仪器分析-第4章 红外吸收光谱法.ppt

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1、第四章红外吸收光谱法第一节、概述第二节、红外吸收基本理论第三节、红外吸收光谱仪第四节、红外吸收光谱分析目录第四章红外吸收光谱法一、红外光谱法特点二、红外光谱图表示方法第一节概述分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱概述红外光谱是依据物质对红外辐射的特征吸收而建立起来的一种光谱分析方法，也是一种分子吸收光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射

2、比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。红外光谱又称为分子振动-转动光谱。红外光谱(IR)、紫外光谱(UV)、核磁共振(NMR)及质谱(MS)一起被称为四大波谱，是有机化合物结构分析的重要手段。一、红外光谱法的特点红外光谱波长范围约为0.78~1000µm，习惯上又将其区分为三个区。表4－1红外光谱区划分名　称近红外区（泛频区）中红外区（基本振动区）远红外区（转动区）波长/µm0.78~2.52.5~5050~1000波数/㎝-112820~40004000~200200~10能级跃迁类型O－H、N－H及C－H键的倍频吸收分子

3、振动、转动分子转动，骨架振动（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（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）。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，因而适用范围更大。（2）分子的振动能级不仅取决于分子组成，也与其化学键、官能团的性质和空间分布等结构特征密切相关，因而凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱，------对有机化合物进行结构分析。红外吸收光谱与紫外

4、吸收光谱比较：（4）气体、液体、固体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快，不破坏样品。（3）物质对红外辐射的吸收强度与物质含量的关系符合朗伯-比尔定律------红外吸收光谱定量分析基础。但由于红外辐射能量较小，分析时需要较宽的谱带，而物质的红外吸收峰又比较多，难以找出不受干扰的检测峰，因此，红外吸收光谱法用于定量分析较少。因此，红外光谱法不仅能进行定性和定量分析，而且该法是鉴定化合物和测定分子结构的最有用的方法之一。红外吸收光谱一般用T~曲线或T~σ波数曲线表示。纵坐标为百分透射比T%，因而吸收峰向下，向上则为谷；横坐标

5、是波长（单位为µm），或波数（单位为cm-1）。可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。二、红外光谱图表示方法波长与波数σ之间的关系为：σ(cm-1)=104/(µm)目前使用的大部分是T~σ波数曲线（即横坐标用波数表示），中红外区的波数范围是4000~200cm-1。目录谱图示例:第四章红外吸收光谱法一、分子的振动二、红外吸收光谱产生的条件和谱带强度三、基团振动与红外光谱区域四、影响基团频率位移的因素第二节红外吸收基本理论一、分子的振动（一）谐振子经典力学解释：质量分别为m1和m2的原子，依靠类似弹簧的化学键连在一起

6、。v：振动频率HZK：键力常数μ：折合质量cmN化学键键强越强（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。对于同类原子组成的化学键：键类型—CC—>—C=C—>—C—C—力常数151046峰位cm-1206216831190cmN对于有相同化学键的基团：比较C—C和C—H（2920cm-1)的振动频率量子力学观点：振动能级是量子化的，不是连续的。振动能级能量V：振动量子数,V=0,1,2,3当入射光子的能量为两个能级之差时，光子被吸收，振动能级跃迁。（二）非谐振子实际上双原子分子

7、并非理想的谐振子。分子吸收红外辐射后，由基态（=0）跃迁至第一激发态（=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰。由基态（=0）跃迁至第二激发态（=2）、第三激发态（=3），所产生的吸收峰称为倍频峰。基频峰最强，倍频峰则弱得多。在倍频峰中，二倍频峰相对还比较强。三倍频峰以上，因跃迁几率很小，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。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

8、和差频峰统称为泛频峰。（三）分子的振动形式伸缩振动对称伸缩振动反对称伸缩振动弯曲振动(变形振动)剪式振动摇摆振动扭曲振动多原子分子由于原子数目增多，组成分子的键或基团和空间结构不同，其振动光谱比双原子分子要复杂。但是可以把它们的振动分解成许多简单的基本振动，即简正振动。以-C