仪器分析笔记《红外吸收光谱分析》详解.doc

第六章 红外吸收光谱分析 §6.1 红外吸收光谱法概述（了解） 6.1.1 红外区及红外吸收光谱 1、红外光谱 A、定义：分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。红外光谱也称分子的振、转动光谱。 B、波数 习惯上，对红外光多用(m作波长单位，用波数作频率单位。波数以符号或表示，被定义为波长的倒数，即： 式中——：光的振动频率，Hz；：光速，。 波数的单位为cm—1，其物理意义是指1cm中所包含波的个数。 C、分子能量 其中：，；，。 2、红外光谱的区的划分（0.75~1000(m） 波谱区 近红外光 中红外光 远红外光 波长/(m 0.75~2.5 2.5~25 25~300 波数/cm-1 12820~4000 4000~400 400~33 跃迁类型 分子振动 分子转动 （1）近红外光谱区： 低能电子能级跃迁 吸收带组成 含氢原子团：—OH、—NH、—CH伸缩振动的倍频及组合频吸收峰 稀土及过渡金属离子配位化学的研究对象； 适用于水、醇、高分子化合物、含氢原子团化合物的定量分析。 （2）中红外光谱区：研究物质分子的振动—转动光谱，是应用最为广泛的红外光谱区 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。 3、定性、结构及定量分析的依据 定性及结构：特征峰所对应的波长或波数、峰数目、及峰强度； 定量：某特征吸收峰的强度是物质浓度的函数，即Lambert—Beer定律也是红外吸收光谱法定 量分析的基础。 6.1.2 红外吸收光谱法的特点及应用 1、特点 ①具有高度的特征性； ②应用范围广； ③分析速度快，操作简便，样品用量少，属于非破坏分析； ④灵敏度低。 2、应用 有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红外特征吸收频率，确定化合物结构中基团；也可依据特征峰的强度变化进行定量分析。 §6.2 红外吸收光谱法的基本理论（理解） 6.2.1 红外光谱产生的条件 1、辐射能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，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 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。 6.2.2 双原子分子的振动光谱 1、简谐振子模型的假设 假设组成分子的两个原子为小球，化学键为无质量的弹簧，并假设双原子分子的振动方式只能是沿着键轴方向作简谐伸缩振动： 2、分子振动方程式 在经典力学中，简谐振子的振动频率可由Hooke定律得： 式中——：以波数表示的简谐振子的振动频率，cm—1； ：折合质量，在数值等于 其中，、：双原子分子中两个原子的相对原子质量。上式主要计算双原子分子的伸缩振动频率，对复杂分子中的一些化学键也适用。 ：化学键力常数，N/cm，与键能和键长有关；下表为常见的化学键力常数： 根据Hooke定律得出2个结论： ①键的振动频率与化学键力常数成正比，即键越强振动的频率； ②键的振动频率与原子量成反比，，连接的键振动频率。和红外光谱的测量数据，可以测量各种类型的化学键力常数。一般来说，单键的化学键力常数的平均值，而双键或三键的键力常数约为。 例1：由表中查知C=C 键的K= 9.5～9.9 (N/cm)，令其为9.6，计算正己烯中C=C键伸缩振动频率， 实测值为1652 cm-1。 解： 例2：由表中查知H—C键的K = 4.8，计算波数值和正己烯中H—C键伸缩振动频率，实测值为2892.6 cm-1 (N/cm)，实验值：2885.9 cm-1。 解： 规律： 6.2.3 多原子分子的振动形式及数目 1、振动的基本类型 伸缩振动的K比弯曲振动K大；因此伸缩振动出现在红外吸收光谱的高波数区，弯曲振动出现在红外吸收光谱的低波数区。 （1）伸缩振动 指原子沿键轴方向往复运动，振动过程只改变键的长度，不发生键角的变化。可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动。对于中心原子来说，两个相同原子沿键轴的运动方向相同为对称伸缩振动，相反方向则为反对称伸缩振动。 对于同一个基团来说，反对称伸缩振动的频率及吸收强度总是稍高于对称伸缩的频率。 （2）弯曲振动 指原子垂直于化学键方向的运动。可分为面内和面外两种。面内弯曲振动又分为剪式振动和平面内的摇摆；面外弯曲振动也可分为非平面摇摆和扭曲振动。 以上六种