红外光谱光源对称非对称-蒋亚兰.ppt

小组成员：蒋亚兰 初 冰 蓝奔月,红外光谱基本原理,一、概述 二、红外吸收光谱产生的条件 三、分子中基团的基本振动形式 四、红外吸收峰强度,红外光谱的波长范围及划分,0.75 - 1000m,近红外区 14000-4000cm-1 中红外区 4000-400cm-1 远红外区 400-10cm-1,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。,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。此外，还能用于金属有机化合物（包括络合物）、氢键、吸附现象的研究。但由于该光区能量弱，除非其它波长区间内没有合适的分析谱带，一般不在此范围内进行分析。,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（=0）跃迁至第一振动激发态（=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,辐射分子振动转动能级跃迁红外光谱官能团分子结构 物质能吸收电磁辐射应满足两个条件，即： 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。,偶极子在交变电场中的作用示意图, = q d,在偶极矩伸长时，电场的方向与偶极矩的方向相反，因静电的相互吸引，电场施加外力把偶极矩拉得更长； 而电场变化的频率与振动频率相同，在偶极矩收缩过程中，电场的方向将与偶极矩的方向相同，因静电的相互排斥，电场施加外力把偶极矩压缩得更短 这种相互作用使得分子偶极矩的振幅增加， 从而导致了分子振动的振幅增加。,1.照射分子的红外辐射频率与分子某种振动频率相同 2.分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化,红外光谱的产生应满足两个条件：,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。,连续改变频率的红外光照射试样 各个基团对不同频率红外光的吸收 红外光在一些波长范围内变弱（被吸收）在另一些范围内则不变（不吸收） 用仪器记录 试样的红外吸收光谱图,红外光谱的吸收强度和表示方法,聚乙烯的红外光谱图 (a)透过光谱图 (b)吸收光谱图,纵坐标：表示透光率或吸光度,峰数、峰位与峰强,（a）、（b）（c）平移运动（d）、（e）转动运动，（f）在X轴上反方向运动，使分子变形，产生振动运动,直线型分子的运动状态,二氧化碳分子的振动，可作为直线型分子振动的一个例子。其基本振动数为33-5 = 4，故有四种基本振动形式，,振动形式分成两类：伸缩振动和变形振动,（2）变形振动（又称弯曲振动或变角振动） 基团键角发生周期变化而键长不变的振动称为变形振动，用符号表示。 面内变形振动 剪式（以表示） 平面摇摆振动（以表示） 面外变形振动 非平面摇摆（以表示） 扭曲振动（以表示）,伸缩振动 甲基：,变形振动 甲基,对称s(CH3)1380-1 不对称as(CH3)1460-1,对称 不对称 s(CH3) as(CH3) 2870 -1 2960-1,例 水分子 （非对称分子）,峰位、峰数与峰强,1、峰位 化学键的力常数K越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。,2、峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极矩变化时，无红外吸收。,3、峰强 瞬间偶基距变化大，吸收峰强 红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，而偶极矩与分子结构的对称性有关。振动的对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。 极性较强的基团（如C=0，C-X等）振动，吸收强度较大；极性较弱的基团（如C=C、C-C、N=N等）振动，吸收较弱。 红外光谱的吸收强度按摩尔吸光系数的大小划分吸收峰的强弱等级： 100 非常强峰（vs） 20 100 强峰（s） 10 20 中强峰（m） 1 10 弱峰（w） 键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；,官,能,=,O,环,骨,架,振,动,),指,纹,区,1,3,5,0,6,5,0,c,m,-,1,（,单,键,区,）,C,-,C,C,-,O,C,-,N,C,-,X,常见术语,基频峰 分子吸收红外辐射后，由基态振动能级（=0）跃迁至第一振动激发态（=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰 倍频峰 在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态（ =0）跃迁至第二激发态（ =2）、第三激发态（ =3），所产生的吸收峰称为倍频峰。出现在基频峰波数n倍处。为弱吸收。在倍频峰中，二倍频峰还比较强。三倍频峰以上，因跃迁几率很小，一般都很弱，常常不能测到。 由于分子非谐振性质，各倍频峰并非正好是基频峰的整数倍，而是略小一些。,基团频率区和指纹区 4000 cm-1 1300 cm-1 称为基团频率区、官能团区或特征区。区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，容易辨认，常用于鉴定官能团。 1300 cm-1 600 cm-1称为指纹区，除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生的谱带。这种振动与整个分子的结构有关。当分子结构稍