仪器分析第8章 红外光谱法

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1、第8章红外光谱分析法教学时数：6学时教学要求：1、理解产生红外吸收的条件。2、了解分子的振动类型，红外光谱中吸收峰增减的原因。3、理解影响吸收峰的位置、峰数、峰强的主要因素。4、掌握基团频率和特征吸收峰，主要有机化合物的红外吸收光谱特征。5、理解影响基团频率位移的因素6、掌握红外吸收光谱法的定性、定量方法。7、了解红外光谱的构造与红外制样技术。教学重点与难点：重点：红外吸收的条件，影响吸收峰强度的因素，基团频率和特征吸收峰，典型有机化合物的红外光谱主要特征，定性分析。难点：分子的振动，影响基团频率的因素，结构推断。§8-1概

2、述一、分子光谱与红外光区的划分E分子=E电子+E振动+E转动其中E电子属于紫外，可见研究的范围，分子的振动，转动光谱属于红外光谱研究的范围。其波长范围约为0.75—1000nm根据仪器技术及应用不同，习惯上把红外光谱分成三个区：1、近红外区（=0.75—2.5μm）主要低能电子跃迁，含氢原子团的倍频吸收，用于研究稀土及其它过渡金属化合物，含氢（-OH、N-N、C-H）原子团的吸收2、中红外区（=2.5—25μm）大多有机化合物及无机离子的基频吸收带出现在该光区，主要由分子的振动和转动跃迁引起的，最适用于定性定量分析，且仪器及

3、分析测试技术最成熟。3、远红外区（=25—1000μm）主要是分子的纯转动能级跃迁以及晶体振动很少应用。红外光谱中一般以波数表示谱带的位置，而不是用波长（cm）=一、红外光谱研究的对象及特点1、研究对象：红外光谱是振动—转动光谱，但它只能研究震动中伴有偶极矩变化的化合物。极性分子有偶极矩变化—红外μ0非极性分子μ=0振动—转动光谱无偶极矩变化—拉曼光谱凡极性分子，振动时都可发生偶极矩变化2、特点①研究范围广除单原子和同核双原子分子，几乎都有红外吸收②分析特征性强凡结构不同的化合物，红外光谱必不同③气、液、固样品皆可，用量少，

4、分析速度快，不破坏样品§8-2红外光谱的基本原理一、双原子分子的振动任何分子都是由原子通过化学键联结而组成的。分子中的原子与化学键都处于不断地运动中。分子的振动运动可近似地看成一些用弹簧连接着的小球运动，以双原子为例。则可把其看做两个小球，它们之间的伸缩振动可近似看成沿轴方向的简谐运动。该体系的振动频率由经典力学（虎克定律）可导出二、红外吸收光谱产生的条件：1、如果辐射体系发射出的光量子的能量满足振动跃迁所需的能量、、2、分子在振动过程中必须有偶极矩的变化——红外活性小结：双原子分子同核双原子分子偶极矩不变化无红外活性如：O

5、2极性双原子分子有红外活性如HCl多原子分子不管是对称的还是非对称的都具有红外活性；3、影响峰数减少的因素：从理论上计算，线形分子的振动自由度为3N-5非线形分子的震动自由度为：3N-6但大多数化合物在红外光谱上出现的峰数远小于理论值，这是因为：（1）振动过程中不发生偶极矩变化，不产生红外吸收。（2）由于分子对称性的缘故，某些震动频率相同，彼此简并‘（3）强峰往往覆盖与它相近而弱而窄的峰（4）仪器无法区别频率十分接近或吸收很弱的峰（5）有些吸收或在仪器检测范围之外总之，分子的对称性越强，简并情况越多如CO2、线形分子、吸收峰

6、3N-5=9-5=4单只出现667cm-12349cm-1两个基本吸收峰。三、红外吸收峰的强度振动能级的跃迁几率基频跃迁几率大1、影响强度的因素振动过程偶极矩的变化由于第一激发态的跃迁几率远大于被频峰2、吸收峰的强度与分子震动时偶极矩变化的平方成正比。影响偶极矩变化因素有：（1）连续原子的电负性差异如C=O常常是红外中最强吸收峰而C=C相对强度较弱，有时还可能不出现（2）分子对称性（3）振动的形式伸缩振动峰强变形振动的强度（4）其它因素如费米共振，形成氢键等以及与偶极矩较大基团共轭等，也会影响峰强A=lg四、红外吸收中的常用

7、几个术语倍频峰1、基频峰与泛频峰差频峰合频峰2、特征峰与相关峰：反用于鉴定原子几团存在并有较高强度的峰，称为特征峰把另一些相互依存而又可以相互佐证的峰称为相关峰。§8-3基团频率和特征吸收峰物质的红外光谱，是其分子结构的反映。红外光谱实质上就是根据各种基团的特征来推测其结构。特征吸收：指基团在特定的红外区域有吸收，且其它部分对次吸收位置影响较小，并有较强的吸收谱带的吸收称为特征吸收。（官能团吸收）其他的吸收称为相关吸收。一、官能团区范围4000-1300cm-1，由伸缩振动产生，基团的特征吸收峰，一般在此范围，吸收峰较稀，基

8、团鉴定最有价值的区域。官能团区可分为三个波段1.4000——2500cm-1区X-H伸缩振动区（X=C、O、N等）有H原子存在，如O-H（3700——3200cm-1）COO-H(3600——3500cm-1)N-H（3500——3300cm-1）C-H(3300cm-1)通常3000cm