最新仪器分析第八章红外吸收光谱法课件PPT.ppt

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1、仪器分析第八章红外吸收光谱法本章主要内容8.1红外吸收光谱法概述8.2红外吸收光谱法基本原理8.3基团频率和特征吸收8.4红外吸收光谱仪8.5红外吸收光谱法的应用8.1红外吸收光谱法概述红外吸收光谱法又称红外分光光度法，简称红外，属于分子光谱，带状，用于研究分子振动能级跃迁。IR是利用物质分子对红外光区电磁辐射的选择性吸收特性来进行结构鉴定、定性和定量分析的一种分析方法。图2．对硝基苯甲醛的红外光谱8.2红外吸收光谱法基本原理一、红外吸收光谱产生的条件红外吸收光谱是由分子振动能级跃迁（同时伴随分子转动

2、能级跃迁）而产生的。物质吸收电磁辐射应满足两个条件：①能级间的能量差等于辐射能，即ΔE=hν；②辐射与物质之间有偶合作用。因此产生红外吸收光谱的第一个条件为：红外辐射的光子所具有的能量EL恰好等于分子振动能级间的能量差ΔE时，则分子将吸收红外辐射而跃迁至激发态，即ΔE振动=EL①例如：对于双原子分子A—B，可以近似看作沿键轴方向的简谐振动。量子力学证明，分子振动的总能量Ev为Ev=(v+1/2)hν振②由②式分子振动能级间的能量差为：ΔEv=Δv·hν振动（Δv=±1，±2‥）③当满足第一个条件时，分

3、子则吸收红外辐射，由基态振动能级（v=0）跃迁至不同的振动激发态产生吸收峰（吸收带）。由基态振动能级跃迁至第一振动激发态，即v0→1时所产生的吸收峰称为基频峰。由于Δv=1，所以ν振动=νL。即基频峰的振动频率（位置）等于双原子分子的振动频率。对于多原子分子，在红外谱图中有许多吸收峰，其中每个基团都有其特征的基频峰。在红外谱图中，除基频峰外，还有倍频峰、合频峰及差频峰。基频峰v0→1Δv=1(νL=ν)最强二倍频峰v0→2Δv=2(νL=2ν)较弱三倍频峰v0→3Δv=3(νL=3ν)很弱合频峰(ν1

4、+ν2,2ν1+ν2)很弱差频峰(ν1-ν2,2ν1-ν2)很弱泛频峰例如氯化氢分子的振动频率为8.658×10-13s-1，在发生Δv=1的能级跃迁时，吸收频率为8.658×10-13s-1的红外线，即波数为2886cm-1的红外线。上例说明，氯化氢分子的振动频率为2886cm-1，基频峰的位置为2886cm-1。二倍频峰：5668.0cm-1三倍频峰：8347cm-1四倍频峰：10923cm-1红外吸收光谱产生的第二个条件是：分子在振动过程中必须有偶极矩的变化，即偶极矩的变化µ≠0（µ=q·d）。

5、对于极性分子（或基团），分子内的原子处于不断振动状态，d的瞬时值不断变化，则分子的µ也发生变化，即µ≠0。对于对称非极性分子，由于其正负电荷中心重叠，d=0，故分子中原子的振动并不引起µ的改变，即µ=0。如O2、N2等。因此，红外光谱产生的第二个条件，实质上是外界辐射迁移它的能量到分子中去。而这种能量的转移是通过偶极矩的变化来实现的。由上可见，并非所有的振动都会产生红外吸收，只有发生偶极矩变化的振动才能引起可观测的红外吸收带，这种振动称为红外活性（infraredactive），反之则称为非红外活性（

6、infraredinactive）。综上所述，当一定频率的红外光照射物质分子时，如果分子中某个基团的振动频率和它一样，二者就会产生共振，此时光的能量通过分子偶极矩的变化而传递给分子，这个基团就吸收一定频率的红外光产生振动跃迁，检测记录下来就获得物质的红外吸收光谱图。二、分子振动方程分子振动方程是以双原子分子为例，由经典力学中的Hooke定律导出：ν=1303√K/μ（cm-1）④式中：k—以N/cm为单位表示的化学键的力常数μ—以2个原子的摩尔质量表示的折合质量1303—等于√N*×105上式推广到多

7、原子分子并且可以得出：12πc1.吸收峰的位置即基团振动频率与化学键的力常数成正比，与折合质量成反比，若已知K和μ，则可计算出各基团基频吸收峰的位置。2.由于各种有机化合物结构不同，它们的原子质量和化学键力常数各不相同，就会出现不同的吸收频率，因此各有其特征的红外吸收光谱。这就是IR谱可以鉴定有机化合物结构的理论依据。三、分子振动形式一般有机化合物分子都是由多原子组成，分子振动形式较复杂，但基本上可以把它分作两类来研究，即伸缩振动和变形振动。讨论分子的振动形式，可以了解吸收峰的起源，即吸收峰是由什么振

8、动形式的能级跃迁所引起；可以从理论上讨论振动形式的数目与原子数目间的关系；可以粗略估计基频峰的可能数目。1.振动的基本形式（1）伸缩振动：是指原子沿价键方向来回运动，即键长发生变化的振动。伸缩振动（2）变形振动：又称变角振动，是指键角发生周期性变化，而键长不变的振动。变形振动又可分为以下几种：对称伸缩振动νs不对称伸缩振动νas变形振动面内变形δ面外变形γ剪式振动δ摇摆振动ρ摇摆振动ω扭曲振动т2.分子振动自由度：基本振动的数目称为振动自由度（指独立振动