波谱分析教程_第2章_红外光谱(IR)
波谱分析前三章重点
波谱分析前三章重点第⼀章1.光的三要素:波长、速度、频率2.光是⼀种电磁辐射,具有波粒⼆象性:(1)波动性(2)粒⼦性:光⼦具有⼀定能量3.紫外光谱(UV)是指分⼦中的某些价电⼦吸引⼀定波长的紫外光,由低能级跃迁到⾼能级⽽产⽣的电⼦吸收光谱。
(指的是近紫外区)4.分⼦的转动能、振动能和分⼦内电⼦能的变化是产⽣分⼦吸收光谱的原因。
5.分⼦轨道理论(MO法):I.分⼦轨道由分⼦中原⼦轨道波函数的线性组合⽽成;II. 原⼦轨道是原⼦中电⼦的运动轨道。
III. 分⼦中的电⼦不再从属于某个原⼦,⽽是在整个分⼦空间范围内运动。
6.分⼦轨道的种类:ζ轨道:电⼦云围绕键轴作对称分布的分⼦轨道;π轨道:电⼦云围绕键轴不作对称分布的分⼦轨道;n轨道:未成键轨道,也称P轨道,该轨道⽆反键轨道。
7.σ→σ* 150nm>n→σ*200nm >π→π* 200nm>n→π*200-400nm1nm-200nm远紫外200-400近紫外400-800可见光8.(1)饱和的烃类化合物:ζ电⼦吸收紫外光,产⽣ζ→ζ﹡跃迁,λmax <200nm;(2)含有杂原⼦的饱和烃类化合物:杂原⼦上的孤对电⼦(n 电⼦)吸收紫外光产⽣n→ζ﹡跃迁,以λmax < 200nm为多见;(3)不饱和的烃类化合物:双键或叁键中的π键电⼦吸收紫外光,产⽣π→π﹡跃迁;孤⽴双键或叁键:λmax <200nm共轭双键: λmax >200nm(4)不饱和键⼀端与杂原⼦相连或存在p - π共轭时:产⽣n →π﹡跃迁,λmax >250nm。
9.发⾊团C=C、C=O、COOH、COOR、NO2、芳基等含有π电⼦的基团,能吸收紫外光系统助⾊团OH、OR、NH2、NO2、,-Cl,-Br,-I等含有n电⼦的基团,吸收峰向长波⽅向移动,强度增强与发⾊团相连可使最⼤吸收波长红移。
红移(red shift )最⼤吸收波长向长波移动。
强度增强,增⾊作⽤兰移(blue shift )最⼤吸收波长向短波移动。
波谱解析第2 章 红外光谱
1 K 2c
2015-7-8
药物分析学科组
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双原子分子的实际势能 曲线并非抛物线,在经 韦 Morse修正后,表现为如 国 兵 图2-2所示的实线部分 (化学键)。 由图2-3可知:
(1)振动能(势能)是 原子间距离的函数。振 动时振幅加大,则振动 能也相应增加。
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韦 国 兵
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(2)在常温下,分子处于最低的振动能级,化
韦 国 兵
学键振动与简谐振动模型非常近似(仅当振动量 子数V=3或4时,势能曲线才显著偏离简谐振动 曲线)。由于通常的红外吸收光谱主要讨论从基 态跃迁到第一激发态(V0V1),以及从基态直接 跃迁到第二激发态(V0 V2)引起的吸收。因此,
2
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(一)量子力学处理的振动能量
韦 国 兵 • 因 • 有
v
1
c
K m
v 1307
• 所以:
1 K v 2c u
• 结论:双原子基团的基本振动频率的大小与化学键两 端原子的折合相对原子质量和化学键的力常数K的大小 有关;化学键力常数K越大,折合相对原子质量m越小, 则谐振子的振动频率越大,即振动吸收峰的波数越大。
如:单原子分子、同核分子:He、Ne、N2、O2、 Cl2、H2 等。 没有红外活性 。
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药物分析学科组
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一、红外吸收产生的条件
韦 国 兵
• 红外辐射的能量必须与分子发生跃迁的 两振动能级间的能量差别相等,即: E L V h 或 L V • 分子在振动过程中其偶极矩必须发生变 化,即Δμ≠0,即只有红外活性振动才能 产生吸收峰。两个条件缺一不可。 • 红外非活性振动是造成基频峰数小于基 本振动自由度的另一个原因
波谱2IR1
C 1680 cm- 1
CH3
O
C
1665 cm- 1
O H2 C O H2 C C H C H O H2 C C H C H
C
C
C
C H
C H
1705-1725 cm- 1
1665-1685 cm- 1
1660-1670 cm- 1
内部因素
(c)中介效应
O O N
C
C
N
(d)诱导和中介联合效应
O O
R
NH2
R
SR
中介效应占优 C=O移向低波数
1680 cm-1 (C=O)
O
1690 cm-1 (C=O)
O
R
OR
R
Cl
诱导效应占优 C=O移向高波数
1735 cm-1 (C=O)
1780 cm-1 (C=O)
内部因素
(2)空间效应
(a)场效应
场效应是通过分子中基团之间的作用引起基团的特征 频率位移,只有相互靠得很近的基团之间才能产生场效应.
1
Eg. 5m
10 2000cm 5
4
1
IR Range
Based upon the wavenumber, infrared light can be categorized as near infrared (13,300 ~ 4,000cm-1), mid infrared (4000 ~ 200cm-1) and far infrared (200 ~ 10cm-1).
2.1.2 红外光谱的产生
• 当样品受到频率连续变化的红外光照射时, 分子吸收某些频率的辐射,并由其振动或转动运 动引起偶极矩的净变化,产生分子振动和转动能 级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区 域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比 与波数或波长关系曲线,就得到红外光谱。
红外光谱(IR)的原理及其谱图的分析
2、电子效应
a. 诱导效应
b. 诱导效应使基团电荷分布发生变化,从而改变
了键的力常数,使振动频率发生变化.
O 例: R C X
X= R/
H
1715 1730
OR/ 1740
Cl
F
1800 1850
精选课件
O
RCX
X= R/
H
1715 1730
OR/ 1740
Cl
F
1800 1850
• 推电子基,C=O电荷中心向O移动,C=O极性增强, 双键性降低,低频移动; • 吸电子基, C=O电荷中心向几何中心靠近, C=O极 性降低,双键性增强,高频移动。
vs (very strong), s (strong), m (medium), w (weak), vw (very weak), b (broad) , sh (sharp) 3 峰形:吸收峰的形状 (尖峰、宽峰、肩峰)
精选课件
1.峰位
分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光 波谱的一定范围,如:C=O的伸缩振动一般在1700 cm-1左右。
红外光谱
一、基本原理 二、红外光谱仪及样品制备技术 三、影响振动频率的因素 四、各类有机化合物的红外特征吸收 五、红外谱图解析及应用
精选课件
一、 基本原理
1.1 近红外、中红外和远红外
波段名称 波长 μ
波数(cm-1)
近红外 0.75—2.5
13300-4000
中红外 2.5-25
4000-400
峰的大约2倍处(实际比两倍低)。一般为弱吸收峰。 羰基伸缩振动频率在1715cm-1左右,在3400cm-1附近 倍频峰,通常与羟基的伸缩振动吸收峰重叠。
有机波谱第二章红外光谱解读
1.3 分子偶极变化与峰强
1.3.1 峰强度表示方法 谱带强度单位为透射率(T)或吸收强度(A)。它们
可以用透过样品的出射光强度I与入射光强度I0表示:
T = I / I0 A = lg(I0 / I) = lg(1 / T)
在单色光和溶液的实验条件下,溶液的吸收可遵从BeerLambert定律:吸收度与溶液c和吸收池的厚度l成正比,即:
发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的 折合质量和键的力常数,即取决于分子的结构特征。
化学键键强越强(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。
吸收频率随键的强度的增加而增加,随键连原子的质量增 加而减少。化学键力常数:单键—4~8 双键—8~12 叁 键—12~18
1.3.2决定峰强的因素
(1)振动过程中偶极矩的变化
基频吸收谱带的强度取决于振动过程中偶极矩变化的 大小。只有具有极性的键在振动过程中才出现偶极矩的变 化,在键周围产生稳定的交变电场才能与频率相同的辐射 电磁波作用,从而吸收相应能量使振动跃迁到激发态,得 到振动光谱。这种振动称为红外活性振动。
高极性键的振动,产生强度大的吸收谱带,如羟基、羰 基、硝基等强极性基团都具有很强的红外吸收谱带。
K为 化学键的力常数, 与键能和键长有关; m 为双原子的折合质 量.
2、质量和力常数的影响
有机化合物中个别的化学键可以近似地看作是双原子 分子,这样就可以利用双原子分子的振动公式来理解化学
键的振动:
v
=
1 2πc
(K / u)1/2 = 1303
K (m1 + m2) 1 / 2 m1m2
K:力常数,m1 和 m2 分别为二个振动质点的质量数。
波谱分析教程_第2章_红外光谱(IR)改
红外光谱在化学领域中主要用于分 子结构的基础研究、化合物的鉴定以及 化学组成的定量、定性分析: 1、根据光谱中吸收峰的位置和形状可以推 断未知物的化学结构; 2、根据特征吸收峰的强度可以测定混合物 中各组分的含量; 3、应用红外光谱可以测定分子的键长、键 角,从而推断分子的立体构型,判断化 学键的强弱等。 其中应用最广泛的还是化合物的鉴定
m X mD m X mD m X mH mD 2(m X 1) m X mH m X mD mH mX 2 m X mH
将(mX+1)/(mX+2)近似为1,则上式可简化为:
X H 2 X D
电子效应
诱导效应、中介效应、和共轭效应
• 诱导效应
诱导效应
讨论:
• 稀溶液中测得的红外光谱,其谱带的吸光度 (A)可遵守Beer-Lambert定律: A= εlc • 红外光谱的吸收强度受狭缝宽度、温度、溶 剂等因素的影响,强度不易精确测定。 • 红外光谱的吸收强度与分子振动偶极矩() 变化有关,偶极矩()变化幅度越大,吸收 强度越大。(基团极性、电效应、振动偶合、 氢键作用等) P34
红外光谱的吸收强度
红外吸收强度及其表示符号
摩尔消光系数(ε) 强度 符号
>200
75~200 25~75 5~25 0~5
很强
强 中等 弱 很弱
VS
S M W VW
• T % 愈低,吸光度就愈强,谱带强度就愈大。根 据T %,谱带强度大致分为:很强吸收带(vs,T % < 10);强吸收带(s,10<T %<40),中强吸 收带(m,40 < T %<90),弱吸收带(w,T % > 90),宽吸收带用b表示。
2、多原子分子振动 P33
波谱分析红外光谱课件
9.6
νC-O 1307
5.4
12 16 1216
1160 (cm-1)
νCO 1307
12
12 16 1216
1730 (cm-1)
VÉÄÄxzx Éy V{xÅ|áàÜç tÇw V{xÅ|vtÄ XÇz|ÇxxÜ|Çz
一些化学键的伸缩振动频率范围
键型 C≡N C≡C C=O C=C C—C
VÉÄÄxzx Éy V{xÅ|áàÜç tÇw V{xÅ|vtÄ XÇz|ÇxxÜ|Çz
教学内容
2.1 基本原理 2.2 影响振动频率的因素 2.3 红外光谱的分区 2.4 各类有机化合物的红外光谱 2.5 红外光谱解析
VÉÄÄxzx Éy V{xÅ|áàÜç tÇw V{xÅ|vtÄ XÇz|ÇxxÜ|Çz
键型 H—F H—Cl H—Br H—I O—H N—H S—H
K
键型
K
键型
K
9.7 ≡C—H
5.9
C—C
4.5
4.8 =C—H
5.1
C—O
5.4
4.1 —C—H
4.8
C—F
5.9
3.2 —C≡N
18
C—Cl
3.6
7.7 —C≡C
15.6 C—Br
3.1
6.4 —C=O
12
C—I
2.7
4.3 —C=C
VÉÄÄxzx Éy V{xÅ|áàÜç tÇw V{xÅ|vtÄ XÇz|ÇxxÜ|Çz
振动偶合 (Vibrational Coupling):当分子中两个或两个以上的基团与同一原 子相连时, 其振动吸收带常发生裂分, 形成双峰。一个移向高频方向, 一个移 向低频方向, 强度加强。有伸缩振动偶合, 弯曲振动偶合、伸缩与弯曲振动偶 合三类。
第2章红外 IR.
(Infrared Spectra)
IR
一、红外光谱的表示方法 红外光谱是研究波数在4000-400cm-1范围内不同
波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。谱图以波 长或波数为横坐标,以透光度为纵坐标而形成。
透光度以下式表示:
T % I 100 % I0
I:表示透过光的强度; I0:表示入射光的强度。
羟基的伸缩振动频率是3640 cm-1,而其缔合物的振动频率是 3350 cm-1。形成氢键还使伸缩振动谱带变宽。
6. 振动的耦合 若分子内的两个基团位置很近,振动频率也相近,就可能
发生振动耦合,使谱带分成两个,在原谱带高频和低频一侧各 出现一个谱带。例如乙酸酐的两个羰基间隔一个氧原子,它们 发生耦合。羰基的频率分裂为1818和1750 cm-1。(预期如果没 有耦合其羰基振动将出现在约1760 cm-1)。
1653(中) 1650(中) 1675(弱)
895-885强 730-650弱且宽 980-965强
三取代
1680(中-弱)
异丙基,两个等强度的峰 三级丁基,两个不等强度的峰
吸收 振 峰动
化合物
C-H拉伸 (或伸缩)
C=C,CC,C=C-C=C
苯环(拉伸或伸缩)
C-H弯曲
烯烃
>3000 (中) 3100-3010
1680-1620 强
1000-800
RCH=CH2
R2C=CH2 顺RCH=CHR 反RCH=CHR
1645(中) 910-905强 995-985强
k /N.cm-1 7.7 6.4 5.9 5.1 4.8 17.7 15.6 12.1 9.6 5.4 4.5
折合质量μ:两振动原子只要有一个的质量↓, μ↓,(v)↑,红外吸收信号将出现在高波数区。
波谱-红外IR讲解
组频峰 合频峰 差频峰
强度更弱,不易辨认
2
特征峰:凡能用于鉴定原子基团存在并有较高强度的吸收峰 相关峰:相互依存,又相互佐证的峰 特征区:4000~1330cm-1 峰较疏,易辨认 指纹区:1330~650cm-1 峰密集,确定有机物时用途很大。
二、 IR图的表示
横坐标: λ(μm)或υ(cm-1)表示吸收峰的位置. 纵坐标:透过率T%,表示吸收强度.
T(%)
苯酚红外光谱
注意: T-λ或T-υ曲线上的吸收峰是图谱上的谷.
三、IR产生的基本原理 1、分子的振动
红外光谱:引起分子振动能级和转动能级的跃迁, 所以又称振-转光谱。
2、双原子分子的振动
c—光速3×108m/s
k
k
k—化学键的力常数(N· m-1) —双原子折合质量(kg) μ=
若化学键的力常数k 以(N· m-1)为单位,折合质量以原子 质量为单位,则可简化为
双原子分子的振动频率取决于化学键的力常数和原子的质量。 化学键越强(K值越大),相对原子质量越小,振动频率越高
例 HCl分子K=4.8×102 N· m-1 ,计算出HCl的振动频率。
振动自由度:基本振动的数目。 分子自由度数(3N)= 平动自由度 + 转动自由度 + 振动自由度 振动自由度=分子自由度数(3N)- (平动自由度 + 转动自由度) 理论上,每个振动自由度(基本振动数)在红外光谱区均产生一个吸收峰带
线形分子只有两个转动自由度
含N个原子的线型分子振动自由度为3N-5 非线型分子振动自由度为 3N-6
2、hυ0=ΔE(红外光能43; H r O δδ+ H
有机波谱分析第二章红外光谱
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有机波谱分析第二章红外光谱
• 共轭与诱导效应共存时的情况:
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有机波谱分析第二章红外光谱
• 2.空间效应 • (1)场效应 F 互相靠近的基团之间通过空间传递的效应。
– 只在立体结构上靠近的基团间才能产生。 – 同 e- 排斥↑→ K ↑→ν↑
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➢ 8)与色谱等联用(GC-FTIR)具有强大的定性功能。
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有机波谱分析第二章红外光谱
(五)红外光谱产生的条件
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
E V =(V+1/2)h
1000 m 25 cm 1
• 红外光的三个区域:
– (1)近红外区:13000~4000cm-1
• 研究分子中的O-H、N-H、C-H键的振动倍频与组频。
– (2)中红外区:4000~400cm-1
• 研究大部分有机化合物的振动基频。
– (3)远红外区: 400~25cm-1
• 研究分子的转动光谱以及重原子成键的振动等。
凡能用于鉴定原子基团存在并有较高强度的吸收峰-特征
峰。其对应的频率称为特征频率。
一个基团除了特征峰以外,还有许多其它振动形式的吸收
峰,这些相互依存而又相互可以佐证的吸收峰-相关峰。
(3)特征区与指纹区
4000-1330 cm-1 -特征区;
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1330-400 cm-1 -指纹区
(3)n↑→ r ↑
→△E振动↑
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2波谱解析-IR
如—C≡N 的特征吸收峰在2247 cm
-1处。
红外光谱的分区
由于基团的振动频率取决于原子质量(原子种类)和化学键力常数(化学键的 类型),因此不同化合物中的同种基团振动频率相近,总会出现在某一范围。
据此,可将红外光谱范围划分为: 特征谱带区(4000~1330cm-1,即2.5~7.5μm) 指纹区(1333~667cm-1,即7.5~15μm)
分子的振动形式
②变形振动
红外吸收光谱与分子结构关系
(1)基频峰
由基态(n=0)跃迁到第一振动激发态(n=1)时, 所产生的吸收峰称为基频峰
振动能级由基态(n=0)跃迁至第二(n=2), 第三(n=3),…,第n 振动激发态时,所产生 的吸收峰称为倍频峰
倍频 (2)泛频
组合频
红外吸收光谱与分子结构关系
①首先查对 ν
C= O
1840~1630cm
-1
(s)的吸收是否存在,如存在,则可
进一步查对下列羰基化合物是否存在: A.酰胺 查对 ν B.羧酸 查对 ν D.酸酐 查对 ν E. 酯 查对 ν ~3500cm (ms),有时为等强度双峰是否存在;
-1
N-H O- H
-1
3300~2500cm
C- H
波长与波 数的关系
红外光谱图的表示
红外光谱法的特点
(1)应用面广,提供信息多且具有特征性。 吸收峰位置,数目及其强度,可鉴定未知化合物的分子结构或确定其化学基团;依据吸收 峰的强度与分子或某化学基团的含量有关,可进行定量分析和纯度鉴定。 (2)不受样品相态的限制。 (3)样品用量少且可回收,不破坏试样,分析速度快,操作方便。 (4)现在已经积累了大量标准红外光谱图(如Sadtler 标准红外光谱集等)可供查阅。 (5)红外吸收光谱法的局限性:即有些物质不能产生红外吸收峰。此外,红外吸收光谱 图上的吸收峰有一些是不能做出理论上的解释的,因此可能干扰分析测定,而且,红外吸 收光谱法定量分析的准确度和灵敏度均低于可见、紫外吸收光谱法。
IR2
(三) 饱和烃的C-H和醛基C-H伸缩振动区 (3000-2700cm-1)
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
醛基IR中常有Fermi 共振的双谱带:
2800cm-1,2700cm-1 (但如分子中有其他的CH有时2800峰容 易被掩盖)(图2-32)
第二章 红外光谱
第二章 红外光谱
2) 内酯
有机化合物波谱分析
第二章 红外光谱
4. 酰氯
有机化合物波谱分析
第二章 红外光谱
5.羧酸
有机化合物波谱分析
游离羧酸羰基的νC=O 在1760cm-1左右,缔合的νC=O 17251700cm-1 左右,判断羧酸的特征峰为3200-2500cm-1 的宽峰。
第二章 红外光谱
OH CH 3CH 2CCH3 CH3
有机化合物波谱分析
2-methyl-2-butanol (CCl4)
OH
pheno l
o-cresol
OH
omethylphenol
第二章 红外光谱
6.醚
C-O-C
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
第二章 红外光谱
酰胺的特征吸收带
有机化合物波谱分析
8.酰胺 酰胺的羰基伸缩振动通常都在1700cm-1以 下
第二章 红外光谱
伯酰胺
有机化合物波谱分析
第二章 红外光谱
仲酰胺
有机化合物波谱分析
第二章 红外光谱
叔酰胺
有机化合物波谱分析
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
第二章 红外光谱
1)单取代末端双键:
有机化合物波谱分析
第二章 红外光谱
《红外光谱IR》课件
在化学中的应用
化合物鉴定
通过红外光谱的特征峰,可以确定化 合物的官能团和化学键,进而确定化 合物的结构。
反应机理研究
红外光谱可以监测化学反应过程中分 子振动模式的改变,从而揭示反应机 理。
混合物分析
通过分析混合物中各组分的红外光谱 ,可以确定混合物中各组分的含量。
化学键常数测定
通过分析红外光谱的峰位和强度,可 以计算化学键的力常数和键长等参数 。
《红外光谱IR》PPT课件
目录
CONTENTS
• 红外光谱的基本原理 • 红外光谱的应用 • 红外光谱实验技术 • 红外光谱的局限性 • 未来展望
01 红外光谱的基本原理
CHAPTER
红外光谱的产生
分子振动
01
分子中的原子或分子的振动会产生能量变化,当这种变化与入
射光的能量相匹配时,就会产生光的吸收。
打开红外光谱仪,预热并 校准仪器。
将样品放置在样品槽中, 确保样品平整且无气泡。
根据实验需求,设置合适 的扫描范围和分辨率。
开始扫描,记录红外光谱 数据。
实验数据处理与分析
01
数据整理
将实验获得的红外光谱数据进行整 理,去除异常值和噪声。
谱峰识别与归属
根据谱峰的位置和形状,识别并归 属相应的官能团或化学键。
在生物医学中的应用
药物研究
红外光谱可以用于研究药物分子的结构和活 性,以及药物与生物分子的相互作用。
医学诊断
通过分析生物样品的红外光谱,可以检测生 物体内的代谢产物和异常生理状态。
生物分子结构研究
红外光谱可以用于研究生物大分子的结构和 振动模式,如蛋白质、核酸等。
生物组织研究
红外光谱可以用于研究生物组织的结构和组 成,如皮肤、肌肉等。
波谱分析-第二章 (红外光谱)(1)
v = 1303
5.1 (1 + 35.5) 1× 35.5
1/2 -1 cm = 2993
C—C C=C
k ~ 5 N· cm-1 k ~ 10 N· cm-1
= 1193 cm-1 = 1687 cm-1
C≡C
C—H
k ~ 15 N· cm-1
1/2
K (m1 + m2) 1 1/2 v = 1303 (K / u ) = m1m2 2πc
K:力常数,m1 和 m2 分别为二个振动质点的质量数
吸收频率随键的强度的增加而增加,随键连原子的质 量增加而减少。化学键力常数:单键—4~8 双键— 8~12 叁键—12~18 利用实验得到的键力常数和计算式,可以估算各种类 型的基频峰的波数
四
五 六
λ
10-8
10-6 10
10-4 400 800
10-2
100
102 cm nm um
γ射 线
X射 线
紫 外 光
可 见 光
红外光 IR 微波
无线电波
1 cm = 107nm
1cm = 104um
通常的红外光谱频率在4000~625cm-1之间,正是一般 有机化合物的基频振动频率范围,可以给出丰富的结构信息: 谱图中的特征基团频率可以指出分子中官能团的存在;全部 光谱图则反应整个分子的结构特征。除光学对映体外,任何 两个不同的化合物都具有不同的红外光谱。
(二)简偕振动
分子是由各种原子以化学键相互连接而生成。可以用 不同质量的小球代表原子,以不同强度的弹簧代表各种化
学键,它们以一定的次序互相连接,就成为分子的近似机 械模型。这样就可以根据力学定理来处理分子的振动。
红外光谱IR
B. Benzaldehyde D. m-Toluic acid
A. Allyl phenyl ether C. o-Cresol
B. Benzaldehyde D. m-Toluic acid
练习九
练习十
练习十一
练习八
A. Allyl phenyl ether C. o-Cresol
B. Benzaldehyde D. m-Toluic acid
A. Allyl phenyl ether C. o-Cresol
B. Benzaldehyde D. m-Toluic acid
A. Allyl phenyl ether C. o-Cresol
第一节 影响振动频率的因素 一.外部因素
红外吸收谱带产生于分子中化 学键的振动,但是测试条件,包括 试样的物理状态、晶型、浓度等均 对谱带的形状、强度及其频率位移 有着一定的影响。
二. 内部因素
(1)诱导效应(inductive effects,I)
O
C X
O
C X
推电子基团使ν↓;吸电子基团使ν↑
O CH3 — C —Cl
vC=O 18 07cm-1
O CH3 — C —H
1731cm-1
O CH3 — C —CH3
1715 cm-1
(2)共轭效应(conjugation effects,C)
共轭效应使νC=O移向低波数。一般
增加一个共轭双键,νC=O↓20-30 cm-
1。
O
O
ν C=O
1718cm-1
1691cm-1
O RC O R'
O R C R'
O R C S R'
仪器分析课件 红外光谱 IR
样品室
放置样品的位置,由透明材料制成,用于透射 法或反射法测量。
探测器
感受红外光谱的强度变化并转换成电信号输出, 常用的有热电偶和半导体探测器。
红外光谱的测量方法
红外光谱测量通常采用透射、反射、散射三种方法。
1
反射法
2
样品表面被红外光照射后,检测样品表
面的反射强度变化。
3
透射法
样品通过红外透明的窗口被照射,检测 透过样品的强度变化。
3
波长范围
红外光谱波段大约在780纳米到1毫米之 间,波长比可见光长,频率比可见光低。
无损检测
红外光谱可以对材料进行无损检测,有 利于表面的分析和检测。
红外光谱的应用领域
红外光谱在化学、医药、食品、环境等领域有广泛应用。
化学
红外光谱可以分析样品中的化合 物和官能团,定量测定和鉴定结 构。
医药
食品
红外光谱可以测定药品中的成分、 用于质量控制,同时可以鉴别非 法仿制药。
仪器分析课件 红外光谱 IR
本课程介绍红外光谱的基本概念、仪器构成、测量方法、数据处理、谱图解 析、实验操作和应用领域。欢迎学习!
红外辐射的特点
红外辐射是电磁波的一种,其特点是能够穿透许多物质,但被固体和液体吸收和散射。
1
分子谐振
2
红外光可以导致物质内部的化学键振动
和转动,不同化学键有不同的谐振频率。
3数据的处理和解析 Nhomakorabea对测得的数据进行谱图的处理和解析, 获得有用的定性定量信息。
红外光谱的应用领域举例
红外光谱在化学、医药、食品、环境等领域有广泛应用,以下是两例。
化学品的检测与分析
红外光谱可用于检测气体中的环境污染物、分析聚合物等有机物质的化学成分。
有机化合物波谱解析:第二章 红外光谱 (IR)
表: 某些键的伸缩力常数(毫达因/埃)
✓ 例: CC
CC
CC
K 15N / cm K 10N / cm K 5N / cm
~ 2060cm1 ~ 1650cm1 ~ 1190cm1
• 4. 伸缩振动频率>弯曲振动频率
(二).多原子分子的振动类型
1. 振动类型 (分两大类) :
(1) 伸缩振动: 以ν表示, 又可分: 对称(νs) 不对称(νas)
(2) 弯曲振动:以δ表示, 又可为4种。 面内弯曲振动δ ip:剪式;平面摇摆 面外弯曲振动δ 0.0.p:扭曲;非平面摇摆
νas > νs> δ S > δ 0.0.p
分子振动能级差 E振 V h
产生红外光谱前提 E振 EL L 红外光的照射频率 分子的振动频率
1 K 2
- 1307 K
其中 mA mB
mA mB
- 1307 K’ (适用于X-H型键)
- 1307 2K’(适用于X-Y型键)
M
*振动频率(ν)是键的力常数(K)及两 个原子(mA与mB)的质量的函数。
谱图解析——正己烷
2872cm-1 处 是 CH3 的 对称伸缩振动峰,一 般波数范围为: 2872±10cm-1。
谱图解析——正己烷
在 2853cm-1 处 的 吸 收 峰 , 是 CH2 的 对 称 伸 缩 振 动 峰 ,一般这种振动峰的吸收 位置在:2853±10cm-1。
正己烷
在1455±10cm-1处,是CH2 的弯曲振动峰吸收值(也叫 剪刀振动)。
1.谐振子: f (弹力)= -Kδx
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√
k:力常数,与化学键强度有关 :折合质量 = m1×m2 /(m1+m2)
1 2
1 2
k
k (m1 m2 ) m1 m2
1 k 1 k (m1 m2 ) 2c 2c m1m2
E振 h 2 h 2 k k (m1 m2 ) m1m2
三、IR光谱得到的结构信息
• IR光谱表示法: 横坐标为吸收波长(m),或吸收频率(波数/cm) 纵坐标常用百分透过率T%表示 • 从谱图可得信息: 1 吸收峰的位置(吸收频率) 2 吸收峰的强度 ,常用 vs (very strong), s (strong), m (medium), w (weak), vw (very weak), b (broad) ,sh (sharp),v (variable) 表示 3 吸收峰的形状 (尖峰、宽峰、肩峰)
各种化学键的红外吸收位置
影响红外光谱吸收频率的因素
• 外在因素 • 内部因素
•
• • • • •
质量效应 电子效应 空间效应 氢键效应 偶极场效应 振动的偶合
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外在因素(测定条件)
样品所处物态、制备样品的方法、溶剂的性质、氢键、结 晶条件、吸收池厚度、色散系统以及测试温度等
正己酸在液态和气态的红外光谱 a 蒸气(134℃)b 液体(室温)
返回
有关术语
1. 基频峰和泛频峰
基频峰:从基态到第一激发态跃迁产生的吸收。 泛频峰:倍频峰:从基态到第二激发态甚至第 三激发态跃迁所产生的吸收。 组频峰:基频及倍频的和或差。
2.
据
官能团特征吸收:可作为官能团存在的依
3. 特征区(官能团区)与指纹区
(1)官能团区 (2)指纹区 4000~1330cm-1 1330~667cm-1
2、多原子分子振动 P33
2、各种振动方式及能量
• 分子振动方式分为: 伸缩振动 -----对称伸缩振动 s ----反对称伸缩振动 as 弯曲振动 ----面内弯曲振动 ----剪式振动 s -----平面摇摆 -----面外弯曲振动- ----非平面摇摆 • -----扭曲振动
红外光谱的吸收强度
红外吸收强度及其表示符号
摩尔消光系数(ε) 强度 符号
>200
75~200 25~75 5~25 0~5
很强
强 中等 弱 很弱
VS
S M W VW
• T % 愈低,吸光度就愈强,谱带强度就愈大。根 据T %,谱带强度大致分为:很强吸收带(vs,T % < 10);强吸收带(s,10<T %<40),中强吸 收带(m,40 < T %<90),弱吸收带(w,T % > 90),宽吸收带用b表示。
中红外区的频率常用波数 表示,波数的单位是 cm-1,标准红外谱图标有频率和波长两种刻度。 波长和波数的关系是:
10 (cm ) (m)
1
4
3、红外光谱的产生:
• 用波长2.5~25m,频率4000~400/cm的光 波照射样品,引起分子内振动和转动能 级跃迁所产生的吸收光谱
ro
r
讨论:P32
原子和分子与电磁波相互作用,从一能量状态跃迁到 另一能量状态要服从一定的规律——光谱选律(量子化 学) (1)简谐振动光谱选律为△ν=±1 即跃迁在相邻振动振动 能级之间进行,最主要的红外跃迁是 ν0→ν1 ,本征跃迁, 产生本征吸收带或基频峰。 ( 2 )真实分子的振动为近似的简谐振动,不严格遵守 △ ν=±1 规律,可以产生△ ν=±2 或±3 的跃迁,产生倍 频峰。(其跃迁几率小,弱峰,常不能检出) (3)多原子分子的振动:振动自由度为3n-6.
5) 由量子力学求解得
1 1 h E hc 2 2 2
ν:振动量子数 ν=0,1,2,3,… E:体系能量
k
b 、真实双原子分子并不是所假设的理想的谐 振子,按非谐振子求解得体系的振动能: 1 1 2 Eν=(ν+ ) hc ( ν + ) hc + … 2 2 其势能曲线:P32 E
=C
H
环外双键
O O O
vC=O 环内双键
1716
cm-1
1745 cm-1
1775 cm-1
vC=C
1639
cm-1
1623
cm-1
66 cm-1
4、红外光谱的选律
• IR选律:在红外光的作用下,只有偶极矩 ()发生变化的振动,即在振动过程中0 时,才会产生红外吸收。这样的振动称为红 外“活性”振动,其吸收带在红外光谱中可 见。在振动过程中,偶极矩不发生改变(= 0)的振动称红外“非活性”振动;这种振动 不吸收红外光,在IR谱中观测不到。如非极 性的同核双原子分子H2,N2,O2等 *偶极矩=q· d
伸缩振动的谱带位置可按下式近似计算:
= 1307
√
— k —
cm-1
(K为化学键力常数,
为折合相对原子质量)
常见化学键的力常数K(×105dyn/cm)
C—C 4.5~5.6 C=C 9.5~9.9 C≡C 15~17 C—O 5.0~5.8 C=O 12~13 C—H 4.7~5.0(CH3X), 5.1(CH2=CH2), 5.9(CH≡CH) C—Cl 3.4(CH3Cl) C≡N 16~18 O—H 7.8(H2O), 7.12(游离) N—H 6.5(NH3)
第2章 红外光谱(IR)
• 本章内容与要求: • 介绍红外光谱法的原理,红外光谱仪和实验方法。 重点介绍红外吸收峰的位置、强度和形状与有机 物结构的关系及影响谱带位置和强度的因素。 • 掌握各种功能团的特征吸收,影响吸收峰位置的 因素,标准光谱利用中的注意事项,掌握红外光 谱谱图解析方法。了解FT-IR, Raman光谱等.
T
• IR光 • 样品
E1—E0=hr
• 二、分子振动的类型
1、双原子分子振动
a、将分子看做一个简单的谐振子
(1)振动形式: 伸缩振动 弯曲振动 (2)振动能级 :共价键的振动,可看作一弹簧连接的两个刚性 小球的简谐振动,遵守胡克定律(P30) 由胡克定律、牛顿第二定律可得: — 1 k v = —— 振动频率: — 2π
讨论:
• 稀溶液中测得的红外光谱,其谱带的吸光度 (A)可遵守Beer-Lambert定律: A= εlc • 红外光谱的吸收强度受狭缝宽度、温度、溶 剂等因素的影响,强度不易精确测定。 • 红外光谱的吸收强度与分子振动偶极矩() 变化有关,偶极矩()变化幅度越大,吸收 强度越大。(基团极性、电效应、振动偶合、 氢键作用等) P34
•
• 按能量高低为: as > s > s 高频区 低频区 .
3、振动自由度和峰数
• 含n个原子的分子,自由度为: 线性分子有 3n-5 个 非线性分子有 3n-6 个 理论上每个自由度在IR中可产生1个吸收峰,实际上 IR光谱中的峰数少于基本振动自由度,原因是: 1 振动过程中,伴随有偶极矩的振动才能产生吸收峰 2 频率完全相同的吸收峰,彼此发生简并(峰重叠) 3 强、宽峰覆盖相近的弱、窄峰 4 有些峰落在中红外区之外 5 吸收峰太弱,检测不出来
ArCO-SR 1665
(+C > -I)
R1COR2 1715
空间效应:环张力,
环张力对红外吸收波数的影响: 环数减小,环的张力增大,环外双键加强,吸 收频率增大,环内双键减弱,吸收频率减小
H H H
υ υ
C=C
-1 1645cm -1 3017cm
-1 cm 1610 -1 3040cm
-1 cm 1565 -1 3060cm
3100-3000 3300
h E振 2
1 2
h 2
1 2 k
k
k (m1 m2 ) m1 m2
k (m1 m2 ) m1 m2
质量效应
1 1 h E hc 2 2 2
k
X H X D X D X H
m X mD m X mD m X mH mD 2(m X 1) m X mH m X mD mH mX 2 m X mH
将(mX+1)/(mX+2)近似为1,则上式可简化为:
X H 2 X D
电子效应
诱导效应、中介效应、和共轭效应
• 诱导效应
诱导效应
2224,
C=O
1727
中介效应
OR C NHR O
+ N HR R C
共轭效应:共轭效应使不饱和键的波数显著降低
• 在许多情况下,诱导效应和共轭效应会同时存 在:
• C=O RCOOR 1735
(-I > +C)
R1CO-NR2 1690
(+C > -I)
RCOS-Ar 1710
(-I +C)
诱导效应:RCOR中极性基团的取代使C=O 移向高波数
化合物 RCHO RCOR
1715
RCOCl
1800
RCOF
1920
ClCOCl
1828
FCOF
1928
C=O
1713
共轭效应:使C=O 移向低波数 R-CH=CH2
CH3CN
RCOOR
(C2H5)2C=C(CN)COOC2H5
C=C 1650 C=N 2255 C=O 1735 C=C 1629 , C=N
红外光谱基本峰形示意图
宽峰
尖峰
肩峰
双峰
常见术语
• 基频峰、倍频峰、合频峰、热峰
• 基频峰是分子吸收光子后从一个能级跃迁到相邻的 高一能级产生的吸收。V =0 V=1 • 倍频峰(2)是分子吸收比原有能量大一倍的光子之 后,跃迁两个以上能基产生的吸收峰,出现在基频 峰波数n倍处。2 为弱吸收。 • 合频峰是在两个以上基频峰波数之和(组频 1+ 2) 或差(1 - 2处出现的吸收峰。合频峰均为弱峰。 • 热峰来源于跃迁时低能级不是基态的一些吸收峰。