第五章 红外吸收光谱分析法ppt课件.ppt

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1、第五章红外吸收光谱分析（IR)一、概述二、红外吸收光谱产生的条件三、分子振动和吸收频率四、红外吸收峰的数目和强度第一节红外光谱分析基本原理2021/7/302.红外吸收光谱的定义：用一连续波的电磁辐射(红外光)照射分子，并记录物质分子对辐射吸收程度随辐射波数(由波长换算得到)变化的关系曲线。能量小以至不能引起电子跃迁，分子只能振动、转动跃迁。红外吸收光谱又称分子振动-转动光谱，属分子吸收光谱。利用物质的分子对红外辐射的吸收，并由其振动或转动引起分子偶极矩的变化，产生分子的振动能级和转动能级从基态到激发态的跃迁，所产生的吸收光谱。一、概述1.紫

2、外可见吸收光谱：用一连续波的电磁辐射(紫外可见光)以波长大小顺序分别照射分子，并记录物质分子对辐射吸收程度随辐射波长变化的关系曲线。分子属于电子跃迁。2021/7/30振动能级跃迁的能量：ΔE振动≈0.05～1eVλ振动≈25～1.25m转动能级跃迁的能量：ΔE转动≈0.005～0.050eVλ转动≈250～25m电子能级跃迁的能量：ΔE电子≈1～20eV200-800nm2021/7/30紫外可见吸收光谱红外吸收光谱2021/7/30波谱区近红外光中红外光远红外光波长/m0.75~2.52.5~5050~1000波数/cm-113333~

3、40004000~200200~10跃迁类型分子振动分子转动近红外光区：吸收的基团低能电子能级跃迁含氢原子团：-OH、-NH、-CH伸缩振动的倍频吸收峰稀土及过渡金属离子配位化学的研究对象适用于水、醇、高分子化合物、含氢原子团化合物的定量分析中红外光区：分子的振动、转动基频吸收光谱区应用最为广泛的红外光谱区远红外光区：气体分子的转动能级跃迁晶体的晶格振动某些变角振动、骨架振动-异构体的研究金属有机化合物、氢键、吸附现象研究该光区能量弱,较少用于分析2.红外光的区的划分（0.75~1000m）2021/7/30纵坐标为透射率(T%)或吸光度(A)

4、，横坐标为波长λ(m)和波数1/λ单位：cm-1可以用峰位置，峰形状，峰强度来描述。3.红外光谱的表示方法2021/7/304.红外吸收光谱的作用作用：有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红外特征吸收频率，确定化合物结构中基团,这是定性分析；也可依据特征峰的强度变化进行定量分析。红外辐射→振-转能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构2021/7/30二、红外吸收光谱产生的条件(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；满足两个条件：(2)必须是引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收光谱。(动画)2021/7/30二、红外吸收光谱

5、产生的条件如：单原子分子、同核双原子分子：He、Ne、N2、O2、Cl2、H2没有红外活性极性分子具有红外活性，HCl，H2O如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁。有红外活性注意：只要分子振动时会发生偶极矩的变化就表明分子具有红外活性，就能吸收红外辐射，而与分子是否具有永久偶极矩无关。2021/7/30三、分子振动和特征振动频率1.双原子分子振动方程式(1)双原子分子的简谐振动及其频率分子的振动能级(量子化)：ν：化学键的振动频率；V：振动量子数(V=0、1、2...),当V=0时，E≠0，称为零点能。根据经典力学的虎克定律：k-

6、-化学键的力常数(N/cm)，与键能和键长有关；μ-双原子的折合原子量:μ=M1M2/(M1+M2)取决于分子的结构特征2021/7/30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。例题:由表中查知C=C键的k=9.59.9(N/cm),令其为9.6,计算波数值。正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652cm-1kCC(2222)>kC=C(1667)>kC-C(1429)（质量相近）单位：cm-1C-C(1430)<C-N(1330)<C-O(1280)(力常数相近）单位：cm

7、-12021/7/302．非谐振子的振动谐振子的振动模式是理想化的，实际上振动模式是非理想化的：当△V=±1、±2、±3…振动能级的跃迁也可能存在。E振动=(V+1/2)hν-(V+1/2)2hνX+(V+1/2)3hνX-…X非谐性常数对于真实的分子(非谐振子)，其振动跃迁旋律不在局限于△V=±1，而是△V=±1、±2、±3…，这就是为什么在红外光谱中除了观察到基频吸收外，还可以观察到弱的倍频和组合频的原因。2021/7/302．分子振动的类型（1）振动自由度对于由N个原子组成的分子：3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度振动自由度=3N-平

8、动自由度-转动自由度由N个原子组成的分子：平动自由度=3由N个原子组成的线形分子：转动自由度=2由N个原子组成的非线形分子：转动自由度=