红外光谱分析ppt课件

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1、红外吸收光谱2.1光谱分析导论光谱分析法是基于物质对不同波长光的吸收、发射等现象而建立起来的一类光学分析法。光谱是光的不同波长成分及其强度分布按波长或波数次序排列的记录，它描述了物质吸收或发射光的特征，可以给出物质的组成、含量以及有关分子、原子的结构信息。由原子的吸收或发射所形成的光谱称为原子光谱（atomicspectrum），原子光谱是线光谱。由分子的吸收或发光所形成的光谱称为分子光谱（molecularspectrum），分子光谱是带状光谱。2.1.1光的性质1波长（λ）相邻两个波峰或波谷之间的直线距离，单位为米

2、（m）、厘米（cm）、微米（μm）、纳米（nm）。这些单位之间的换算关系为1m＝102cm＝106μm＝109nm。2频率（v）单位时间内通过传播方向某一点的波峰或波谷的数目，即单位时间内电磁场振动的次数称为频率，单位为赫兹（Hz，即s-1），频率和波长的关系为3波数（σ）每厘米长度内所含的波长的数目，它是波长的倒数，即σ＝1/λ波数单位常用cm-1来表示。4传播速度辐射传播速度υ等于频率v乘以波长λ，即υ＝vλ。在真空中辐射传播速度与频率无关，并达到最大数值，用c表示，c值准确测定为2.99792×1010cm/s5周

3、期T相邻两个波峰或波谷通过空间某固定点所需要的时间间隔，单位为秒（s）。2.1.2电磁波谱将电磁辐射按波长或频率的大小顺序排列起来称为电磁波谱。表2-1列出了用于不同分析目的的电磁波的有关参数。波长短者，能量大；γ射线区的波长最短，能量最大，接着依次是X射线区、紫外光区、可见光区、红外光区。无线电波区波长最长，其能量最小。物质粒子吸收或发射光子的过程称为能级跃迁；由低能级跃迁到高能级，是物质吸收光子的过程，称为激发。由下式可计算出在各电磁波区产生各种跃迁所需要的能量（E）；同样根据激发能也能求出相应的辐射波长。λ＝hc/

4、E式中：h为普朗克（Plank）常数，h=6.626×10-34J·s2.1.3分子能级与分子光谱的形成分子具有不同的运动状态，对应每一种状态都有一定的能量值，这些能量值是量子化的称为能级。每一种分子都有其特定的能级数目与能级值，并由此组成特定的能级结构，处于基态的分子受到光的能量激发时，可以选择地吸收特征频率的能量而跃迁到较高的能级。但是由于分子内部运动所牵涉到的能级变化比较复杂，分子吸收光谱也就比较复杂。在分子内部除了电子运动状态外，还有核间的相对运动，即核的振动和分子绕着重心的转动。每一种运动处在不同的能级上，因此

5、分子具有电子能级、振动能级、转动能级，见双原子分子能级图2.2。分子能量E由以下几部分组成E＝Ee＋Ev＋Er（2.4）式中Ee、Ev、Er分别代表电子能、振动能和转动能。分子从外界吸收能量后，就能引起分子能级的跃迁，即从基态能级跃迁到激发态能级。分子吸收能量具有量子化特征，即分子只能吸收等于两个能级之差的能量：△E＝E2—E1＝hν＝hc/λ（2.5）由于三种能级跃迁所需能量不同，所以需要不同波长的电磁辐射使它们跃迁，即在不同的光谱区出现吸收谱带。图2.2双原子分子能级图2.2红外吸收光谱分析（IR）2.2.1概述红外

6、吸收光谱（Infraredabsorptionspectroscopy,IR）又称为分子振动—转动光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系的曲线，就得到红外光谱。红外光谱在化学领域中的应用大体上可分为两个方面：一是用于分子结构的基础研究，应用红外光谱可以测定分子的键长、键角，以此推断出分子的立体构型；根据所得的力常数可以知道化学键的强

7、弱；由简正频率来计算热力学函数。二是用于化学组成的分析，红外光谱最广泛的应用在于对物质的化学组成进行分析，用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。1红外光谱在化学领域中的应用2红外光区的划分习惯上按红外线波长，将红外光谱分成三个区域：（1）近红外区：0.78～2.5μm（12820～4000cm-1），主要用于研究分子中的O—H、N—H、C—H键的振动倍频与组频。（2）、中红外区：2.5～25μm（

8、4000～400cm-1），主要用于研究大部分有机化合物的振动基频。（3）、远红外区：25～300μm（400～33cm-1），主要用于研究分子的转动光谱及重原子成键的振动。其中，中红外区（2.5～25μm即4000～400cm-1）是研究和应用最多的区域，通常说的红外光谱就是指中红外区的红外吸收光谱。红外光谱除用波