第5章 红外吸收光谱法.ppt
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1、红外吸收光谱法 Infrared absorption spectroscopy, IR,讲授内容: 1. 红外吸收光谱法基本原理 2. 红外光谱仪 3. 红外吸收光谱的应用,分子中基团的振动和转动能级跃迁产生: 振-转光谱,1 红外吸收光谱法基本原理,红外光谱法简介(IR) 基于物质对红外区域辐射的选择性吸收引起分子振动能级和转动能级的跃迁而进行分析的方法,主要用于有机化合物的成分和结构分析.,红外光谱在可见光和微波光区之间,波长范围为 0.75-1000 um,一般说的红外光谱指中红外区的红外 光谱2.5-25um (4000 - 400 cm-1),红外光区的划分: 近红外光区(0.75
2、 -2.5m ) 中红外光区(2.5 -25m ) 远红外光区(25 - 1000m )。,红外光谱图,纵坐标为透光率T% 表示吸收强度,横坐标为波长(m)和波数(cm-1)表示. (cm-1) =104/(m),红外吸收光谱产生的条件:,1.辐射光子具有的能量与产生振动跃迁所需的能量相等; 2.分子振动时,必须伴随有瞬时偶极矩的变化.,对称分子:没有偶极矩,辐射不能引起共振,无 红外活性。如:N2、O2、Cl2 等。 非对称分子:有偶极矩,红外活性。,偶极矩是表示极性分子极性大小的一个量。由于是极性分子,电荷分布不均,正电荷集中在一块,负电荷集中在一块,正、负电荷中心间的距离 r 和电荷中心
3、所带电量 q 的乘积叫偶极矩。 = rq.,分子的振动能级(量子化): E振=(V+1/2)h V :化学键的 振动频率; :振动量子数。,1双原子分子的简谐振动及其频率 化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧,分子振动方程式,任意两个相邻的能级间的能量差为:,K化学键的力常数,与键能和键长有关, 为双原子的折合质量 =m1m2/(m1+m2) 发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数,即取决于分子的结构特征。,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。 化学键的力常数k越大,折合相对原子质量Ar越小,则化学键的振动频率越高,吸收峰将出现在高波数区;反
4、之,则出现在低数区。,Eg. CC、 CC、CC三种碳碳键的质量相同,键力常数的顺序是三键 双键 单键。因此在红外光谱中, CC的吸收峰出现在2222 cm-1,而CC约在1667 cm-1 ,C-C在1429 cm-1。,影响基本振动频率的因素,某些键的键力常数(毫达因/埃),键类型 CC C =C C C 力常数 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6 峰位 4.5m 6.0 m 7.0 m 波数 25002000 20001500 1500 化学键键强越强(即键的力常数K越大)原子折合质量越小,化学键的振动频率越大,吸收峰将出现在高波数区。,常见基团的红外吸收带,500,1300,1
5、500,2000,2500,3000,3500,C-H,N-H,O-H,N-H,CN,C=N,S-H,P-H,N-O,N-N,C-F,C-X,O-H,O-H(氢键),C=O,C-C,C-N,C-O,=C-H,C-H,CC,C=C,1两类基本振动形式 伸缩振动 亚甲基:,分子中基团的基本振动形式,变形振动 亚甲基,CO2 分子的震动,水非线型分子的振动形式,基团频率区和指纹区,按照吸收的特征,可将红外光谱分为4000-1500cm-1和1500-600cm-1两个区域,分别称为基团频率区和指纹区.,基团频率,在红外吸收光谱中, 通常把这种能代表基团存在,并有高强度的吸收带称为基团频率,其所在的位
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