红外吸收光谱课件.ppt

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1、红外吸收光谱法Infraredspectrum;IR分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构近红外区中红外区远红外区25红外光区的划分3区域名称波长(µm)波数(cm-1)能级跃迁类型近红外区泛频区0.78-2.512820-4000OH、NH、CH键的倍频吸收中红外区基本振动区2.5-254000-400分子振动/伴随转动远红外区分子转动区25-300400-30分子转动中红外区是研究和应用最多的区域，一般说的红外光谱就是指中红外区的红外光谱。红外光谱图：纵坐标为

2、百分透光率，横坐标为波长λ（m）和波数1/λ单位：cm-1可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。应用：有机化合物的结构解析。定性：基团的特征吸收频率；定量：特征峰的强度；红外光谱与有机化合物结构17:35:34IR与UV的比较IRUV起源分子振动能级伴随转动能级跃迁分子外层价电子能级跃迁适用所有红外吸收的有机化合物具n-π*跃迁有机化合物具π-π*跃迁有机化合物特征性特征性强简单、特征性不强用途鉴定化合物类别定量鉴定官能团推测有机化合物共轭骨架推测结构第一节红外吸收光谱法的基本原理第二节有机化合物的典型光谱第三节红外光谱

3、仪第四节红外吸收光谱分析一、分子的振动能级和振动形式二、红外吸收光谱产生的条件和吸收峰强度三、吸收峰的位置四、特征峰和相关峰17:35:34第一节基本原理以双原子分子振动光谱为例说明红外光谱产生的条件。近似看成沿键轴方向的简谐振动。一、振动能级与振动形式（一）分子振动能级1、振动能级位能图r=re时，U=0；r>re时，U>0;r0.总能量：Ev=U+Tr=re时，U=0，Ev=T最远处，T=0，Ev=U量子力学证明，分子振动的总能量为17:35:34常温下分子处于振动基态，V=017:35:34只有当红外

4、辐射频率等于振动量子数的差值与分子振动频率的乘积时，分子才能吸收红外辐射，产生红外吸收光谱。（二）、振动形式（多原子分子）伸缩振动v指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动1.对称伸缩振动：键长沿键轴方向同时伸长或缩短。2.不对称伸缩振动：键长沿键轴方向交替伸长或缩短。17:35:34弯曲振动（变形振动，变角振动）指键角发生周期性变化、而键长不变的振动1．面内弯曲振动β：弯曲振动发生在由几个原子构成的平面内1）剪式振动δ：振动中键角的变化类似剪刀的开闭2）面内摇摆ρ：基团作为一个整体在平面内摇动17:35:341）面外摇摆ω

5、：两个X原子同时向面下或面上的振动2）扭曲τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的振动2．面外弯曲γ：弯曲振动垂直几个原子构成的平面17:35:341）对称的变形振动δs：三个AX键与轴线的夹角同时变大2）不对称的变形振动δas：三个AX键与轴线的夹角不同时变大或减小3．变形振动δ（多个化学键端的原子相对于分子的其余部分的弯曲振动）伸缩（）：对称（s）不对称（as）弯曲：面内弯曲（）：剪式（）面内摇摆（）面外弯曲（）：面外摇摆（）蜷曲（）变形：对称（s）不对称（as）振动形式（三）振动自由度分子基本

6、振动的数目称为振动自由度，即分子的独立振动数。（1）双原子分子只有一种振动形式——伸缩振动。（2）多原子分子虽然复杂，但可以分解为许多简单的基本振动（即伸缩振动和弯曲振动）来讨论。分子作为一个整体，其运动状态又可分为：平动（移动）、转动、振动三类：分子自由度数（3N）=平动自由度+转动自由度+振动自由度因此振动自由度=分子自由度数（3N）–（平动自由度+转动自由度）非线性分子振动自由度=3N–（3+3）=3N–6线性分子振动自由度=3N–（3+2）=3N–5用途：由振动自由度数可以估计基频峰的可能数目。例1：H2O例2：

7、CO217:35:34吸收峰数少于振动自由度的原因：1、简并：振动形式不同而振动频率相同。它们的基频峰在同一位置出现。如CO2中βC=O和γC=O振动频率相同2、红外非活性振动。CO2对称伸缩振动vsC=O中µ=0，没有吸收峰。二、红外吸收光谱产生的条件conditionofInfraredabsorptionspectroscopy(一)满足两个条件：(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；(2)分子振动引起偶极矩的变化对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2等。非对称分子：

8、有偶极矩，红外活性。（二）吸收峰的强度峰带强度主要由两个因素决定：①能级的跃迁几率。②振动过程中偶极矩的变化。1)能级跃迁几率的影响：以倍频峰为例,从基态(Vo)跃迁到激发态(V2)时,振幅加大,偶极矩变大,峰强本该增大。但是由于这种跃迁几率很低,结果峰强反而很弱。样品浓度加大,峰强也随之加大,则是跃迁几率增加的结果