红外光谱吸收原理ppt课件.ppt

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1、红外光谱又称为分子振动转动光谱，也是一种分子吸收光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构第二章红外吸收光谱分析§2-1概述1红外光区的划分近红外区（0.75~2.5µm）√中红外区（2.5~25µm）远红外区（25~1000µm）2红外光谱与有机化合

2、物结构纵坐标为吸收强度，横坐标为波长λ（m）和波数1/λ单位：cm-1可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。应用：有机化合物的结构解析。定性：基团的特征吸收频率；定量：特征峰的强度；红外光谱图：3紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具有共轭体系的有机化合物，而红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物红外吸收带的波数位置、波峰的数目以及吸收谱带的强度反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分

3、析和纯度鉴定。红外光谱分析对气体、液体、固体样品都可测定，具有用量少、分析速度快、不破坏试样等特点。红外光谱法的特点4§2-2基本原理一、红外吸收光谱产生的条件满足两个条件：(1)辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的跃迁能量相等分子吸收红外辐射后，由基态振动能级（=0）跃迁至第一振动激发态（=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰。振动能级由基态（=0）跃迁至第二激发态（=2）、第三激发态（=3），所产生的吸收峰称为倍频峰。(2)辐射与物质间有偶合作用。红外跃迁是偶极矩诱导的，即能量转移的机制是通

4、过振动过程所导致的偶极矩的变化和交变的电磁场（红外线）相互作用发生的。只有发生偶极矩变化（△≠0）的振动才能引起可观测的红外吸收光谱，该分子称之为红外活性的；△=0的分子振动不能产生红外振动吸收，称为非红外活性的。5对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2等。非对称分子：有偶极矩，红外活性。二、双原子分子的振动分子振动方程式双原子分子的简谐振动及其频率化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧分子的振动能级（量子化）：E振=（V+1/2）hV：振动量子数；：化学键的振动

5、频率。6任意两个相邻的能级间的能量差为：K化学键的力常数，与键能和键长有关，为双原子的折合质量=m1·m2/（m1+m2）A’r为折合相对原子质量A’r=Ar(1)·Ar(2)/(Ar(1)+Ar(2))发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合相对原子质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。键类型—CC—＞C=C＞C—C力常数（N·Cm－1）15105峰出现的位置（Cm－1）2222166714297对于相同化学键的基团，与相对原子质量平方根成反比。如：C—C、C—O、C—N折合相对原

6、子质量C—C＜C—N＜C—O，吸收峰出现的位置143013301280此外，基本振动频率还与内部因素（结构因素）和外部因素（化学环境）有关。三、多原子分子的振动化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。可以分解成许多简单的基本振动，即简正振动。分子中任何一个复杂振动都可以看成这些简正振动的线性组合。8（1）伸缩振动（ν）（2）变形振动（δ）2．简正振动的基本形式同一基团的变形振动都在其伸缩振动的低频端出现。1．简正振动分子质心保持不变，整体不转动，

7、每个原子都在其平衡位置附近做简谐振动，其振动频率和位相都相同。9简正振动的数目称为振动自由度，每个振动自由度相当于红外光谱图上一个基频吸收带。理论振动形式应有（3n-6）种。但直线性分子的振动形式为（3n-5）种。3、基本振动的理论数水—非线型分子的振动形式：3n-6=9-6=310二氧化碳—线型分子的振动形式：3n-5=9-5=4每种简正振动都有其特定的振动频率，似乎都应有相应的红外吸收带。但绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数远小于理论上计算的振动数，这是由于：（1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外

8、吸收；（2）相同频率的振动吸收重叠，即简并；（3）仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带很弱，仪器无法检测；（4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。11红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，而偶极矩与分子结构的对称性有关。振动的对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。极性较强的基团（如C=0，C-X等）振动，吸收强度较大；极性较弱的基团（如C=C、C-C、N=N等）振动，吸收较弱。红外光谱的吸收强度用