第十二章、波谱分析简介12.1.1红外吸收光谱分析infrared

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1、第十二章、波谱分析简介12.1.1红外吸收光谱分析InfraredAbsorptionSpectrum，IR分子的振动、转动光谱吸收能量较低，波长范围在红外区的电磁波分子不产生电子能级的跃迁只产生分子的振动和转动12.1.1基本原理1.分子振动分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相比）作周期性“简谐”振动，其振动可用经典刚性振动描述：k为化学键的力常数（N/cm=mdyn/Å），为双原子折合质量如将原子的实际折合质量（通过Avogaro常数计算）代入，则有简正振动基本形式伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长变化但键角不变的振动。变形

2、振动：基团键角发生周期性变化，但键长不变的振动。又称弯曲振动或变角振动。下图给出了各种可能的振动形式（以甲基和亚甲基为例）。2.红外光谱区的分类红外光谱区在可见光区与微波区之间，其波长范围一般为0.7μm~1000μm。红外光谱区的划分名称λ/μmσ/cm-1能级跃迁类型近红外区0.75~2.513333~4000O-H、N-H、C-H键的倍频吸收中红外区2.5~5.04000~200分子中原子的振动及分子转动远红外区50~1000200~10分子转动晶格振动λ～σ的关系怎样？如果波长以μm为单位，而1μm＝10-4cm，波长与波数的关系为：例如λ＝

3、50μm的红外光，用波数表示为：波数是波长的倒数，常用单位是cm-1，它表示1cm的距离内光波的数目。即在1cm的长度内，波长为50μm的红外光波的数量为200个。3.红外光谱产生的条件分子吸收红外光必须满足如下两个条件：☆红外光的能量应恰好能满足振动能级跃迁所需要的能量，当红外光的频率与分子中某基团的振动频率相同时，红外光的能量才能被吸收。☆★红外光与物质之间有耦合作用。分子必须有偶极矩的变化。ΨΞΨΘΨΩ☆只有能够引起偶极矩变化的振动，才能产生共振吸收。像N2，O2，Cl2等对称分子，由于两原子核外电子云的密度相同，正、负电荷中心重合，等于0，故振

4、动时没有偶极矩的变化，不吸收红外辐射，不能产生红外吸收光谱。3.红外光谱图T透过率振动和转动光谱，谱带。12.1.2红外光谱仪色散型IR谱仪：利用单色器作为色散元件傅立叶IR谱仪：利用光的干涉作用进行测定，没有色散元件1.色散型IR谱仪光源→吸收池→单色器→检测器→记录装置①基本构造和工作原理②红外分光光度计的主要部件光源：能连续地发出一定强度的红外辐射。常用的IR光源有能斯特灯和硅碳棒两种。能斯特灯：由混合的稀土金属(锆、钇、铈)的氧化物烧结制成，d=1mm~3mm，l=20mm~50mm的棒，棒的两端绕有铂丝作为导线，工作温度一般在1750℃。优点

5、：发光强度高。硅碳棒：由碳化硅烷结而成，中间细、两端粗的棒状物。优点：发光面积大，坚固耐用。吸收池：IR吸收池的窗口材料常由NaCl和KBr等盐的晶体制成，称为盐窗。使用IR谱仪时要注意防潮气体池液体池固体：KBr晶体研磨均匀后，压成透明片测定IR谱检测器：检测器的作用是接收红外辐射并使之转换成电信号。常用的有三种：真空热电偶、高莱池和电阻测辐射热计。IR与UV的主要区别：(1)IR谱仪的试样放在光源与单色器之间，而UV的试样放在单色器之后、检测器之前。(2)两者的光源、透光材料与检测器等有很大的差别。KBr，CsI晶体单色器：把通过试样池和参比池而进

6、入入射狭缝的复合光散射成单色光，再投射到检测器上进行测量。色散元件为棱镜或光栅。早期的IR谱仪的棱镜一般由NaCl或KBr等盐的晶体制成，现代的IR谱仪采用平面衍射光栅。（五）红外光谱法的应用研究分子结构：如确定分子的空间构型，求化学键的力常数、键长和键角等未知化合物的结构鉴定1.定性分析官能团的定性分析、已知化合物的鉴定傅立叶变换红外光谱仪具有扫描速度快，测量时间短，灵敏度、分辨率和测量精度高，测量的波长范围宽、应用最广泛等优点。①官能团的定性分析否定法：基于某个波数区间内的吸收峰对某个基团是特征的，在谱图中若无此吸收峰出现，则说明此基团在分子中不存

7、在。肯定法：根据红外光谱的特征吸收峰，确认某基团的存在。如某化合物的IR谱，在官能团区1740cm-1有吸收→C=O，在指纹区1300cm-1~1150cm-1范围内有两个强吸收峰→C－O，根据官能团区及指纹区的这三个相关峰：②已知化合物的鉴定(1)用标准试样对照。(2)与标准谱图对照。在没有纯净的标准物质时，可用标准谱图比较。许多国家都编制出版了标准谱图集，如萨特勒IR谱图集，汇集有十余万张纯化合物的标准红外光谱图。2.未知物结构分析未知物结构分析的一般步骤如下：①了解与试样性质有关的其他资料了解来源元素分析的结果相对分子质量熔点、沸点等物理性质和有

8、关的化学性质由元素分析结果和相对分子质量推算出分子式计算不饱和度：n1－1价原子数目n3－3价