红外光谱分析PPT讲稿

例如：HC源自文库分子k=5.1 mdyn/Å，则HCl的振动频率为：
1307 5.1/[(35.5 1.0) /(35.5 1.0)]
2993cm1 实 测 值 为2 88 5.9cm 1
对于C-H：k=5 mdyn/Å; =2920 cm-1 对于C=C，k=10 mdyn/Å, =1683 cm-1 对于C-C，k=5 mdyn/Å; =1190 cm-1
– 红外区：2.5~25 μ m，4000~400/cm, 基频振 动区（各种基团基频振动吸收）
– 远红外区：25 μ m以上， 转动区（价键转动、 晶格转动）
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红外光谱特点
1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低； 2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所
有有机物均有红外吸收；
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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:
kCC(2222cm-1)>kC=C(1667cm-1)>kC-C(1429cm-1)（质量相近）
质量m大，化学键的振动波数低，如: mC-C(1430cm-1)<mC-N(1330cm-1)<mC-O(1280cm-1)(力常数相近）
a= 在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动 能级由基态（ =0）跃迁至第二激发态（ =2）、 第三激发态（ =3），所产生的吸收峰称为 2倍020/9频/14 峰。除了倍频峰，还合频峰、差频峰。 9
合频峰：分子吸收光子后，同时发生频率为1， 2的跃迁，此时产生的跃迁为 1+2的谱峰。
差频峰：当吸收峰与发射峰相重叠时产生的峰
1-2。
倍频峰、合频峰和差频峰统称为泛频峰。泛频
峰属于禁阻峰，一般很弱。
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• 条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用
只有当辐射频率与偶极子频率相匹时， 分子才与辐射相互作用（振动耦合）而增 加它的振动能，使振幅增大，即分子由原 来的基态振动跃迁到较高振动能级。因此， 并非所有的振动都会产生红外吸收，只有 发生偶极矩变化（△≠0）的振动才能引 起可观测的红外吸收光谱，该分子称之为 红外活性的.
3）分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、
波峰数目及强度确定分子基团、分子结构；
4）定量分析； 5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品； 6）分析速度快。 7）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。
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基本原理
产生红外吸收的条件 条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需
变形振动
卷曲振动
对称变形振动
s
平面摇摆振动
不对称变形振动
as
非平面摇摆振动
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理论振动数（峰数）
对非线型分子,理论振动数=3n-6
经典力学导出的波数计算式为近似式。因为振动能量变化是量 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。
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• 多原子分子振动
简正振动 整个分子质心不变、整体不
转动、各原子在原地作简谐振 动且频率及位相相同。此时分 子中的任何振动可视为所有上 述简谐振动的线性组合。 简正振动基本形式 伸缩振动：原子沿键轴方向伸 缩，键长变化但键角不变的振 动。 变形振动：基团键角发生周期 性变化，但键长不变的振动。 又称弯曲振动或变角振动。
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2c
k为化学键的力常数(N/cm) ;
c=3 ×1010cm/s; μ为双原子折合质量：
m1m2 ( g ) m1 m2
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ν 1 2πc
k A'r /N A
1307
k A'r
(cm
1
)
其 中 :1307 ( 1
2πc
N A 105 ); N A 6.23 1023 )
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
EV=（V+1/2）h
为分子振动频率，V为振动量子数，其值取 0，1，2，…
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分子中不同振动能级差为
EV= Vh 也就是说，只有当EV=Ea或者a=V时，
才可能发生振转跃迁。例如当分子从基态
（ V=0 ） 跃 迁 到 第 一 激 发 态 （ V=1 ） ， 此 时 V=1，即：
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分子振动的类型
• 双原子分子振动
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分子的两个原子以其平衡点为中心， 以很小的振幅（与核间距相比）作周期性 “简谐”振动，其振动可用经典刚性振动 描述：
( 频率 ) 1 k ................或. (波数 ) 1 k
吸收光谱。样品受到频率连续变化的红外 光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射， 分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使 振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这 些区域的透射光强减弱，记录百分透过率
T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。
主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦
可用于定量分析。
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“不耻最后。”即使慢，驰而不息，纵令落后， 纵令失败，但一定可以达到他所向往的目标。 --鲁迅
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• 红外光区分三个区段：
– 近红外区：0.75~2.5 μm，13333~4000/cm, 泛音区（研究稀土和其它过渡金属离子的化合 物，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及 含氢原子团化合物的定量分析。用于研究单键 的倍频、组频吸收）
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– 对称伸缩振动（ s） – 不对称伸缩振动（ as ） – 面内变形振动又分为剪式（以表示）和平面摇
摆振动（以表示）。
– 面外变形振动又分为非平面摇摆（以表示） 和扭曲振动（以表示）
振动类型
符号
振动类型
符号
伸缩振动
弯曲振动
对称伸缩振动
s
面内弯曲振动
不对称伸缩振动
as
面外弯曲振动
红外光谱分析课件
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问题
• 1.红外光谱吸收的形式… • 2.红外光谱为什么有很多的小峰… • 3.影响基团频率的因素哪些,为什么… • 4.红外光谱测试制样应注意的问题… • 5.红外光谱是否可做定量分析… • 6.红外光谱与拉曼的区分…
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概述
红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子