《红外光谱法》PPT课件

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1、第六章红外光谱法§6—1引言●红外光谱法简称为IR或IRS。●红外光谱在可见光区和微波光区之间，其波长范围约为0.75～1000m。名称波长（m）波数（cm-1）能级跃迁类型近红外光区（泛频区）0.78～2.512820～4000O-H、N-H及C-H键的信频吸收中红区（基本振动区）2.5～504000～200分子中原子的振动和分子的转动远红区（转动区）50～300200～33分子转动、晶格振动●红外光谱分区：§6—2基本原理一、分子吸收红外辐射的条件：条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等；条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用。磁场电场交变磁场分子固有振动

2、a偶极矩变化（能级跃迁）耦合不耦合红外吸收无偶极矩变化无红外吸收只有发生偶极矩变化的振动才能引起可观测的红外吸收光谱，该分子称之为红外活性分子二、双原子分子的振动：●双原子分子只有一种振动形式;●由虎克定律可知，其能量变化为：对应的谱带称为基频吸收带或基本振动谱带●忽略分子的转动，可将双原子分子看成是质量为m1和m2的两个小球的简谐振动。k——键力常数，单位为N/cm①根据上式，可以测量各种类型的化学键的键力常数k；或者利用实验得到的k值，估算各种键型的基频吸收峰的波数；②化学键的键力常数k越大，原子折合质量μ越小，则化学键的振动频率越高，吸收峰将出现在高波数区；反之则出现

3、在低波数区。如：μ相同，k不同：三键＞双键＞单键2222cm-11667cm-11429cm-1又如：C—CC—NC—Ok相同，μ不同：C—O＞C—N＞C—CC—O1280cm-1C—N1330cm-1C—C2222cm-1三、多原子分子的振动：<一>振动基本类型：1.伸缩振动：原子沿着价键方向的来回运动的振动。特征：键长发生变化，键角不变。●对称伸缩振动：两个相同原子同时沿轴离开或移向中心原子，用γs表示。●反对称伸缩振动：一个原子移向中心原子，而另一个原子离开中心原子，用γas表示。2.变形振动：又称变角振动，它是指基团键角发生周期性变化的振动。特征：键角发生变化，键长

4、不变。变形振动面内变形振动面外变形振动剪式振动σs平面摇摆振动ρ扭曲振动τ非平面摇摆振动ω同一基团的变形振动都在其伸缩振动的低频端出现<二>基本振动的理论数（振动自由度）：♣每个振动自由度对应红外光谱上一个基频吸收带。♣由n个原子组成的分子在空间中有3n个总自由度，而这3n种运动状态包括了分子的振动自由度、平动自由度和转动自由度，即：♣每个原子的空间位置可用直角坐标中x、y、z表示，即每个原子有三个自由度。振动自由度=3n-平动自由度-转动自由度分子的平动（平动自由度=3）线性分子的转动（转动自由度=2）非线性分子的转动（转动自由度=3）设分子的原子数为N非线型分子:理论

5、振动数=3N-6如H2O分子，振动数为：3×3-6=3线型分子:理论振动数=3N-5如CO2分子，振动数为：3×3-5=4◆理论上，多原子分子的振动数应与谱峰数相同，但实际上，谱峰数常常少于理论计算出的振动数，这是因为：①没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收；②相同频率的振动吸收重叠，即发生简并；③仪器不能区别频率十分接近的振动，或因吸收很弱，仪器检测不出；④有些吸收带落在仪器检测范围之外。三、红外吸收峰强度：<一>峰强的表示：一般按摩尔吸光系数的大小来划分吸收峰的强弱等级：摩尔吸光系数吸收峰强弱ε＞100非常强峰（vs）20＜ε＜100强峰（s）10＜ε＜20中强峰（m

6、）1＜ε＜10弱峰（w）ε＜1很弱峰（vw）<二>决定峰强的因素：①跃迁几率和偶极矩变化越大，谱峰一般越强；②化学键两端连接的原子的电负性相差越大，或分子的对称性越差，伸缩振动时，其偶极矩变化越大，产生的吸收峰越强。§6—3红外吸收光谱与分子结构的关系一、基团频率和特征吸收峰●基团的特征吸收谱带或特征吸收峰：出现在一定位置，能代表某种基团的存在，并且具有较高强度的吸收谱带。●基团频率：基团的特征吸收谱带或特征吸收峰最大值对应的波数位置，称为基团特征频率，简称基团频率。二、基团频率和红外光谱区域的关系：<一>官能团区：4000～1300cm-1区域1.氢伸缩区（4000～25

7、00cm-1）主要包括由O—H、N—H、C—H、S—H键的伸缩振动产生的吸收谱带。①醇和酚：3650～3580cm-1范围内，随浓度的增加，吸收峰向低波数方向移动（3550～3200cm-1）。②羧酸：3550cm-1附近，因氢键的形成，吸收峰移至3000～2500cm-1。③胺和酰胺：3500～3300cm-1范围内。④烃类：饱和烃的C—H吸收峰在3000cm-1以下；不饱和烃的吸收峰则在3000cm-1以上。饱和烃与不饱和烃的分界线：3000cm-12.叁键和积累双键区2500～1900cm-1区域3.双键伸缩