红外吸收光谱法(I)

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1、第六章红外光谱法红外光谱(0.78~1000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）(0.78~2.5m)倍频分子振动转动分子转动分区及波长范围跃迁类型（常用区）第一节概述当样品受到频率连续变化的红外光照射，分子吸收某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。一、红外光谱红外光谱以T~或T~来表示二

2、、红外吸收光谱的特征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。第二节基本原理一、产生红外吸收的条件1.辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的跃迁能量相等E=（+1/2）h（=0，1，2，）式中为振动量子数（=0，1

3、，2，…）；E是与振动量子数相应的体系能量；为分子振动的频率。△Ev=△hEL=hL于是可得产生红外吸收光谱的第一条件为：EL=△Ev即L=△分子吸收红外辐射后，由基态振动能级（=0）跃迁至第一振动激发态（=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰。因为△=1时，L=，所以基频峰的位置（L）等于分子的振动频率。在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态（=0）跃迁至第二激发态（=2）、第三激发态（=3），所产生的吸收峰称为倍频峰。2.辐射与物质之间有耦合作用只有发生偶极

4、矩变化（△≠0）的振动才能引起可观测的红外吸收光谱，该分子称之为红外活性的；△=0的分子振动不能产生红外振动吸收，称为非红外活性的。二、分子的振动基频跃迁与峰位（一）双原子分子的振动影响基本振动频率的直接原因：相对原子质量化学键的力常数三、多原子分子的振动类型和振动自由度多原子分子的振动更为复杂（原子多、化学键多、空间结构复杂），但可将其分解为多个简正振动来研究，可分为两类：1、伸缩振动（stretchingvibration），2、弯曲振动（bendingbibration），3、基本振动的理论数

5、设分子的原子数为n，1）对非线型分子,理论振动数=3n-6如H2O分子，其振动数为3×3-6=32）对线型分子，理论振动数=3n-5如CO2分子，其理论振动数为3×3-5=44、吸收谱带的强度红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，而偶极矩与分子结构的对称性有关。振动的对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。一般地，极性较强的基团（如C=0，C-X等）振动，吸收强度较大；极性较弱的基团（如C=C、C-C、N=N等）振动，吸收较弱。红外光谱的吸收强度一般定性地用很强（vs）、强（s）、

6、中（m）、弱（w）和很弱（vw）等表示。按摩尔吸光系数的大小划分吸收峰的强弱等级，具体如下：>100非常强峰（vs）20<<100强峰（s）10<<20中强峰（m）1<<10弱峰（w）中红外光谱区可分成4000cm-1~1300cm-1和1300cm-1~400cm-1两个区域。在4000cm-1~1300cm-1之间，这一区域称为基团频率区、官能团区或特征区。1300cm-1~400cm-1区域内，除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生的谱带。这种振动与整个分子的结构有关。当分子结构稍有不同时，

7、该区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征。这种情况就像人的指纹一样，因此称为指纹区。第四节红外光谱中的重要区段X-H伸缩振动区：4000-2500cm-1叁键及累积双键区（2500~1900cm-1）双键伸缩振动区（1900~1200cm-1）C指纹区（可分为两个区）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。通过一系列的峰才能准确确定一个基团的存在。单、双键伸缩振动（不含氢）1800-900C-O（1300-1000）C-(N、F、P)

8、，P-O，Si-O面外弯曲振动900-650用于顺反式结构、取代类型的确定苯衍生物的红外光谱图影响峰位、峰强的因素1）电子效应2）空间效应3）氢键的影响4）振动耦合5）Fermi共振6）峰的对称性第三节红外光谱仪Fourier变换红外光谱仪的特点（1）扫描速度极快Fourier变换仪器是在整扫描时间内同时测定所有频率的信息，一般只要1s左右即可。因此，它可用于测定不稳定物质的红外光谱。而色散型红外光谱仪，在任何一