红外光谱分析结课论文

红外吸收峰在波谱中的位置往往取决于各化学键的振动频率，键的振动频率与组成化学键的原子的质量和化学键的性质有关。组成化学键的原子的质量越小，键能越高，键长越短，振动所需能量越大，吸收峰所在的波数就越高。

基本原理：红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。利用物质对红外辐射的吸收所产生的红外吸收光谱，对物质的组成、结构及含量进行分析测定的方法叫红外吸收光谱分析法。主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。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；

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）与色谱等联用具有强大的定性功能。

1.分子振动

分子中的原子通过化学键相互连接。化学键的键长、键角不是固定不变的，而是像弹簧连接起来的一组小球，整个分子在不停的振动。

振动的基本类型：

伸缩振动：所谓伸缩振动是指原子沿价键方向来回运动，涉及化学键键长改变，键角不变。如果运动过程中分子的对称性不变，则称为对称伸缩振动，反之则称为不对称伸缩振动。

弯曲振动：表示原子沿着化学键的垂直方向振动，又称变形振动；涉及键角及键的方向改变，键长不变；常常又把弯曲振动细分为变形振动、摇摆振动和卷曲振动。

变形振动：是使分子基团键角发生变化的振动。若这种变形振动方向垂直于分子平面，则称面外变形振动。若振动方向与分子平面平行，则称面内变形振动。

摇摆振动：在这种弯曲振动中，基团的键角不变，只是作为一个整体相对于分子平面摇摆。如果这种摇摆在分子平面内，则称面内摇摆振动，如果偏离分子平面，则称面外摇摆振动。

卷曲振动：分子基因绕与基团相连分子的价键扭动。扭动时若分子键角发生变化，则称扭曲振动，若键角不变，则称为扭转振动。

分子振动能级的跃迁，可由红外辐射提供能量。如果用不断改变波长的红外光照射样品，当某一波长的频率刚好与分子中某一化学键的振动频率相同时，分子就吸收红外光，产生吸收峰。用一定频率的红外光照射分子, 分子发生振动能级的跃迁。分子振动方程式：（1）对于具有相似质量的原子基团来说，振动频率与力常数k1/2成正比。

（2）对于相同化学键的基团，σ与相对原子质量平方根成反比。

由于各个有机化合物的结构不同，他们的相对原子质量和化学键的力常数各不相同，就会出现不同的吸收频率，因此各有其特征的红外吸收光谱。

2.产生红外吸收的条件

对于红外光谱法来说，要产生振动吸收需要有两个条件：

（1）振动的频率与红外光光谱段的某频率相等，吸收了红外光谱中这一波长的光，可以把分子的能级从基态跃迁到激发态，这是产生红外吸收光谱的必要条件。

（2）偶极距的变化：已知分子在振动过程中，原子间的距离（键长）或夹角（键角）会发生变化，这时可能引起分子偶极矩的变化，结果产生了一个稳定的交变电场，它的频率等于振动的频率，这个稳定的交变电场将和运动的具有相同频率的电磁辐射电场相互作用，

从而吸收辐射能量，产生红外光谱的吸收。

不同振动类型振动产生的吸收带位置不同。化学键的振动波数与化学键的强度成正比，而与原子的质量成反比，也就是说，基团的振动频率取决于化学键强度和原子质量。但有时由于振动基团周围的化学环境改变而使振动频率发生位移。例如，C—H振动基的折合质量比C—C振动基的小，因此，C—H伸缩振动波数高于C－C伸缩振动波数，C—H= 2850cm-1，C—C=1400cm-1。

3. 振动频率

1）基团频率

通过对大量标准样品的红外光谱的研究，处于不同有机物分子的同一种官能团的振动频率变化不大，即具有明显的特征性。这是因为连接原子的主要为价键力，处于不同分子中的价键力受外界因素的影响有限，即各基团有其自已特征的吸收谱带。通常，基团频率位于4000~1300cm-1之间。根据经验，将红外吸收峰分为两大区域：

1）4000～1330区域：官能团的特征吸收峰较多，这些吸收峰受分子中其他结构影响较小，彼此间很少重叠，容易辨认，故称为特征谱带区，或官能团区；

2）13390 ～650区域：主要是一些单键的伸缩振动和变形振动所产生的吸收峰，这一区域对分子的结构十分敏感，犹如人的指纹一样，因人而异，故称为指纹区。每一化合物在指纹区都有它自己的特征光谱，这对分子结构的鉴定提供了重要信息。在红外分析中，通常一个基团有多个振动形式，同时产生多个谱峰（基团特征峰及指纹峰），各类峰之间相互依存、相互佐证。通过一系列的峰才能准确确定一个基团的存在。

4.影响吸收带位置以及吸收峰数目的因素

1.上述用经典力学的方法来处理分子的振动是为了得到宏观的图象，便于理解并有一定的概念。但是，一个真实的微观粒子—分子的运动需要用量子理论方法加以处理。小球振动，能量变化是连续的，而真实分子的振动能量的变化是量子化的；

2.虽然可以计算其基频峰的位置，而且某些计算与实测值很接近。但这种计算只适用于双原子分子或多原子分子中影响因素小的谐振子。实际上，在一个分子中，基团与基团间，基团中的化学键之间都相互有影响，因此基本振动频率除决定于化学键两端的原子质量、化学键的力常数外，还与内部因素（结构因素）及外部因素（化学环境）有关。

影响吸收带位置的因素很多，有外在的、人为的因素，也有内在的、本质的因素。外在的因素主要是一些机械因素，如制备样品的方法、样品所处的物态、结晶条件、仪器系统的调节等，均能影响吸收带的位置、强度及形状。红外吸收峰在波谱中的位置往往取决于各化学键的振动频率，键的振动频率与组成化学键的原子的质量和化学键的性质有关。组成化学键的原子的质量越小，键能越高，键长越短，振动所需能量越大，吸收峰所在的波数就越高。对无机化合物来说，影响吸收带位置的内在因素归纳起来主要有以下几种：（l）质量效应

对于同族元素，由于彼此质量差别较大，随着原子的质量增大，它与同一元素形成的化学键的吸收带波数明显地减小，如表6-3所示。

（2）化学键强度的影响

同一周期元素因质量差别很小，电负性差别起主导作用，电负性越大，化学键强度越大，因而，随着电负性增大，它们与同一元素形成的化学键的吸收波数增大，如表6－3所示。又比如，[SiO4]四面体为孤立结构时，Si-O键伸缩振动频率小于1000Cm－1，但当［SiO4]四面体结合时，则形成Si-O-Si链，其伸缩振动频率就增大到1080cm－1左右，并随[SiO4]四面体的连接程度不同而有所变化。

（3）物质状态的影响

物质的红外光谱因物质的状态不同而不同。在气态时，分子的距离较远，分子间的相互