红外吸收光谱分析原理

1、第四章 红外吸收光谱分析法一、概述 introduction二、红外吸收光谱产生的条件condition of Infrared absorption spectroscopy三、分子中基团的基本振动形式basic vibration of the group in molecular四、红外吸收峰强度intensity of infrared absorption bend 第一节 红外光谱分析基本原理infrared absorption spec-troscopy，IR principle of IR2022/8/261分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱一、概述 introd

2、uction辐射分子振动能级跃迁红外光谱官能团分子结构近红外区中红外区远红外区2022/8/2622022/8/263红外光谱图：纵坐标为吸收强度，横坐标为波长 （ m ）和波数1/ 单位：cm-1可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。应用：有机化合物的结构解析。定性：基团的特征吸收频率；定量：特征峰的强度；红外光谱与有机化合物结构2022/8/264二、红外吸收光谱产生的条件 condition of Infrared absorption spectroscopy 满足两个条件： (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。 对称分子：没有偶极矩，辐

3、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。 偶极子在交变电场中的作用示意图(动画)2022/8/265分子振动方程式分子的振动能级（量子化）： E振=（V+1/2）hV ：化学键的 振动频率； ：振动量子数。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2022/8/266 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。2022/8/267表 某些键的伸缩力常数

4、（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 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。2022/8/268 例题: 由表中查知C=C键的K=9.5 9.9 ,令其为9.6, 计算波数值。正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-12022/8/269三、分子中基团的基本振动形式 basic vibration of the group in molecular1两类基本振动形式伸缩振动 亚甲基：变形振动 亚甲基(动画)2022/8/26

5、10甲基的振动形式伸缩振动 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 2960-12022/8/2611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。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。(动画)2022/8/2612峰位、峰数与峰强例2CO2分子（有一种振动无红外活性）（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；（5）由基态直

6、接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰；（3）瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；(动画)2022/8/2613 （CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。（CH3）2930 cm-1，2850cm-1。C2H4O1730cm-11165cm-12720cm-1HHHHOCC2022/8/2614四、红外吸收峰强度 intensity of Infrared absorption bend 问题：C=O 强；C=C 弱；为什么？吸收峰强度跃迁几率偶极矩变化吸收峰强度 偶极矩的平方偶极矩变化结构对称性；对称性差偶极矩变化大吸收峰强度大符号：s(强)；m(中)；w(弱)红外吸收峰强度比紫外吸收峰小23个数量级；2022/8/2615 内容选择：第一节 红外基本原理basic principle of Infrared absorption spectroscopy第二节 红外光谱与分子结构infrared spectroscopy and molecular structure第三节 红外光谱仪器infrared absorption spe