红外光谱分析法-58页文档资料

亚甲基
伸 缩 振 动
变 形 振 动
CO2分子 水分子
多原子分子振动总结
对同一基团，不对称伸缩振动频率稍高于对称 伸缩振动
变形振动的力常数比伸缩振动小，因此同一基 团的变形振动比伸缩振铎小
简正振动数目=振动自由度≠基频吸收峰数 每个振动自由度相应于红外光谱上一个基频吸收峰
分子由n个原子组成， 分子具有3n个自由度
I0：红外光入射强度；I： 红外光的透过强度。
4. 分子的吸收光谱。 分子的电子能级跃迁－－UV-Vis 分子的振动－转动跃迁－－IR
5. 偶极子和偶极矩
偶极子：分子由于构成它的各原子的电负性的不同而 显示不同的极性，称为偶极子。
偶极矩μ：描述分子极性的大小，它也可以用来判断 分子的空间构型。例如，同属于AB2型分子，CO2的 μ=0，可以判断它是直线型的；H2S的μ≠0，可判断它 是折线型的。
2. 波长 & 波数： 波长就是红外光区的波长范围，即0.78 mm ~ 1000 mm (780 nm~1000000 nm);
波数即波长的倒数。 (cm1 ) 10000 ( m)
3. 透过率（T%） & 吸光度（A）
T% I 100
…………………….(1)
I0
AlgI0 lg1lgT..……………….(2) IT
1429
双键 1667
叁键 大
2222
K (力常数)基本相同
公式
C–C
折合质量顺序
峰位置 （cm-1)
小 1430
C–O 大
1330
多原子分子的振动
简正振动 —— 分子质心保持不变，整体不转动，每
个原子都在其平衡位置作简谐振动，其振动频率和相 位相同，振幅不同。
基本振动形式
伸缩振动—— 键长变化键角不变 变形振动——键角变化键长不变
主要用于定性分析，但也可用于定量分析。
➢定性: 红外光谱最重要的应用是中红外区有机化合 物的结构鉴定。通过与标准谱图比较，可以确定化合 物的结构；对于未知样品，通过官能团、顺反异构、 取代基位置、氢键结合以及络合物的形成等结构信息 可以推测结构。
➢定量: 近年来红外光谱的定量分析应用也有不少报 道,尤其是近红外、远红外区的研究报告在增加。如 近红外区用于含有与C，N，O等原子相连基团化合 物的定量；远红外区用于无机化合物研究等。
红外吸收光谱法
概述 原理 红外光谱仪器 样品处理 分析应用
概述
红外光谱的历史
1800年英国科学家赫谢尔发现红外线 1936年世界第一台棱镜分光单光束红外光谱仪制成 1946年制成双光束红外光谱仪 60年代制成以光栅为色散元件的第二代红外光谱仪 70年代制成傅立叶变换红外光谱仪，使扫描速度大大提高 70年代末，出现了激光红外光谱仪，共聚焦显微红外 光谱仪等
4000-200 分子振动
200-10
分子转动
4000-670 分子振动、 转动
注意: 横坐标和纵坐标
红外光谱法的特点
几乎每种化合物均有红外吸收，有机化合物的红外光 谱能提供丰富的结构信息。 任何气态、液态和固态样品均可进行红外光谱测定， 这是其它仪器分析方法难以做到的。 样品用量少，可达微克量级。
红外吸收光谱产生
双原子分子的简谐振动及其频率
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
K - 力常数，定义为将两原子由平衡位置伸
长单位长度时的恢复力 - 折合质量 V-吸收峰的频率
振动的量子化
E
h
E
h m
h 2
k
1 k 2c
cm 1 1307 k
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。
CO2分子
跃迁几率
真实的分子振动不是严格的简谐振动
有些运动不是分子振动，因此：
分子内原子间振动自由度 = 3n-6 线性分子振动自由度 = 3n-5
基频吸收峰数 小于 振动自由度
对称振动，偶极矩无变化（非红外活性振动） 简并现象，振动频率相同或几乎相等 吸收峰强度太弱，仪器无法检测 吸收峰频率不在仪器测量范围内
偶极矩变化率
瞬间偶极距变化大，吸收峰强；键两端原子 电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强。
➢红外光谱还可作为色谱检测器。
峰数 峰位 峰强
红外光谱法的基本原理
峰位 峰数 峰强
吸收峰的位置（振动能级差） 吸收峰的数目（分子振动自由度数目） 吸收峰的强度（偶极矩变化）
满足两个条件：
1．辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量 2．辐射与物质间有相互耦合作用（偶极矩变化才能产生红
外吸收光谱）。
红外吸收光谱法
振动转动光谱
当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子 吸收了某些频率的辐射，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 长关系的曲线，就得到红外光谱。
基本概念
1. 红外光谱： 分子吸收一定能量后，引起分子的振动－转动能级 发生跃迁，这种跃迁总是发生在红外光区，因此称 作红外光谱。
例题:
已知C=C键的K=9.5 9.9 ,令其为9.6, 计算波数值
v 12 1c k13 k 0 7 131 0 9./6 2 2 716c5 m 10
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为
1652 cm-1 其它因素？
（折合质量）相同
公式
C – C键
力常数顺序 峰位置 （cm-1)
单键 小
红外光谱的范围
近紫外
可见
200nm 400nm
780nm
红外 1000um
近红外区 中红外区
远红外区
0.78um 2.5um
50um
1000um
红外光区的划分
红外区 波长（m） 波数（cm-1） 对应能级
近
中 远 常用
0.78-2.5
2.5-50 50-1000 2.5-15
12800-4000 分子振动倍 频吸收
红外光谱法产生的全过程
一定频率的红外光照射分子
若分子中某个基团的振动频率和此频率一致，产生共振
光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子，这个基团 就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁配， 该部分的红外光就不会吸收。
若用连续改变频率的红外光照射某试样，由于试样对不 同频率的红外光吸收的程度不同，使通过试样后的红外光 在一些波长范围强度减弱了，在其他波长范围内保持不变。