仪器分析 第04章红外分光光度法ppt课件.ppt

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1、红外分光光度计红外吸收光谱法基本原理概　　述应用简介试样制备红外光谱：分子振动转动光谱,属分子吸收光谱。红外光照射分子时，分子吸收其中一些频率的辐射,引起分子振动或转动偶极矩的净变化,使振-转能级从基态跃迁到激发态。第一节概述IR发展历史1800发现红外辐射；1900-1910逐渐重视；1940-1950二战期间，橡胶的需求，对有机物结构的研究推动IR发展；目前称UV、IR、NMR和MS为有机分析的四大谱。一、红外光谱分区表4.1红外光谱区划分红外光谱区：0.78~1000m的电磁辐射区二、红外光谱的表示方法当一

2、束具有连续波长的红外光通过物质时,其中某些波长的光就要被物质吸收。物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一样时,二者发生共振,分子吸收能量,由原来的基态振动能级跃迁到能量较高的振动能级，将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来,就得到红外光谱图(IR)。IR光谱用T-λ曲线或T-曲线表示。纵坐标为百分透射比T%,吸收峰向下,向上则为谷。横坐标为波长λ（单位μm）或波数（单位cm-1)。两者的关系是：中红外区的范围为4000-400cm-1。图4.1苯酚的IR吸收光谱图4.2乌桕油的IR光谱图4.3聚苯乙烯红外

3、光谱图三、红外光谱与紫外光谱的区别光谱产生的机制：紫外主要是电子能级跃迁,红外主要是振动能级跃迁。研究对象不同紫外:具有共轭体系的不饱和化合物,红外:除了单原子分子和同核双原子分子外几乎所有有偶极距变化的有机物。使用范围不同：紫外可以进行定性和定量分析,分析的是液体,红外最重要的用途是有机化合物的结构分析,是一种非破坏性的分析,分析的试样可以是液体、固体、气体。四、红外光谱特点红外吸收只有振-转跃迁,能量低；应用范围广,除单原子分子及单核分子外,几乎所有的有机物均有红外吸收；分子结构更为精细的表征：通过波谱的波数位

4、置、波峰数目及强度确定分子基团和分子结构；符合朗伯-比尔定律，可以进行定量分析；固、液、气态试样均可用,且用量少,不破坏样品；分析速度快。与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。第二节红外吸收基本理论一、分子的振动(一)谐振子分子的两个原子以其平衡点为中心,以很小的振幅(与核间距相比)作周期性“简谐”振动,其振动可用经典刚性振动描述：k为化学键的力常数(N.cm-1),为双原子折合质量:简谐振动方程式影响波数或频率的因素：化学键力常数：k大,化学键的振动波数高，如：C-C：k=5N.cm-1,σ=119

5、0cm-1;C=C：k=10N.cm-1,σ=1683cm-1;CC：k=5N.cm-1,σ=2062cm-1;原子质量：质量m大,化学键的振动波数低，如：C-C：σ=1190cm-1；C-H：σ=2920cm-1量子力学处理谐振子，求得分子的振动能Ev与谐振子振动频率的关系为：式中=0,1,2,3…,称振动量子数。(二)非谐振子实际上双原子分子并非理想的谐振子aa’是谐振子位能曲线,bb’是真实双原子分子振动位能曲线。当较小时，真实分子的振动与谐振子相似，可用谐振子的规律近似描述；但高频率时，则偏离较远。图

6、4.3双原子分子振动位能比较0123=0跃迁到=1产生的吸收带叫基频峰2885.9cm－1最强,=0跃迁到=2产生的吸收带二倍频峰5668.0cm-1较弱,=0跃迁到=3产生的吸收带三倍频峰8346.9cm-1很弱,=0跃迁到=4产生的吸收带四倍频峰10923.1cm－1极弱=0跃迁到=5产生的吸收带五倍频峰13396.5cm－1极弱,主要限于那些正、负电荷中心不重叠的、不对称的极性分子,如HCl,CO等。HCl的基本谱带(三)分子振动的形式振动的基本类型1.伸缩振动：伸缩振动是指原子沿着价键方

7、向来回运动,即振动时键长发生变化,键角不变。它又分为对称伸缩振动（s）不对称伸缩振动（as）。不对称伸缩振动对称伸缩振动2.变形振动：又称变角振动，它是指基团键角发生变化而键长不变的振动。变形振动又分为面内变形和面外变形振动两种。面内变形振动又分为剪式振动（以δs表示）和平面摇摆振动（以ρ表示）。面外变形振动又分为非平面摇摆（以ω表示）和扭曲振动（以τ表示）。亚甲基的各种振动形式如图所示：面内剪式振动平面摇摆振动面外纽曲振动面外摇摆振动+++-面内面外水分子和CO2的简正振动形式（四）振动自由度振动自由度：独立

8、运动数目。三维空间中，每个原子都能沿x、y、z三个坐标方向独立运动，由n个原子组成的分子有3n个自由度。3n=平动自由度+转动自由度+振动自由度。xyz(a)(b)(c)图4.8分子的平动形式转动自由度是由原子围绕着一个通过其质心的轴转动引起的。只有原子在空间的位置发生改变的转动才能形成一个自由度。振动自由度=3N－(转动自由度+平动自由度)yzx图4.9线