外红光谱作业.doc

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1、1.红外光谱的产生原理当一束红外光射到物质上，可能发生吸收、透过、反射、散射或者激发荧光（即拉曼效应）。而IR的产生是由于物质吸收电磁辐射后，分子振动-转动能级的跃迁而导致的。同时需要知道的是IR光谱的产生是需要满足以下两个条件：（1）当一定频率（一定能量）的红外照射分子时，如果分子中某个基团的振动频率和外界红外辐射的频率一致，二者就会产生共振，此时光的能量通过分子偶极距的变化而传递给分子，这个基团就吸收一定频率的红外光，产生共振跃迁；（2）分子必有有偶极距的改变。也就是说只有偶极距发生改变的振动才能引起可观测的红外

2、吸收谱带，即具有红外活性。关于偶极距：偶极距μ来描述分子极性的大小，μ=q·d，以图1为例来具体说明。c)b)a)图1CS2的振动及其极化度的变化分子内的原子处于其平衡位置不断地振动状态，在振动过程中d的瞬时值会发生不断地的变化，故而分子的偶极距μ也发生相应的改变，分子也就具有确定的偶极距变化频率。如图1a所示对称分子（CS2）在做伸缩振动时，由于正负的电荷中心重叠，故d=0，所以偶极距μ=0，没有红外活性，不会产生红外光谱；图1b所示做不对称的伸缩振动时，正负电荷中心不重叠，所以d≠0，故而存在偶极距的变化；图1c

3、亦是，CS2做面内弯曲振动时，同时正负电荷中心也不重叠，d≠0，故而也存在偶极距的变化。同时，当偶极距存在变化时，物质吸收辐射时，其本质是外界辐射迁移它的能量到分子中去，而这种能量的转移是通过偶极距的变化来实现的。用下图所示的偶极子在交变电场中的作用来阐述。图2偶极子在交变电场中的作用示意图当偶极子处在交变电场中时，偶极子将经受交替的作用力从而使偶极距增加或减小，这种增加或减小随着交变电场频率的变化而变化，而当在交变电场作用条件下的偶极子振动频率与偶极子本身固有的振动频率一致时，从而分子与辐射的电磁波发生相互作用（振

4、动偶合）而增加它的振动能，分子则由原来的基态跃迁到激发态。此时入射的红外光谱的能量被吸收，信号出现衰减，从而能够产生相应的吸收峰，得到红外光谱图。以上所述，就是红外光谱的产生原理。1.IR光谱解析原理对于IR光谱的解析大体上来说是基于特征基团的解析，即特征基团会在特征频率下产生特征峰，而光谱往往就是要解析在特征频率下产生的特征峰所代表的是何种特征基团。对于一张未知的红外光谱图不能直接辨认，就必须对它进行详尽的分析。此时，基于上述所说的原则，一般都是从谱图中主要的吸收谱带开始，因为它对应于化合物中的主要官能团。然后再分

5、析其它较特征的谱带，对于一些较弱的谱带往往不容易解释，需要进一步辨析。在对特征峰进行分析的同时，也需要注意谱带的吸收强度和形状。对谱带强度的仔细分析，能区分在相同频率范围的不同基团或不同振动模式，也可能指示某些特性集团存在与其他结构因素的影响。而谱带形状的变化可得到有关结构改变的信息。同时，需要注意的是，有时单从一个谱带不能得到肯定的结论，则就需要根据一个基团的各种振动频率，从几个波数区域谱带的组合来判断某基团的存在。有时甚至需要借助于核磁共振波谱或紫外光谱等其他光谱技术，才能加以确证某种官能团或某种结构的存在与否。

6、下面以DOP红外光谱为例进行展示。图3DOP红外光谱图首先察看特征峰，发现在2940cm-1附近存在-CH伸缩振动吸收峰，1725cm-1存在属于C=O伸缩振动吸收峰，1280cm-1和1120cm-1处存在C-O-C伸缩振动吸收峰，通过特征峰大致可以判断该化合物结构中含有羧基或酯基。进一步分析，1460cm-1和1380cm-1处存在-CH2-和-CH3的振动吸收，1600，1580，740，700cm-1存在苯环的骨架振动及取代振动吸收峰。由以上的分析，大致可确认为邻苯二甲酸酯结构。再对1000~800cm-1这

7、一指纹区进行仔细分析，确定相应烷烃链的长度，可确认为邻苯二甲酸二辛脂。2.为何采用数学与计算机技术解析IR谱图？数学与计算机技术在红外谱图解析中的应用是高效、快速、准确解析谱图的必然要求。IR谱图在屏幕中所展示的图形是经过数学运算的结果，把信号的强度与波数构成关系，从而使得谱图便于分析和解读，计算机技术在IR谱图中的运用使得所测试的相关信号都能够数字化，而数字化的信号可以借助于数学的方法进行进一步的运算，从而建立相应的数学方程或模型，数学方程或模型的建立往往需要大量的数据经过大量的计算，这是单靠人力所不能完成的，故而

8、借助于计算机技术来处理数字化的信号成为必然。将光谱以数据形式储存到计算机里，根据需要进行各种光谱计算，如差示光谱、谱带分离、微分、因子分析等。同时，红外光谱图往往是复杂的。每种分子都有多种振动方式，每种方式都需要一定的能量，虽然并不是所有振动都能在红外光谱中产生吸收带，但分子量较高的化合物的红外光谱常有几十个吸收谱带，这就给人工读谱带来了一定的