红外吸收光谱法(InfraredabsorptiunspectroscopyIR)课件

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构分析、定性和定量分析的一种分析方法。 第1页，共32页。红外光区的划分： 红外光谱在可见光区和微波光区之间，其波长范围约0.751000m。习惯上将红外光区划分为三个区域。6.1基本原理第2页，共32页。区域(m)(cm-1 ) (Hz)能级跃迁类型近红外0.752.51300040004.01014 1.21014 OH NH及CH键倍频吸收区中红外2.55040002001.21014 6.01012振动,转

2、动远红外501000200106.01012 3.01011 骨架振动转动最常用2.51540006701.21014 2.01013表6-1红外光谱区第3页，共32页。 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外区。通常说的红外光谱实指中红外光谱区。第4页，共32页。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 常用表示, 原因：(1)数量极小 (2)与频率V成正比 第5页，共32页。图：61红外光谱图表示法。 (cm-1)第6页，共32页。二.

3、红外吸收光谱产生的条件A-B分子 获得红外辐射hL发生： E（1/2）h：振动量子数 0.1.2.3.: 振动频率第7页，共32页。室温下 u0 E(u=0)=1/2h v E振动EuE(u=0) uhv （振动能级差） 光子能量为： EhvL E振 vL u 第8页，共32页。1.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，产生红外吸收光谱。 即 L v 红外辐射频率 振动量数差值 分子振动频率第9页，共32页。 (1)基频峰 00 1 =1 所产生的 吸收峰。 即 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

4、发态 (1)所产生的吸收峰称为基频峰。 因为 1时 L 红外辐射频率 分子振动频率 所以基频峰的峰位（ L）等于分子的振动频率.第10页，共32页。如HCl V8.6581013s-1 VL8.6581013s-1 2886 cm-1 (HCl基频峰的峰位为2886cm-1，HCl分子的振动频率为2886cm-1）第11页，共32页。（2）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），跃迁至第二振动激发态（2），第三振动激发态（ 3）.等等，所产生的吸收峰。这些吸收峰称为倍频峰。二倍频峰： 02 L=uv(20) v 2 v三倍频峰: 03 L = uv =(3-0) v

5、 =3v第12页，共32页。 在倍频峰中，二倍频峰还比较强，三倍频峰以上。因跃迁的几率很小。一般都很弱，常常观测不到。 4000400cm-1间主要测基频峰，既使有倍频峰也很弱。还有 合频峰（v1v2 , 2 v1 v2 .) 差频峰（ v1 - v2 , 2v1 -v2 .）很弱，不易辨认。 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。第13页，共32页。2. 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 的净变化。即偶极矩的变化0图62：偶极子在交变电场中的作用示意图第14页，共32页。 （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质，

6、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动。如H2O ，HCl ，CO为红外活性分子。 （2）非红外活性 若0，分子振动和转动时，不引起偶极矩变化。不能吸收红外辐射。即为非红外活性。其分子称为红外非活性分子。如 H2 ，O2 ，N2 ，Cl2.相应的振动称为红外非活性振动。第15页，共32页。三.分子振动形式 1.分子振动类型 1)伸缩振动：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。 b 不对称伸缩振动：两个键一个伸长，一个缩短的振动。第16页，共32页。 2）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

7、内变形振动 b：面外变形振动 图63第17页，共32页。图：64亚甲基的各种振动形式第18页，共32页。2.分子振动的自由度 N个原子组成分子。 有3N个独立运动平动数振动数转动数 N个原子中每个原子都能向X，Y，Z三 个坐标方向独立运动。 即N个原子有3N个独立运动。 3个平动自由度 Z y X第19页，共32页。转动：非线性：3个转动自由度 线 性：2个转动自由度，键轴为轴的转 动原子的位置没有改变。不形成 转动的自由度。所以 非线性分子的振动自由度3N-3-3=3N-6 线性分子的振动自由度3N-3-2=3N-5 第20页，共32页。如H2O的振动自由度等于 3363图65：水的红外光谱

8、图第21页，共32页。3.分子振动方程k 化学键力常数分子折合质量例： 计算HCl伸缩振动所产生的基频吸收峰的频率解 已知键力常数k (H-C1)=5.1N/cm而实测HCl的振动频率为2885.9cm-1，基本接近。第22页，共32页。4.基频峰数目减少的原因(1)=0(2)o=c=o (3)仪器分辨率低 对一些频率很近的吸收峰分不开，一些 弱峰仪器灵敏度低，未捡出。(4)波长超过了仪器的可测范围。如 CO2只有两个峰。第23页，共32页。图6-6二氧化碳的红外光谱图第24页，共32页。四.基团频率和基团频率位移1.基团频率：同一类的基团（化学键）都有其特定的红外吸收，它产生吸收峰的位置就称

9、为基团频率。也称为特征吸收频率。对应的吸收峰叫特征吸收峰。第25页，共32页。a.40001300cm-1官能团区 k 大， 强度大，峰宽度大。b.1300600cm-1指纹区(弯曲振动)定性分析主要用指纹区，对结构改变比较敏感。 （通常把这种能代表某基团存在，并有较高强度的吸收峰称为特征吸收峰，其所在的位置称特征吸收频率或基团频率）第26页，共32页。2.基团频率位移：同一类基团(化学键) ，由于所处的化学环境不同，其吸收峰的位置在一定的区域内发生移动叫基团频率位移。引起基团频率位移的因素，大致可以分为两类。即内部因素和外部因素。 (1)内部因素，分子结构本身的影响。 a 诱导效应： 电子密

10、度大，k 增大，增大，向高频移动。 b 共轭效应： 电子密度小，k 减小，减小，向低频移动。第27页，共32页。（2）外部因素 试样状态， 溶剂极性，测定条件的不同会引起频率的位移。a.溶剂效应: 大,形成氢键，极性大,都导致向低频移动。b.态效应: g(气态)能测得到转动光谱 l.s.下测不到转动光谱 同一化合物的气态和液态光谱或液态和固态光谱有很大的差别。查阅标准图谱时，要注意试样状态及制样方法等。 第28页，共32页。五.影响吸收峰强度的因素非常强峰（vs） 100Lmol-1cm-1强峰 （s） 20 Lmol-1cm-1 100 Lmol-1cm-1中强峰（m） 10 Lmol-1cm-1 20 Lmol-1cm-1弱峰 1 Lmol-1cm-1 10 Lmol-1cm-1第29页，共32页。影响因素 1.迁跃几率，基频峰最大 2.偶极矩的变化 2极性分子大,大,吸收峰强度越大 如： c=o (vs) c=c()第30页，共32页。作业：比较紫外线可见光谱与红外光谱 的异同？（从产生的途径及过程，譜图形状）解： 相同点： 1.都属于分子光谱。 2.都是由于分子中的能级跃迁产生的。 3.利用这两种光谱都能进行定性，定 量和结构分析。 第31页，共32页。不同点： 1. 产生机理