红外吸收光谱法ppt课件.ppt

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1、第三章红外吸收光谱法《光谱导论》课程1红外光区的划分及应用：1）近红外区：12800~4000cm-1(0.78~2.5m)，主要用于研究分子中的O-H、N-H、C-H键的振动倍频与组频。2）中红外区：4000~400cm-1(2.5~50m)，主要用于研究大部分有机化合物的振动基频。3）远红外区：400~25cm-1(25~1000m)，主要用于研究分子的转动光谱以及重原子成键的振动等。3.1红外光谱红外吸收光谱是由分子振动和转动能级跃迁引起的，所以又称振-转光谱。2红外吸收光谱图的表示方法横坐标为

2、波数（σ/cm-1），纵坐标为透射比（T%）吸收峰为倒峰。31产生红外吸收的条件（1）红外辐射的能量等于分子振动能级跃迁所需要的能量。ΔEν=Eν2-Eν1=hνaνa：红外光频率。Eν=（v+1/2）hνmνm：分子振动频率v=0，1，2，…振动能量量子数ΔEν=Δvhνm=hνaνa=Δvνm（2）分子振动过程中必须伴随偶极矩的变化。偶极矩μ=q·rΔμ>0，具有红外活性。Δμ=0，不具有红外活性。3.2红外吸收光谱的基本原理4σ=双原子分子振动类似简谐振动。红外吸收光谱是由分子振动能级跃迁引起的，分子

3、吸收红外光的频率等于分子化学键的振动频率。分子吸收红外光能量后，可使化学键振动的振幅变大，而其振动频率并不改变，频率只是化学键力常数和原子折合质量的函数。键力常数折合质量12.双原子分子的振动m1m2=m1+m22πc5(1)原子质量相近时，力常数k大，化学键的振动波数高：σCC（2222cm-1）>σC=C（1667cm-1）>σC-C（1429cm-1）(2)若力常数k相近，原子质量m大，则化学键的振动波数低：C-HC-CC-NC-O3000143013301280(3)和H原子相连的化学键,红外

4、吸收在高波数区如:C-H2900cm-1O-H3600-3200cm-1N-H3500-3300cm-1(4)弯曲振动比伸缩振动容易,弯曲振动的K较小,处于低波数区6有机化合物分子都是多原子分子，振动形式比双原子分子复杂得多，但不管多原子分子振动多复杂，都可分解为多个简单的基本振动。简正振动：整个分子质心保持不变，整体不转动，各原子在其平衡位置作简谐振动，并且其振动频率和相位都相同，即每个原子都在同一瞬间通过其平衡位置且同时达到其最大位移值。分子的任何复杂振动均可视为多个简正振动的线性组合。3.多原子分子的

5、振动7伸缩振动（）：键角不变，键长变化。对称伸缩振动（s）不对称伸缩振动（as）弯曲振动：键角变化，键长不变。(c)剪式(d)非平面摇摆(e)扭曲(f)摇摆简正振动的基本形式8确定一个原子在空间的位置需要三个坐标，对于n个原子组成的分子，确定它的空间位置需要3n个坐标，即分子有3n个自由度。分子的总自由度由平动、转动和振动自由度构成。分子自由度数（3N）=平动自由度+转动自由度+振动自由度线性分子振动自由度=3n–3–2=3n–5简正振动的理论数—振动自由度92.非线性分子振动自由度=3n–3–3=3

6、n–61037563657159511CO2分子的基本振动形式及IR光谱2349cm-1667cm-112理论上，每种简正振动都有其特定的振动频率，在红外光谱区均应产生一个吸收峰带。但实际上，红外光谱中峰数往往远小于理论计算的振动数，原因有以下几点：13基本振动简谐振动跃迁在相邻振动能级之间进行，最主要的是V0-V1，称为本征跃迁，产生的吸收带为基频峰。由于真实分子的非谐振性，V=2，例如V0-V2的跃迁也可能发生，称为倍频（overtone).另外两个频率之差之和的合频峰，倍频峰和合频峰统称泛频峰(ov

7、ertone)。一般较弱。分子与弹簧球体系间的区别在于前者是振动能级量子化的，只有一定频率的红外光才能被吸收谱峰增加的因素14红外各种峰之间的关系基频峰：01倍频峰：02、3、4合频峰：基频峰的和或差处出现的峰泛频峰：由倍频峰和合频峰组成。154基团频率和特征吸收峰红外光谱中，相同的化学键和基团，在不同构型分子中，其振动频率改变不大。通常把这种代表基团存在，并有较高强度的吸收谱带称为基团频率，其所在的位置一般又称为特征吸收峰。例：—CH3特征峰28003000cm-1；—C=O特征峰1600

8、1850cm-1；基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：—CH2—CO—CH2—1715cm-1酮—CH2—CO—O—1735cm-1酯—CH2—CO—NH—1680cm-1酰胺16红外光谱信息区常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000670cm-1官能团区：4000~1300cm-1，伸缩振动产生，分布稀疏，受分子中剩余部分的影响小，是基团鉴定的主要区域。指纹区：不含氢的伸缩振动，各种键的弯曲振动及分