《红外吸收光谱分析》PPT课件.ppt

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1、仪器分析第六章红外吸收光谱分析InfraredAbsorptionSpectroscopy,IR§6.1概述当红外光照射物质分子时，其具有的能量不足以引起电子能级的跃迁，只能引起振动能级和转动能级的跃迁，产生的吸收光谱称为红外吸收光谱。红外吸收光谱又称为分子振动转动光谱，也是一种分子吸收光谱。红外吸收光谱不仅能进行定性和定量分析，而且从分子的特征吸收可以鉴定化合物和分子结构。6.1.1红外光区的划分红外光是指波长为0.78～1000µm的范围内的电磁辐射，其中0.78～2.5µm为近红外区，2.5～50µm为中红外区,50～1000µm为远红外区，一般所说的红外光谱是指中

2、红外区。表6-1红外光谱区的划分区域λ/μmν/cm-1能级跃迁类型近红外区0.78~2.512800~4000OH、NH及CH键的倍频吸收中红外区2.5~504000~200分子振动，伴随转动远红外区50~1000200~10分子转动1.近红外区：该光区产生的吸收带主要是由低能电子跃迁，含氢基团（如C—H、O—H、N—H、S—H等）伸缩振动的倍频及组合频吸收产生。最重要的用途是对某些物质进行定量分析。基于O—H伸缩振动的第一泛音吸收带出现在7100cm-1，可以测定各种样品如农产品、食品及药品等中的水分含量，可以定量测定酚、醇、有机酸等。它的测量准确度及精密度与紫外、可

3、见吸收光谱相当。2.中红外区：绝大多数的有机化合物和无机离子的基频吸收带都出现在中红外区。由于基频振动是分子中吸收最强的振动，因此该区最适合于化合物的定性分析和定量分析。由于中红外吸收光谱，最为成熟、简单，且目前已积累了大量的标准谱图数据资料，因此它是研究和应用最多的光谱区，通常的红外光谱即是指中红外区的光谱。3.远红外区：该区的红外吸收谱带主要是由气体分子中的纯转动跃迁、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。由于低频骨架振动能灵敏地反映出结构变化，所以对异构体的研究特别方便。此外，还能用于金属有机化合物（包括配合物）、氢键、吸

4、附现象的研究。但由于该光区能量弱，除非中外光区没有特征谱带，一般不在此范围内进行分析。一般情况下，红外光谱图多用透光度随波长（T~λ）或波数的变化曲线（T~v）表示。对于分子振动来说，照射光的频率是个很大的数值，使用很不方便，因此使用一个更方便的单位波数（v）来表示光的能量。波数是波长的倒数，表示每厘米波长中波的数目。若波长以µm为单位，波数的单位cm-1，则波数v和波长λ之间的关系为：液体石蜡油的红外光谱（吸收池厚0.03mm）此时图谱中的吸收“峰”，其实是向下的“谷”。在红外光谱中“谷”越深（T%小），吸光度越大，吸收强度越强。6.1.3红外光谱与有机化合物结构的关

5、系在化合物IR光谱图上，吸收峰越大，说明化合物对该区域光吸收越强，而对化合物来讲，它对哪些波数的光吸收强（弱）与其化学结构，特别是官能团密切相关。因此通过分析化合物的红外光谱图，就可以确定它含哪些官能团，进一步确定其化学结构。§6.2基本原理6.2.1分子对红外光产生吸收的条件分子中的原子通常以平衡点为中心，以非常小的振幅作周期性的振动，要想使这种振动由基态能级跃迁到较高能级，则电磁辐射要满足两个条件：第一：辐射的能量与某一激发态与基态的能量差相等，ｈv＝△E；第二：辐射与分子之间有偶合(coupling)作用（相互作用）。为满足第二个条件，分子振动必须伴随有偶极矩的变化

6、。也就是说，红外跃迁是通过分子振动过程中所导致的偶极矩的变化和电磁辐射相互作用而发生的。分子由于构成它的各原子电负性不同而表现出不同的极性，称为偶极子。分子极性的大小常用偶极矩μ大小来衡量。设正负电中心的电荷分别为+q和-q，正负电荷中心距离为d（如图6-2），则μ=q·d（式6-2）图6-2HCl的偶极矩由于分子中各原子以一定的频率在其平衡位置振动，则d也以同样的频率发生变化，因此μ也发生相应的改变，分子亦具有确定的偶极矩变化频率。当偶极子处于某电磁场中时，此电场作周期性反转，偶极子将经受交替的作用力而使偶极矩增加和减小。若电磁辐射的频率与偶极子的频率相匹配，分子将与辐

7、射发生相互作用（振动偶合）而增加它的振动能，使振幅加大，能量的增大使分子由原来的基态振动跃迁到较高的振动能级。因此，并非所有的振动都会产生红外吸收，只有发生偶极矩变化的振动才能引起可观测的红外吸收光谱，该振动称为红外活性的(infraredactive)；反之，Δμ=0的分子振动不能产生红外吸收，称为非红外活性的(infraredinactive)。例如CO2分子的对称伸缩振动就是非红外活性的，外界辐射不能使它的振动加剧。当一个分子中某个振动形式吸收红外光时，它必须能发生偶极矩变化。如果是一个对称分子，分子内正、负电荷中心完全