红外吸收光谱法

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1、§5红外吸收光谱法5.1红外光谱概述5.2红外光谱法基本原理及分析5.3红外光谱仪器及应用§5.1概述一、红外光的发展简史和区划二、红外光谱的定义和表示方法三、IR与UV的区别四、红外光谱的特点一（一）红外发展简史1800年英国科学家赫谢尔发现红外线1936年世界第一台棱镜分光单光束红外光谱仪制成1946年制成双光束红外光谱仪60年代制成以光栅为色散元件的第二代红外光谱仪70年代制成傅立叶变换红外光谱仪，使扫描速度大大提高70年代末，出现了激光红外光谱仪，共聚焦显微红外光谱仪等一（二）红外光的区划光学光谱区区域/m/cm-1能级跃迁类型及应用近红外(泛

2、频区)0.75－2.512820－4000含氢原子团伸缩振动的倍频吸收区；稀土和其它过渡金属离子的化合物，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析中红外(基本振动区)2.5-254000－400分子的振动、转动；绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收远红外(转动区)25－1000400－10气体分子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起的；金属有机化合物（包括络合物）、氢键、吸附现象二、红外光谱的定义和表示方法定义：红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。样品

3、受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即红外光谱红外吸收光谱一般用T－曲线或T－波数曲线表示。纵坐标为百分透射比T%，横坐标是波长（单位为µm），或波数（单位为cm-1）三、IR与UV的区别区别IRUV起源分子振动能级伴随转动能级跃迁分子外层价电子能级跃迁适用所有红外吸收的有机化合物具n-π*跃迁有机化合物具π-π*跃迁有机化合物特征性特征性强简单、特征性不强用途鉴定化合物类别；鉴定官能团；推测结构定量；推测有机化合物共轭骨架四、

4、红外光谱的特点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,几乎所有的有机物均有红外吸收3）分子结构更为精细的表征：通过波谱的波峰数目及强度确定分子基团和分子结构4）可以进行定量分析5）固、液、气态试样均可用,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§5.2红外光谱基本原理一、红外吸收光谱的产生二、双原子分子振动三、多原子分子振动四、吸收谱带的强度五、红外光谱的特征性和基团频率六、影响基团频率的因素一红外吸收光谱的产生条件物质分子要吸收红外辐射产生红外光谱，必须满足两个条件：条件一：辐

5、射光子的能量与发生振动、转动跃迁所需的能量相等；条件二：辐射与物质之间有耦合作用根据量子力学原理，分子振动能量EV是量子化的即EV=(V+1/2)hνν为分子振动频率，V为振动量子数，其值取0，1，2，…分子中不同振动能级能量差:ΔEV=ΔVhν;也就是说，只有当ΔEV=Ea即νa=ΔVν时，才可能发生振转跃迁ΔEV=ΔVhνEa=hνa条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等条件一：辐射光子的能量与振动跃迁所需能量相等1基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰（即V=0→1产生的峰）※基频峰的峰位等于分子的振动频

6、率※基频峰强度大——红外主要吸收峰红外辐射的频率与分子振动频率的整数倍相等2泛频峰1)倍频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动激发态等高能态时所产生的吸收峰（即V=0→V=2，3－－－产生的峰）2)合频峰：分子吸收光子后，同时发生频率为ν1，ν2的跃迁，此时产生的跃迁为ν1+ν2的谱峰3)差频峰：当吸收峰与发射峰相重叠时产生的峰ν1-ν2※泛频峰强度较弱，难辨认→却增加了光谱特征性问题：何时发生共振？条件二：辐射与分子必须有耦合作用由于红外辐射是电磁波，与电磁振荡能发生相互作用，而与机械振动不能相互作用，因此分子振动时必须伴随偶极矩的变化，

7、振动时才会产生电磁振荡，与红外辐射发生共振而吸收其能量不对称分子如HCl振动过程中具有确定的偶极距变化率Δµ1，是电磁振荡，有红外吸收；对称分子如H2振动过程中偶极距变化率为零，是机械振动无红外吸收条件二：辐射与分子必须有耦合作用条件二辐射与物质之间必须有耦合作用1231：偶极子自身伸缩振动波2：偶极子在外加交变电场作用下的伸缩振动波3：偶极子共振叠加的伸缩振动波（条件：二者的振动频率相等）红外条件：1红外辐射的频率与分子振动频率的整数倍相等；2分子在振动过程中有偶极矩的变化同核双原子分子，如H2，N2，O2等非极性分子，振动时没有偶极矩的变化，所以没有红外

8、吸收，称为非红外活性极性分子如HCl等，振动时有偶极