高分子材料测试技术系统介绍第三章上ppt课件.ppt

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1、第三章红外光谱3.1概述由于实验技术和应用的不同，常把红外区（0.7～300μm）划分成三个区：a.近红外区（泛频区）：波长0.7～2.5μm，波数13300～4000cm-1，主要研究O－H，N－H及C－H键的倍频吸收。b.中红外区（基本振动－转动区）：波长2.5～25μm，波数4000～400cm-1，研究应用最多的领域，其吸收主要是由分子的振动能级和转动能级跃迁引起的。故IR光谱又叫振转光谱。c.远红外区（转动区）：波长25～300μm,波数400～33cm-1，主要是分子的纯转动能级跃迁以及晶体的晶格振动。从应用角度来说，IR已在下列方面获广泛应用：红外谱图：横坐标：波长μm或波

2、数cm-1ν＝1/λ＝γ/C纵坐标：透过率T％或吸光度A（A=lg1/T）3.2红外吸收光谱的基本原理一分子的振动能级每一个振动能级常包含有很多转动分能级，因此在分子发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随着转动能级的跃迁，因而无法测定纯振动光谱，故通常所测得的光谱实际上是振动－转动光谱，简称振转光谱。㈠双原子分子的振动如果把两个原子看成两个小球，则它们之间的伸缩振动可以近似的看成沿轴线方向的简谐振动，则可把双原子分子称为谐振子。r－平衡状态时原子间距离，re－瞬间距离1双原子分子的振动频率由虎克定律推导得到此体系的振动频率ν（以波数表示）：①式中：C－光速（3×108m·S－1）K－化学键力

3、常数，其含义是将两个原子由平衡位置伸长1A（埃）后的恢复力。单位：N/mμ－折合质量。单位：gμ＝m1m2/（m1＋m2）m1，m2－化学键两端原子A与B的质量若K以N/m为单位，m以摩尔质量表示（单位为g），则①式可简化为：ν＝130.7（K/μ＇）1/2②μ＇－以摩尔原子量（克）表示的折合质量μ＇＝mA·mB/（mA+mB）mA，mB－分别为原子A与B的摩尔质量由②式和红外光谱测得的波数，可测定各种类型化学键的力常数K。同时由②式可以得到：双原子分子的振动频率。fuck其振动频率取决于以下两个因素：化学键的力常数和原子的质量。化学键越强（K值越大），相对原子质量越小，则振动频率越高。

4、如：HCl分子，K＝510N/m，根据②式，ν＝130.7×[510×（35.5＋1.0）/（35.5×1.0）]0.5＝2993cm-1而实测值为：2885.9cm-12振动能量方程振动能级的能量方程为：E振动＝（1/2＋V）hγ＝（1/2＋V）hνC式中：V－振动量子数（0，1，2，…）h－Plank常数（6.63×1034JS）γ－振动频率（ν＝γ/C，C－光速）两个振动能级之间的能量差是：ΔE＝E激－E基＝ΔV×h×γ＝V×h×γ从V＝0到V＝1时，分子吸收红外光的能量EL＝hγL＝hCνL＝ΔE＝hγ时，γL＝γ，即νL＝ν＝130.7（K/μ＇）1/2举例计算一下几种化学键的

5、基频峰波数（由式②）C－C键的折合质量μ＇＝6C－C，K＝5mdyn/Aν≈1190cm-1C＝C，K＝2×5mdyn/Aν≈1690cm-1C≡C，K＝3×5mdyn/Aν≈2060cm-1㈡多原子分子的振动1分子的振动自由度经典振动理论表明，含N个原子的分子振动自由度＝分子的总自由度（3N）－移动自由度（分子在空间的位置由3个坐标轴确定）－转动自由度（绕X轴、Y轴、Z轴转动），所以，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分子振动自由度数目越大，在红外光谱中出现的峰数越多。如：H2O是非线性分子，其自由度＝3N－6＝3，即水分子有3种基频

6、振动（对称伸缩振动，不对称伸缩振动和弯曲振动），如下图所示：2基本振动类型可分为：伸缩振动和弯曲振动表示法：γδa伸缩振动是指原子沿着键轴方向伸缩，使键长发生周期性变化的振动。b弯曲振动：又称变形或变角振动一般是指基团键角发生周期性变化的振动或分子中原子团对其余部分作相对运动。综上所述，分子的基本振动形式为：3红外峰数减少的影响因素CO2是一个线性分子，其振动自由度为4（3×3－5），故有四种基本振动形式，如下所示：上面两种分别为对称伸缩振动和不对称伸缩振动，下面两种分别为面外弯曲振动和面内弯曲振动。在红外光谱中应有四个吸收峰，实际上CO2分子中的红外光谱中只有2个吸收峰，分别处在235

7、0cm-1和667cm-1。原因：a对称伸缩振动不引起分子偶极矩的变化，故不产生吸收峰b面内弯曲与面外弯曲振动频率完全相同，峰带发生简并因此在红外吸收光谱带观察时，常遇到峰数往往少于分子的振动自由度数目，其原因如下：①瞬间偶极矩变化②分子结构③强宽峰、弱而窄的峰④红外区域（4000～400cm-1）以外⑤弱或彼此十分接近二红外吸收光谱产生的条件第一个条件：若光量子的能量为EL＝hγL（γL是红外辐射频率），当发生振动能级跃迁时，必修