红外光谱原理及解析课件.ppt

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1、【基本内容】红外光谱的基本知识、重要吸收区段以及在结构研究中的应用。【基本要求】掌握：红外光谱提供的信息与化合物结构间的相互关系以及重要吸收区段。熟悉：红外光谱在化合物结构解析中的应用。第三章红外吸收光谱2021/8/311有机波谱解析2015-11）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；3）红外光谱特征性强－“分子指纹光谱”。分子结构更为精细的表征，通过IR谱的波数位置、波峰数目及强度确定分子基团、分子结构；4）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；5）分析速度快，快速测量时可达到60

2、张谱/秒6）光谱数据积累较多。1.2.红外光谱法特点一、概述1.1.红外光谱的发展1947年，第一代双光束红外光谱，棱镜20世纪60年代，第二代，光栅70年代后期，第三代，干涉型傅里叶变换红外光谱仪近年来，第四代激光红外分光光度计。2021/8/312有机波谱解析2015-11.3.红外光区划分红外光谱(0.75~1000m)远红外(转动区)(25-1000m)中红外(振动区)(2.5~25m)近红外(泛频）(0.75~2.5m)绝大多数基团的基频振动吸收分子振动转动分子转动价键转动、晶格转动分区及波长范围跃迁类型用于研究单键的倍频、组频吸收,（如

3、0-H,N-H,C-H键。）这个区域的吸收很弱2021/8/313有机波谱解析2015-1电子基态电子激发态电子跃迁振动跃迁转动跃迁2341平动能Et:能级差小,近似地看成能量变化是连续的转动能Er:能级差(3.5×10-3~5×10-2eV)振动能Eν:能级差(5×10-2~1eV)电子能Ee:能级差(1~20eV)能量变化-量子化2.1.化学建的振动分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱二.化学键的振动2021/8/314有机波谱解析2015-12021/8/31有机波谱解析2015-15相对强度ν1ν有机物分子用频率连续变化的单色光照射选择性

4、吸收与能级跃迁相对应的特定频率的光光谱仪器记录2.吸收光谱透过吸收2.2.振动能级跃迁——红外光谱产生的条件条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。根据量子力学原理，分子振动能量Ev是量子化的，即EV=（V+1/2）h-分子振动频率，V-振动量子数，值取0，1，2，…只有当Ea=EV时，才可能发生振转跃迁。2021/8/316有机波谱解析2015-1红外活性振动：当分子振动时，只有偶极矩发生变化的振动才产生红外吸收，这种振动称为红外活性振动。条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用＝q×r物质吸收辐射实质上是外界辐射转移它的能量到分子中去，而这

5、种能量的转移是通过偶极矩的变化来实现的。正、负电荷中心间的距离r和电荷中心所带电量q的乘积，叫做偶极矩μ=r×q。它是一个矢量，方向规定为从负电荷中心指向正电荷中心。偶极矩的单位是D（德拜）。偶极矩变化越大，活性越强，吸收强度越大。某些极性键如CO2在振动时可以产生瞬间偶极矩的变化，也会产生红外吸收。2021/8/317有机波谱解析2015-12021/8/318有机波谱解析2015-1CHHCHH剪式振动平面摇摆CHH++CHH+非平面摇摆扭曲振动CHH反对称伸缩振动(νas)对称伸缩振动(νs)伸缩振动面内弯曲(δ面内)面外弯曲(δ面外)弯曲振动振动类

6、型高频区低频区2.3分子的振动类型亚甲基的振动形式键角不变,键长改变键长不变,键角改变CHH2021/8/319有机波谱解析2015-1多原子基团有更多的振动形式，可以出现一个以上基频振动吸收带,吸收带的数目与分子的自由度有关。自由度的数目等于分子中所有原子在空间的位置所需要坐标的总数。3N=平动+转动+振动振动自由度=3N–6－非线性分子振动自由度=3N–5--线性分子双原子分子N=2，振动自由度=3×2-5=1三原子分子N=3，振动自由度=3×3-6=3－非线性N=3，振动自由度=3×3-5=4－线性分子振动自由度数目越大，红外光谱中峰的数目越多。2.

7、4.振动自由度2021/8/3110有机波谱解析2015-12021/8/3111有机波谱解析2015-12021/8/3112有机波谱解析2015-12.5分子振动方程式双原子分子的振动方式:伸缩振动.如果把双原子分子粗略地看成弹簧谐振子,那么化学键的伸缩振动就是两个原子核在键轴方向上的简谐振动.根据虎克定律K:化学键的力常数,N·m-1µ:化学键的折合质量,kgm1、m2:化学键连结的两个原子核的质量,kg2021/8/3113有机波谱解析2015-1吸收频率用波数（ν）表示c:光速,3×1010cm/sK:N·m-1µ:原子折合质量kg发生振动能级跃

8、迁需要能量的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