华工红外光谱ir课件

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1、第二章红外光谱法2波长：m，cm；h－普朗克常数波数：σ＝1/——横坐标红外吸收谱带的强度——纵坐标△Ehcλ=或ν=h△E2.1红外光谱基本知识E分子＝E电子运动＋E原子间的振动＋E分子的转动紫外(ΔE=1～20ev；=0.06－1.25μm)红外(ΔE=0.05～1ev；=1.25－125μm)远红外(ΔE=0.05～0.005ev；=25－250μm)组成物质的原子和分子都以各种不同的形式运动着。红外光谱属于分子吸收光谱。原子或分子从低能级被激发到高能级时，必须吸收相应于两能级差ΔE的能量；而从高能级跃迁到低能级时要

2、放出相应于ΔE的能量。这一能级差相应于电磁辐射的波长为：3区域λ(μm)σ(cm-1)ν(Hz)能级跃迁类型近红外0.75～2.513000~40004.0×1014～1.2×1014OH、NH及CH键倍频吸收区中红外2.5~504000~2001.2×1014～6.0×1012振动,转动远红外50～1000200~106.0×1012～3.0×1011骨架振动转动最常用2.5～154000~6701.2×1014～2.0×1013红外光谱区绝大多数有机物和无机离子的化学键基频吸收都出现在中红外区。通常说的红外光谱实指中红外光谱区。4

3、键长不变，键角变分子振动方式伸缩振动v弯曲振动δ不对称伸缩振动vas面内弯曲振动β面外弯曲振动γ剪式振动平面摇摆振动r扭绞振动t面外摇摆振动w键长变，键角不变对称伸缩振动vs对称伸缩振动vs不对称伸缩振动vas弯曲振动δN个原子组成分子，所有原子自由度3n分子振动自由度：3n－6（除去3个平动自由度和3个转动自由度基本振动数）直线型分子的振动自由度：3n－52.1分子振动和红外吸收H2O52.1.1分子吸收红外辐射的条件及吸收强度分子吸收红外辐射须满足两个条件：a.偶极矩发生变化，这种振动方式称为红外活性的如CO2的对称伸缩振动，偶极

4、矩无变化，红外非活性不对称伸缩振动，偶极矩产生瞬变，有红外活性b.一定频率的红外辐射其能量与振动能级差相当，才会被吸收，产生谱带。红外吸收谱带的强度取决于：a.偶极矩变化的大小：变化大的，吸收强度大极性较强的分子或基团其吸收强度较大：如C=O，S-O，C-F等极性较弱的分子或基团其吸收强度较弱：如C=C，S=S，N=N等对苯分子来说，几乎无偶极矩变化，吸收很弱；但氢原子被取代后，对称性被破坏，在1600cm－1处有较强谱带。b.分子或基团的浓度：浓度越高，吸收强度就越大红外光谱的纵坐标6举例聚乙烯PE的红外光谱Vs（CH2）：2850

5、cm－1Vas（CH2）：2925cm－1（CH2）：1465cm－1r（CH2）：770cm－1PE的支化：－CH2－CH2－CH3730cm－1：结晶峰72πc1μk以双原子分子的振动模式（谐振子模型），进行理论推导：虎克定律：F=-kx牛顿第二定律：F=ma=m则m=-kxx=Acos(2πvt+Ф)v=用波数表示v=对双原子分子来说，约合质量μ=代替m：v=2.1.2振动频率与质量和键能的关系d2xdt2dx2dt22π1mk2πc1mkm1+m2m1m2其中，键力常数k与键能有关单键：k=4~6×10N/m2双键：k=8~

6、10×10N/m22叁键：k=12~18×10N/mv（波数）与K成正比；与原子质量成反比8例如：羰基C=O的伸缩振动键K≈12×102N/m，μ==1.14×10-26(kg)则Vc=o=1722(cm-1)实验测得C=O的实际波数在1850~1650cm-1之间（随所处的化学环境而变）91）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：K值：单键4－6×102N/m<双键8－10×102N/m<叁键12－18×102N/mkCC(2222cm-1)>kC=C(1667cm-1

7、)>kC-C(1429cm-1)（质量相近）质量m大，μ增大，化学键的振动波数低。如:C-C(1430cm-1)O-D的=2600cm-1C-Cl的＝800－600cm-1>C-Br的＝600－500cm-1>C-I的＝530－470cm-12）振动能量变化是量子化的，分子中各基团之间、化学键之间会相互影响，即分子振动的波数与分子结构（内因）和所处的化学环境（外因）有关。2.1.3影响分子振动波数的因素10OCl—C—

8、F‖已知：化学键的振动频率v取决于原子质量μ和键力常数k2πc1μk波数：v=但同一化学键或基团的特征吸收频率，在不同分子和外界环境中有所不同，存在一定的频率范围。如：C=O在COCl中：1790cm-1在CONH2中：