红外光谱原理及应用

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1、红外光谱原理及应用一、红外基本原理一定频率的红外线经过分子时，被分子中相同振动频率的键振动吸收，记录所得透过率的曲线称为红外光谱图红外基本原理分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：分子振动-转动光谱辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率的辐射，并由其振动运动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生的分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，相应于这些区域的透射光强减弱，记录T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。又称为分子振动转动光谱。红外光谱的表示方法以透过率T~λ或T~ν来表

2、示：ν/cm−1=104/(λ/μm)T(%)=I/I0×100%，I—透过强度，I0—入射强度苯酚的红外光谱T(%)红外光谱的区域红外光谱的区域近红外区（泛频区13158~4000cm-1）：-OH，-NH，-CH的特征吸收区（组成及定量分析）中红外区（基本振动区4000~400cm-1）：绝大多数有机和无机化合物的化学键振动基频区（分子中原子的振动及分子转动），化合物鉴定的重要区域远红外区（转动区400~10cm-1）：金属有机化合物的键振动（分子转动、晶格振动)红外特征吸收产生的条件及其特异性产生红外特征吸收的必要条件：辐射光

3、子应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量辐射与物质间有相互耦合作用对称分子：无偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。N2、O2、Cl2等。——拉曼光谱非对称分子：有偶极矩，有红外活性红外特征吸收产生的条件——红外光谱双原子分子中化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧：红外特征吸收产生的特异性k—化学键力常数。反映化学键强弱，键对变形、伸展运动的阻力。μ—双原子分子的折合质量任意两个相邻的能级间的能量差为：化学键键强越强（即键的力常数k越大）、原子折合质量越小，则化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区在一般情况下，分子的转动和振动

4、处于基态当物质被红外光照射时，分子的转动和振动将吸收红外光而发生能级跃迁——特定分子或化学键吸收特定频率的红外光，称之为基团或化学键的特性频率不同基团或化学键的特性频率不同；同一基团或化学键的特性频率在不同物质中出现时吸收位置相对固定。主要有机基团红外振动特征频率——饱和烃：2800-3000cm-1，归属为-CH3，-CH2，-CH中C--H的伸缩振动烯烃：1650cm-1，归属为C=C的伸缩振动炔烃：2100cm-1，归属为C≡C的伸缩振动酮、醛、酸或酰胺中的羰基：1700cm-1脂肪化合物中的-OH的振动吸收：3600-370

5、0cm-1无机盐中基团的红外吸收——无机物固体在中红外区(400-4000cm-1)有指纹振动吸收，反映结构的短程有序度?表征催化剂的结构、组成红外光谱中的重要波段特征区：即化学键和基团的特征振动频率区。在该区域出现的吸收峰一般用于鉴定官能团的存在，特征吸收峰发生在4000–1333cm-1的区域。这些吸收峰特征性强，比较稀疏，容易辨认，因此把这一区域叫特征谱带区。指纹区：红外吸收光谱中1333-400cm-1的低频区通常称为指纹区。该区域出现的谱带主要是单键的伸缩振动以及各种弯曲振动引起的。这一区域谱带特别密集，对分子结构的变化极

6、为敏感，结构上的微小变化往往导致光谱上的显著不同，如同人的指纹一样。吸收峰的强度红外吸收峰强度通常用峰高和峰面积表示，峰高或峰面积越大，吸收强度越大。红外吸收强度（用摩尔吸光系数表示）与偶极距随核间距变化率的平方成正比根据这一原则，可以定性地说，振动过程中偶极矩变化幅度越大，吸收强度越大。分子中基团的基本振动形式甲基的振动形式伸缩振动甲基：变形振动甲基对称δs(CH3)1380㎝-1不对称δas(CH3)1460㎝-1对称不对称υs(CH3)υas(CH3)2870㎝-12960㎝-1（CH3）1460cm-1，1375cm-1。

7、（CH3）2930cm-1，2850cm-1。C2H4O1730cm-11165cm-12720cm-1HHHHOCC各类有机化合物的特征吸收简介烷烃甲基环己烷的红外光谱图C-H伸缩振动＜3000cm-1C-H弯曲振动烯烃环己烯的红外光谱图=C-H伸缩振动＞3000cm-1-C-H伸缩振动C=C伸缩振动1670~1640cm-1C-H弯曲振动芳烃乙苯的红外光谱图苯环的=C-H伸缩振动烷基-C-H伸缩振动苯环的骨架振动1600~1450cm-1C-H弯曲振动醇和酚1-己醇的红外光谱缔合O-H伸缩振动3400~3200cm-1-C-H

8、伸缩振动缔合O-H伸缩振动苯酚的红外光谱图苯环的骨架振动苯环的=C-H伸缩振动醛和酮戊醛的红外光谱图C=O伸缩振动1720cm-1醛基的C-H伸缩振动2820cm-12720cm-1-C-H伸缩振动羧酸戊酸的红外光谱图C=O伸缩振动缔