仪器分析课件-4红外光谱基本原理

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1、第四章红外光谱法红外光谱(infraredabsorptionspectrum,IR)又称分子振动转动光谱,属分子吸收光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时,分子吸收其中一些频率的辐射,分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。2CompanyLogo3CompanyLogo第一节红外光谱法的基本原理红外光区的划分及应用近红外区：0.8～2.5m中红外区：2.5～50m远红外区：50～1000m红外光区位于0.8～100

2、0m波长范围间4CompanyLogo红外光谱图：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；一、红外光谱的表示方法纵坐标为透光率T％，横坐标为波长λ(m)或波数1/λ(cm-1)可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。5CompanyLogo1.光谱产生的机制不同分子振动和转动能级的跃迁；价电子和分子轨道上的电子在电子能级上的跃迁。2.研究对象不同在振动中伴随有偶极矩变化的化合物；不饱合有机化合物特别是具有共轭体系的有机化合物。3.可分析的试样形式不同，使用范围不同气、液、固均可，既可定性又可定量，非破坏性分析；既可定性又可定量，有时是试样破坏性的。红

3、外光谱与紫外可见光谱的区别6CompanyLogo红外吸收光谱的特点1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；3）分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、波峰数目及强度确定分子基团、分子结构；4）定量分析；5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；6）分析速度快。7）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。7CompanyLogo二、红外光谱产生的条件满足两个条件：(1)红外辐射光子的能量与分子振动能级跃迁所需能量相同。(2)辐射与物质间有相互耦合作用（偶极距有变化）。产生的条件8CompanyLo

4、go分子的振动都有一个内在的频率，如果辐射到分子上的红外线的频率与分子振动的内在频率不同，分子振动不受到影响。如果二者相同，则会产生共振效应，分子吸收入射的红外线，振幅增大，能量增加。分子具有内在的振动频率只是共振效应产生的必要条件之一。内在频率的大小决定了分子吸收何种频率的红外线。而这种吸收能否发生则由分子在振动过程中偶极矩是否发生变化所决定。9CompanyLogo如果一个分子的正负电荷的重心不重合，当分子进行伸缩振动时，正负电荷重心的距离跟随发生相应的变化，因此偶极矩也相应的伸长或者收缩。当一个红外光子作用于分子时，由于红外光子的波长远远大于分子的体积，可以认为分子处于均匀的电

5、场中。在光子的频率与分子振动的频率相同的条件下，也就是说光子的交变电场变化频率与分子振动的频率相同时，以下情况可能发生：10CompanyLogo11CompanyLogo因此，当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某个基团的振动频率和它一致，二者就会产生共振，此时光的能量通过分子偶极矩的变化而传递给分子，这个基团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁。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，有红外活性。12CompanyLogo三、分子振动形式1.双原子分子的振动双原子分子的化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧，其振动类似

6、于简谐振动。（动画演示）13CompanyLogok单位：dyn·cm-1；k’单位：N·cm-1，与键能和键长有关，为双原子的原子质量折合质量：＝m1·m2/（m1＋m2）Ar为双原子的原子量的折合量：Ar＝M1·M2/（M1＋M2）14CompanyLogo例如：HCl分子k=5.1mdyn/Å，则HCl的振动频率为：对于C-H：k=5mdyn/Å;=2920cm-1对于C=C，k=10mdyn/Å,=1683cm-1对于C-C，k=5mdyn/Å；=1190cm-1=1=615CompanyLogo影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化学键力常数k和原子质量。k大，

7、化学键的振动波数高，如:kCC(2222cm-1)>kC=C(1667cm-1)>kC-C(1429cm-1)（质量相近）质量m大，化学键的振动波数低，如:mC-C(1430cm-1)