红外光谱分析PPT课件

基团
C C C＝C C－C
化学键力常数(K/N·cm-1) 振动频率( /cm-1)
12～18
2262～2100
8～12 增大 1600～1680
4～6
1000～1300
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振动频率与基团折合质量的关系
基团
C－H C－C C－Cl C－I
折合质量 (m)
0.9 6 7.3 8.9
振动频率 ( /cm-1)
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(2) 分子振动方程式
任意两个相邻的能级间的能量差为：
E h h k 2
1 1 k 1307 k
2c
K化学键的力常数，与键能和键长有关， （为m双1+原m2子）的折合质量 =m1m2/
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。
如：N2、O2、Cl2 等。 非对称分子：有偶极矩， 红外活性。
偶极子在交变电场中的作用示意图
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基频峰（0→1） 2885.9 cm-1 最强 二倍频峰（ 0→2 ） 5668.0 cm-1 较弱 三倍频峰（ 0→3 ） 8346.9 cm-1 很弱 四倍频峰（ 0→4 ） 10923.1 cm-1 极弱 五倍频峰（ 0→5 ） 13396.5 cm-1 极弱
第二章 红外吸收光谱
(IR)
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2.1 概述
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱
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红外区域的划分：
近红外区(4000-14290 cm-1 )：泛频区 中红外区 (400-4000 cm-1)：大部分有机物的基团
振动频率在此区域。 远红外区(200-700 cm-1)：转动和重原子振动
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红外光谱中除了前述基本振动产生的基本频率吸收峰外， 还有一些其他的振动吸收峰：
❖倍频：是由振动能级基态跃迁到第二、三激发态时 所产生的吸收峰。由于振动能级间隔不等距，所以 倍频不是基频的整数倍。
❖组合频：一种频率红外光，同时被两个振动所吸收 即光的能量由于两种振动能级跃迁。
组合频和倍频统称为泛频。因为不符合跃迁选律， 发生的几率很小，显示为弱峰。
例１ 水分子
2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时， 无红外吸收。
分子振动数目 线性分子： 3n-5个
非线性分子： 3n-6个
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（3）瞬间偶基距变化大，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； 例2 CO2分子
（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基 频峰； （5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰， 倍频峰；
不同分子的结构不同，化学键的力常数不同，成键原子的质量不 同，导致振动频率不同。
用红外光照射有机分子，样品将选择性地吸收那些与其振动频率 相匹配的波段，从而产生红外光谱。
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表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型: —CC — > —C =C — > —C — C —
力常数: 峰位:
15 17 4.5m
红外吸收光谱的特点： 特征性强、适用范围广； 测样速度快、操作方便； 不适合测定含水样品。
引起化合物红外光谱的差异： 原子质量不同 化学键的性质不同 原子的连接次序不同 空间位置不同
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红外光谱的表示方法
横坐标：波长/λ或波数/cm-1。
cm1
1
m
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红外谱图有等波长及等波数两种，对照标准谱图时应注意。
2） 红外光与分子之间有偶合作用：分子振动时其偶极矩(μ) 必须发生变化，即Δμ≠0。
3） 能级跃迁选律：振动量子数(ΔV）变化为±1时，跃迁几 率最大。从基态(V=0)到第一振动激发态(V=1)的跃迁最重要，
产生的吸收频率称为基频。
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红外光的能量是通过分子振动时偶极矩的变化传递给分子。
对称分子：没有偶极矩，辐 射不能引起共振，无红外活性。
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
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2.3 红外光谱与分子结构的关系
2.3.1 分子中基团的基本振动形式
(1) 两类基本振动形式
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(2) 峰位、峰数与峰强
1）峰位 化学键的力常数k 越大，原子折合质量越小，键
的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）； 反之，出现在低波数区（高波长区）。
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费米共振：
苯甲酰氯的红外光谱
苯甲酰氯C-Cl的伸缩振动在874cm-1，其倍频峰在1730cm-1左右，正好落在C=O 的伸缩振动吸收峰位置附近，发生费米共振从而倍频峰吸收强度增加 。 18
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影响振动频率的因素
振动方程
1 K 2 m
K当m固定时,基团振动频率随化
学键力常数增强而增大。
例如：
纵坐标：吸光度A或透光率T。 A log( 1 ) T
一般情况下，一张红外光谱图有5~30个吸收峰。
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2.2 红外光谱的基本原理
2.2.1 红外光谱产生的条件
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偶合作用。
1） E红外光=ΔE分子振动 或υ红外光=υ分子振动
除此之外，还有合频峰（1+2，21+2，），差频峰 （ 1-2，21-2， ）等，这些峰多数很弱，一般不容易辨 认。倍频峰、合频峰和差频峰统称为泛频峰。
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2.2.2 分子振动方程式 (1) 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
分子的振动能级（量子化）：
E振=（V+1/2）h V ：化学键的 振动频率； ：振动量子数。
❖振动偶合：相同的两个基团相邻且振动频率相近时， 可发生振动偶合，引起吸收峰裂分，一个峰移向高 频，一个移向低频。
❖费米共振：基频与倍频或组合频之间发生的振动偶 合，使后者强度增强。
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振动偶合：
2,4-二甲基戊烷的红外光谱
CH3的对称弯曲振动频率为1380cm-1，但当两个甲基连在同一个C原子上，形成 异丙基时发生振动偶合，即1380cm-1的吸收峰消失，出现1385 cm-1和1375 cm-1两 个吸收峰。
9.5 9.9 6.0 m
4.5 5.6 7.0 m
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。
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例题: 由表中查知C=C键的k=9.5 9.9 ,令其为9.6,
计算波数值
v 1 1 k 1307 k
2c
1307 9.6 1650cm1 12 / 2