[理学]红外光谱法

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1、第六章红外光谱法（InfraredSpectrometry，IR）§6.1概述§6.2基本原理§6.3特征吸收频率及其与分子结构的关系§6.4红外光谱仪§6.5试样的处理和制备§6.6红外光谱法的应用§6.7激光Raman光谱法简介§6.1概述一、红外光谱（分子振动转动光谱）定义：当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。吸收红外光分子分子振动或转动能级跃迁（∆0）→IR吸收光谱（一）红外光区的划分区域名称波长(µm)波数(cm-1)能级

2、跃迁类型近红外区（泛频区）0.78-2.512800-4000OH、NH、CH键的倍频吸收中红外区（基本振动区）2.5-504000-200分子振动/伴随转动远红外区（分子转动区）50-1000400-10分子转动（二）IR的表示横坐标ῦ(σ)或λ，纵坐标T(%)（三）红外光谱的特点1、λIR>λUV-Vis，振转光谱2、研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物，3、根据谱带的波数位置、波峰的数目及其强度，鉴定未知物的分子结构组成或确定其化学基团。4、定量分析：吸收强度5、样品用量少，分析速度快、不破坏试样二、IR与UV-Vis的区别（一）相同点：1、都属于分子吸收光谱2、都是由于分子中的

3、能级跃迁产生的3、均能进行定性、定量和结构分析（二）不同点：1、光谱产生的机制不同UV-Vis：分子中电子能级跃迁（伴随着振动及转动能级跃）IR：分子振动、转动能级跃迁（振转光谱），λIR>λUV-Vis2、研究对象和使用范围不同UV-Vis：适合于研究不饱和有机化合物（特别是具有共轭体系的有机化合物）及某些无机物，不适于研究饱和的有机化合物IR：凡在振动中伴随有偶极矩变化（∆0）的化合物：有机物（几乎所有），无机物（除单原子分子或单质分子）§6.2基本原理一、产生红外吸收的条件（一）基频谱带的频率与分子振动频率相等以双原子分子的纯振动光谱为例（二）∆0红外活性振动，如：O=C

4、=O∆=0红外非活性振动，如：O=C=O二、双原子分子的振动基本振动频率公式虎克定律ῦῦ三、多原子分子的振动（一）简正振动：分子质心保持不变，整体不转动，每个原子都在其平衡位置附近做简谐振动，其振动频率和相位都相同，即每个原子都在同一瞬间通过其平衡位置，而且同时达到其最大位移值。分子中任何一个复杂振动都可以看成这些简正振动的线性组合（二）简正振动的基本形式对称伸缩振动(vs)1.伸缩振动不对称伸缩振动(vas)剪式（δ）面内变形振动2.变形振动平面摇摆振动（ρ）（弯曲振动）面外摇摆振动（ω）面外变形振动面外扭曲振动（τ）（三）基本振动的理论数（振动自由度）1.振动自由度的计算公式3N

5、个自由度=平动自由度+振动自由度+转动自由度振动自由度=3N-3-转动自由度线性分子：振动自由度=3N-3-2=3N-5非线性分子：振动自由度=3N-3-3=3N-62.基频峰数小于振动自由度的原因（1）∆=0红外非活性的振动，如：CO2对称伸缩振动（2）简并如：CO2的面内与面外弯曲振动，振动频率相等（3）仪器分辨率不高或灵敏度不够例如：CO2直线性分子振动自由度=3N-5=3×3-5=4O=C=OO=C=OO=C=O∆=0∆0面内弯曲面外弯曲红外非活性的振动2349cm-1667cm-1667cm-1无吸收峰简并CO2分子有4个振动自由度，2个红外吸收峰3.倍频峰v=0→2

6、，3······泛频峰合频峰v1+v2吸收很弱差频峰v2-v1四、吸收谱带的强度1.取决于分子振动时偶极矩的变化分子振动对称性↑→∆↓→强度↓分子振动对称性↓→∆↑→强度↑2.峰强的表示方法>100很强峰（vs）20-100强峰（s）ε10-20中强峰（m）1-10弱峰（w）<1很弱峰（vw）五、官能团具有特征吸收频率（一）基团频率（特征频率）：不同分子中同一类型的基团的振动频率非常相近，都在一较窄的频率区间出现吸收谱带，这种吸收谱带的频率称为~。例：28003000cm-1—CH3伸缩振动35003100cm-1—NH伸缩振动（二）特征吸收峰：能代表某基团存在并具有较高吸收强

7、度的峰。例：C=O伸缩振动在1900-1650cm-1强吸收峰六、影响基团频率的因素（一）内部因素1.电子效应（1）诱导效应（I效应）：电负性不同，静电诱导作用1715cm-11800cm-11828cm-11928cm-1电负性↑→I↑→↑ῦῦC=O（2）共轭效应（C效应）：共轭效应使共轭体系中的电子云密度平均化，结果使原来的双键略有伸长（即电子云密度降低），力常数减小，使其吸收频率往往向低波数方向移动。C效应↑→ῦ↓1710-1725cm-