《红外吸收光谱分析》PPT课件.ppt

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1、第三章红外吸收光谱分析3.1概述红外吸收光谱分析红外吸收光谱分析也叫红外分光光度法，是以研究物质分子对红外辐射的吸收特性而建立起来的一种定性（包括结构分析）、定量分析法。红外与可见、紫外一样均属分子吸收光谱。不过红外是分子的振-转光谱，而后者是电子光谱。红外吸收光谱也称为分子振动转动光谱。红外光谱的三个区域近红外区：λ为0.78-2.5μm中红外光区：λ为2.5-25μm远红外区：λ为25-300μm红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为0.75~1000µm，根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分为三个区:波长和波数红外区光谱用波长和波数（wave

2、number）来表征；波长多用μm做单位；波数：以σ表示，定义为波长的倒数，单位cm-1，其物理意义是每厘米长光波中波的数目。σ=1/λ(cm)=104/λ(μm)=υ/c用波数表示频率的好处是比用频率要方便，且数值小。一般用透光率-波数曲线或透光度-波长曲线来描述红外吸收光谱。红外光谱的特点-1紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具有共轭体系的有机化合物；而红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物。因此，除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。一般只要结构上不同，就会有不同的红外光谱图。

3、红外光谱的特点-2红外谱图吸收带的位置与吸收谱带的强度反映了分子结构上的特点，可以用来定基团、定结构；谱带的强度与分子组成以及含量有关，可以用来进行定量分析及纯度的检查；红外光谱分析特征性强，气体、液体和固体样品均可以测定，并且具有用量少、分析速度快和不破坏样品等特点。红外光谱与紫外吸收光谱相比1)峰出现在较低频率区；2)峰离而多，图形复杂；3)吸收强度低。吸收峰出现的频率位置是由振动能级差决定；吸收峰数目与分子振动自由度的数目有关；吸收峰强度主要取决于振动过程中偶极矩的变化以及能级的跃迁频率。第三章红外吸收光谱分析3.2基本原理3.2.1产生红外吸收的条件产生红

4、外吸收的条件1)辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的跃迁能量相等。2）辐射与物质之间有耦合作用。由量子力学可以证明，分子的振动总能量(E)为：EV=（V+1/2）h（V=0，1，2，）式中：V为振动量子数（V=0，1，2，…）；EV是与振动量子数V相应的体系能量；为分子振动的频率在室温时，分子处于基态（V=0）：EV=1/2h，此时，伸缩振动的频率很小。条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等当有红外辐射照射到分子时，若红外辐射的光子（L）所具有的能量（EL）恰好等于分子振动能级的能量差（△EV）时，则分子将吸收红外辐射而跃迁至激发态，导致振幅

5、增大。条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等分子振动能级的能量差为：△Ev=△Vh又光子能量为EL=hL产生红外吸收光谱的第一条件为：EL=△EvhL=△Vh即L=△V只有当红外辐射频率等于振动量子数的差值与分子振动频率的乘积时，分子才能吸收红外辐射，产生红外吸收光谱。条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等基频峰、倍频峰和泛频峰分子吸收红外辐射后，由基态振动能级（V=0）跃迁至第一振动激发态（V=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰。因为△V=1时，L=，所以基频峰的位置等于分子的振动频率。在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态

6、（V=0）跃迁至第二激发态（V=2）、第三激发态（V=3），所产生的吸收峰称为倍频峰。除此之外，还有合频峰（1+2，21+2，），差频峰（1-2，21-2，）等，这些峰多数很弱，一般不容易辨认。倍频峰、合频峰和差频峰统称为泛频峰。由V=0跃迁至V=2时，（振动量子数的差值）△V=2，则L=2，即吸收的红外线谱线（L）是分子振动频率的二倍，产生的吸收峰称为二倍频峰。由V=0跃迁至V=3时，△=3，则L=3，即吸收的红外线谱线（L）是分子振动频率的三倍，产生的吸收峰称为三倍频峰。在倍频峰中，二倍频峰还比较强，三倍频峰以上，因跃迁几率

7、很小，一般都很弱，常常不能测到。由于分子非谐振性质，各倍频峰并非正好是基频峰的整数倍，而是略小一些。基频峰和倍频峰HCl的基频峰和倍频峰基频峰（V0→1）2885.9cm-1最强二倍频峰（V0→2）5668.0cm-1较弱三倍频峰（V0→3）8346.9cm-1很弱四倍频峰（V0→4）10923.1cm-1极弱五倍频峰（0→5）13396.5cm-1极弱为满足这个条件，分子振动必须伴随偶极矩的变化。红外跃迁是偶极矩诱导的，即能量转移的机制是通过振动过程所导致的偶极矩的变化和交变的电磁场（红外线）相互作用发生的。分子由于构成它的各原子的电负性的不同，也显示不同的极

8、性，称为偶