第3章红外光谱法（InfraredAnalysis,IR）.ppt

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1、第3章红外光谱法（InfraredAnalysis,IR）3.1概述3.2基本原理1.产生红外吸收的条件2.分子振动3.谱带强度4.振动频率5.影响基团频率的因素3.3红外光谱仪器3.4试样制备3.5应用简介3.1概述1.定义：红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。红外光谱的表示方法：红外

2、光谱以T~或T~来表示，下图为苯酚的红外光谱。T(%)注意换算公式：2.红外光区划分红外光谱(0.75~1000m)远红外(转动区)(25-1000m)中红外(振动区)(2.5~25m)近红外(泛频）(0.75~2.5m)倍频分子振动转动分子转动分区及波长范围跃迁类型（常用区）13158~4000/cm-1400~10/cm-14000~400/cm-1Thatis0.75-1000μm(1μm=10-4cm)FIR0.75-2.5μmMIR2.5-25μm(4000-400cm-1)NIR25-1000μmWavenumber(υ)=104/λ

3、(μm)TypeofRadiationFrequencyRange(Hz)WavelengthRangeTypeofTransitiongamma-rays1020-1024<1pmnuclearX-rays1017-10201nm-1pminnerelectronultraviolet1015-1017400nm-1nmouterelectronvisible4-7.5x1014750nm-400nmouterelectronnear-infrared1x1014-4x10142.5µm-750nmouterelectronmolecularvibrat

4、ionsinfrared1013-101425µm-2.5µmmolecularvibrationsmicrowaves3x1011-10131mm-25µmmolecularrotations,electronspinflips*radiowaves<3x1011>1mmnuclearspinflips*3.红外光谱特点1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；2）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；3）分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；4）定量分析；5）固、液、气态样均可用，且用

5、量少、不破坏样品；6）分析速度快。7）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。3.2基本原理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Ev是量子化的，即EV=（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EV=Vh也就是说，只有当EV=Ea或者a=V时，才可能发生振转跃迁。例如当分子从基态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1），此时V=1，即a=条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用磁

6、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2.分子振动1）双原子分子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（dyn/cm);c=31010cm/s;为双原子折合质量如折合质量以原子质量为单位；k以mdyn/Å为单位。则有：例如：HCl分子k=5.1mdyn/Å，则HCl的振动频率为：对于C-H：k=5mdyn/Å;=2920cm-1对于C=C，k=10mdyn/Å,=1683cm-1对于C-C，k=5mdy

7、n/Å；=1190cm-1=1=6影响基本振动跃迁的波数或频率的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)

8、振动更为复杂（原子多、化学键多、空间结构复杂），但可将其分解为多个