红外原理及实例分析.doc

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1、红外光谱法第一节概述红外光谱法（infraredspectroscopy）研究红外光与物质间相互作用的科学，即以连续波长的红外光为光源照射样品引起分子振动和转动能级之间跃迁，所测得的吸收光谱为分子的振转光谱，又称红外光谱。红外区可分为以下几个区域，见表2-1。表2-1红外光谱区域划分区域波长λμm波数㎝-1能级跃迁类近红外区中红外区远红外区0。76～2。52。5～5050～100013158～40004000～200200～10NH、OH、CH倍频区振动转动转动红外光谱在化学领域中主要用于分子结构的

2、基础研究（测定分子的键长、键角等）以及化学组成的分析（即化合物的定性定量），但其中应用最广泛的还是化合物的结构鉴定，根据红外光谱的峰位、峰强及峰形，判断化合物中可能存在的官能团，从而推断出未知物的结构。有共价键的化合物（包括无机物和有机物）都有其特征的红外光谱，除光学异构体及长链烷烃同系物外，几乎没有两种化合物具有相同的红外吸收光谱，即所谓红外光谱具有“指纹性”，因此红外光谱法用于有机药物的结构测定和鉴定是最重要的方法之一。第二节红外光谱法的基本原理红外光谱法主要研究分子结构与其红外光谱之间的关系。

3、一条红外吸收曲线，可由吸收峰（或）及吸收强度（）来描述，本节主要讨论红外光谱的起因，峰位、峰数、峰强及红外光谱的表示方法。一、红外光及红外光谱介于可见与微波之间的电磁波称为红外光。以连续波长的红外光为光源照射样品所测得的光谱称之为红外光谱。分子运动的总能量为：。分子中的能级是由分子的电子能级、平动能级、振动能级和转动能级所组成。引起电子能级跃迁所产生的光谱称为紫外光谱（第一章已详细讨论）。又因为分子的平移（E平动）不产生电磁辐射的吸收，故不产生吸收光谱。分子振动能级之间的跃迁所吸收的能量恰巧与中红外

4、光的能量相当，所以红外光可以引起分子振动能级之间的跃迁，产生红外光的吸收，形成光谱。在引起分子振动能级跃迁的同时不可避免的要引起分子转动能级之间的跃迁，故红外光谱又称为振–转光谱。二、分子的振动能级与振动频率分子是由原子组成的，原子与原子之间通过化学键连接组成分子，分子是非刚性的，而且有柔曲性，因而可以发生振动。为了简单起见，把原子组成的分子，模拟为不同原子相当于各种质量不同的小球，不同的化学键相当于各种强度不同的弹簧组成的谐振子体系，进行简谐振动。所谓简谐振动就是无阻尼的周期线性振动。(一)双原子

5、分子的振动及其频率38为了研究简单，以双原子分子为例，说明分子的振动。如果把化学键看成是质量可以忽略不计的弹簧，A，B两原子看成两个小球，则双原子分子的化学键振动可以模拟为连接在一根弹簧两端的两个小球的伸缩振动。也就是说把双原子分子的化学键看成是质量可以忽略不计的弹簧，把两个原子看成是在其平衡位置作伸缩振动的小球（如图2-1）。振动位能与原子间距离r及平衡re距离间关系：(2－1)k为力常数，当r=re时，U=0，当r>re或r0。振动过程位能的变化，可用位能曲线描述(图2-2)。假如

6、分子处于基态(υ=0)，振动过程原子间的距离r在f与f′间变化，位能沿f→最低点→f′曲线变化，在υ=1时r在e与e′间变化，位能沿e→最低点→e′曲线变化。其它类推，在A，B两原子距平衡位置最远时(2－2)ν为分子的振动频率，υ为振动量子数υ=0，1，2……，h为planck常数。图2-1谐振子振动示意图图2-2势能曲线由图2-2势能曲线可知(1)振动能是原子间距离的函数，振幅加大。振动能也相应增加。(2)在常态下，分子处于较低的振动能级，分子的振动与谐振子振动模型极为相似。只有当υ=3或4时分子

7、振动势能曲线才显著偏离谐振子势能曲线。而红外吸收光谱主要从基态(υ=0)跃迁到第一激发态(υ=1)或第二激发态(υ=2)引起的红外吸收。因此可以利用谐振子的运动规律近似讨论化学键的规律。(3) 振幅越大势能曲线的能级间隔将越来越密。(4)从基态(υ0)跃迁到第一激发态(υ1)时将引起一强的吸收峰称为基频峰(fundamentalbands);从基态(υ0)跃迁到第二激发态(υ2)或更高激发态(υ3)时将引起一弱的吸收峰称为倍频峰(overtonebands)。(5)振幅超过一定值时，化学键断裂，分子

8、离解，能级消失势能曲线趋近于一条水平直线，此时Emax等于离解能(见图2-2中b→b′曲线)根据Hooke定律，其谐振子的振动频率(2–3)k为力常数，单位牛顿/米(N/m)，μ为折合质量。若表示双原子分子的振动时，k以毫达因/埃(mD/Ǻ)为单位，m以原子的摩尔质量表示，单位为克(g)。红外光谱中常用波数表示频率。38(2–4)k为化学键常数，含意为两个原子由平衡位置伸长1Ǻ后的恢复力，mA、mB分别为A、B的摩尔质量，单位克(g)。实验结果表明，不同化学键具有不同