仪器分析 第二版课件 教学课件 作者 董慧茹 主编第八章 红外吸收光谱法.ppt

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1、第八章红外吸收光谱法第一节概述红外及拉曼光谱都是分子振动光谱。通过谱图解析可以获取分子结构的信息。任何气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定，这是其它仪器分析方法难以做到的。由于每种化合物均有红外吸收，尤其是有机化合物的红外光谱能提供丰富的结构信息，因此红外光谱是有机化合物结构解析的重要手段之一。红外波段的划分波段波长(微米)波数(cm-1)近红外0.75-2.513000-4000研究O-H、N-H、C-H的倍频峰中红外2.5-504000-200分子的振动与转动能级跃迁产生远红外50-1000200-10转动能级跃迁产生常用区

2、域2.5-254000-400能量在4000-400cm-1的红外光不足以使样品产生分子电子能级的跃迁，而只能引起振动能级与转动能级的跃迁，故红外光谱又称振转光谱。由于振动能级跃迁的同时不可避免地伴随转动能级的变化，因此红外光谱也是带光谱。分子在振动和转动过程中只有伴随净的偶极矩变化的振动才有红外活性。因为分子振动伴随偶极矩改变时，分子内电荷分布变化会产生交变电场，当其频率与入射辐射电磁波频率相等时才会产生红外吸收。第二节红外光谱法的基本原理一、红外光谱的形成及产生条件红外吸收光谱产生的条件：①红外辐射的能量等于分子振动能级的能量差

3、②振动过程中偶极矩的变化不等于零二、分子振动频率的计算公式例：HCl分子，其振动形式为同时伸长和同时缩短。近似为简谐振动：(Hz)c－光速，3×108m/sk－化学键的力常数，N/mμ－折合质量，kg单位为当，折合质量为相对原子质量三、简正振动和振动类型1.分子的振动自由度简正振动：分子质心保持不变，整体不转动，每个原子都在其平衡位置附近作简谐振动，其振动频率和位相都相同，即每个原子都在同一瞬间经过自己的平衡位置，而且都同时达到各自的最大位移。每个分子都有一定数目的简正振动，其数目等于分子的振动自由度。n个原子组成的分子有3n个自由

4、度。①线性分子，振动自由度N=3n－5②非线形分子，振动自由度N=3n－6例1：H2O非线形分子，N=3n－6=3在红外谱图上有三个峰，其简正振动的形式为：2.基本振动的类型（1）伸缩振动：键长变化，键角不变。（2）弯曲振动（变形振动）振动过程中键角发生改变或分子中原子团对其余部分作相对运动，键长不变。弯曲振动又分为面内弯曲振动与面外弯曲振动两种。面内弯曲振动用δ表示，面外弯曲振动用γ表示。面外摇摆振动卷曲振动3.影响峰数增多或减少的原因（1）吸收峰增多的原因①倍频、组合频倍频峰和组频峰又称为泛频峰。②振动偶合当相同的两个基团在分子

5、中靠得很近时，其相应的特征峰常发生分裂，形成两个峰。③费米共振泛频峰与邻近的强的基频峰之间的偶合，称为费米共振，往往裂分为两个峰。νC=O分裂（νas=1820、νs=1760cm-1）当两个振动频率相同或相近的基团相邻并由同一原子相连时，两个振动相互作用（微扰）产生共振，谱带一分为二。振动耦合费米共振当一振动的倍频与另一振动的基频接近时，二者相互作用而产生强吸收峰并发生裂分的现象。νAr-C=880~862cm-1νC=O=1774cm-11773cm-11736cm-1（2）吸收峰减少的原因①红外非活性振动（有高度对称结构的分子

6、，振动过程中不引起偶极矩变化，虽有振动形式存在，但不产生红外吸收峰）。②简并，即两种振动具有相同频率，只出现一个峰。③强峰往往要覆盖与它频率相近的弱而窄的峰。④吸收峰落在仪器的检测范围之外。⑤受仪器分辨率所限，有时挨的很近的两个峰仪器分辨不出，只表现为一个峰；或者是峰太弱，仪器检测不出来。++-面外弯曲δs=667cm-1不对称伸缩νs=2349cm-1面内弯曲δs=667cm-1COOCO2分子其简正振动的数目为3×3–5=4，但只有两个红外吸收峰，其原因为第三节红外谱图的峰数、峰位与峰强一、峰数非线性分子＝3N－6线性分子＝3N

7、－5二、基团频率与红外光谱的分区1.几个常用术语特征峰：用于鉴定官能团的存在并具有较高强度的吸收峰。如相关峰：一个基团除了有特征峰外，还有一些其他振动形式的吸收峰，这些相互依存而又相互可以左证的吸收峰称为相关峰。特征区：4000-1330cm-1指纹区：1330-667cm-12.基团频率和红外光谱的分区（1）4000-2500cm-1区域称为氢键伸缩振动区，包括O-H、N-H、C-H和S-H等的伸缩振动。（2）2500-2000cm-1区域称为叁键和累计双键伸缩振动区，主要包括等的伸缩振动。（3）2000-1500cm-1区域称为

8、双键伸缩振动区，主要包括C=N、C=C、N=N、N=O和C=O等的伸缩振动。伸缩振动1600-1690cm-1伸缩振动1500-1900cm-1苯环的骨架振动1600-1450cm-1NH2剪式振动及芳香化合物的倍频区域（4）1500