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红外吸收光谱法定性分析步骤

发布时间:2018-04-29 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:3724

1.样品来源及性质

了解样品的来源,利用适当分离手段获得纯度达98%以上的纯品,观察样品的颜色、嗅味、物理状态等外观信息。

2.计算不饱和度

由于红外吸收光谱不能得到样品的总体信息(如分子量、分子式等),如果不能获得与样品有关的其它方面的信息,仅利用红外吸收光谱进行样品剖析,在多数情况下是困难的。为此应尽可能获取样品的有机元素分析结果以确定分子式,并收集有关的物理化学常数(如沸点、熔点、折射率、旋光度等),计算化合物的不饱和度。不饱和度表示有机分子中碳原子的不饱和程度,可以估计分子结构中是否有双键、三键或芳香环。计算不饱和度u的经验公式为:

式中,n1、n3和n4分别为分子式中一价、三价和四价原子的数目。通常规定双键(C=C,C=O)和饱和环烷烃的不饱和度u=1,三键的不饱和度u=2,苯环的不饱和度u=4(可理解为一个环加三个双键)。因此根据分子式,通过计算不饱和度u,就可初步判断有机化合物的类型。

3.确定特征官能团

由绘制的红外吸收谱图来确定样品含有的官能团,并推测其可能的分子结构。

按官能团吸收峰的峰位顺序解析红外吸收谱图的一般方法如下:

(1)查找羰基吸收峰vC=O 1900~1650cm-1是否存在,若存在,再查找下列羰基化合物。

①羧酸查找vO-H 3300~2500cm-1宽吸收峰是否存在。

②酸酐查找vC=O 1820cm-1和1750cm-1的羰基振动耦合双峰是否存在。

③酯查找vC=O 1300~1100cm-1的特征吸收峰是否存在。

④酰胺查找vN-H 3500~3100cm-1的中等强度的双峰是否存在。

⑤醛查找官能团vC-H和δC-H倍频共振产生的2820cm-1和2720cm-1两个特征双吸收峰是否存在。

⑥酮若查找以上各官能团的吸收峰都不存在,则此羰基化合物可能为酮,应再查找vas,C-C-C在1300~1000cm-1存在的一个弱吸收峰,以便确认。

(2)若无羰基吸收峰,可查找是否存在醇、酚、胺、醚类化合物。

①醇或酚 查找vO-H 3700~3000cm-1的宽吸收峰及vC-O和δO-H相互作用在1410~1050cm-1的强特征吸收峰,以及酚类因缔合产生的γO-H 720~600cm-1宽谱带吸收峰是否存在。

②胺 查找vN-H 3500~3100cm-1的两个中等强度吸收峰和δN-H 1650~1580cm-1的特征吸收峰是否存在。

③醚 查找vC-O 1250~1100cm-1的特征吸收峰是否存在,并且没有醇、酚vO-H 3700~3000cm-1的特征吸收峰。

(3)查找烯烃和芳烃化合物。

①烯烃 查找vC=C 1680~1620cm-1强度较弱的特征吸收峰及vC=C-H在3000cm-1以上的小肩峰是否存在。

②芳烃 查找vC=C 在1620~1450cm-1出现的4个吸收峰,其中1450cm-1为最弱吸收峰;其余3个吸收峰分别为1600cm-1, 1580cm-1和1500cm-1。以1500cm-1吸收峰最强,1600cm-1吸收峰居中,1580cm-1吸收峰最弱,并常被1600cm-1处吸收峰掩盖而成肩峰。因此1500cm-1和1600cm-1双峰是判定芳烃是否存在的依据。此外还可查找v C=C-H在3000cm-1以上低吸收强度的小肩峰是否存在。

(4)查找炔烃、氰基和共轭双键化合物。

①炔烃 查找vC≡C 2200~2100cm-1的尖锐特征吸收峰和vC≡C-H 3300~3100cm-1的尖锐的特征吸收峰是否存在。此吸收峰易与其它不饱和烃区分开。

②氰基 查找vC≡N 2260~2220cm-1特征吸收峰是否存在。

③共轭双键 查找vC=C=C 1950cm-1特征吸收峰是否存在。

(5)查找烃类化合物查找甲基-CH3, vC-H在2960cm-1(vas)和2870cm-1 (vs) 2个吸收峰;亚甲基-CH2-,vC-H在2925cm-1(vas)和2850cm-1(vs)的2个吸收峰;甲基和亚甲基的δC-H(as)在1460cm-1的吸收峰;甲基的δC-H(s)在1380cm-1的吸收峰;4个以上亚甲基的φ-CH2-在722cm-1吸收峰(它随CH2个数减少,吸收峰向高波数方向移动);亚甲基-CH2-,γC-H在910cm-1的强吸收峰;次甲基C-H在995cm-1的强吸收峰。

上述诸多吸收峰是否存在,可作为判定烃类存在与否的依据。

对一般有机化合物,通过以上解析过程,再查阅谱图中其它光谱信息,与文献中提供的官能团特征吸收频率相比较,就能比较满意地确定被测样品的分子结构。

4.谱图解析结果的确证

当谱图解析确定了样品组成后,还要查阅标准红外吸收光谱图,进行对比,以确证解析结果的正确性。

现有3种标准红外吸收谱图,即萨特勒红外标准谱图集(Sadtler catalog of infrared standard spectra)、分子光谱文献(documentation of molecular spectroscopy, DMS)穿孔卡片和Aldrich红外光谱库(the Aldrich litrary of infrared spectra)。

现在最常用和收集谱图最多的是萨特勒红外标准谱图集,它由美国费城萨特勒研究实验室绘制,从1947年开始出版,每年增加谱图2000~4000张,它分为标准谱图、商品谱图和专用谱图三类。标准谱图是用纯度在98%以上的化合物绘制的,分为棱镜光谱、光栅光谱和傅里叶变换光谱,达6.5万张以上。商品谱图是指工业产品的谱图,按美国材料检验协会(ASTM)分类法,分为23类:1.农业化学品;2.多元醇;3.表面活性剂;4.单体和聚合物;5.增塑剂;6.香料和风味剂;7.脂肪、石蜡及其衍生物;8.润滑剂;9.橡胶化学品;10.化学纤维;11.溶剂;12.中间体;13.石油化学品;14.药物;15.甾体;16.纺织化学品;17.食品添加剂;18.颜料、染料和着色剂;19.松脂、天然树脂与树脂;20.涂料化学品;21水处理剂;22常用麻醉剂;23无机物。商品谱图代表的化合物不一定是纯物质,而是典型牌号的商品物质。它不提供商品物质的化合物名称和结构,仅提供商品牌号,此类谱图达7万张以上。

在萨特勒谱图上大多数都列出了化合物的化学命名、分子式、结构式、分子量、熔点、沸点、折射率、相对密度、样品来源、制样和测绘方法以及所用仪器等信息。

为便于查阅,萨特勒谱图配有4种索引:

(1)分子式索引了解化合物的分子式,就可利用此索引。它是最常用、也是使用最方便的索引,它按分子式中元素符号C、H、Br、Cl、F、I、N、O、P、S、Si、M(表示其它元素)的顺序排列。

(2)化合物名称索引它按化合物名称的字母顺序排列,索引中所有化合物都按先母体、后衍生物、取代基的顺序排列。如化合物二氯乙醛的英文名称为dichloracetaldehyde,而在字顺索引中写成acetaldehyde dichloro,即母体在前、取代基在后。

(3)化学分类索引它是按化合物官能团类别排列的一种索引,利用它可方便查出一组同系物的谱图。

(4)波长索引它是一种专门设计的索引,对棱镜和光栅的标准谱图都各自编有波长索引。

从上述各种索引中可查到化合物的谱图号码,然后可从谱图集中查出对应的谱图。

现在商品的新型红外吸收光谱仪都配有计算机系统,可将标准红外吸收谱图储存在硬盘中,使用时可自动对照检索,并可将未知谱图与标准谱图进行加和、差减、比较、从而可节约解析时间,并直接获得准确的解析结果。

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