《红外吸收光谱法》ppt课件

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1、第四章红外吸收光谱法InfraredAbsorptionSpectrometry,IR2021/7/1第一节　概　　述一、定义依据物质对红外辐射的特征吸收建立起来的一种光谱分析方法。分子吸收红外辐射后发生振动能级和转动能级的跃迁，因而红外光谱又称分子振动-转动光谱。2021/7/1红外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度减弱,记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即得红外光谱。2021/7/1二、红

2、外光区的划分表4.1红外光谱区划分区域/m/cm-1能级跃迁类型近红外(泛频区)0.78～2.512820～4000O-H、N-H和C-H键的倍频吸收区中红外(基本振动区)2.5～504000～200分子的振动、转动远红外(转动区)50～1000200～10分子的转动，骨架振动最常用的2.5～154000～6502021/7/13.红外光谱特点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

3、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。2021/7/1三、红外光谱的表示方法当一束具有连续波长的红外光通过物质时,其中某些波长的光就要被物质吸收。物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一致时,二者发生共振,分子吸收能量,由原来的基态振动能级跃迁到能量较高的振动能级，将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来,就得到红外光谱图。2021/7/1IR光谱用T-λ曲线或T-曲线表示。纵坐标为百分透射比T%,吸收峰向下,向上则为谷。横坐标为波长λ（

4、单位μm）或波数（单位cm-1)。两者的关系是：/cm-1=104/(λ/μm)=1/(λ/cm)中红外区的范围为4000-400cm-1。用波数描述吸收谱带比较简单,且便于与Raman光谱比较。2021/7/1红外光谱图：纵坐标为透光率（或吸光度），横坐标为波长λ（m）和波数1/λ，单位：cm-1。红外光谱的表示方法2021/7/1图4.1苯酚的IR吸收光谱2021/7/1图4.2乌桕油的IR光谱2021/7/1图4.3聚苯乙烯红外光谱图2021/7/11.光谱产生的机制不同紫外：电子光谱；红外：振－转光谱2.研究对象和使用范

5、围不同紫外：研究不饱和化合物，具有共轭体系；红外：凡是在振动中伴随有偶极矩变化的化合物都是红外光谱研究的对象。可研究几乎所有的有机物。四、紫外吸收光谱与红外吸收光谱的区别2021/7/1特点：与紫外-可见吸收光谱比较(1)除了单原子分子和同核双原子分子等少数分子外，几乎所有化合物均可用红外吸收光谱法进行研究。适用范围广。（2）红外光谱可对物质的组成和结构特征提供十分丰富的信息。其最重要和最广泛的用途是对有机化合物进行结构分析。五、红外光谱法的特点和应用2021/7/1(3)红外吸收可用于定量分析。但是由于红外辐射能量较小，分析时需要较宽

6、的光谱通带，而物质的红外吸收峰又比较多，难以找出不受干扰的检测峰，因此，定量分析应用较少。（4）红外吸收光谱是一种非破坏性分析方法，对于试样的适应性较强。样品可以是液体、固体、气体。2021/7/1应用：结构分析，定性，定量具有快速，样品需要量少，气态、液态、固态样品都可测等特点。与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能局限性：灵敏度低，样品必须纯制。2021/7/1第二节红外吸收基本原理一分子的振动(一)双原子分子振动谐振子模型分子的振动总能量：双原子分子化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧式中，v为振动量子数，ν为分子振动频

7、率。（v=0,1,2,···）2021/7/1在室温时，分子处于基态（v=0），此时伸缩振动振幅很小。当有红外辐射照射分子时，若辐射光子所具有的能量恰好等于分子振动能级差时，则分子吸收光子能量跃迁至振动激发态，导致振幅增大。分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅(与核间距相比)作周期性“简谐”振动，其振动可用经典刚性振动描述。分子简谐振动频率的计算公式为：2021/7/1以上两式称为分子简谐振动方程式。不仅可以用于双原子分子振动的频率或波数，而且也适用于复杂分子中一些化学键的振动频率或波数的计算。2021/7/1k为化学键的力常数

8、（单位：N·cm-1）,为双原子折合质量（单位为g）若原子的质量用原子质量单位(u，1u=1.66×10-24g)表示，则成键两原子的折合质量应为：2021/7/1从分子简谐振动方程可知，分子振动频率与化