武汉大学分析化学下册.ppt

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1、第10章红外吸收光谱法Infraredspectrometry10.1概论红外吸收光谱法是利用物质分子对红外辐射的特征吸收，来鉴别分子结构或定量的方法。红外光谱属于分子振动光谱，由于分子振动能级跃迁伴随着转动能级跃迁，为带状光谱。红外光谱最重要的应用是中红外区有机化合物的结构鉴定。也可用于定量分析。10.1.1红外光区的划分及应用10.1.1红外光区的划分及应用波谱区近红外光中红外光远红外光波长/m0.75~2.52.5~5050~1000波数/cm-113333~40004000~200200~10跃迁类型分子振动分子转动近红外光

2、谱区：低能电子能级跃迁含氢原子团：-OH、-NH、-CH伸缩振动的倍频吸收峰稀土及过渡金属离子配位化学的研究对象适用于水、醇、高分子化合物、含氢原子团化合物的定量分析红外吸收光谱法：分子的振动、转动基频吸收光谱区应用最为广泛的红外光谱区远红外光谱区：气体分子的转动能级跃迁液体与固体中重原子的伸缩振动晶体的晶格振动某些变角振动、骨架振动-异构体的研究金属有机化合物、氢键、吸附现象研究该光区能量弱,较少用于分析10.1.2红外吸收光谱的特点红外吸收只有振-转跃迁，能量低；应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；分

3、子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、波峰数目及强度确定分子基团、分子结构；定量分析；固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；分析速度快。与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。10.1.2红外吸收光谱的特点10.1.3红外吸收光谱图的表示方法红外光谱以T~或T~来表示，下图为苯酚的红外光谱。T(%)10.2基本原理样品受到频率连续变化的红外光照射时，样品分子选择性地吸收某些波数范围的辐射，引起偶极矩的变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，并使相应的透射光强度减弱。红外光谱中，吸收峰出现的频率位置由振

4、动能级差决定，吸收峰的个数与分子振动自由度的数目有关，而吸收峰的强度则主要取决于振动过程中偶极矩的变化以及能级的跃迁概率。下面我们分别具体说明。10.2.1产生红外吸收的条件分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件：条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。根据量子力学原理，分子振动能量E振是量子化的，即E振=（V+1/2）h为分子振动频率，V为振动量子数，其值取0，1，2，…分子中不同振动能级差为E振=Vh也就是说，吸收光子的能量（ha）要与该能量差相等，即a=V时，才可能发生振转跃迁。例如当分子从基态（V=

5、0）跃迁到第一激发态（V=1），此时V=1，即a=10.2.1产生红外吸收的条件条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用磁场电场交变磁场分子固有振动a偶极矩变化（能级跃迁）耦合不耦合红外吸收无偶极矩变化无红外吸收10.2.2双原子分子的振动分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相比）作周期性“简谐”振动，其振动可用经典刚性振动描述：k为化学键的力常数（N/cm=mdyn/Å），为双原子折合质量如将原子的实际折合质量（通过Avogaro常数计算）代入，则有10.2.2双原子分子的振动影响基本振动跃迁的波数或频率的

6、直接因素为化学键力常数k和原子质量。k大，化学键的振动波数高，如kCC(2222cm-1)>kC=C(1667cm-1)>kC-C(1429cm-1)（质量相近）质量m大，化学键的振动波数低，如mC-C(1430cm-1)

7、结构复杂），但可将其分解为多个简正振动来研究。简正振动整个分子质心不变、整体不转动、各原子在原地作简谐振动且频率及位相相同。此时分子中的任何振动可视为所有上述简谐振动的线性组合。简正振动基本形式伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长变化但键角不变的振动。变形振动：基团键角发生周期性变化，但键长不变的振动。又称弯曲振动或变角振动。10.2.3多原子分子的振动10.2.3多原子分子的振动理论振动数（峰数）设分子的原子数为n，对非线型分子,理论振动数=3n-6如H2O分子，其振动数为3×3-6=3对线型分子，理论振动数=3n-5如CO2

8、分子，其理论振动数为3×3-5=410.2.3多原子分子的振动理论上，多原子分子的振动数应与谱峰数相同，但实际上，谱峰数常常少于理论计算出的振动数，这是因为：a）偶极矩的变化=0的振动，不产生红外吸收；b）谱线简并（