第二章 红外光谱1

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1、第二章红外光谱红外光谱的基本原理影响红外光谱吸收频率的因素红外光谱仪及样品制备技术各类化合物的红外特征光谱红外图谱解析红外光谱技术的进展及应用12.1红外光谱的基本原理22.1.1红外吸收光谱1.红外光区分三个区段：近红外区：0.78~2.0m，12820~5000/cm,泛音区（用于研究单键的倍频、组频吸收）中红外区：2.0~25m，5000~400/cm,基频振动区（各种基团基频振动吸收）远红外区：25m以上，转动区（价键转动、晶格转动）2.红外光谱的产生：用波长2.0~25m,频率5000~400/cm-1的光波照射样品，引起分子内振动和转动能级跃迁所产生的吸收光

2、谱。3红外光谱是研究波数在4000-400cm-1范围内不同波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。谱图以波长或波数为横坐标，以透光度为纵坐标而形成。3.红外光谱的表示方法4横坐标：波数()400～4000cm-1；表示吸收峰的位置。纵坐标：透过率（T%），表示吸收强度。T↓，表明吸收的越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带。5红外光谱的选律(原子和分子相互作用，从一个能量状态跃迁到另一个能量状态要服从的一定规律):使分子偶极矩发生改变的振动是红外活性的.6对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：H2、N2、O2、Cl2等。非对称分子：有偶极矩，红外活性。如：H2O

3、，HCl，CO等。74.常见术语基频峰、倍频峰、合频峰、热峰基频峰：分子吸收光子后从一个能级跃迁到相邻的高一能级产生的吸收。V=0V=1倍频峰(2)：是分子吸收比原有能量大一倍的光子之后，跃迁两个以上能级产生的吸收峰，出现在基频峰波数n倍处。2为弱吸收。合频峰：是在两个以上基频峰波数之和(组频1+2)或差(1-2）处出现的吸收峰。合频峰均为弱峰。热峰：来源于跃迁时低能级不是基态的一些吸收峰。85.多原子分子的振动自由度和峰数含n个原子的分子，自由度为：线性分子有3n-5个非线性分子有3n-6个理论上每个自由度在IR中可产生1个吸收峰，实际上IR光谱中的峰数少于基本

4、振动自由度，原因是：1振动过程中，伴随有偶极矩的振动才能产生吸收峰2频率完全相同的吸收峰，彼此发生简并（峰重叠）3强、宽峰覆盖相近的弱、窄峰4有些峰落在中红外区之外5吸收峰太弱，检测不出来9CO2分子红外光谱示意图10面内面外2349667二氧化碳的IR光谱2.1.2分子中基团的基本振动形式分子振动方式分为：伸缩振动-----对称伸缩振动s-----反对称伸缩振动as弯曲振动-----面内弯曲振动----剪式振动s----平面摇摆-----面外弯曲振动----非平面摇摆----扭曲振动按能量高低为：as>s>s高频区低频区11多原子分子振动1213基本原理

5、14面内弯曲振动面外弯曲振动红外吸收强度及其表示符号摩尔消光系数（ε）强度符号＞200很强VS75~200强S25~75中等M5~25弱W0~5很弱VW2.1.3红外光谱的吸收强度15红外吸收峰形状宽峰尖峰肩峰双峰16影响红外光谱吸收强度的因素振动中偶极矩的变化幅度越大，吸收强度越大极性大的基团，吸收强度大，C=O比C=C强，C≡N比C＝C强使基团极性降低的诱导效应使吸收强度减小，使基团极性大的诱导效应使吸收强度增加。共轭效应使π电子离域程度增大，极化程度增大，吸收强度增加。形成氢键（提高了极化程度）使振动吸收峰变强变宽。?振动偶合（分子内有近似相同振动频率且位于相邻部

6、位的振动基团，产生两种以上的基团参加的混合振动）振动偶合使吸收增大，费米共振使倍频或组频的吸收强度著增加。17费米共振当倍频或组合频与某基频相近时，由于其相互作用而产生的强吸收带或发生峰的分裂。费米共振，使倍频峰增强。18例：C-Cl=874cm-1,其倍频峰位于1730cm-1，正好落在C=O附近，发生费米共振，使倍频峰增强。19IR光谱得到的结构信息从谱图可得信息：1吸收峰的位置（吸收频率）2吸收峰的强度,常用vs(verystrong),s(strong),m(medium),w(weak),vw(veryweak),b(broad),sh(sharp),v(vari

7、able)表示3吸收峰的形状(尖峰、宽峰、肩峰)应用：有机化合物的结构解析定性：基团的特征吸收频率定量：特征峰的强度202.2影响红外光谱吸收频率的因素外在因素（样品所处物态、制备样品的方法、溶剂的性质、氢键、结晶条件、吸收池厚度、色散系统以及测试温度等）内部因素质量效应电子效应空间效应氢键效应偶极场效应振动的偶合21各种化学键的红外吸收位置22一、外在因素（测定条件）正己酸在液态和气态的红外光谱a蒸气（134℃）b液体（室温）样品所处物态、制备样品的方法、溶剂的性质、氢键、结晶条件、吸收池