波谱分析——红外（本校）.pdf

第三章 红外吸收光谱法 Infrared Spectrum, IR §3.1 概述 §3.2 IR光谱的基本原理 §3.3 IR光谱法与分子结构的关系 §3.4 IR光谱法的应用 §3.1 概述 分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱 辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构 一、红外光区的划分 红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为 0.75 ~ 1000µm 根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分 为三个区： 近红外光区（0.75 ~ 2.5µm ）， 中红外光区（2.5 ~ 25µm ）， 远红外光区（25 ~ 1000 µm ）。 红外光的波长范围 12500cm-1 4000cm-1 400cm-1 100cm-1 近红外区 中红外区 远红外区 0.8μm 2.5μm 25μm 100μm 近红外光区的吸收带（0.75 ~ 2.5µm ）主要是由低能电 子跃迁、含氢原子团（如O-H、N-H 、C-H ）伸缩振动的倍频 吸收产生。该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子 的化合物，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原 子团化合物的定量分析。 中红外光区吸收带（2.5 ~ 25µm ）是绝大多数有机化合 物和无机离子的基频吸收带（由基态振动能级（ν=0 ）跃迁 至第一振动激发态（ν=1 ）时，所产生的吸收峰称为基频 峰）。由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该 区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。同时，由于中红 外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量的数 据资料，因此它是应用极为广泛的光谱区。通常，中红外光 谱法又简称为红外光谱法。 远红外光区吸收带（25 ~ 1000µm ）是由气体分子中的 纯转动跃迁、振动-转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振 动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起 的。由于低频骨架振动能灵敏地反映出结构变化，所以对异 构体的研究特别方便。 二、IR光谱的表示方法 红外吸收光谱一般用T ~ λ 曲线或T ~ （波数）曲线表示。 纵坐标为百分透射比T%，因而吸收峰向下，向上则为谷；横 坐标是波长λ （单位为µm ），或 （波数）（单位为cm-1 ）。 可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。 波长λ与波数之间的关系为：波数 / cm-1 =104 / （λ / µm ） 中红外区的波数范围是4000 ~ 400 cm-1 。 三、红外光谱法的特点 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：通过波谱的波数位置、 波峰数目及强度确定分子基团和分子结构； 4 ）气体、液体、固体样品都可测定； 5 ）具有用量少；分析速度快；不破坏样品。 因此，红外光谱法不仅与其它许多分析方法一样， 能进行定性和定量分析，而且是鉴定化合物和测定分 子结构的用效方法之一。 定性：基团的特征吸收频率； 定量：特征峰的强度； 应用：有机化合物的结构解析。 §3.2 IR光谱法的基本原理 一、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。 即物质振动时偶极矩发生改变。 μ = q · d （1）红外活性 （1）红外活性 • 分子振动引起偶极矩的变化，从而产生红外吸收的性 • 分子振动引起偶极矩的变化，从而产生红外吸收的性 质，称为红外活性。