红外吸收光谱法infraredabsorptiunspectroscopyir

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1、第三章红外吸收光谱法（InfraredabsorptiunspectroscopyIR)红外吸收光谱:利用物质对红外电磁辐射的选择性吸收特性来进行结构分析、定性和定量分析的一种分析方法。红外光区的划分：红外光谱在可见光区和微波光区之间，其波长范围约0.75～1000μm。习惯上将红外光区划分为三个区域。第一节红外吸收光谱分析概述区域λ(μm)σ(cm-1)ν(Hz)能级跃迁类型近红外0.75～2.513000~40004.0×1014～1.2×1014OHNH及CH键倍频吸收区中红外2.5~504000~2001.2×1014～6.0×1012振动,转动基频远红外50～1000

2、200~106.0×1012～3.0×1011骨架振动转动最常用2.5～154000~6701.2×1014～2.0×1013红外光谱区绝大多数有机物和无机离子的化学键基频吸收都出现在中红外区。通常说的红外光谱实指中红外光谱区。注：基频的定义——振动能级由基态跃迁到第一激发态时产生的吸收峰称为基频峰，相应的频率称为基频。如果波长以μm为单位，而1μm＝10-4cm，波长与波数的关系为：例如λ＝5μm的红外光，用波数表示为：波数是波长的倒数，常用单位是cm-1，它表示1cm的距离内光波的数目。即在1cm的长度内，波长为5μm的红外光波的数量为2000个。红外光谱图表示法。σ(cm

3、-1)第二节基本原理一红外吸收光谱产生的条件A-B分子获得红外辐射hνL发生：Eυ＝（υ＋1/2）hνυ：振动量子数υ＝0.1.2.3……..ν:振动频率1.产生红外吸收的第一个条件红外光的能量应恰好能满足振动能级跃迁所需要的能量，当红外光的频率与分子中某基团的振动频率相同时，红外光的能量才能被吸收。2.产生红外吸收的第二个条件分子在振动，转动过程中必须有偶极矩的净变化。即偶极矩的变化△μ≠0图：偶极子在交变电场中的作用示意图（1）红外活性分子振动引起偶极矩的变化，从而产生红外吸收的性质，称为红外活性。其分子称为红外活性分子。如H2O，HCl，CO为红外活性分子。（2）非红外活

4、性若△μ＝0，分子振动和转动时，不引起偶极矩变化。不能吸收红外辐射。即为非红外活性。其分子称为红外非活性分子。如H2，O2，N2，Cl2….相应的振动称为红外非活性振动。二、分子振动形式1。两类基本振动形式伸缩振动亚甲基：弯曲振动亚甲基2.分子振动的自由度N个原子组成分子。有3N个独立运动＝平动数＋振动数＋转动数N个原子中每个原子都能向X，Y，Z三个坐标方向独立运动。即N个原子有3N个独立运动。3个平动自由度ZyX转动：非线性：3个转动自由度线性：2个转动自由度，键轴为轴的转动原子的位置没有改变。不形成转动的自由度。所以非线性分子的振动自由度＝3N-3-3=3N-6线性分子的振

5、动自由度＝3N-3-2=3N-5伸缩振动出现在高频区变形振动出现在低频区3．峰位、峰数与峰强（1）峰位化学键的力常数K越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。（2）峰数峰数与分子自由度有关。如H2O的振动自由度等于3×3－6＝3水的红外光谱图基频峰数目减少的原因(1)不产生偶极矩变化的振动没有红外吸收，不产生红外吸收峰。(2)有的振动形式不同，但振动频率相同，吸收峰在红外光谱图中同一位置出现，只观察到一个吸收峰，这种现象称为简并。(3)吸收峰太弱，仪器不能分辨，或者超过了仪器可以测定的波长范围。跃迁概率基频

6、吸收较强倍频吸收较弱（3）峰强偶基距变化：偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；分子结构的对称性有关，对称性↑偶基距↓四.基团频率1.基团频率：同一类的基团（化学键）都有其特定的红外吸收，它产生吸收峰的位置就称为基团频率。也称为特征吸收频率。对应的吸收峰叫特征吸收峰。a.基频区：4000～1300cm-1官能团区k→大，强度大，峰宽度大。b.指纹区：1300~600cm-1指纹区(弯曲振动)定性分析主要用指纹区，对结构改变比较敏感。（在红外分析中，通常一个基团有多个振动形式，同时产生多个谱峰（基团特征峰及指纹峰），各类峰之间相互依存、相互佐证

7、。通过一系列的峰才能准确确定一个基团的存在。）2.基团频率位移：同一类基团(化学键)，由于所处的化学环境不同，其吸收峰的位置在一定的区域内发生移动叫基团频率位移。引起基团频率位移的因素。(1)内部因素，分子结构本身的影响。a诱导效应：吸电子基团取代，电子密度→大，k→增大，σ→增大，向高频移动。b共轭效应：电子密度→小，k→减小，σ→减小，向低频移动。（2）外部因素a.溶剂效应:μ→大,形成氢键，溶剂极性大,导致向低频移动，强度增大。b.态效应:g(气态)能测得到转动光谱，测得的波数高l.s