第六章红外吸收光谱法InfraredabsorptiunspectroscopyIR.ppt
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1、 第六章 红外吸收光谱法 (Infrared absorptiun spectroscopy IR) 红外吸收光谱又称红外分光光红外吸收光谱又称红外分光光 度法。它是利用物质对红外电磁度法。它是利用物质对红外电磁 辐射的选择性吸收特性来进行结辐射的选择性吸收特性来进行结 构分析、定性和定量分析的一种构分析、定性和定量分析的一种 分析方法。分析方法。 红外光区的划分:红外光区的划分: 红外光谱在可见光区和微波红外光谱在可见光区和微波 光区之间,其波长范围约光区之间,其波长范围约0.750.75 10001000mm。习惯上将红外光区划分习惯上将红外光区划分 为三个区域。为三个区域。 6.1基本原
2、理 区域区域(m) (m)(cm(cm-1 -1 ) ) (Hz) (Hz)能级跃迁类型能级跃迁类型 近红外近红外0.75 0.752.52.51300013000 40004000 4.0104.01014 14 1.210 1.21014 14 OH NHOH NH及及CHCH键键 倍频吸收区倍频吸收区 中红外中红外2.550 2.55040002004000200 1.2101.21014 14 6.010 6.01012 12 振动振动, ,转动转动 远红外远红外50 50100010002001020010 6.0106.01012 12 3.0103.01011 11 骨架振动骨架
3、振动 转动转动 最常用最常用2.5 2.5151540006704000670 1.210 1.21014 14 2.010 2.01013 13 表表6-16-1红外光谱区红外光谱区 绝大多数有机物和无机离子绝大多数有机物和无机离子 的化学键基频吸收都出现在中红的化学键基频吸收都出现在中红 外区。通常说的红外光谱实指中外区。通常说的红外光谱实指中 红外光谱区。红外光谱区。 一、红外光谱的表示方法一、红外光谱的表示方法(对称振转光谱) (m)微米 , 10-6m. 2.550 中红外 (Hz)频率 , 1.21014 波数1/(cm)/c104/ (m), 1cm=104m 常用常用表示表示,
4、 , 原因:原因:(1)(1)数量极小数量极小 (2) (2)与频率与频率 V V 成正比成正比 图:61 红外光谱图表示法。红外光谱图表示法。 (cm-1) 二二. .红外吸收光谱产生的条件红外吸收光谱产生的条件 A-BA-B分子分子 获得红外辐射获得红外辐射hh L L 发生:发生: E E ( (1/21/2)hh : :振动量子数 振动量子数 0.1.2.30.1.2.3 : : 振动频率振动频率 室温下室温下 u u0 0 E(E(u u=0)=1/2h =0)=1/2h v v E E振动 振动 EuEuE(uE(u=0)=0) u u hvhv (振动能级差)振动能级差) 光子能
5、量为光子能量为: E Ehvhv L L E E振 振 v v L L u u 1.1.产生红外吸收的第一个条件产生红外吸收的第一个条件 只有当红外辐射频率等于振动量子数只有当红外辐射频率等于振动量子数 的差值与分子振动频率的乘积时,分的差值与分子振动频率的乘积时,分 子才能吸收红外辐射,产生红外吸收子才能吸收红外辐射,产生红外吸收 光谱。光谱。 即即 L L v v 红外辐射频率 红外辐射频率 振动量数差值振动量数差值 分子振动频率分子振动频率 (1) (1)基频峰基频峰 0 0 0 0 1 1 =1 1 所产生的所产生的 吸收峰。吸收峰。 即即 分子吸收红外辐射后,由基态振动能分子吸收红外
6、辐射后,由基态振动能 级(级( 0 0 )跃迁至第一振动激发态跃迁至第一振动激发态 ( ( 1)1)所产生的吸收峰称为基频峰。所产生的吸收峰称为基频峰。 因为因为 1 1时时 L L 红外辐射频率 红外辐射频率 分子振动频率分子振动频率 所以基频峰的峰位(所以基频峰的峰位( L L )等于分子的振等于分子的振 动频率动频率. . 如如HClHCl V V8.658108.6581013 13 s s -1-1 V VL L 8.658108.6581013 13 s s -1-1 2886 cm 2886 cm-1 -1 ( (HClHCl基频峰的峰位为基频峰的峰位为28862886cmcm-
7、1 -1, ,HClHCl分分 子的振动频率为子的振动频率为28862886cmcm-1 -1) ) (2 2)倍频峰:)倍频峰: 在红外吸收光谱上除基频峰外,还在红外吸收光谱上除基频峰外,还 有振动能级由基态(有振动能级由基态( =0 =0),),跃迁至第跃迁至第 二振动激发态二振动激发态( 2 2),),第三振动激发第三振动激发 态(态( 3 3)等等,所产生的吸收峰等等,所产生的吸收峰 。这些吸收峰称为倍频峰。这些吸收峰称为倍频峰。 二倍频峰:二倍频峰: 0 0 2 2 L L = =uvuv(2(20) 0) v v 2 2 v v 三三倍频峰倍频峰: : 0 0 3 3 L L =
8、= uvuv =(3-0) =(3-0) v v =3 =3v v 在在倍频峰中,二倍频峰还比较强,三倍倍频峰中,二倍频峰还比较强,三倍 频峰以上。因跃迁的几率很小。一般都频峰以上。因跃迁的几率很小。一般都 很弱,常常观测不到。很弱,常常观测不到。 4000 4000400400cmcm-1 -1间主要测基频峰,既使 间主要测基频峰,既使 有倍频峰也很弱。有倍频峰也很弱。 还有还有 合频峰(合频峰(v v 1 1 v v 2 2 , , 2 v 2 v 1 1 v v 2 2 .) .) 差频峰(差频峰( v v 1 1 - v - v 2 2 , 2v , 2v 1 1 -v -v 2 2
9、. .) 很弱,不易辨认。很弱,不易辨认。 倍频峰,合频峰,差频峰通称泛频峰,分倍频峰,合频峰,差频峰通称泛频峰,分 子振动并不是严格的简谐振动。子振动并不是严格的简谐振动。 2. 2. 产生红外吸收的第二个条件产生红外吸收的第二个条件 分子在振动,转动过程中必须有偶极矩分子在振动,转动过程中必须有偶极矩 的净变化。即偶极矩的变化的净变化。即偶极矩的变化 00 图图6 62 2:偶极子在交变电场中的作用示意图:偶极子在交变电场中的作用示意图 (1 1)红外活性)红外活性 分子振动引起偶极矩的变化,从而产生红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。其分子称为外吸收的性质
10、,称为红外活性。其分子称为 红外活性分子。相关的振动称为红外活性振红外活性分子。相关的振动称为红外活性振 动。如动。如HH 2 2 O O ,HClHCl ,COCO为红外活性分子。为红外活性分子。 (2 2)非红外活性)非红外活性 若若 0 0,分子振动和转动时,不引起分子振动和转动时,不引起 偶极矩变化。不能吸收红外辐射。即为非红偶极矩变化。不能吸收红外辐射。即为非红 外活性。其分子称为红外非活性分子。如外活性。其分子称为红外非活性分子。如 HH 2 2 ,OO 2 2 ,N N 2 2 ,ClCl 2 2 .相应的振动称为红外相应的振动称为红外 非活性振动。非活性振动。 三三. .分子振
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