光谱分析2-红外.pdf

《光谱分析2-红外.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、HuazhongUniversityofScienceandTechnology材料分析与表征技术黄云辉材料科学与工程学院第一部分光谱分析技术2红外吸收光谱（1）基本原理（2）测试方法（3）应用§2-1基本原理利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收特性来分析分子中有关基团结构的定性、定量信息的分析方法。紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具有共轭体系的有机化合物，而红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）。因此，除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。§2-1

2、-1红外光的分区红外线：红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为0.75~1000µm。习惯分三个区：近红外区：0.78~2.5m（12820----4000cm-1）—OH和—NH倍频吸收区中红外区：2.5~25m（4000----400cm-1）基团的基频振动、伴随转动光谱远红外区：25~500m（400----20cm-1）纯转动光谱§2-1-2红外吸收光谱的作用1．可以确定化合物的类别（芳香类）2．确定官能团：例：—CO—，—C＝C—，—C≡C—3．推测分子结构（简单化合物）4．定量分析红外光谱与有机化合物结构红外光谱图：纵坐标为吸收强度，横坐标为波长

3、(m)和波数1/(cm-1)可以用峰数、峰位、峰形、峰强来描述。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。§2-1-3红外吸收光谱的产生1．简谐振动物体在受到大小跟位移成正比，而方向恒相反的合外力作用下的运动。双原子分子A-B→近似看作谐振子两原子间的伸缩振动→近似看作简谐振动双原子分子简谐振动示意图简谐振动的基本类型简谐振动的数目简谐振动的数目称为振动自由度。每个振动自由度对应于IR谱图上的一个基频吸收带。分子的总自由度取决于构成分子的原子在空间中的位置。每个原子空间位置可以用直角坐标系中x、y、z三个坐标表示，即有三个自由度。显然，由n

4、个原子组成的分子，具有3n个总自由度，即有3n种运动状态，而3n种运动状态包括了分子的振动、平动和转动。即:3n=振动自由度+平动自由度+转动自由度振动自由度=3n平动自由度转动自由度对于非线性分子，振动自由度=3n6对于线性分子，振动自由度=3n52.分子振动方程式(1)双原子分子的简谐振动及其频率化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧AB:双原子的折合质量k:化学键的键力常数，与键能和键长有关:与化合物组成和结构有关（2）振动能级1分子振动总能量E（）h2分子振动频率分子振动量子数0，1，2，32ground1state03.红外光

5、谱产生的条件分子振动能级差Eh振光子照射能量EhLL产生红外光谱前提EE振L即L红外光的照射频率L分子的振动频率满足两个条件：(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；(2)辐射与物质间有相互偶合作用。对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2等。非对称分子：有偶极矩才有红外活性。偶极子在交变电场中的作用示意图4.红外光谱频率的计算任意两个相邻的能级间的能量差为：hkEh211kk13072cK化学键的力常数，与键能和键长有关，为双原子的折合质量=m1m2/（m1

6、+m2）发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。表某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）键类型:—CC—>—C=C—>—C—C—力常数:15179.59.94.55.6峰位:4.5m6.0m7.0m化学键键强越强（即键的力常数K越大），原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。例:由表中查知C=C键的k=9.59.9,令其为9.6,计算波数值11kkv13072c9.6113071650cm12/2正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652cm-15.分子中基团的基本振动形式1．

7、两类基本振动形式伸缩振动亚甲基：变形振动亚甲基２．峰位、峰数与峰强（1）峰位化学键的力常数k越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。例１水分子（2）峰数峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。（3）瞬间偶基矩变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；例2CO分子2（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；（5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰。3．基频峰与泛频峰a）基