第十章红外分光光度法ir

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1、1第十章红外分光光度法§1概述§2基本原理§3典型光谱§4红外分光光度计和实验技术§5应用与示例主讲教师：杨森2§1概述红外线：波长为0.78μm~300μm的电磁波红外分光光度法(红外吸收光谱法)：依据物质对红外辐射的特征吸收而建立的一种分析方法。属于分子吸收光谱。3特点：具高度的特征性。对气、固、液态均可进行分析不足之处：定量分析方面灵敏度不如UV法，且不能作含水样品的分析。应用：分子结构分析，一般不作为定量分析4一、红外光谱区的划分表6-1红外光区分类中红外区研究最多,本章重点介绍近年来,近红外光谱技术发展迅速5二、红外吸收光谱的表示方

2、法1、T-λ2、T-σσT%λ6三、IR与UV比较1、起源不同：UV波长短，能量高，由外层电子跃迁产生。IR波长长，能量低，为振动—转动分子光谱72、适应范围：●UV适用于芳香族化合物，具共轭结构的化合物，适用于液体●IR适用于所有有机物和某些无机物的分析3、特性：●UV光谱简单，信息少，主要用于定量●IR光谱复杂，特征性强。主要用于定性鉴别及结构分析8§2基本原理红外光谱的特征主要包括:●吸收峰的位置（峰位）●吸收峰的个数（峰数）●吸收峰的强度（峰强）9一、振动能级与振动频率1、振动能级U为位能;r0为平衡距离,r为某瞬间两原子间距离1

3、0分子在振动时总能量为EV(T为动能)据量子理论,微观物体在振动过程中势能随振动量数V变化ν为振动频率V为振动量子数11V=0时,势能为0,分子的振动能级处于基态V≠0时，分子的振动能级处于激发态。双原子分子（非谐振子）的振动位能曲线a-a/谐振子b-b/真实分子r原子间距离D解离能12分子吸收某一频率的红外辐射后，可以由基态跃迁至激发态，其所吸收的光子能量必须等于分子振动能量之差，即13基频峰：若分子吸收某一频率的红外辐射后,由基态（V=0）跃迁至第一激发态（V=1）时所产生的吸收峰,为红外光谱主要吸收峰(此时νL=ν)在常温下，ΔV很小,

4、当势能变化不大时，两条曲线的重合性较好，可用经典力学的理论与方法来处理微观物体，如振动频率公式的导出14双原子：K为键力常数μ'为折合质量振动频率15双原子基团的基本振动频率取决于K和μ'16例：求出C-C（K=4.6），C=C（K=9.7）的伸缩振动频率或波数。折合质量相同时,振动频率大小主要取决于K值17二、振动形式与振动自由度（一）振动形式1．伸缩振动:原子沿着化学键方向振动含2个或2个以上键的基团，都有对称和不对称伸缩振动（νs或νs）(νas或νas）18化合物中含有两个相邻相同的官能团，也有对称和反称伸缩振动。如乙酸酐的两个羰基的

5、伸缩振动频率为：1760cm-1和1800cm-1192．弯曲振动键角发生周期性变化的振动，分为面内和面外弯曲振动面内弯曲(β)剪式(δ)面内摇摆(ρ)20面外弯曲（γ）面外摇摆振动（ω）扭曲振动（τ）+++-213、变形振动：AX3基团或分子的弯曲振动对称δs（CH3）1380cm-1不对称δas（CH3）1460cm-1甲基的对称与不对称变形振动22（二）振动的自由度(f)双原子分子只有一种振动形式，原子越多，基本振动的数目就越多分子基本振动的数目(独立振动数)23分子：N个原子总运动自由度f=3N（平动+转动+振动）非线性分子：3个平动

6、，3个转动线性分子：3个平动，2个转动非线性分子f=3N-3-3线性分子f=3N-3-224例：H2Of=3×3-6=325CO2f=3×3-5=4++26三、基频峰与泛频峰1.基频峰分子吸收红外辐射后，由振动能级的基态（V＝0）跃迁至第一激发态（V=1）时所产生的吸收峰称为基频峰。吸收红外线的频率等于振动频率27基频峰分布略图282.泛频峰多为弱峰（跃迁几率小），增加光谱的特征性2000～1667cm-1区间的泛频峰，主要由苯环上碳氢键面外弯曲的倍频峰构成包括倍频峰及组频峰(合频峰,差频峰)2930四、特征峰与相关峰1.特征峰:凡能证明某官

7、能团的存在又易辨认的吸收峰正癸烷、正癸腈、正癸烯－1的红外吸收光谱312．相关峰:由一个官能团所产生的一组相互依存的特征峰通常用一组相关峰来确定一个官能团的存在32五、吸收峰的峰数②振动前后偶极矩产生变化，即CO2分子的νs（1388cm-1）为对称伸缩振动，偶极距变化为零，属红外非活性振动，不产生吸收峰。①辐射能等于振动跃迁所需要的能量，即1.产生红外吸收的条件332.吸收峰的峰数实际观察到的红外吸收峰数目并不等于分子振动自由度即基本振动数，其主要原因是：●泛频峰的出现使吸收峰多于基本振动数●红外非活性振动使吸收峰少于基本振动数●吸收峰

8、简并使吸收峰减少于基本振动数●仪器的灵敏度和分辨率34六、吸收峰的峰位(一)内部因素(二)外部因素吸收峰峰位可由化学键两端的原子质量和化学键的键力常数来预测，但存在