红外光谱法和激光拉曼光谱法课件.ppt

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1、第十章红外吸收光谱法10.1概述10.1.1红外吸收光谱的性质分子光谱、吸收光谱、振转光谱红外光谱：近红外：0.75－2.5m，OH、NH及CH的倍频吸收区中红外：2.5－50m，分子中振、转能级的跃迁远红外：50－1000m，骨架振动和转动能级跃迁10.1.2红外吸收光谱的表示方法应用：中红外区有机化合物的结构鉴定。组成：以透光率为纵坐标，波数(cm-1)为横坐标(1)与标准谱图比较(2)确定化合物结构；官能团顺反异构取代基位置氢键结合络合物推测未知样品结构；6.1.4IR的特点10.1.3IR与UV的区别产生机制不同研究对象和使用范围不同具有高度特征性，可用于结

2、构解析无损探测定量灵敏度较低UV：电子光谱IR：振转光谱UV：用于不饱和有机物IR：用于大多数有机物10.2IR基本原理10.2.1IR产生的条件1.辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等振动能级：振动能级差：红外光子能量：若E＝EL，则L＝：振动量子数(=0,1,2,3,…)v：振动频率vL：红外辐射的频率基频峰：倍频峰能量逐渐降低=0=1时所产生的吸收峰二倍峰：=0=2时所产生的吸收峰三倍峰：=0=3时所产生的吸收峰2.辐射与分子之间必须有耦合作用r:正、负电荷中心之间的距离；:电荷非对称分子：有偶极矩，红外活性。对称分子：没有偶极矩，辐射

3、不能引起共振，无红外活性。偶极子在交变电场中的作用示意图判断：HCl,CO,O2,N2,Cl2是否有红外吸收或红外活性？10.2.2振动形式、自由度和吸收峰的数目1振动形式伸缩振动对称伸缩振动不对称伸缩振动变形振动面内变形振动面外变形振动剪式振动面内摇摆振动面外摇摆振动面外扭曲振动2分子的振动自由度（独立振动的数目）CO2的振动自由度：3×3-5＝4H2O的振动自由度：3×3-6＝3(1)非线性分子：3N-6(2)线性分子:3N-5H2O的红外吸收峰CO2的红外吸收峰3吸收峰的数目减少的原因：小于或等于振动自由度(1)振动过程中无偶极矩变化，不产生红外吸收(2)分子结构对

4、称，振动频率相同，彼此发生简并(3)仪器灵敏度、分辨率不高，吸收峰未检出或分不开(4)波数超出了仪器的可测范围(4000-400cm-1)10.2.3红外吸收峰的位置1.分子振动方程式：mA、mB分别为原子A、B的原子量k:化学键的力常数:双原子的折合质量振动能级跃迁需要能量取决于分子的结构特征。基团力常数(N/cm)吸收峰波数(cm-1)CC12-182200C=C8-121600C-C4-61100C-H4.7-5.03000C-C4-61100C-I3.2-4.55002影响-C=O基频峰的移动因素：(1)诱导效应：吸电子基团常使吸收峰向高波数方向移动(2)共轭效

5、应：使电子云密度降低力常数减小，振动频率降低(3)氢键：羰基和羟基间易形成氢键，使羰基双键特性降低，吸收峰向低波数移动RCOOH（游离）C=O＝1760cm-1C=O＝1710cm-1(4)振动耦合：频率相同或相近的基团联在一起，因相互作用而使吸收峰分成两个C=O=1820;1760cm-1（二聚体）(5)空间效应：张力四元环>五元环>六元环(6)溶剂的影响C=O178417451715cm-1C=O16631686cm-1C＝O的振动频率：气态>非极性溶剂>极性溶剂10.2.4吸收峰的强度>100Lmol-1cm-1非常强峰(vs)＝20-100Lmol

6、-1cm-1强峰(s)＝10-20Lmol-1cm-1中强峰(m)＝1-10Lmol-1cm-1弱峰(w)影响因素：(1)跃迁几率：基频峰>倍频峰(2)偶极矩变化：C＝O,Si－O,C－Cl,C－F强吸收C＝C,C＝N,C－C,C－H弱吸收(3)振动形式：不对称伸缩>对称伸缩>变形振动(4)样品浓度10.3IR的基本区段10.3.1官能团区(4000-1300cm-1)X-H伸缩振动区(X=C,N,O,S等)：2500-4000cm-1叁键和累计双键的伸缩振动区：2500-2000cm-1双键伸缩振动区：2500-1500cm-1C-H变形振动区：1500-1300c

7、m-1官能团区特点：各官能团具有各自的特征吸收峰，不同化合物中峰位移不大各官能团的特征吸收峰出现在高频区10.3.2指纹区（1300－600cm-1）10.3.3主要基团的特征吸收峰（表10-3）C-X伸缩振动区(X=C,N,O等)：1300－910cm-1苯环取代吸收：910-600cm-110.4红外光谱仪10.4.1基本组成辐射光源吸收池单色器检测器1.辐射光源(1)能特斯灯：稀土氧化物材料。发光强度大，稳定性好，但机械强度较差，价格较贵。(2)硅碳棒：SIC材料，其辐射能量与能斯特灯接近。寿命长，发光面积大。记录显示装