第三章 红外吸收光谱-1
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
强度
位置
位置 吸收峰的位置与分子结构有关。
有机化合物是多原子分子，分子振动情况复杂。 不可能把所有峰都归属于分子内的某种振动。 一定的官能团总是有一定的特征吸收。
峰形
强度
摩尔消光系数 >200
75~200 25~75 5~25
0~5
强度 很强
强 中等
弱 很弱
符号 vs s m w vw
红外光谱图与紫外光谱图的区别
振动能级伴随转动能级 跃迁
研究 具n-π*跃迁有机化合物 几乎所有红外吸收的有
范围 具π-π*跃迁有机化合物
机化合物;
特色
反映发色团、助色团的情 况
反映各个基团的振动及 转动特性
定量
适用 范围
推测有机化合物共轭骨架
鉴定化合物类别 鉴定官能团 推测结构
三、红典外型光的红谱外的光表谱示方法
2.5 100
分子振动
远红外光 25~1000 400~10 分子转动
近红外光谱区：
❖ 低能电子能级跃迁
红外吸收光谱法：
❖ 含氢原子团：-OH、 -NH、-CH伸缩振动的 倍频吸收峰
分子的振动、转动 基频吸收光谱区
❖ 稀土及过渡金属离子 配位化学的研究对象
应用最为广泛的 红外光谱区
❖ 适用于水、醇、高分 子化合物、含氢原子 团化合物的定量分析
0.005nm 0.1nm 4nm
400nm
760nm 13000cm1
2.5m 4000cm1
25m 400cm1
1000m 25cm1
红外光区
红外光谱的区的划分（0.75~1000m）
波谱区 波长/m 波数/ cm-1 跃迁类型
近红外光
中红外光
0.75~2.5
2.5~25பைடு நூலகம்
13333~4000 4000~400
3.1.1 红外光谱及其表示法 一、红外光谱及波长范围 二、红外光谱法的特点 三、红外光谱的表示方法
一、红外光谱及波长范围
• 物质的分子吸收红外光区的电磁波而产生 的吸收光谱，简称红外光 谱 (Infrared Spectra，IR )。
• 由分子中振动—转动能级的跃迁而产 生, 用来确定分子中的官能团。
波长μm (λ)
25
%( )
透
过
此物对该
率
波长的光
T
？ 有很强的 吸收
0 4000
波数cm-1 (σ)
400
常用 横坐标：波数：400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。
纵坐标：透过率（T %）：表示吸收强度。T↓，表明吸 收的越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带（吸收峰）。
峰形 红外谱图及“三要素”
第三章 红外吸收光谱(IR)
学习目的及要求 3.1 基本原理 3.2 影响振动频率的因素 ——峰的位 3.3 红外谱图的吸收峰强度 3.4 仪器介绍及实验技术 3.5 IR的四个大区 3.6 各类有机化合物的红外特征吸收 3.7 红外光谱解析及应用 3.8 拉曼光谱简介
学习目的及要求
熟悉红外吸收光谱在结构鉴定中的作用， 重点掌握下述内容：
的强度; ✓相同基团有其固定的特征红外吸收区域(可
能不只一处); ✓不同基团的特征吸收区及吸收强度不同。
根据基团的特征吸收峰及强度判断某一基团的 存在及分子的大致结构组成 !!! --- 红外光谱的应 用
IR与UV的区别
不同 点
紫外可见吸收光谱
红外吸收光谱
光源
紫外、可见光
红外光
起源
外层价电子能级跃迁
光的辐射可以看作是波的运动，波长 是两个连续峰之间的距离。 频率是每秒光波通过的数目。
c
c：光在真空中的速度。
在红外中，经常使用的是波数。
v 1/ ：cm-1
最有用的振动发生于波长:
2.5~25μm（1 μm = 10-4 cm）
1
1 2.5 10 4
4000
cm -1
x 紫外光区 可见光区 近红外光区 中红外光区 远红外光区
远红外光谱区：
❖ 气体分子的转动能级跃迁
❖ 液体与固体中重原子的伸 缩振动
❖ 晶体的晶格振动 ❖ 某些变角振动、骨架振动-
异构体的研究
❖ 金属有机化合物、氢键、 吸附现象研究
该光区能量弱,较少用于分析
二、红外光谱法的特点
✓分子的振动能级跃迁吸收发生在红外区; ✓分子只吸收与其振动频率相同的光子; ✓分子振动的频率决定于成键原子的质量和键
1. 红外吸收光谱产生的条件及分子中基团 的基本振动形式、吸收峰的位置、峰数、 峰强取决于哪些因素。
2. 主要有机化合物的红外吸收光谱特征、 能够利用红外吸收光谱鉴别各种异构体， 并能够解析简单化合物的结构。
3.1 基本原理
3.1.1 红外光谱及其表示法 3.1.2 红外产生条件 3.1.3 红外谱图的峰数及分子振动类型
纵坐标不同：紫外光谱的峰朝上，红外 朝下(T%) ，ε（摩尔消光系数）。
峰型不同：紫外峰型较宽，红外较窄
3.1.2 红外产生条件
辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；
(1) 辐射能应具有能满足物质产生振动 跃迁所需的能量；
ΔE 分子
ΔE振动
ΔE转动
h(ν振动 ν转动 )
hc /( λ振动 λ转动 )
x
振动自由度= 3N-平动自由度-转动自由度
由N个原子组成的分子：平动自由度=3
由N个原子组成的线形分子：转动自由度=2 由N个原子组成的非线形分子：转动自由度=3
(2) 辐射与物质间有相互偶合作用，产生偶极 炬的变化
没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：
如：单原子分子、同核分子：He、Ne、N2、
O2、Cl2、H2 等。
没有红外活性 。
如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变 化的振动跃迁，有红外活性。
如：非对称分子：有偶极矩，红外活性。 没有偶极矩变化、但是有极化度变化的振动跃迁，有拉曼活性。
IR选律：只有偶极距发生变化的振动才会 产生红外吸收。
H2O; HCl; CH4有红外“活性”分子 N2; O2是红外“非活性”分子
CO2 分子中既有红外活性振动，又有 红外非活性振动。
问题: 某一化学键吸收哪个频率的红外光?
3.1.3 红外谱图的峰数及分子振动类型 一、红外谱图的峰数 二、分子振动类型 三、吸收峰减少的原因 四、吸收峰增多的原因
一、红外谱图的峰数
红外谱图的峰数——指分子独立的振动数目， 或基本的振动数目，与分子自由度有关。 振动自由度：指分子的基本振动数目（简正 振动）。
➢ N个原子组成分子，每个原子在空间具三个 自由度，即分子自由度为3N
基本振动的理论数
z
对于由N个原子组成的分子：
3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度y
位置
位置 吸收峰的位置与分子结构有关。
有机化合物是多原子分子，分子振动情况复杂。 不可能把所有峰都归属于分子内的某种振动。 一定的官能团总是有一定的特征吸收。
峰形
强度
摩尔消光系数 >200
75~200 25~75 5~25
0~5
强度 很强
强 中等
弱 很弱
符号 vs s m w vw
红外光谱图与紫外光谱图的区别
振动能级伴随转动能级 跃迁
研究 具n-π*跃迁有机化合物 几乎所有红外吸收的有
范围 具π-π*跃迁有机化合物
机化合物;
特色
反映发色团、助色团的情 况
反映各个基团的振动及 转动特性
定量
适用 范围
推测有机化合物共轭骨架
鉴定化合物类别 鉴定官能团 推测结构
三、红典外型光的红谱外的光表谱示方法
2.5 100
分子振动
远红外光 25~1000 400~10 分子转动
近红外光谱区：
❖ 低能电子能级跃迁
红外吸收光谱法：
❖ 含氢原子团：-OH、 -NH、-CH伸缩振动的 倍频吸收峰
分子的振动、转动 基频吸收光谱区
❖ 稀土及过渡金属离子 配位化学的研究对象
应用最为广泛的 红外光谱区
❖ 适用于水、醇、高分 子化合物、含氢原子 团化合物的定量分析
0.005nm 0.1nm 4nm
400nm
760nm 13000cm1
2.5m 4000cm1
25m 400cm1
1000m 25cm1
红外光区
红外光谱的区的划分（0.75~1000m）
波谱区 波长/m 波数/ cm-1 跃迁类型
近红外光
中红外光
0.75~2.5
2.5~25பைடு நூலகம்
13333~4000 4000~400
3.1.1 红外光谱及其表示法 一、红外光谱及波长范围 二、红外光谱法的特点 三、红外光谱的表示方法
一、红外光谱及波长范围
• 物质的分子吸收红外光区的电磁波而产生 的吸收光谱，简称红外光 谱 (Infrared Spectra，IR )。
• 由分子中振动—转动能级的跃迁而产 生, 用来确定分子中的官能团。
波长μm (λ)
25
%( )
透
过
此物对该
率
波长的光
T
？ 有很强的 吸收
0 4000
波数cm-1 (σ)
400
常用 横坐标：波数：400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。
纵坐标：透过率（T %）：表示吸收强度。T↓，表明吸 收的越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带（吸收峰）。
峰形 红外谱图及“三要素”
第三章 红外吸收光谱(IR)
学习目的及要求 3.1 基本原理 3.2 影响振动频率的因素 ——峰的位 3.3 红外谱图的吸收峰强度 3.4 仪器介绍及实验技术 3.5 IR的四个大区 3.6 各类有机化合物的红外特征吸收 3.7 红外光谱解析及应用 3.8 拉曼光谱简介
学习目的及要求
熟悉红外吸收光谱在结构鉴定中的作用， 重点掌握下述内容：
的强度; ✓相同基团有其固定的特征红外吸收区域(可
能不只一处); ✓不同基团的特征吸收区及吸收强度不同。
根据基团的特征吸收峰及强度判断某一基团的 存在及分子的大致结构组成 !!! --- 红外光谱的应 用
IR与UV的区别
不同 点
紫外可见吸收光谱
红外吸收光谱
光源
紫外、可见光
红外光
起源
外层价电子能级跃迁
光的辐射可以看作是波的运动，波长 是两个连续峰之间的距离。 频率是每秒光波通过的数目。
c
c：光在真空中的速度。
在红外中，经常使用的是波数。
v 1/ ：cm-1
最有用的振动发生于波长:
2.5~25μm（1 μm = 10-4 cm）
1
1 2.5 10 4
4000
cm -1
x 紫外光区 可见光区 近红外光区 中红外光区 远红外光区
远红外光谱区：
❖ 气体分子的转动能级跃迁
❖ 液体与固体中重原子的伸 缩振动
❖ 晶体的晶格振动 ❖ 某些变角振动、骨架振动-
异构体的研究
❖ 金属有机化合物、氢键、 吸附现象研究
该光区能量弱,较少用于分析
二、红外光谱法的特点
✓分子的振动能级跃迁吸收发生在红外区; ✓分子只吸收与其振动频率相同的光子; ✓分子振动的频率决定于成键原子的质量和键
1. 红外吸收光谱产生的条件及分子中基团 的基本振动形式、吸收峰的位置、峰数、 峰强取决于哪些因素。
2. 主要有机化合物的红外吸收光谱特征、 能够利用红外吸收光谱鉴别各种异构体， 并能够解析简单化合物的结构。
3.1 基本原理
3.1.1 红外光谱及其表示法 3.1.2 红外产生条件 3.1.3 红外谱图的峰数及分子振动类型
纵坐标不同：紫外光谱的峰朝上，红外 朝下(T%) ，ε（摩尔消光系数）。
峰型不同：紫外峰型较宽，红外较窄
3.1.2 红外产生条件
辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；
(1) 辐射能应具有能满足物质产生振动 跃迁所需的能量；
ΔE 分子
ΔE振动
ΔE转动
h(ν振动 ν转动 )
hc /( λ振动 λ转动 )
x
振动自由度= 3N-平动自由度-转动自由度
由N个原子组成的分子：平动自由度=3
由N个原子组成的线形分子：转动自由度=2 由N个原子组成的非线形分子：转动自由度=3
(2) 辐射与物质间有相互偶合作用，产生偶极 炬的变化
没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：
如：单原子分子、同核分子：He、Ne、N2、
O2、Cl2、H2 等。
没有红外活性 。
如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变 化的振动跃迁，有红外活性。
如：非对称分子：有偶极矩，红外活性。 没有偶极矩变化、但是有极化度变化的振动跃迁，有拉曼活性。
IR选律：只有偶极距发生变化的振动才会 产生红外吸收。
H2O; HCl; CH4有红外“活性”分子 N2; O2是红外“非活性”分子
CO2 分子中既有红外活性振动，又有 红外非活性振动。
问题: 某一化学键吸收哪个频率的红外光?
3.1.3 红外谱图的峰数及分子振动类型 一、红外谱图的峰数 二、分子振动类型 三、吸收峰减少的原因 四、吸收峰增多的原因
一、红外谱图的峰数
红外谱图的峰数——指分子独立的振动数目， 或基本的振动数目，与分子自由度有关。 振动自由度：指分子的基本振动数目（简正 振动）。
➢ N个原子组成分子，每个原子在空间具三个 自由度，即分子自由度为3N
基本振动的理论数
z
对于由N个原子组成的分子：
3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度y