IR(中文)红外光谱法－仪器分析（沈阳药科大学）（赵怀清）

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1、现代仪器分析沈阳药科大学赵怀清第十二章红外吸收光谱法一、红外线区域划分0.76～2.5μm、近红外线2.5～25μm、中红外线＞25μm、远红外线红外线（0.76～1000μm）12.1概论红外线分为：近红外区：0.76～2.5μmOH、NH、CH的倍频吸收区（泛频区）中红外区：2.5～25μm振动，伴随着转动（基本振动区）远红外区：25～500μm（或1000μm）转动（转动区）二．红外吸收光谱的表示方法红外吸收光谱多用百分透光率（T%）为纵坐标，使用线性波数(σ，单位cm1)及线性波长(λ，单位µm)为横坐标。三．红外吸收光谱与紫外吸收光谱的区别1．起源不同Vis-UV：↓,△

2、E↑价电子跃迁，电子光谱IR：↑,△E↓振动-转动能级跃迁，振-转光谱2．适用范围不同Vis-UV：只适合于芳香化合物及具有共轭体系的不饱和脂肪族化合物IR：所有的有机化合物和部分无机化合物Vis-UV为带状光谱，比较简单红外吸收光谱是振动-转动光谱。每个官能团都有几种振动形式，在中红外区相应产生几个吸收峰，光谱复杂，特征性强。因此，红外光谱是定性鉴别的有力手段。3．特征性不同定性鉴别定量分析结构分析：提供基团、化合物类别、结构异构、氢键、链长等。四．用途一、分子振动能级和振动形式（一）振动能级红外吸收光谱是由于分子的振动能级跃迁产生的，而分子发生振动能级跃迁时会伴随着转动能级的跃迁

3、，为了讨论方便，先以双原子分子（或基团）的纯振动光谱为例。13.2红外吸收光谱法的基本原理图13-1双原子分子振动示意图简谐振动把A、B两个原子视为两个刚体小球，化学键视为弹簧，则两原子间的伸缩振动，可近似看成沿键轴方向的简谐振动。双原子分子可视为谐振子。re—平衡距离r—振动中原子的瞬间距离r－re—振动中离开平衡位置的位移（振幅）K——化学键力常数定义：化学键拉长1㎝所作的功谐振子简谐振动过程位能：分子振动过程的总能量离开平衡位置最远U：位能T：动能Ｖ＝０，１，２，３…振动量子数由此可知，分子振动能级的能量是量子化的，不是任意的。——分子振动频率由量子力学推导可知，谐振子振动能级

4、的能量说明分子在基态时也做振动。当分子吸收适宜的红外线由基态跃迁到激发态时，所吸收的光子能量必须恰好等于振动能级的能量差。当V=0分子处于基态零点能图13-2双原子分子位能曲线a—a’谐振子b-b’真实分子r．原子间距离D．解离能即：光子的能量：照射频率：分子振动频率如此说明，分子吸收红外线产生能级跃迁时，所吸收的红外线频率（），只能是分子振动频率（）的△V倍。这就是红外光谱产生的必要条件。当振动由基态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1）时，△V=1则=，此时产生的吸收峰叫基频峰。红外线照射频率例:HCl分子跃迁时，当（二）振动形式伸缩振动弯曲振动1．伸缩振动是化学键两端的原子沿着键

5、轴方向作规律性的伸缩运动，即键长有变化。用ν表示。CHHH（1）对称伸缩振动如：CH2CH3CH2对称伸缩振动CH3对称伸缩振动凡是两个或两个以上相同键的基团都有和HHHC（2）不对称伸缩振动CH2CH3CH2反称伸缩振动CH3反称伸缩振动是键角发生规律性变化的振动，又称为变形振动2.弯曲振动①剪式振动（1）面内弯曲振动弯曲振动在由几个原子所构成的平面内进行，称为面内弯曲振动。-CH2剪式振动②面内摇摆，n>4时才有面内摇摆一般面内摇摆-CH2（2）面外弯曲振动①面外摇摆面外摇摆②卷曲振动面外弯曲振动经常用一个符号表示卷曲振动（3）对称与不对称变形振动（1）对称变形振动具有AX3基团

6、或分子才有对称与不对称变形振动CH3对称变形（2）不对称变形振动不对称变形基本振动数目称为振动自由度在含有n个原子的分子中，每个原子都能向X、Y、Z三个坐标方向独立运动。则n个原子有3n个独立运动。（三）振动自由度1．非线性分子f振=3N－6（减去3个平动自由度和3个转动自由度）非线性分子平动自由度非线性分子转动自由度非线性分子振动自由度例：H2Of振=３×３－６＝３（有三种振动形式）在线性分子中，由于以键轴为转动轴的转动惯量为0，不能发生能量变化。因此线性分子只由2个转动自由度。2．线性分子f振=3N－5（扣除2个转动自由度和3个平动自由度）如：CO2线性分子平动自由度线性分子转动

7、自由度线性分子一个振动自由度由振动自由度数可以估计基频峰的可能数目（一）基频峰振动能级由基态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰。三、基频峰与泛频峰在IR光谱上看到的峰数往往少于振动自由度数。简并使使基频峰数小于基本振动数的一个原因。如：CO2中的原因：1、简并：两种振动形式频率相同，出现在同一峰位，两峰合二而一。在IR光谱图上只出现一个吸收峰，称这种现象叫简并。合并为一个峰2、红外非活性振动不能吸收红外线发生能级跃迁的振动，称