最新就得到了该物质的红外光谱图教学讲义ppt.ppt

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1、就得到了该物质的红外光谱图6.1红外光谱的基本原理一、红外光与红外光谱光是一种电磁波，根据其波长范围的不同而被命名为各种不同性质的光，如下图所示。其中波长在0.75-1000μm范围的电磁波，是从可见光区外延到微波区的一段电磁波，习惯上叫做红外光。红外光通常用波长λ表示，但在红外光谱中习惯用波数表示，单位为cm-1，两者的关系是：光谱工作者把红外光分为三个区域，如下表。当用一束具有连续波长的红外光照射一物质时，如果物质分子中原子间的振动频率恰好与红外光波段的某一振动频率相同，则会引起共振吸收，使透过物质的红外光强度减弱。因此，若将透过物质的红外光用单色器进行色散，就可以得到带

2、有暗条的谱带。如果用波长或波数作横坐标，以百分吸收率或透过率为纵坐标，把这些谱带记录下来，就得到了该物质的红外光谱图。5.1红外光谱的基本原理分子的运动可分为平动、转动、振动和分子内电子的运动。每种运动状态都属于一定的能级。因此，分子的总能量可以表示为：E=E0+Et+Er+Ev+EeE0是分子内在的能量，不随分子运动而改变，即所谓的零点能。Et、Er、Ev和Ee分别表示分子的平动、转动、振动和电子运动的能量。由于分子平动Et的能量只和温度的变化直接相关，在移动时不会产生光谱。这样，与光谱有关的能量变化主要是Er、Ev、Ee三者，每一种能量也都是量子化的。5.1红外光谱的基本

3、原理5.1红外光谱的基本原理上图是一个双原子分子的能级示意图，可以看出电子的能级最大，从基态到激发态的能级间隔Ee=1-20eV，分子振动能级间隔Ev=0.05-1.0eV，分子转动能级间隔Er=0.001-0.05eV。电子跃迁所吸收的辐射是在可见光和紫外光区，分子转动能级跃迁所吸收的辐射是在远红外与微波区。分子的振动能级跃迁所吸收的辐射主要是在中红外区。绝大多数有机化合物和无机化合物分子的振动能级跃迁而引起的吸收均出现在这个区域。通常所说的红外光谱就是指中红外区域形成的光谱，故也叫振动光谱，它在结构分析和组成分析中非常重要。至于近红外区和远红外区形成的光谱，分别叫近红外光

4、谱与远红外光谱图。近红外光谱主要用来研究分子的化学键，远红外光谱主要用来研究晶体的晶格振动、金属有机物的金属有机键以及分子的纯转动吸收等。5.1红外光谱的基本原理5.1红外光谱的基本原理三、分子的振动模型1、双原子分子的谐振模型分子中的原子或原子基团是相互做连续运动的，分子的复杂程度不同，它们的振动方式也不同。先介绍最简单的双原子分子的振动。量子力学证明，分子振动的总能量：又根据虎克定律有：极性双原子分子的振动满足选律Δn=±1，所以振动能级变化为：根据公式ΔΕ=E2-E1=hc/λ=hv可以算出：因此，双原子分子的振动能级从基态到第一激发态跃迁的吸收光的频率等于谐振子的振动

5、频率。但实际分子不可能是谐振子，而是非谐振子。量子力学求得的非谐振子的总能量为：因而计算非常复杂，也不准确。所以，复杂分子的红外吸收光谱往往都是由经验获得的。5.1红外光谱的基本原理5.1红外光谱的基本原理2、多原子分子的振动模型多原子分子，即使是三原子组成的分子的振动比双原子分子要复杂得多，因此其振动光谱的理论也极其复杂。四、分子的基本振动类型、振动数目和振动简并实际分子以非常复杂的形式振动。但归纳起来，基本上属于两大类振动，即伸缩振动和弯曲振动，见下表。5.1红外光谱的基本原理所谓伸缩振动是指原子沿价键方向来回运动。如果运动过程中分子的对称性不变，则称为对称伸缩振动，反之

6、则称为不对称伸缩振动。至于弯曲振动，是指原子沿垂直于价键的方向运动。常常又把弯曲振动细分为变形振动、摇摆振动和卷曲振动。变形振动：是使分子基团键角发生变化的振动。若这种变形振动方向垂直于分子平面，则称面外变形振动。若振动方向与分子平面平行，则称面内变形振动。摇摆振动：在这种弯曲振动中，基团的键角不变，只是作为一个整体相对于分子平面摇摆。如果这种摇摆在分子平面内，则称面内摇摆振动，如果偏离分子平面，则称面外摇摆振动。卷曲振动：分子基因绕与基团相连分子的价键扭动。扭动时若分子键角发生变化，则称扭曲振动，若键角不变，则称为扭转振动。5.1红外光谱的基本原理5.1红外光谱的基本原理对

7、于由N个原子组成的分子来说，有3N-6个基本振动形式。但是，有一些振动形式是等效的，特别是由于分子的对称性会产生相同频率的振动，于是相同振动频率的振动吸收发生重叠，也即发生简并。这样，使得红外光谱中真正出现的红外吸收谱带数目大大减少。例如，[SiO4]四面体在理论上应有3×5－6=9个振动，但由于有一个二重简并和两个三重简并，故只有四个振动吸收。应当注意的是，这种简并也会因为分子所处的环境不同而发生能级分裂，所以有时也可以利用简并谱带的分裂来判断分子结构或原子所处的环境的变化。对于红外光谱法来说，要产生