《红外光谱分析》课件

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1、第五章红外光谱法（Infra-redAnalysis,IR）5.1概述5.2基本原理1.产生红外吸收的条件2.分子振动3.谱带强度4.振动频率5.影响基团频率的因素5.3红外光谱仪器5.4试样制备5.5应用简介125.1概述定义：红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。它只对红外光谱辐射的选择性吸收，

2、能反映分子内部结构在振动-转动光谱区域内吸收能力的分布情况，可以从红外光谱的波形、波峰的强度和位置及其数目，研究物质的内部结构。主要用于化合物鉴定及分子结构表征，有时也用于定量分析。3红外光谱的表示方法：红外光谱以T~或T~来表示，下图为苯甲酮的红外光谱。注意换算公式：纵坐标为吸收强度；横坐标为波长（m）和波数1/（cm-1）。也可以用峰数、峰位、峰形和峰强来描述。42.红外光区划分红外光谱(0.75~1000m)远红外(转动区)(25-1000m)中红外(振动区)(2.5~25m)近红外(泛频）(0

3、.75~2.5m)倍频分子振动转动分子转动（常用区）13158~4000/cm-1400~10/cm-14000~400/cm-153.红外光谱特点1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；3）分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、波峰数目及强度确定分子基团、分子结构；4）定量分析；5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；6）分析速度快；7）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特

4、别是共轭体系的有机物，而红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物。因此，除了单原子和同核原子如Ne、He、O2、H2等之外几乎所有有机化合物在红外光谱区均有吸收。图谱65.2基本原理1.产生红外吸收的条件分子吸收辐射并产生振转跃迁必须满足两个条件：条件一：辐射光子的能量应满足分子跃迁所需要的能量。根据量子力学原理，分子振动能量Ev是量子化的，即EV=（V+1/2）h为分子振动频率，V为振动量子数，其值取0，1，2，…分子中不同振动能级差为EV=(V1+1/2)h-(V0+1/2)h=Vh也就

5、是说，只有当EV=Ea或者a=V时，才有可能发生振转跃迁。例如当分子从基态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1），此时V=1，即a=。发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征！7条件二：辐射与物质之间必须有耦合（Coupling）作用。分子结构可以被看成是由电子和分子构成。由于其空间构型不同其正负电荷中心可以重合，也可以不重合，前者称为非极性分子，后者称为极性分子，分子的极性大小可用偶极矩（dipolemoment,µ）来表示。q:电荷量；d：两个电荷

6、中心间距矢量，方向是从正电荷指向负电荷。µ=qdd不断变化µ不断变化为满足红外吸收光谱条件，分子振动必须伴随偶极矩变化。能量转移的机理是通过振动过程所导致的偶极矩的变化和交变的电磁场（红外线）相互作用发生的。当辐射频率与偶极子频率相匹时，分子才与辐射相互作用（振动耦合）。8磁场电场交变电磁辐射分子固有振动a偶极矩变化（0）耦合不耦合红外吸收(红外活性)无偶极矩变化（=0）无红外吸收(非红外活性)92.分子振动1）双原子分子振动分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相比）作周期性“简谐”

7、振动，其振动可用经典刚性振动描述（胡克定律）：k为化学键的力常数（N/cm);c=31010cm/s;双原子折合质量为单位g。根据小球质量和相对原子质量之间的关系，式1可以写成式2：式中：NA为阿伏加德罗常数，6.022×1023；为原子折合相对原子质量10某些键的伸缩力常数（N/cm）影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化学键力常数k和原子质量。1）k大，化学键的振动波数高，如:kCC(2222cm-1)>kC=C(1667cm-1)>kC-C(1429cm-1)（质量相近）2）质量m大，化学键的振动波

8、数低，如:mC-C(1430cm-1)