仪器分析 红外吸收光谱法

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1、第6章　　红外吸收光谱法6.1内容提要6.1.1基本概念红外吸收光谱——当用红外光照射物质时，物质分子的偶极矩发生变化而吸收红外光光能，有振动能级基态跃迁到激发态（同时伴随着转动能级跃迁），产生的透射率随着波长而变化的曲线。红外吸收光谱法——利用红外分光光度计测量物质对红外光的吸收及所产生的红外光谱对物质的组成和结构进行分析测定的方法，称为红外吸收光谱法。振动跃迁——分子中原子的位置发生相对运动的现象叫做分子振动。不对称分子振动会引起分子偶极矩的变化，形成量子化的振动能级。分子吸收红外光从振动能级基态到激发态的变化叫做振动跃迁。转动跃迁——不对称的极性分子围绕其质量中心转动时，

2、引起周期性的偶极矩变化，形成量子化的转动能级。分子吸收辐射能（远红外光）从转动能级基态到激发态的变化叫做转动跃迁。伸缩振动——原子沿化学键的轴线方向的伸展和收缩的振动。弯曲振动——原子沿化学键轴线的垂直方向的振动，又称变形振动，这是键长不变，键角发生变化的振动。红外活性振动——凡能产生红外吸收的振动，称为红外活性振动，不能产生红外吸收的振动则称为红外非活性振动。诱导效应——当基团旁边连有电负性不同的原子或基团时，通过静电诱导作用会引起分子中电子云密度变化，从而引起键的力常熟的变化，使基团频率产生位移的现象。共轭效应——分子中形成大p键使共轭体系中的电子云密度平均化，双键力常数减

3、小，使基团的吸收频率向低波数方向移动的现象。氢键效应——氢键使参与形成氢键的原化学键力常数降低，吸收频率将向低波数方向移动的现象。溶剂效应——由于溶剂（极性）影响，使得吸收频率产生位移现象。基团频率——11通常将基团由振动基态跃迁到第一振动激发态所产生的红外吸收频率称为基团频率，光谱上出现的相应的吸收峰称为基频吸收峰，简称基频峰。振动偶合——两个相邻基团的振动之间的相互作用称为振动偶合。基团频率区——红外吸收光谱中能反映和表征官能团（基团）存在的区域。指纹区——红外吸收光谱中能反映和表征化合物精细结构的区域。分子振动自由度——多原子分子中原子振动形式的数目，称为分子振动自由度。

4、倍频峰——振动能级由基态跃迁至第二激发态、第三激发态……所产生的吸收峰称为倍频峰。组（合）频峰——多原子分子中由于各种振动之间的相互作用而形成的组合频率（等于两个或多个基团频率之和或差）的吸收峰。泛频与泛频峰——倍频与组（合）频，统称为泛频。相应的吸收峰称为泛频峰。相关峰——表征某一基团存在的一组特征峰称为相关峰。6.1.2基本内容1.红外吸收光谱的基本原理利用物质分子对红外辐射的吸收，并有其振动及转动引起偶极矩的净变化产生振动和转动能级由基态跃迁到激发态，获得分子振动和转动能级变化的振动-转动光谱，即红外吸收光谱。除对称分子外，几乎所有具有不同结构的化合物都有相应的特征红外吸

5、收光谱。它反映了分子中各基团的振动特征。因此可以用以确定化学基团和鉴定未知物结构。同时，物质对红外辐射的吸收符合朗伯-比尔定律，故可用于定量分析。2.红外吸收光谱产生的条件（1）照射的红外光必须满足物质振动能级跃迁时所需的能量，即光的能量E=hv必须等于两振动能级间的能量差DE(DE=E振动激发态-E振动基态)。（2）红外光与物质之间有偶合作用及分子的振动必须是能引起偶极矩变化的红外活性振动。3.分子的振动方程11由方程可知，振动波数s（或频率n）随键力常数k的增加或折合相对原子质量Ar的减少而增大，实际用于真实分子时应加以修正。4.分子振动的形式和类型分子中的基本振动形式（理

6、论数）：对于非线性分子有（3N―6）个基本振动（即简正振动）形式；线性分子有（3N―5）个基本振动形式（N为分子中原子数目），实际上大多数化合物在红外光谱图上出现的吸收峰数目比理论数要少。振动类型：多原子分子中有伸缩振动（对称和非对称伸缩振动）和弯曲（或变形）振动两大类。5.红外吸收光谱与有机化合物分子结构的关系（1）红外吸收光谱的分区：按照红外吸收光谱与分子结构的关系可将其分为基团频率区（或特征区）（4000～1300cm-1）和指纹区（1300～670cm-1）两大区域。基团频率区包括：①X—H伸缩振动区（4000～2500cm-1），主要包括C—H，O—H，N—H和S—H

7、键伸缩振动频率区；②三键及积累双键区（2500～1900cm-1），主要包括C≡C，C≡N键伸缩振动及C═C═C和C═C═O等累积双键的不对称伸缩振动频率区；③双键伸缩振动区（1900～1500cm-1），主要包括C═O（1900～1650cm-1）和C═C（1680～1500cm-1）伸缩振动频率区。指纹区包括：①1300～900cm-1振动区：主要包括C—O，C—N，C—F，C—P，C—S，P—O，Si—O等单键和C═S，S═O，P═O等双键的伸缩振动频率区以及一些弯曲振动频率区。如C—