波谱分析2讲.ppt

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1、1.3红外吸收光谱分析（IR)1.3.1红外光谱的定义及分类：定义：IR是由于物质吸收电磁辐射后，分子振动-转动能级的跃迁而产生的，称为分子振-转光谱1.3红外吸收光谱分析（IR)分类：近红外区：0.78~2.5μm（10000----4000cm-1）—OH和—NH倍频吸收区中红外区：2.5~25μm（4000----400cm-1）基频振动、伴随转动光谱远红外区：25~1000μm（400----20cm-1）纯转动光谱1.3红外吸收光谱分析（IR)1.3.2红外光谱的吸收强度和表示方法1．透光度式中I0—入射光强度；I—入射光被样品吸收后透过的光强度。2．吸光度横坐

2、标：表示波长或波数,波数是波长的倒数，即（cm-1）=104/(m)1.3红外吸收光谱分析(IR)聚乙烯的红外光谱图(a)透过光谱图(b)吸收光谱图3.IR光谱图纵坐标：表示透光度或吸光度1.3红外吸收光谱分析（IR)1.3.3红外光谱法基本厡理1.分子的振动能级红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生分子的振动能级差远大于转动能级差分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁1.3红外吸收光谱分析（IR)2.双原子分子的振动光谱HCL的双原子的振动是最简单的振动，即两原子的相对伸缩振动,称为简谐振动。由经典虎克Hooke定律，简谐振动频率双原子分子振动的弹簧球模型（1

3、）1.3红外吸收光谱分析（IR)以波数表示经典虎克Hooke定律，振动频率（cm-1)：c为光速3×1010cm.s-1k为化学键力常数K单键=5.0N.cm-1N阿佛加德罗常数=6.023×1023（2）（3）1.3红外吸收光谱分析（IR)3．红外光谱产生条件：分子吸收红外辐射的频率恰好等于分子振动频率整数倍分子在振、转过程中的净偶极矩的变化不为0，即分子产生红外活性振动，且辐射与分子振动发生能量耦合。1.3红外吸收光谱分析（IR)红外活性振动：分子振动产生偶极矩的变化，从而产生红外吸收的性质红外非活性振动：分子振动不产生偶极矩的变化，不产生红外吸收的性质1.3红外吸收

4、光谱分析（IR)4.多原子分子的振动光谱振动形式可分成两类：1）伸缩振动对称伸缩振动（s）；反对称伸缩振动（as）；对称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动同时发生反称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动交替发生指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动1.3红外吸收光谱分析(IR)2）弯曲振动（变形振动）面内变形振动（）；面外变形振动（）；剪式振动δ：振动中键角的变化类似剪刀的开闭面内摇摆ρ：基团作为一个整体在平面内摇动1.3红外吸收光谱分析(IR)1）伸缩振动亚甲基（-CH2-）的几种基本振动形式及红外吸收反对称伸缩振动对称伸缩振动as:2926cm-1（s）s:2853c

5、m-1（s）对称伸缩振动反对称伸缩振动-CH3的伸缩振动1.3红外吸收光谱分析(IR)剪式振动面内摇摆振动：1468cm-1（m）γ：720cm-1-C-(CH2)n，n≥4面外摇摆振动扭曲振动：1306～1303cm-1（w）：1250cm-1（w）2）弯曲振动对称的弯曲振动δs：三个键与轴线的夹角同时变大不对称的弯曲振动δas：三个键与轴线的夹角不同时变大或减小1.3红外吸收光谱分析（IR)1.3.4基本的振动数1.振动的自由度（简正振动):基本的振动原子在空间的位置可以用直角坐标系中的三个标x、y、z表示，因此n个原子组成的分子总共应有3n个自由度，即3n种运

6、动状态。但分子整体有3个平动自由度和3个转动自由度1.3红外吸收光谱分析（IR)例如：HCL分子振动的自由度=3×2—5=1（线性分子）H2O分子振动的自由度=3×3—6=3注：振动自由度反映吸收峰数量但并非每个振动都产生基频峰吸收峰数常少于振动自由度数1.3红外吸收光谱分析（IR)2.红外活性振动只有偶极矩发生变化，分子才能产生红外吸收（是分子中的电荷的分布发生变化）NO,HCL,C=O;CO2;H2,N2,O2;C=C,S-S’N=N;1.3红外吸收光谱分析（IR)3.简并分子的对称性越高其简并度越高例如：CH4分子，振动的自由度：3×5-6=9但只有4个基本振动谱带

7、例如：有的振动形式虽不同，但它们的振动频率却相等，因而产生简并，如前述CO2的面内及面外弯曲振动。1.3红外吸收光谱分析（IR)4.吸收峰的强度根据量子理论，红外光谱的吸收强度与分子振动时偶极矩变化的平方成正比例如：C=O,Si-O,C-CL,-NH2强极性基团有强吸收带C=C,C-C,C-N等弱极性基团有弱吸收带1.3红外吸收光谱分析（IR)另外，对于同一类型的化学键，偶极矩的变化与结构的对称性有关（1）R—CH＝CH2摩尔吸光系数=40（2）R—CH＝CH—R顺式摩尔吸光系数=10（3）R—CH＝CH—R反式摩尔吸光系