《红外光谱基本原理》PPT课件

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1、第四章红外吸收光谱法1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,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,即红外光谱。光辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构23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0.8～1000m波长范围间4红外吸收光谱的特点1、只有振-

2、转跃迁,能量低2、应用范围广3、分子结构更为精细的表征4、可以进行定量分析5、样品不限形式,用量少,不破坏样品6、分析速度快7、可联用5红外光谱与紫外可见光谱的区别1.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。6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

3、率；定量：特征峰的强度；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。7第一节红外光谱法的基本原理一、产生红外吸收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）。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。8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

4、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。9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

5、频率相同时，以下情况可能发生：1011二、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，其振动类似于简谐振动。（动画演示）12k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质量：Ar＝M1·M2/M1＋M2发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。13下表是某些键的伸缩力常数（mdyn/A＝N/cm）键类型－C≡C－＞－C＝C－＞－C－C－力

6、常数15179.59.94.55.6峰位4.5m6.0m7.0m化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。142.多原子分子的振动多原子分子的振动较为复杂（原子多、化学键多、空间结构复杂），但可将其分解为多个简正振动来研究。简正振动：整个分子质心不变、整体不转动、各原子在原地作简谐振动且频率及相位相同。此时分子中的任何振动可视为所有上述简谐振动的线性组合。两类基本振动形式:伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长变化但键角不变的振动。变形振动：键角发生周期性变化，但键长

7、不变的振动，又称弯曲振动或变角振动。15伸缩振动（亚甲基）变形振动（亚甲基）(动画3456)原子沿键轴方向伸缩、键长发生变化而键角不变的振动。动画12基团键角发生周期性变化而键长不变的振动。可分为面内变形和面外变型振动163.基本振动的理论数目设分子的原子数为n，则总自由度3n＝平动自由度＋转动自由度＋振动自由度非线型分子：n个原子应该有3n个自由度，但有3个平动和3个绕轴转动；对非线型分子，理论振动数＝3n－（3＋3）如H2O分子，其振动数为3×3－6＝3线型分子：n个原子有板有3n个自由度，但有3个平动和2个绕轴转动。对线型分子

8、，理论振动数＝3n－（3＋2）如CO2分子，理论振动数为3×3－5＝417理论上，多原子分子的振动数应与光谱峰数相同，实际上，观察到的光谱峰数常常少于理论计算出的振动数，这是因为：a）偶极矩变化=0的振