第六章红外光谱教程方案.ppt

第六章 红外吸收光谱法 （Infrared absorptiun spectroscopy IR) 4、红外光谱的优点与缺点 ⑴、优点 ①、特征性高：就像人的指纹一样，每一种化合物都有自己的特征红外光谱，所以把红外光谱分析形象的称为物质分子的“指纹”分析。 ②、使用范围：从气体、液体到固体，从无机化合物到有机化合物，从高分子到低分子都可用红外光谱法进行分析。 ③、操作方便，样品用量少，分析速度快，重现性好，不破坏样品。 ⑵、缺点 ①、色散型红外光谱仪分辨率低、灵敏度低，不适于弱辐射的研究。 ②、不太适用于水溶液及含水物质分析，谱带复杂。 第二节 红外吸收基本原理 当试样受到频率连续变化的红外光照射时，试样选择性地吸收某些波数范围的辐射，引起偶极矩的变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，并使相应的透过光强度减弱。 红外光谱中，吸收峰出现的频率位置由振动能级差决定，吸收峰的个数与分子振动自由度的数目有关，而吸收峰的强度则与被测物质的浓度呈正比。 一、分子的振动 1、双原子分子的振动 式中， K：为化学键的力常数，其定义为将两原子由平衡位置伸长单位长度时的恢复力，单位为；单位：N/cm μ ：为折合质量，即μ=m1m2/(m1＋m2)，单位为g。 若原子的质量用原子质量单位（u，1u＝1.66×10－24 g ）表示，则成键两原子的折合质量应为 分子振动的能量与振动频率之间的关系 E=（ ? +1/2）h?= （ ? +1/2）hc? ?为振动量子数?=0, 1, 2, 3 振动量子数由?=0 → ?=1时,双原子所吸收的光的波数为 例： HCl k = 5.1N·cm-1 据公式 计算基频吸收峰频率 C—C k ~ 5 N·cm-1 ? = 1429 cm-1 C = C k ~ 10 N·cm-1 ? = 1687 cm-1 C≡C k ~ 15 N·cm-1 ? = 2222 cm-1 C—H k ~ 5 N·cm-1 ? = 2920 cm-1 2、非谐振子 3.分子振动形式 （1）.分子振动类型 伸缩振动： 原子沿键轴方向伸缩、键长改变而键角不变的振动称为伸缩振动。 a 、对称伸缩振动：同时伸长，同时缩短的振动。用符号νS表示； b 、不对称伸缩振动：两个键一个伸长，一个缩短的振动。用符号νas表示； 弯曲振动又叫变形振动： 键长不变，键角改 变的振动称为变形振动， 又称变角振动。 a：面内变形振动： 剪式振动：两个原子在同一平面内彼此相向弯曲叫剪式振动；用δ表示 。 平面摇摆振动：若键角不发生变化，两个原子只是作为一个整体在平面内左右摇摆，叫平面摇摆振动。用ρ表示。 b：面外变形振动 面外摇摆振动；振动时基团作为整体垂直于分子平面前后摇摆，键角基本不发生变化；用ω表示。 扭曲振动；两个原子在垂直于分子平面的方向上前后相反地来回扭动。用τ表示。 以亚甲基为例 伸缩振动 弯曲振动 4.分子振动的自由度 如H2O的振动自由度等于 3×3－6＝3 影响吸收峰数目的因素 （1）吸收峰减少原因： A、没有偶极矩变化的振动不产生红外吸收。 B、吸收频率相同，简并为一个吸收峰，有时频率接近，仪器分辨不出，表现为一个吸收峰。 C、有些吸收程 度太弱，仪器检测不出。 D、有些吸收频率超出了仪器的检测范围。 O=C=O O=C=O O=C=O O=C=O 对称伸缩 面内弯曲 面外弯曲 反对称伸缩 无吸收峰 简并为一个吸收峰 吸收峰 （2）吸收峰增多原因 A、产生倍频峰（ ? 0? ? 2、 ? 3?）和组频峰(各种振动间相互作用而形成）——统称泛频。 B、振动偶合—相邻的两个基团相互振动偶合使峰数目增多。 C、费米共振—当倍频或组合频与某基频峰位相近时，由于相互作用产生强吸收带或发生峰的分裂，这种倍频峰或组合频峰与基频峰之间的偶合称为费米共振。 1、分子吸收红外辐射的条件（1）.产生红外吸收的第一个条件 辐射应具有刚好满足振动跃迁所需的能量。 当红外辐射的频率与基本振动频率一致 时，即可能产生由基态到第一激发态的基频 吸收带，也可能是二倍频峰，甚至由第一激 发态到第二激发态的吸收，但在常温下，绝 大多数分子处于基态，主要是由基态开始。 ①、基频峰