查看原文
其他

红外光谱的自我介绍

Na+ 铁码头材料资讯 2019-06-30

1F前情提要


1800年,英国物理学家赫谢尔(Herschel)用棱镜使太阳光色散,研究各部分的热效应,发现红色光的外侧具有最大的热效应,当时将它称为“红外线”。1892年,朱利叶斯(Julius)用盐棱镜和电阻温度计测得了20多种有机化合物的红外光谱,开拓了红外光谱研究的新阶段。1905年,库柏伦次(Coblentz)测得了128种有机和无机化合物的红外光谱,红外光谱技术进入了发展的阶段。此后,随着量子力学和计算机技术的发展,红外光谱成为光谱学的一个重要分支,在理论和实践上逐步完善和成熟。


2F身家背景


大家好,我叫分子吸收红外光谱,是在电磁辐射的作用下,分子中原子的振动能级和转动能级发生跃迁时产生的分子吸收光谱。通常大家看到的我是透过率(T/%)对波长(λ/nm)或波数(σ/cm-1)的曲线。


我是电磁波家族的一员,波长在0.78-300µm,人们根据分子能级跃迁类型把我分为三个区域:近红外区(0.76-2.5µm)是倍频及组频跃迁区域;中红外区(2.5-25µm)是大家最熟悉的对有机化合物结构和组成的分析区;远红外区(25-1000µm)是金属-有机键的振动、无机化合物的键振动、晶架振动及分子振动区域。


3F特技:慧眼识官能团


当一束连续波长的红外光照射物质时,物质会吸收一部分光能来实现自己转动或振动能级的跃迁,不同的基团,跃迁需要的能量不同,所以被吸收的波段通过一定的手段记录下来后,就能实现官能团与波长的一一对应关系。


当然,只有分子振动、转动跃迁需要的能量范围在红外光谱频率之间(8.37-41.87KJ/mol)且振动过程偶极矩有变化的化合物才能被识别。


4F常见官能团出峰位置


分子振动分为伸缩振动(v,键长改变,键角不变)和变形振动(δ,键角改变,键长不变)。吸收峰强度与分子偶极矩变化的平方成正比,分子对称度高,振动偶极矩小,产生的谱带就弱;反之则强。而偶极矩变化主要受化学键两端原子间的电负性差、振动形式以及共振、氢键、共轭等因素影响。通常用vs(很强)s(强) m(中强)w(弱)表示吸收强度。



除了官能团的内在因素,其位移也受化学环境的影响:吸电子诱导作用使临近基团波数升高,给电子又到作用使降低;吸电子共轭作用使基团波数升高,给电子共轭作用使降低;除环丙烯外的环内双键,张力越大波数越低,环外双键,张力越大,伸缩振动波数越高;氢键使伸缩振动频率移向低波数(分子间氢键随浓度而变,分子内氢键不随浓度变)。


5F谱图解析小贴士


已知分子式的可先计算不饱和度:Ω=n4+1+(n3-n1)/2 

(n4、n3、n1分别表示分子中含有的四价、三价和一价原子数目,二价原子不参加计算。)


Ω=0时,分子饱和,可能是脂肪烃类;Ω=1时可能有一个双键或脂环;Ω=3时可能是两个双键或脂环,也可能是一个叁键;Ω=4时可能是一个苯环等。


图谱的解析主要是经验的积累,一般遵循着先官能团区再指纹区,先强峰后弱峰,先否定后肯定的原则。还有一个比较重要的参考就是标准谱库:萨特勒(Sadtler)标准红外光谱图、 Sigma Fourier红外光谱图库、Aldrich红外谱图库。高聚物的光谱较之其单体的光谱吸收峰数目少、峰宽钝、强度低,但分子量不同的相同高聚物光谱无明显差异。


6F我还可以甄别无机离子团


红外光谱法可以测定分子的键长、键角,进而推断分子的空间构型,也可以根据所得的键力常数间接得知化学键的强弱。无机化合物的红外光谱主要是由阴离子(团)的晶格振动引起的。阴离子配位后强度会有所下降,反对称伸缩振动吸收峰向低波数位移。表中给出了常见无机阴离子的红外光谱特征吸收。



氢氧化物中无水碱性氢氧化物的OH-伸缩振动频率都在3550-3720 cm-1范围内,阳离子会对OH-的伸缩振动有一定的影响。 KOH羟基的伸缩振动频率为3678 cm-1,NaOH在3637 cm-1,Mg(OH)2为3698 cm-1,Ca(OH)2为3644 cm-1。两性氢氧化物中OH-的伸缩振动偏小,其上限在3660 cm-1。如Zn(OH)2、Al(OH)3分别为3260和3420 cm-1。


此外,某些金属氧化物也会在红外区有特征吸收。MgO、NiO、COO的吸收谱带分别在400、465、400 cm-1。 刚玉结构的M2O3化合物(Al2O3、Cr2O3、Fe2O3等)在低波数具有700-200 cm-1宽谱带,其中Fe2O3的振动频率低于相应的Cr2O3。


7F代理探寻超导奥秘


BCS 理论:电子间除了库伦力的直接作用,还存在以晶格振动为媒介的间接相互作用,当这种相互作用满足一定条件时,电子可以相互吸引,形成 “库珀对”,“库珀对”在晶格当中可以无损耗的运动,产生超导现象。


此理论解释超导存在的关键之处在于晶格振动的作用,而红外光谱能有效反应晶体晶格振动的信息。


8F自我评价


我是一种可以提供官能团信息的绿色、快速、高效的在线分析技术,可以实现固、液、气相样品中化合物鉴定和分子结构表征,样品用量少、可回收。


现在红外显微镜、漫反射傅立叶变换红外光谱技术、衰减全反射傅立叶变换红外光谱技术、光声光谱技术、时间分辨光谱、光热光谱、红外联用技术(GC-FTIR、LC-FTIR、SFC-FTIR等)等分析技术出现了,我会越来越能干的!




“铁码头”作为我国金属材料行业首家电子商务交易综合服务平台,现在正在招募暑期实习哦~想在暑期给自己充电的童鞋们,想施展自己才华的小伙伴们,快向我们飞过来~后台回复“兼职”即可查看详情。



相关阅读:

【干货】超实用!《无损检测大全》2.0版

【干货】最强元素分析方法介绍,必收藏!

漫谈真空镀膜之——PVD


本文图片来自网络,我们致力于推广权威、专业知识,如涉及原作者权益,请联系我们删除。


    您可能也对以下帖子感兴趣

    文章有问题?点此查看未经处理的缓存