淀粉的FTIR检测.ppt

四川大学纺织研究所 淀粉的FT-IR检测Fourier Transform Infared Spectroscopy 朱谱新 2009.4.10 内容 红外吸收原理 红外光谱仪 样品制备 红外光谱与分子结构 淀粉的红外光谱特征 红外光谱的应用 有关淀粉的FT-IR测定 1. 红外吸收原理 红外区 分子振动形式 红外活性 红外吸收谱带强度 1.1 红外区（0.75~1000m） 近红外区（0.75~2.5m）称为倍频区。主要是O-H、N-H、及C-H等键的倍频和合频吸收 中红外区（2.5~25m，即4000~400cm-1）称为基频区。主要研究有机化合物，无机多原子化合物的阴离子，如NO2-、SO42-、PO43-等基团的基频吸收 远红外区（25~1000m），主要研究分子的纯转动光谱及晶体的晶格振动，以及有机金属和金属配位化合物 1.2 分子振动形式 化学键伸缩振动：键长发生变化，键角不改变的振动，用V表示。 Vs——对称伸缩振动 Vas——不对称伸缩振动 键角发生变化的振动成为弯曲振动，用 d 表示。分为面内弯曲和面外弯曲两种 多原子分子的振动 1. 简正振动 ????? 多原子分子由于组成分子的原子数目增多、分子中的化学键或基团及空间结构的不同，其振动比双原子分子要复杂得多。但是，可以把它们的振动分解成许多简单的基本振动，称为简正振动。简正振动具有以下特点： 振动的运动状态可以用空间自由度(空间三维坐标)来表示，体系中的每一质点(原子)都具有三个空间自由度； 分子的质心在振动过程中保持不变，分子的整体不转动； 每个原子都在其平衡位置上作简谐振动，其振动频率及位相都相同，即每个原子都在同一瞬间通过其平衡位置，又在同一时间到达最大的振动位移； 分子中任何一个复杂振动都可以看成这些简正振动的线形组合； 2. 简正振动的基本类型 ???? ?一般把多原子分子的振动形式分成两大类：伸缩振动和变形振动。 ★伸缩振动：化学键两端的原子沿着键轴的方向作来回周期性伸缩振动，振动时键长发生变化，而键角不变，用符号V表示。伸缩振动又可以分为对称伸缩振动(用符号Vs表示)和非对称伸缩振动(用符号Vas表示)。 ★变形振动(又叫弯曲振动或变角振动)：基团的键角发生周期性变化而键长不发生变化的振动。变形振动又分为面内和面外变形振动两种。而且面内变形有剪式振动(用符号δ表示)和面内摇摆振动(用符号ρ表示)两种形式，面外变形有面外摇摆(用符号ω表示)和扭曲振动(用符号τ表示)两种形式。简正振动的类型可以用下图表示。 简正振动的类型 以-CH2基团为例 1.3 红外活性 对称性选择定则：在分子振动过程中，只有引起分子偶极矩发生改变的那些振动才能吸收红外辐射能量，产生红外吸收光谱，称为“红外活性”否则称为“红外非活性” 振动光谱的跃迁选律： 1）谐振子跃迁只发生在相邻的能级之间，成为基频吸收； 2）吸收能量恰好为两个基频的能量之和或之差称为“合频”或“差频”，强度较弱； 3）非谐振子除了基频跃迁以外，还有倍频吸收 ???分子振动时会发生偶极矩的变化表明分子具有红外活性，就能吸收红外辐射，而与分子是否具有永久偶极矩无关。因此，那些同核双原子分子（如N2、H2、O2等）显示非红外活性。 只有当照射分子的红外辐射光子的能量与分子振动能级跃迁所需的能量相等，实际上也就是红外辐射的频率与分子某一振动方式的频率相同，这样才能实现振动与辐射的耦合，从而使分子吸收红外辐射能量产生振动能级的跃迁。即 式中，Ev1、Ev2 分别为高振动能级和低振动能级的能量，Ev为其能量差，V为红外辐射的频率，h为普朗克（planck）常数。　　如果用连续改变频率（波数）的红外光照射某样品，由于样品分子选择吸收了某些波数范围内的红外光，使它们通过样品后减弱，其它波数范围的红外光仍然较强。则由仪器可记录样品的红外吸收光谱，如下图所示: 1.4 红外吸收谱带强度 红外吸收谱带的强度取决于两个不同振动能级之间跃迁偶极矩变化的大小。 带电基团在平衡位置附近移动时产生能量吸收。移动距离越大，偶极矩变化越大，吸收谱带越强。一般极性较强的分子或基团在振动时偶极矩变化较大，因此产生强谱带。如羰基、硝基、羟基、醚键等。 多原子分子的红外吸收带有基频和泛频谱带，似乎红外吸收谱带会比振动理论数目多，但实际上一般都比较少，其原因为： ●有些振动是非红外活性的，特别是一些对称性强的分子，振动时往往没有发生偶极矩的变化而无吸收。如CO2的对称伸缩振动，振动波数为1388 cm-1，但无吸收； ●有些分子也因对称性等原因，造成两个甚至多个振动形式是相同的，振动频率一样，发生简并现象，只有一个吸收带。如CO2的面内弯曲及面外弯曲振动； ●有的因检测仪器的灵敏度不足或分辨率不高，使某些很弱的吸收带检测不出或振动频率