仪器分析-红外[1]

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1、第六章红外光谱法及其应用北京化工大学理学院主讲教师：杜振霞内容一、红外光谱法的基本原理二、红外分光光度计三、红外光谱与分子结构的关系四、红外谱图解析一般步骤红外光谱：系指2.5-25um之间的吸收光谱，分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的：振-转光谱。光辐射→分子振动能级跃迁→红外吸收光谱→官能团→分子结构红外光谱的概述双原子分子的能级跃迁示意图红外光谱红外光谱图：当用一束具有连续波长红外光照射物质时，该物质的分子就会吸收一定波长的红外光的光能，并转化为分子的振动能量和转动能量。以波长或波数为为横坐

2、标，以百分透过率或吸收率为纵坐标，记录其吸收曲线，即得到该物质的红外吸收光谱。红外光谱图：纵坐标为吸收强度或透过率，横坐标为波长（λμm）或波数1/λ单位：cm-1，波长和波数的关系：υ（cm-1）＝104/λ(μm),红外光谱图可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。红外光谱法的划分及特点区域／umσ/cm-1能级跃迁类型近红外区0.75~2.513300~4000主要用于研究O－H、N－H、C－H键的的倍频和组合频吸收中红外区2.5~254000~400振动的基频远红外区25~1000400~10

3、骨架振动和转动，晶格振动红外区的划分红外光谱的特点：1可以鉴定未知物分子结构或确定其化学基团2固体、气体、液体样品都可以直接测定。对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体也可直接测得其红外光谱3样品用量少，不破坏试样，分析速度快，操作方便一、红外光谱法的基本原理。红外光谱是由分子振动能级的跃迁而产生，但并不是所有的振动能级的跃迁都能在红外光谱中产生吸收，物质吸收红外光发生振动和转动能级跃迁必须满足两个条件：1．辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；2．分子振动时偶极矩的大小和方向必须有一定的变化,

4、即具有偶极矩变化的分子振动是红外活性振动。对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2等。非对称分子：有偶极矩，红外活性，水分子，H2O，NH3（一）红外光谱产生的条件（二）分子振动频率方程式1．双原子分子的简谐振动及其频率分子是由各种原子以化学键相互连接而成，以双原子分子为例，将分子看作一个简单的谐振子，假设化学键为失重弹簧，化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧，根据经典力学原理，简谐振动遵循虎克定律。双原子分子只有沿化学键的一种振动方式，当分子振动时，化学键的电荷分

5、布发生改变，若两个原子不同，分子的电荷中心于两个原子核同步振荡，分子仿佛一个振荡的电偶极子，当偶极受到连续波长的红外光照射时，分子可吸收某些波长的红外光从而增大分子的振动能量，所吸收的红外光的频率与该分子的振动能级一致。（二）分子振动频率方程式分子的振动能级（量子化）：E振=（V+1/2）hV：化学键的振动频率；：振动量子数（v=0，1，2，3…。)任意两个相邻的能级间的能量差为：K化学键的力常数，与键能和键长有关，为双原子的折合质量=m1m2/（m1+m2）发生振动能级跃迁需要能量的大小取决

6、于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征化学键键能越强（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。某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）化学键键能越强（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。例题:由表中查知C=C键的K=9.59.9,令其为9.6,计算波数值正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652cm-1C-C，C-N，C-O键力常数相近，原子折合质量不同，其大小顺序为：C-C《C-N〈C-O（

7、二）分子振动频率方程式键类型—CC—>—C=C—>—C—C—力常数15179.59.94.55.6峰位2200cm-11640cm-11300cm-1（三）分子中基团的基本振动形式1．两类基本振动形式伸缩振动：指化学键两端的原子沿键轴方向作来回周期伸缩运动，键长发生变化而键角不变，它又可分为对称与非对称伸缩变形振动：原子垂直与价键方向的运动，基团键角发生周期变化而键长不变，包括剪式振动、平面摇摆、非平面摇摆以及扭曲振动。亚甲基伸缩振动：亚甲基变形振动例2水分子（三）分子中基团的基本振动形式例

8、1CO2分子二、红外常用术语（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）峰数与分子自由度有关．一个有n个原子组成的分子其分子的基本振动（简正振动）数为3n－6，直线型分子为3n－5，一般观察到的振动要少于简正振动，原因是：a分子的对称性，无瞬间偶基距变化时，无红外吸收；b两个或多个振动的能量相同时，产生简并。c吸收峰强度太弱d仪器测量波长范围窄（３）峰强：红外吸收峰的强