第3章红外光谱法1

《第3章红外光谱法1》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第三章红外光谱法§3-1概述§3-2红外光谱法的基本原理仪器分析教学网站网址：haijingchemical.com/kqch孔庆池10/1/2021§3-1概述红外光谱又称为分子振动转动光谱，也是一种分子光谱。当一束红外光照射物质时，被照射的物质的分子将吸收一部分相应的光能，转变为分子的振动能和转动能，使分子固有的振动及转动跃迁到较高的能级，光谱上即出现吸收谱带，将这种吸收情况以吸收曲线的形式记录下来，就得到该物质的红外吸收光谱简称红外光谱(Infraredspecrea)。利用红外光谱图进行定性分析、结构分析和定量分析的方法称红外光谱法。10/1

2、/2021一、红外光区划分红外光区在可见光区和微波光区之间，其波长范围约为0.75—1000m，根据实验技术应用不同，通常将红外区划分为三个区：中红外区是研究和应用最多的区域，一般说的红外光谱就是指的中红外区的红外光谱。10/1/2021二、红外光谱法的特点1、任何气态、液态和固态样品均可进行测定；2、红外光谱可用来鉴定未知物的分子结构或确定其化学基团；3、样品用量少。10/1/2021§3-2红外光谱法的基本原理一、产生红外吸收的条件1.振动的偶极距必须发生变化首先我们介绍一下偶极距的概念：分子是由原子构成的，如果组成一个分子的原子的电负性不同，

3、此分子将表现出极性，如HCl，由于H与Cl的电负性不同，H带部分正电荷，Cl带部分负电荷。HCl的一端显“＋”，一端显“－”，在物理学上这种状态称为偶极子。分子极性的大小，用偶极距描述，如HClH带正电荷＋q，Cl带负电荷-q，两原子中心距离为d，则偶极距为:=qd10/1/2021当偶极子处在电磁辐射的电磁场中时，该电场做周期性反转，偶极子将经受交替的作用力。如下图：偶极子具有一定的原有振动频率，当辐射的频率与偶极子原有频率匹配时，分子振动在电场作用下被加强，分子由低能态跃向高能态。此时分子振动幅度增大，偶极距发生变化。辐射能通过电场将能量传给

4、分子，自身光强减弱，从宏观上讲分子产生了吸收，致使光强减弱。10/1/2021如果分子的某一振动不能导致偶极距发生变化，即=0,如CO2的对称伸缩分子处于无极性状态，电场对无极性分子不作用，电磁场不能将能量传给分子，分子对光不吸收。=0的分子振动不能产生红外振动吸收，这类振动称为非红外活性振动。由以上讨论可以看出，并非所有振动都产生红外吸收。只有偶极距发生变化的振动才产生红外吸收，这样的振动称为红外活性振动。10/1/2021下面我们看一下CO2的反对称伸缩振动：此振动使CO2产生瞬间极性，分子存在偶极距变化，产生红外吸收。10/1/2021

5、2.辐射的光子具有的能量与发生振动跃迁所需的能量相等以双原子分子的纯振动为例，双原子分子可近似看作谐振子，根据量子力学，其振动能量：n为振动量子数在常温下，绝大多数分子处于基态（n=0）,接受能量后跃迁到第一振动激发态(n=1)，此时跃迁能差为因此=a吸收光子的能量为ha，则E=hν=ha入射光子频率与分子振动频率相等10/1/2021也就是说基频谱带的频率与分子振动频率相等。当辐射频率与偶极子振动频率不一致时，电场能量无法传给分子，这时分子不产生吸收。由上述可见，当一定频率的红外光照射分子时，如果分子的某个基团的振动频率和它一致，二者就产

6、生共振。此时光的能量通过分子偶极距变化而传给分子，这个基团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁，如果红外光的频率和分子中的各基团的振动频率不匹配，该部分的红外光就不会被吸收。如果用连续改变频率的红外光照射某试样，由于试样对不同频率的红外光吸收的程度不同，使通过试样的红外光在一定波数范围内减弱了，在另一些波数范围内则仍较强。由仪器记录该试样的红外吸收光谱，得红外谱图。10/1/2021二、吸收峰的强度吸收光谱图上的纵坐标表示样品中分子对红外辐射的吸收强弱，吸收峰越高，表示样品对该频率的光吸收能力越强，在红外光谱区，光与物质的吸收关系遵循郎伯—比尔定律。

7、红外光谱的强弱，可根据A值大小，在光谱上定性的划分为五个等级：很强vs——几乎充满整个谱图VeryStrong强S——峰大于A坐标Strong中强m——峰高在半个A坐标左右Middle弱w——峰高在A坐标左右Weak很弱vw——谱图中为锯齿峰VeryWeak10/1/2021VSSMWVW10/1/2021三、双原子分子的振动双原子分子是一个最简单的振动模式，可以认为它是一个谐振子，振动方式为简谐振动。这种分子振动模型，以经典力学的方法可把两个质量为m1和m2的原子看作刚体小球，连接两原子的化学键设想成无质量的弹簧，弹簧的长度r就是分子化学键的长度。

8、10/1/2021由经典力学可导出该体系的基本振动频率计算公式：或：式中：k—键的力常数，也就是连接原子的化