红外吸收光谱教学文稿.ppt

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1、红外吸收光谱一、概述分子振动方程2红外光谱的吸收强度4红外光谱产生条件31分子振动形式33红外吸收光谱又称为振动转动光谱，在化学领域有两个主要的应用：应用化学组成分析分子结构的基础研究测定键长、键角，计算热力学函数等由谱峰位置、形状推断结构；特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量名称λ/μmσ/cm-1跃迁类型近红外区（泛频区）0.78-2.512820-4000OH,NH,C-H倍频吸收中红外（基频振动区）2.5-254000-400基团振动，分子转动远红外（转动区）25-300400-33分子转动，晶格振动波数(σ/cm-1)=1/λ=104/λ(μm)1

2、.产生条件(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；(2)辐射与物质间有相互偶合作用。偶极子在交变电场中的作用示意图在振动过程中，引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收，称为红外活性；反之，称为红外非活性。双原子分子：对称分子：没有偶极矩变化，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2等。非对称分子：有偶极矩变化，红外活性。2.分子振动方程（经典力学）化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧K化学键的力常数,为双原子的折合质量=m1m2/（m1+m2）根据小球质量与相对原子质量间的关系：某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）键类型:—CC—>—C=

3、C—>—C—C—力常数:15179.59.94.55.6峰位:2062cm-11683cm-11190cm-1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。3.分子振动的形式分子简正振动数目：直线形分子：3n-5非直线形分子：3n-63n-6=3×3-6＝3水分子的简正振动的数量：CO2的简正振动：3×3-5＝4伸缩振动(stretchingvibration)：ChangeinbondlengthsSymmetricstretching(νsym)Asymmetricstretching(νasym)弯

4、曲振动(bendingvibration):ChangeinbondanglesScissoring(δ)wagging()rocking(ρ)twisting/torsion(τ)亚甲基的振动：每种简正振动都有其特定的振动频率，似乎都应有相应的红外吸收带。实际上，绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数远小于理论上计算的振动数，这是由如下原因引起的：（1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收；（2）相同频率的振动吸收重叠，即简并；（3）仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带很弱，仪器无法检测；（4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。4.红外光谱的吸收强度红外吸收

5、谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，而偶极矩与分子结构的对称性有关。振动的对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。一般地，极性较强的基团（如C=O，C-X等）振动，吸收强度较大；极性较弱的基团（如C=C、C-C、N=N等）振动，吸收较弱。红外光谱的吸收强度一般定性地用很强（vs）、强（s）、中（m）、弱（w）和很弱（vw）等表示。按摩尔吸光系数的大小划分吸收峰的强弱等级，具体如下：>100非常强峰（vs）20<<100强峰（s）10<<20中强峰（m）1<<10弱峰（w）二、红外光谱的特征性和基团吸收物质的红外光谱是其分子结构的反映，

6、谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。多原子分子的红外光谱与其结构的关系，一般是通过实验手段获得。即通过比较大量已知化合物的红外光谱，从中总结出各种基团的吸收规律。实验表明，组成分子的各种基团，如O-H、N-H、C-H、C=C、C=O和CC等，都有自己的特定的红外吸收区域，分子的其它部分对其吸收位置影响较小。通常把这种能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率，其所在的位置一般又称为特征吸收峰。常见的化学基团在4000-670cm-1范围内有特征基团频率。通常将该区域分为四个部分：1.X-H伸缩振动区：4000-2500cm-1X=O,C,S,N

7、2.叁键和累积双键区：2500-1900cm-1-C≡C-,-C≡N,-C=C=C-,-C=C=O,-N=C=O等反对称伸缩3.双键伸缩区:1900-1200cm-1,-C=C-,C=O,C=N,-NO2等伸缩振动和芳香环的骨架振动。4.X-Y伸缩振动及X-H变形振动<1650cm-1主要包括C-H,N-H变形振动，C-O,C-X伸缩振动以及C-C单键骨架振动。X-H伸缩振动区4000-2500cm-1υ(O-H)3650-3200cm-1醇，酚，有机酸当醇和酚溶于非极性溶剂（如CCl4），浓度小于0.01mol.dm-3时，在3650~3580cm-1处出现游离

8、O-H基的