红外吸收光谱分析与红外光谱仪

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1、4.3红外吸收光谱分析与红外光谱仪内容摘要4.1.1概述4.1.2红外吸收光谱基本原理4.1.3红外吸收光谱与分子结构关系4.1.4红外分光光度技术4.1.5红外吸收光谱法的应用电磁波谱是将电磁波（电磁辐射）按波长（或频率、或能量）顺序排列得到的。不同波长的电磁波按照其波长范围分为不同的区域，不同区域的电磁波，是由不同的机理的产生。7/24/2021电磁波谱其中，中红外区（2.5-25μm即4000-400cm-1）是研究和应用最多的区域，通常说的红外光谱就是指中红外区的红外吸收光谱。7/24/20211.不

2、同区域红外光的作用（1）近红外区：0.78-2.5μm（12820-4000cm-1），主要用于研究分子中的O-H、N-H、C-H键的振动倍频与组频。（2）中红外区：2.5-25μm（4000-400cm-1），主要用于研究大部分有机化合物的振动基频。（3）远红外区：25-300μm（400-33cm-1），主要用于研究分子的转动光谱及重原子成键的振动。4.1.1概述红外吸收光谱又称为分子振动—转动光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时，样品中的分子吸收某些频率的辐射，产生分子振动和转动能级从基态到激发态

3、的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系的曲线，就得到红外光谱。2、什么是红外吸收光谱？T-σ曲线→前疏后密T-λ曲线→前密后疏3、典型的红外光谱图横坐标可用波长λ和波数σ表征。纵坐标为百分透射比T%。频峰：由基态跃迁到第一激发态，产生的强吸收峰，称为基频峰(强度大)；倍频峰：由基态直接跃迁到第二、第三等激发态，而产生的弱吸收峰，称为倍频峰；合频峰：两个基频峰频率相加而形成的峰;常用的红外光谱术语4.1.2红外吸收光谱基本原理1、产生红外吸收的条件物质吸收红外辐射应

4、满足两个条件：（1）辐射与物质之间有相互作用；（2）辐射光具有的能量与物质分子发生振动跃迁时所需的能量相等；E振=0.05~1.0eV>>E转=0.0001~0.05eV2、分子的振动的基本类型伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角不变的振动称为伸缩振动。用符号v表示。它又分为对称（vs）和不对称（vas）伸缩振动。振动时键长发生变化，键角不变。亚甲基对同一基团来说，不对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动。变形振动（或弯曲振动）：基团键角发生周期变化而键长不变的振动称为变形振动，弯曲振动又分为

5、面内和面外弯曲振动。+、-分别表示垂直纸面向上和向下的运动亚甲基每个原子在空间都可以沿着x、y、z轴方向运动，如果分子由n个原子组成，其运动自由度就有3n个，这3n个运动自由度中，包括3个分子整体平动自由度，3个分子整体转动自由度，剩下的是分子的振动自由度。对于非线性分子振动自由度为3n－6；对于线性分子，其振动自由度是3n－5。3、基本振动的理论数每个振动自由度相应于红外光谱图上一个基频吸收带。当△V=1时，0→1振动能级的跃迁，称为基本振动频率或基频吸收带。分子平动示意图线性分子转动非线性分子转动例1：水

6、分子的振动自由度＝3×3－6＝33300cm-11369cm-1不同状态水的红外吸收频率（cm-1）水的存在状态O—H伸缩振动弯曲振动游离水（H2O）吸附水（H2O）结晶水（nH2O）结构水（羟基水OH）375634353200-32503640159516301670-16851350-1260谱图出现吸收峰：3000-3800cm-1, 1590-1690cm-1说明可能含水!!例2：CO2分子的振动自由度＝3×3－5＝42330cm-1667cm-1Ⅰ.当振动过程中分子不发生瞬间偶极矩变化时，不引起红外

7、吸收；Ⅱ.频率完全相同的振动彼此发生简并；Ⅲ.强宽峰往往要覆盖与它频率相近的弱而窄的吸收峰；Ⅳ.吸收峰有时落在中红外区域（4000-400cm-1）以外；Ⅴ.吸收强度太弱，以致无法测定。红外光谱图上的峰数≤基本振动理论数4、红外光谱图上的实际峰数5、吸收谱带的强度基态分子中的很小一部分，吸收某种频率的红外光，产生振动的能级跃迁而处于激发态。跃迁过程中激发态分子占总分子的百分数，称为跃迁几率，谱带的强度即跃迁几率的量度。红外光谱的吸收带强度是用于化合物定性分析和定量分析的重要依据。6、IR谱带强度的划分摩尔吸光

8、系数谱带强度表示符号>100非常强峰vs20~100强峰s10~20中等强度峰m1~10弱峰w<1非常弱峰vw4.1.3红外吸收光谱与分子结构关系1、基团频率区红外光谱区可分成4000-1300cm-1和1300-400cm-1两个区域。第一个区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，常用于鉴定官能团。基团频率区又可分为三个区域：4000-2500cm-1为O-H、N-H、C-H的伸缩振动区。2500-1