厦门大学精品课程仪器分析红外

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1、《仪器分析》课程厦门大学精品课程仪器分析(含实验)第十三章ChapterThirteenInfraredAbsorptionSpectrumForShort：IR红外吸收光谱法一、概述分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。红外光谱也称分子的振、转动光谱。1.红外光谱§13.1红外光谱法基本原理E1E0υ0υ1υ21J023J0231J0231J0231分子振动吸收光谱分子转动吸收光谱μmμm作用：有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红外特征吸收频率，确定化合物结构中基团；也可依据特征峰的强度变化进行定量分析。波谱区近红外光中红

2、外光远红外光波长/m0.75~2.52.5~5050~1000波数/cm-113333~40004000~200200~10跃迁类型分子振动分子转动近红外光谱区：低能电子能级跃迁含氢原子团：-OH、-NH、-CH伸缩振动的倍频吸收峰稀土及过渡金属离子配位化学的研究对象适用于水、醇、高分子化合物、含氢原子团化合物的定量分析红外吸收光谱法：分子的振动、转动基频吸收光谱区应用最为广泛的红外光谱区远红外光谱区：气体分子的转动能级跃迁液体与固体中重原子的伸缩振动晶体的晶格振动某些变角振动、骨架振动-异构体的研究金属有机化合物、氢键、吸附现象研究该光区能

3、量弱,较少用于分析2.红外光谱的区的划分（0.75~1000m）二、红外光谱产生的条件(2)辐射与物质间有相互偶合作用，产生偶极炬的变化(1)辐射能应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：如：单原子分子、同核分子：He、Ne、N2、O2、Cl2、H2等。没有红外活性。如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁，有红外活性。如：非对称分子：有偶极矩，红外活性。没有偶极矩变化、但是有极化度变化的振动跃迁，有拉曼活性。三、双原子分子振动方程式1．双原子分子的

4、简谐振动及其频率分子的振动能级（量子化）：E振动=（V+1/2）hνν：化学键的振动频率；V：振动量子数（V=0、1、2......）,当V=0时，E≠0，称为零点能。根据经典力学的虎克定律：k-----化学键的力常数(达因)，与键能和键长有关；μ---双原子的折合质量:μ=m1m2/(m1+m2)k-----化学键的力常数(N/cm)，与键能和键长有关；μ---双原子的折合原子量:μ=M1M2/（M1+M2）。πμμλμ增大v减少k增大v增大例1:由表中查知C=C键的k=9.5～9.9(N/cm),令其为9.6,计算正己烯中C=C键伸缩振动频

5、率，实测值为1652cm-1μ例2:由表中查知H-Cl键的k=4.8,计算波数值正己烯中H-Cl键伸缩振动频率实测值为2892.6cm-1(N/cm),实验值：2885.9cm-1μμC-CC=CC≡Cμ相同:1429cm-11667cm-12222cm-1C-CC-NC-O1429cm-11330cm-11280cm-1k相近:任意两个相邻的能级间的能量差为：πμ当△V=1时，0→1振动能级的跃迁，称为基本振动频率或基频吸收带。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力常数，即取决于分子的结构特征。某些键的伸缩力常数（毫达

6、因/埃）键分子kH-FHF9.7H-ClHCl4.8H-BrHBr4.1H-IHI3.2H-OH2O7.8H-SH2S4.3H-NNH36.5H-CCH3X4.7~5.0化学键键强越强（即键的力常数k越大）原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。键分子kH=CCH2=CH25.1H≡CCH≡CH5.9C-ClCH3Cl3.4C-C4.5~5.6C=C9.5~9.9C≡C15~17C-O12~13C=O16~182．非谐振子的振动谐振子的振动模式是理想化的，实际上振动模式是非理想化的：E振动=(V+1/2)hν-(V+1/

7、2)2hνX+(V+1/2)3hνX-……当△V=±1、±2、±3……振动能级的跃迁也可能存在。X非谐性常数四、多原子分子振动1．振动的基本类型对称性伸缩振动VS反对称性伸缩振动VaS面内变形振动面外变形振动变形振动振动类型非平面摇摆ω扭曲振动τ剪式振动δS平面摇摆ρ伸缩振动伸缩振动的k比变形振动k大；因此伸缩振动出现在红外吸收光谱的高波数区，变形振动出现在红外吸收光谱的低波数区。2．基本振动的理论数对于由N个原子组成的分子：3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度xyz由N个原子组成的分子：平动自由度=3振动自由度=3N-平动自由度-转动自由

8、度由N个原子组成的线形分子：转动自由度=2由N个原子组成的非线形分子：转动自由度=3线形分子：振动自由度=3N-5非线形分子：振动自由度=3N-63．