第四章红外讲课.ppt

第三章 红外光谱法 概述 红外光谱法基本原理及分析 红外分光光度计 第一节 概述 红外分光光度法：利用物质对红外光区电磁辐射的 选择性吸收的特性来进行结构分析、定性和定量的 分析方法，又称红外吸收光谱法 一、红外光的历史和区划 二、红外光谱的定义和表示方法 三、红外光谱的应用 四、IR与UV的区别 五、红外光谱的特点 一（一） 红外历史 1800年英国科学家赫谢尔发现红外线 1936年世界第一台棱镜分光单光束红外光谱仪制成 1946年制成双光束红外光谱仪 60年代制成以光栅为色散元件的第二代红外光谱仪 70年代制成傅立叶变换红外光谱仪，使扫描速度大大提高 70年代末，出现了激光红外光谱仪，共聚焦显微红外光谱仪等 一（二）红外光的区划 二、红外光谱的定义和表示方法 定义：红外光谱又称分子振动转动光谱，属于分子吸收光谱。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，即红外光谱。 红外吸收光谱一般用T－?曲线或T－波数曲线表示。纵坐标为百分透射比T%，横坐标是波长?（单位为μm），或波数（单位为cm-1） 三、红外光谱的应用 1．可以确定化合物的类别（芳香类） 2．确定官能团： 例：—CO—，—C＝C—，—C≡C— 3．推测分子结构（简单化合物） 4．定量分析 四、IR与UV的区别 五、红外光谱的特点 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,几乎所有的有机物均有红外吸收。 3）分子结构更为精细的表征：通过波谱的波峰数目及强度确定分子基团和分子结构。 4）可以进行定量分析。 5）固、液、气态试样均可用,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。 第二节 红外分光光度法基本原理 红外分光光度法——研究物质结构与红外光谱之间关系 红外光谱——由吸收峰位置和吸收峰强度共同描述 一 红外吸收光谱的产生 ?(一)产生红外吸收的条件 条件一：辐射光子的能量应与物质振动跃迁所需能量相等。 　? 条件一：辐射光子的能量与振动跃迁所需能量相等 1）基频峰：分子吸收一定频率红外光，振动能级从基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰（即V=0→1产生的峰）。 2）泛频峰 条件二：辐射与分子之间必须有耦合作用 条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用 同核双原子分子，如H2，N2，O2等非极性分子，振动时没有偶极矩的变化，所以没有红外吸收，称为非红外活性。 极性分子如HCl等，振动时有偶极矩的变化，有红外吸收，称为红外活性。 二 双原子分子的振动 双原子分子A-B→近似看作谐振子 两原子间的伸缩振动→近似看作简谐振动 影响基本振动频率的直接原因是相对原子质量和化学键的力常数 （1）k大，振动频率就大 单键： k=4-6 双键： k=8-12 三键： k=12-18 （2）?大，振动频率就小 分子中基团与基团之间，基团中的化学键之间都相互有影响，除了化学键两端的原子质量、化学键的力常数影响基本振动频率外，还与内部因素（结构因素）和外部因素（化学环境）有关。 三 多原子分子振动 多原子分子（原子数目或化学键多，基团和空间结构不同）可以把它们的复杂振动分解成许多简单的基本振动。 1 简正振动：分子重心保持不变，整体不转动，每个原子都在其平衡位置附近做简谐振动，其振动频率和相位都相同，即每个原子都在同一瞬间通过其平衡位置，而且同时达到其最大位移值。分子中任何一个复杂振动都可以看成这些简正振动的线性组合。 2.简正振动的基本形式 （1）伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角b不变的振动， 以?表示 （2）变形振动(弯曲振动或变角振动):基团键角发生变化而键长不变的振动，以?表示 3 基本振动的理论数（峰数） （1）简正振动的数目称为振动自由度，指分子独立的振动数目或基本的振动数目，每个振动自由度理论上相当于红外光谱图上一个基频吸收带 （2）N个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度 分子的振动自由度F＝3N-平动自由度－转动自由度 非线性分子： F=3N-6(3个平动，3个转动） 线性分子： F=3N-5(3个平动，2个转动） CO2分子——线性分子;F=3×3-5=4 实际吸收峰数目小于理论振动数 (1)?? 没有偶极矩变化的振动,不产生红外吸收 (2)?? 相同频率的振动吸收重叠,即简并 (3)???仪器不能区别那些频率十分接近的振动或因吸收带很弱仪器检测不出 (4)???一些吸收带落在仪器检测范