红外光谱法课件.ppt

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1、红外光谱法InfraredSpectrometryⅠ、概述红外光：位于可见光与微波之间，波长0.5~1000μm。由于绝大多数有机化合物和许多无机化合物的化学键的振动基频均出现在中红外区，因此在红外光谱中应用最广泛的是从2.5μm~25μm（波数从4000cm-1~400cm-1）的中红外光区。近红外区0.52.5中红外区5010320000400020010远红外区λ/μmν/cm-125400当红外光照射某一物质时，该物质的分子就会吸收一定波长的红外光。这是由于物质分子中某基团的振动频率和红外光的频率相同时，分子吸收能量引起振动能级的跃迁。红外光谱图是以波长或波数为横坐标，以吸光度或百

2、分透过率为纵坐标记录物质分子吸收红外光的谱图。Ⅱ、红外光谱产生的条件红外光谱产生需同时满足两个条件：（1）红外辐射满足振动跃迁所需能量。（2）分子振动时有偶极矩的变化。1.红外吸收与分子偶极矩对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2、Cl2C=CCl2等。非对称分子：有偶极矩，红外活性。2.红外光谱与分子振动（1）分子中基团的振动频率——虎克定律分子中成键原子间的振动类似于连接两个小球的弹簧：成键原子间的振动频率可由虎克定律来表达：是分子的固有性质，只与、k有关。k——化学键的力常数。与键的电子云分布有关，是键的属性，代表键发生振动的难易程度。——

3、两个成键原子的折合质量：可见，发生振动能级跃迁需要的能量大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。计算：c=c=1682cm-1c-H=3032cm-1c=o=1724cm-1一些键的伸缩力常数（毫达因/埃）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。（2）分子中基团的振动类型——两类基本振动形式：①伸缩振动（以表示）：沿键轴方向，只有键长改变，无键角变化。亚甲基：②变形振动（又称弯曲振动，以表示）：垂直于键的方向，只改变键角，不影响键长。亚甲基：甲基的振动形式：伸缩振动变形振动对称δs(CH3

4、)1380㎝-1不对称δas(CH3)1460㎝-1对称不对称υs(CH3)υas(CH3)2870㎝-12960㎝-1（3）分子振动的自由度一个质点在空间的运动可以用三维坐标来描述。称之为有三个自由度。对于有N个原子的分子，总的自由度为3N。其中，除去三个平动、三个转动外，其余为分子内部的振动，即有3N-6个振动自由度。对于线性分子的转动，当转轴与分子轴重合时空间坐标不变，因此线性分子的振动自由度为3N-5。这些独立的振动称之为分子的简正振动。当某一个简正振动导致分子的偶极矩变化，而它的振动频率又恰与照射它的辐射频率相同时，分子就会产生红外吸收，在谱图上出现一个吸收带。因此，红外谱图上出

5、现的吸收峰与分子的振动自由度有关。在分子的简正振动中，有的振动频率相同，它们的吸收带重合，这种现象称之为简并。因此，分子红外吸收出现的谱带数与分子的简正振动数并不一定相等。简正振动数大于峰数：①振动时分子没有偶极矩的变化。②简并③被掩盖④振动强度太弱⑤仪器分辨率太低⑥在仪器工作频率之外简正振动数小于峰数：①有倍频、合频、差频②有振动偶合③费米共振基频：从=0（振动基态）跃迁到=1（第一激发态），峰强，位于4000-400cm-1中红外区。倍频：从=0跃迁到=2（第二激发态），峰弱，多在近红外区，频率近似于基频两倍或数倍。差频：电磁波能量恰为分子中两个基频跃迁能量之差，产生吸收c=

6、m-n，峰极弱。合频：电磁波能量恰为分子中两个不同基频之和，则产生吸收c=m+n，峰很弱。振动偶合：当相同的两个基团在分子中十分靠近，其相应的特征吸收峰发生分裂形成两个峰。费米共振：当倍频或组频峰位于某强基频峰附近时，弱的倍（组）频与基频偶合，发生峰的分裂。水分子（非对称分子）简振自由度=3N-6=3×3-6=3as=3756cm-1s=3657cm-1δ=1595cm-1CO2分子（对称分子）简振自由度=3N-5=3×3-5=4（4）谱带强度的表示方法vs(很强)，s(强),m(中),w(弱)，vw（很弱）（5）峰形宽峰尖峰肩峰双峰Ⅲ、红外光谱的基团频率基团的振动频率取决

7、于键的力常数和键两端原子的折合质量。力常数起主要作用，质量效应居于次要地位。由于原子间的力常数在不同分子中的变化很小，因此，处于不同有机分子中的一些基团的振动频率总是在一个较窄的范围内变动，分子其余部分对它的影响较小。即基团频率具有特征性。基团特征频率（特征峰）：与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键的振动频率。例：—CH3特征峰：28003000cm-1—C=O特征峰：16001850cm-11.红外吸收