红外光谱样品测试及图谱解析技巧
一、样品制取
1、固体粉末样品制备
(1)卤化物压片法:基质有氯化钠、溴化钾、氯化银、碘化铯,最常用的是溴化钾,压成直径13mm,厚度0.5mm的薄片,溴化钾与样品的比例为100:1(样品约1-2mg) 注意:溴化钾必须干燥 溴化钾研磨很细 控制溴化钾与样品的比例
适用:可以研细的样品,但对于不稳定的化合物,如发生分解、异构化、升华等变化的化合物不宜使用压片法。 注意样品的干燥,不能吸水.
(2)糊剂法: 取2mg样品与 1滴石蜡油研磨后,涂在溴化钾窗片上测量。
适用:对于吸水性很强、有可能与溴化钾发生反应的样品 注意:要扣除石蜡油的吸收峰
2、橡胶、油漆、聚合物的制样
一般采用薄膜法,膜的厚度为10-30μm,且厚薄均匀。
常用的成膜法有3种:
(1)熔融成膜 :适用熔点低、熔融时不分解、不产生化学变化的样品
(2)热压成膜 :适用热塑性聚合物,将样品放在膜具中加热至软化点以上压成薄膜
(3)溶液成膜 :适用可溶性聚合物,将样品溶于适当的溶剂中,滴在玻璃板上使溶
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剂挥发得到薄膜 3、液体样品的制备
(1)沸点较高,粘度较大的液体样品,取2mg或一滴样品直接涂在KBr窗片上进行测试 (2)沸点较低及粘度小、流动性较大的高沸点液体样品放在液体池中测试 (3)液体池是由两片KBr窗片和能产生一定厚度的垫片所组成 切记不得有水 4、气体样品的制备
(1)气体样品采用气体池,直接测试;
(2)浓度高的样品,采用光程短的气体池,或者减小压力,或者用氮气或氦气进行稀释; (3)对于浓度低至PPM或PPB量级的样品,采用光程长的气体池以及更高灵敏度的MCT检测器。
常规气体池:长度100mm,直径30-40mm,由窗片和玻璃筒密封而成
小体积气体池:池的直径较小,适用于样品量少的气体
长光程气体池:最长有1000m,适用于ppm级极稀浓度样品的测试
高温、低温、加压气体池:适用于高温、低温、高压气体的特殊研究
二、红外光谱解析技巧
1、分子结构对基团吸收谱带位置的影响
在双原子分子中,基团的吸收不是固定在某一个频率上,而在一定范围内波动。 如:C-H的伸缩振动频率受到与这个碳原子邻接方式的影响
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C-C-H: 3000-2850cm-1 C=C-H: 3100-3000cm-1 C≡C-H: 3300 cm-1附近
外部条件对吸收的影响有:物态效应、晶体状态和溶剂效应。 主要讨论分子结构的影响因素有以下7个方面: (1) 诱导效应(I效应)
基团邻近带有不同电负性的取代基时,由于诱导效应引起分子中电子云分布的变化,从而引起键力常数的改变,使基团吸收频率变化。
吸电子基团(-I效应)使邻近基团吸收波数升高(吸-高) 给电子基团(+I效应) 使邻近基团吸收波数降低(给-低) 如:化合物 (υC=O/cm-1)
CH3-CO-CH3 CH2Cl-CO-CH3 1715 1724 Cl-CO-CH3 Cl-CO-Cl F-CO-F 1806 1828 1928 相同的吸电子取代基越多,则波数升高越多 取代基吸电子性(电负性)越强,则波数升高越多 (2) 共轭效应(C效应)
在有不饱和键存在的化合物,共轭体系经常会影响基团吸收频率。 共轭体系有:“π-π”共轭和“p-π”共轭。
基团与给电子基团共轭,使基团的吸收频率降低 如:化合物 υC=O/cm-1
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CH3-CO-CH3CH3-CH=CH-CO-CH3Ph-CO-Ph 1715 1677 1665 (3) 振动偶合与费米(Feimi)共振
如果一个分子内邻近的两个基团位置很靠近,它们的振动频率几乎相同,并有相同的对称性,就会偶合产生两个吸收带,这叫振动偶合。在许多化合物中都可以发生这种现象。(6种情况)
一个碳原子上含有两个或三个甲基,则在1385-1350cm-1出现两个吸收带。 酸酐上两个羰基互相偶合产生两个吸收带
酸酐的υC=O谱带
酸 酐 乙酸酐 己酸酐 苯甲酸酐 υC=O/cm-1 1825,1748 1820,1760 1780,1715 酸 酐 丁二酸酐 戊二酸酐 邻苯二甲酸酐 υC=O/cm-1 1865,1782 1802,1761 1845,1775 二元酸两个羰基之间只有1-2个碳原子时,会出现两个vC=O,相隔3个碳原子以上则没有这种偶合。 如:化合物 vC=O/cm-1
HOOCCH2COOH HOOC(CH2)2COOHHOOC(CH2)nCOOH 1740, 1710 1780, 1700 N≥3时 只有一个vC=O
具有R-NH2和R-CONH2 结构的化合物,有两个υN-H。这也是区分伯、仲、叔胺的有效方法,氮上有几个氢,3300-3500cm-1就有几个峰。酰胺中由于δN-H 与υC-N偶合产生酰胺Ⅱ和Ⅲ带。酰胺Ⅱ带在1570-1510cm-1, 酰胺Ⅲ带在1335-1200cm-1 .
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ORHNH CFermi共振
当一个倍频或合频靠近另一个基频时,则会发生偶合,产生两个吸收带。一般情况下,一个频率比基频高,而另一个比基频低,这叫Fermi共振。
如:正丁基乙烯基醚中ω=CH(810cm-1)的倍频与υC=C发生Fermi共振, 出现两个强的谱带在1640,1613cm-1。
COCHCH2O
环戊酮分子中υC=O出现两个吸收带1746,1728cm-1,这是由于羰基的伸缩振动与环的呼吸振动(889cm-1)的倍频间发生Fermi共振所致。 (4)张力效应
与环直接连接的环外双键(烯键、羰基)的伸缩振动频率,环张力越大其频率越高。 如:υC=O/cm-1
OOo
1718 1751 1775
环内双键,张力越大,伸缩振动频率越低(环丙稀 例外)。
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