红外吸收光谱法 ppt课件.ppt

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1、第二章红外吸收光谱法红外吸收光谱法的基本原理基团频率和特征吸收峰红外光谱仪红外光谱法的应用实验技术红外吸收光谱法：利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收特性来分析分子中有关基团结构的定性、定量信息的分析方法。红外吸收光谱分析概述一、红外光的分区红外线：波长在0.76~500μm(1000μm)范围内的电磁波称为红外线。近红外区：0.78~2.5μm（12820----4000cm-1）—OH和—NH倍频吸收区中红外区：2.5~25μm（4000----400cm-1）基团的基频振动、伴随转动光谱远红外区：25~500μm（400----20cm-1）纯转动光谱二、红外

2、光谱的作用1．可以确定化合物的类别（芳香类）2．确定官能团：例：—CO—，—C＝C—，—C≡C—3．推测分子结构（简单化合物）4．定量分析分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。红外光谱也称分子的振、转动光谱。§2.1红外光谱法的基本原理E1E0υ0υ1υ21J023J0231J0231J0231分子振动吸收光谱分子转动吸收光谱μmμm红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生分子的振动能级差远大于转动能级差分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁作用：有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红外特征吸收频率，确定化合物结构中基团；也可依据特征峰的强度变化进

3、行定量分析。一．双原子分子的振动双原子分子A-B→近似看作谐振子两原子间的伸缩振动→近似看作简谐振动1.双原子分子的简谐振动2．振动频率根据经典力学的虎克定律：k-----化学键的力常数(达因)，与键能和键长有关；μ---双原子的折合质量:μ=m1m2/(m1+m2)k-----化学键的力常数(N/cm)，与键能和键长有关；μ---双原子的折合原子量:μ=M1M2/（M1+M2）。πμμλμ增大v减少k增大v增大例1:由表中查知C=C键的k=9.5～9.9(N/cm),令其为9.6,计算正己烯中C=C键伸缩振动频率，实测值为1652cm-1μ例2:由表中查知H-Cl键

4、的k=4.8,计算波数值正己烯中H-Cl键伸缩振动频率实测值为2892.6cm-1(N/cm),实验值：2885.9cm-1μμC-CC=CC≡Cμ相同:1429cm-11667cm-12222cm-1C-CC-NC-O1429cm-11330cm-11280cm-1k相近:发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键力常数，即取决于分子的结构特征。某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）键分子kH-FHF9.7H-ClHCl4.8H-BrHBr4.1H-IHI3.2H-OH2O7.8H-SH2S4.3H-NNH36.5H-CCH3X4.7~5.0化学键键强越

5、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。键分子kH=CCH2=CH25.1H≡CCH≡CH5.9C-ClCH3Cl3.4C-C4.5~5.6C=C9.5~9.9C≡C15~17C-O12~13C=O16~18二、多原子分子振动1．振动的基本类型对称性伸缩振动VS反对称性伸缩振动VaS面内变形振动面外变形振动变形振动振动类型非平面摇摆ω扭曲振动τ剪式振动δS平面摇摆ρ伸缩振动伸缩振动的k比变形振动k大；因此伸缩振动出现在红外吸收光谱的高波数区，变形振动出现在红外吸收光谱的低波数区。（1）伸缩振动指键长沿键轴方向发生周期性变

6、化的振动对称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动同时发生反称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动交替发生（2）变形振动：指键角发生周期性变化、而键长不变的振动面内弯曲振动β：弯曲振动发生在由几个原子构成的平面内剪式振动δ：振动中键角的变化类似剪刀的开闭面内摇摆振动ρ：基团作为一个整体在平面内摇动面外弯曲：弯曲振动垂直几个原子构成的平面面外摇摆ω：两个X原子同时向面下或面上的振动扭曲τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的振动2．简谐振动的数目对于由N个原子组成的分子：3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度xyz由N个原子组成的分子：平动自由度=3振动自由度=3N-平动自由度-转

7、动自由度由N个原子组成的线形分子：转动自由度=2由N个原子组成的非线形分子：转动自由度=3线形分子：振动自由度=3N-5非线形分子：振动自由度=3N-6二、红外光谱产生的条件(2)辐射与物质间有相互偶合作用，产生偶极钜的变化(1)辐射能应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：如：单原子分子、同核分子：He、Ne、N2、O2、Cl2、H2等。没有红外活性。如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁，有红外活性。如：非对称分子：有偶极矩，红外活性。q:分子中正负电