红外光谱谱图分析 课件

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1、红外光谱谱图分析(1)一.几个基本概念二.有关基团的特征频率三.影响基团频率位移的因素1.分子内部结构2.分子外部环境的影响3.同位素位移四.红外与拉曼关系五.近红外六.远红外一几个基本概念1.红外及拉曼光谱基本原理, 基频2.特征基团频率与指纹频率3.基频、倍频、合频和费米 共振1.红外及拉曼光谱基本原理(图1,图2,图2a,图3)红外光谱属于振动光谱,振动光谱又属于分子光谱分子光谱:1电子光谱:紫外可见分子荧光2振动光谱:红外光谱拉曼光谱3转动光谱:远红外,转动拉曼光谱*振动光谱中包括近、中、远红外光谱分子能级跃迁示意图能级振动能级跃迁转动能级跃迁v1v

2、2v0543210电子能级跃迁E1E0v0v1v2E=hn其中h为普朗克常数(6.626×10-34焦耳·秒)n为频率图1Anti-stokes图2电磁波谱紫外UV可见VIS近红外NIR中红外Mid-IR远红外Far-IR微波Microwave波长(cm)10-510-510-410-310-210-1能量0.782.5251000波长(mm)波数(cm-1)12,800400040010图3图2aTheoryofIRspectroscopy1.CliassicalModelofamoleculeFig.1-10=1/2(k/m)1/2E=1/2(KX

3、2)2.Quantummechanicalmodel,Fig.1-10E=(n+1/2)hh=普朗克常数,n为整数3基频,倍频,波数=1/=4偶极矩2.特征基团频率与指纹频率(cm-1)(图4)(1)特征基团频率A.不同化合物中CH2对称伸缩振动均在2850cm-1附近,反对称伸缩振动均在2930cm-1附近,故2850,2930为CH2特征基团频率。B.X-H(OH,NH,CH)及多重键(X=Y,X≡Y,X=Y=Z)特征频率用于指认。C.三个特征:频率、强度、形状。(2)指纹频率与整个分子或一部分相关,对结构变化灵敏。Fig.4a,定义有差别。拉曼一

4、般不提指纹频率图4红外光谱的基团频率400025002000150062510002.545716Transmittance(%)Wavenumber(cm-1)Wavelength(µm)N-HO-HC-HC=NC=CC=OC=NC=CFingerprintregion图4aTheoryofIRSpectroscopy3.NormalModelsandGroupFrequencies多原子分子的简正模式数N=(3n-6)三原子分子,H2O和CO2更多原子分子戊烷C5H12基团频率指纹区3.基频、倍频、合频、费米共振倍频:又称泛频:基频的二倍或更高倍数频率的

5、光谱(图5)。合频:二个或更多的基频的组合频率光谱。费米共振:分子的非谐性引起基频和倍频(或合频)间(两者波数接近)的共振,导致在两者附近出现两条较强的谱线(图6)基频、倍频、合频(图5)费米共振(图6)二.有关基团的特征频率(cm-1以下均省略)1.烷烃(图7,图7a)CH3as~2960,s~2870CH2as~2930,s~2850CH3δas~1460δs~1380CH2δ~1470(平面),(图7,7a)图7烷烃图7aIRtutorhexane,己烷图7bIRTUTORDimethylbutane2,3-二甲基丁烷2.烯烃=CH2as~3

6、038,s~2975=C(-)H~3030=CH2,=C(-)H(非平面变角)1000-650-C=C-~1645-1675,(图8,图8a)图8烯烃图8aIRtutor1-Hexene1-己烯3.炔烃X≡Y和X=Y=Z(图9、图10、图11、图15)1.-C≡CH3300;2.-C≡C-2260-2190图9,(在-C≡CH中2140-2100)图9a3.-C≡N2260-2210图10,图10a;-N=C=Oas2275-2250图11;-N=C=N-as2160-2090;-N3as2120-2080图15.4.-N=C=Sas19

7、90-2130;-C=C=C-as1950-1930;图9图10图11图9aIRtutor1.11-heptyne,1-庚-炔,forthP.1of4图10aIRTutor,IRTutor1.1,Heptylcyanide,庚氰化物,1st,p.2of44.芳香族(1)(=CH)3100-3000(2)苯环骨架振动1600-1450(3)=C-H非平面变角(或面外弯曲)900-690,(表1)(4)=C-H非平面变角的倍频和合频2000-1660(图12,图12a)表1苯环上=C-H非平面变角振动频率邻位H的数目取代类型振动频率5单取代770-730(很

8、强)710-690(强)41,2-二取代770-73

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