品：用液体池法；
高沸点的样品：液膜法（夹于两盐片KBr 与CaF 2之间）
固体样品可以溶于CS 2或者CCl 4等无强吸收的溶剂中
⏹ 固体
压片法：1~2mg样品+200mgKBr，干燥后研细，压成透明薄片
石蜡糊法：样品研细后与石蜡混合然后夹于盐片之间（石蜡为高碳数饱和烃，因此该法不适用与研究饱和烷烃）
薄膜法：将高分子式样熔融后涂制或压制成膜或者，将样品溶于低沸点溶剂，涂渍于盐片，最后挥发溶剂
⏹ 气体
可在玻璃气槽内进行，它的两端沾有红外透光的NaCl 和KBr 窗片。使用时，先将气槽抽空，再注入样品气体
四、实验结果
1. 苯酚的红外吸收谱图：
3390nm-1处对应的是羟基的伸缩振动峰；1500nm-1与1600nm -1左右的三个峰位苯环上的C=C骨架振动；756nm -1,692nm -1为苯环的单取代峰
2. 苯甲酸的红外吸收光谱图
transmittance
3000nm -1与3100nm -1左右的三重峰代表了甲基和亚甲基的对称与反对称伸缩振动；1683nm -1处为C=O的共轭酮的峰；1500nm -1与1600nm -1处为苯环骨架的振动；1345nm -1处为甲基酮中甲基的弯曲振动；1292nm -1处为甲基酮的吸收峰；808nm -1与701nm -1处为苯环带取代的峰