最新第四章--红外吸收光谱法()教学讲义ppt课件.ppt

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1、第四章--红外吸收光谱法(2011)红外吸收光谱法：根据物质对红外辐射的特征吸收建立起来的一种光谱分析方法，又称为分子振动-转动光谱。1800年，发现红外辐射。第二次世界大战期间，得到迅速发展。与紫外、核磁共振、质谱一起称为四大谱，是有机化合物结构分析的重要手段。1.定义光谱区：780nm-1000mm。近红外区（泛频区）：12800-4000cm-1；中红外区（基本振动区）：4000-400cm-1；远红外区（转动区）：400-33cm-1。2.红外光谱法特点第四章红外光谱分析法1.分子的振动2.红外光谱产生的条件和谱带强度3.基团振动与红外光谱区域4.影响峰位变

2、化的因素第二节红外吸收基本理论分子不是一个刚体，分子中原子以平衡点为中心，以非常小的振幅作周期性振动。最简单的化学键振动类似于连接两个小球的弹簧。1.分子的振动1.1谐振子任意两个相邻的能级间的能量差为：振动能级跃迁能量：取决于键两端原子折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。K：化学键的力常数，与键能和键长有关；：为双原子的折合质量，=m1m2/(m1+m2)。分子简谐振动方程式：化学键伸缩力常数：键类型:-CC--C=C--C-C--C-H-力常数:151055.1峰位:2062cm-11683cm-11190cm-12920cm-1化学键键强越强（

3、即键的力常数K越大），原子折合质量越小，化学键振动频率越大，吸收峰在高波数区。化学键伸缩力常数：实际上双原子分子并非理想谐振子！随振动量子数的增加，上下振动能级间隔逐渐减小！由基态振动能级跃迁至第1振动激发态时，所产生的吸收峰称为基频峰，基频峰位置等于分子的振动频率。由基态振动能级跃迁至第2、3…振动激发态时，吸收峰称为第一、第二倍频峰。一般情况下，基频峰最强，倍频峰则弱得多。1.2非谐振子弯曲振动：伸缩振动：多原子分子振动很复杂，可分为两类：1.3两类基本振动形式多原子分子振动形式的多少用振动自由度表示。三维空间中，原子能沿x、y、z三个坐标方向独立运动，n个原子则

4、有3n个独立运动，再除去三个坐标轴方向的分子平移及整体分子转动。非线性分子：3n-6，如H2O有3个自由度。线性分子：3n-5，如CO2有4个自由度。1.4振动自由度红外辐射频率与基本振动频率一致时，可产生=0→=1跃迁的基频吸收谱带。红外辐射能量刚好满足=0→=2跃迁时，则产生2倍频吸收谱带，等等。也可能发生=1→=2跃迁，单常温下，绝大多数分子处于=0的振动基态，因此观察到的主要是从基态开始跃迁的吸收谱带。条件1：红外辐射能量刚好等于振动跃迁所需能量2.红外光谱产生的条件和谱线强度条件2：只有偶极矩发生变化的振动形式才能吸收红外辐射，即辐射与物质间有

5、相互偶合作用。对称双原子分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2等。对称多原子分子：没有偶极矩，但某些振动形式可以产生偶极矩变化，具有红外活性，如乙烯等。非对称分子：有偶极矩，具有红外活性。偶极矩是否变化：决定分子能否产生红外吸收。偶极矩变化大小：决定红外吸收谱带的强度。根据量子化学理论，红外吸收谱线强度与分子偶极矩变化的平方成正比。谱线强度：偶极矩变化与振动对称性有关：对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。偶极矩变化与固有偶极矩有关：一般极性较强的基团（如C=O，C-X等）振动，吸收强度较大；极性较弱的基团（如C=C、C-C、

6、N=N等）振动，吸收较弱。谱线强度：e>100：非常强峰(vs)20

7、锐。非极性溶剂中且浓度稀时，峰形尖锐，强吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。（2）饱和碳原子上的-C-H-CH32960cm-1反对称伸缩振动2870cm-1对称伸缩振动-CH2-2930cm-1反对称伸缩振动2850cm-1对称伸缩振动-C-H2890cm-1弱吸收3000cm-1以下（3）不饱和碳原子上的=C-H（C-H）3000cm-1以上苯环上的C-H3030cm-1=C-H30103040cm-1C-H3300cm-1RCCH（21002140cm-1）RCCR’（21902260cm-1）R=R’时，无红外活性（2）