红外吸收光谱分析法.ppt

红外吸收光谱分析法.ppt

《红外吸收光谱分析法.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《红外吸收光谱分析法.ppt（53页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

c第四章第四章红外光谱分析红外光谱分析（InfraredAbsorptionSpectroscopy,IR）c内容内容v概述概述v基本原理基本原理n产生红外吸收的条件n分子振动n谱带强度n振动频率n影响基团频率的因素v红外光谱仪器红外光谱仪器v定性分析、定量分析定性分析、定量分析v红外光谱分析法特点红外光谱分析法特点c一、概述一、概述一、概述一、概述分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。

分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。

红外光谱也称分子的振、转动光谱。

红外光谱也称分子的振、转动光谱。

1.1.红外光谱红外光谱红外光谱红外光谱EE11EE000011221111JJJJ000022223333JJJJ0000222233331111JJJJ0000222233331111JJJJ0000222233331111分子振动吸收光谱分子振动吸收光谱分子转动吸收光谱分子转动吸收光谱mmmmmmmm作用：

作用：

有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红外特征吸收频率，确定化合物结构中基团；也可依据特外特征吸收频率，确定化合物结构中基团；也可依据特征峰的强度变化进行定量分析。

征峰的强度变化进行定量分析。

c波谱区近红外光中红外光远红外光波长/m0.782.52.52525300波数/cm-1128204000400040040033跃迁类型分子振动分子转动2.红外光谱区的划分（红外光谱区的划分（0.751000m）波长与波数的关系：

（cm-1）=1/（cm）=104/（m）c红外光谱的表示方法：

红外光谱的表示方法：

红外光谱以红外光谱以T或或T来表示，下图为苯酚的红外光谱。

来表示，下图为苯酚的红外光谱。

T（%）c二、红外光谱产生的条件二、红外光谱产生的条件

（1）

（1）应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；EE11EE000011221111JJJJ000022223333JJJJ0000222233331111JJJJ0000222233331111JJJJ0000222233331111分子振动吸收光谱分子振动吸收光谱分子转动吸收光谱分子转动吸收光谱分子中基团振动的频率等于外界红外辐射的频率c

（2）

（2）辐射与物质间有相互偶合作用，产生偶极矩的变化辐射与物质间有相互偶合作用，产生偶极矩的变化没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：

没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：

没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：

没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：

如：

对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁，如：

对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁，如：

对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁，如：

对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁，有红外活性有红外活性有红外活性有红外活性。

如：

非对称分子：

有偶极矩，如：

非对称分子：

有偶极矩，如：

非对称分子：

有偶极矩，如：

非对称分子：

有偶极矩，红外活性红外活性红外活性红外活性。

如：

单原子分子、同核分子：

如：

单原子分子、同核分子：

如：

单原子分子、同核分子：

如：

单原子分子、同核分子：

HeHe、NeNe、NN22、OO22、ClCl22、HH22等。

等。

等。

等。

没有红外活性没有红外活性没有红外活性没有红外活性。

c三、双原子分子振动方程式三、双原子分子振动方程式1双原子分子的简谐振动及其频率双原子分子的简谐振动及其频率根据经典力学的虎克定律：

根据经典力学的虎克定律：

k-化学键的力常数化学键的力常数（达因达因），与键能和键长有关；与键能和键长有关；-双双原子的折合质量原子的折合质量:

=m1m2/（m1+m2）分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相比）作周期性振动，即所谓的比）作周期性振动，即所谓的简谐振动简谐振动c发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的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折合质量和键力常数和键力常数，即取决于分子的结构特征。

，即取决于分子的结构特征。

某些键的伸缩力常数（毫达因某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）埃）键分子kH-FHF9.7H-ClHCl4.8H-BrHBr4.1H-IHI3.2H-OH2O7.8H-SH2S4.3H-NNH36.5H-CCH3X4.75.0化学键键强越强（即键的力常数化学键键强越强（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。

键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。

键分子kH-CCH2=CH25.1H-CCHCH5.9C-ClCH3Cl3.4C-C4.55.6C=C9.59.9CC1517C-O1213C=O1618c振动的基本类型振动的基本类型振动的基本类型振动的基本类型对称性伸缩振动对称性伸缩振动对称性伸缩振动对称性伸缩振动VVSS反对称性伸缩振动反对称性伸缩振动反对称性伸缩振动反对称性伸缩振动VVaSaS面内变形振动面内变形振动面内变形振动面内变形振动面外变形振动面外变形振动面外变形振动面外变形振动变形振动变形振动变形振动变形振动振动类型振动类型振动类型振动类型非平面摇摆非平面摇摆非平面摇摆非平面摇摆扭曲振动扭曲振动扭曲振动扭曲振动剪式振动剪式振动剪式振动剪式振动SS平面摇摆平面摇摆平面摇摆平面摇摆伸缩振动伸缩振动伸缩振动伸缩振动伸缩振动的伸缩振动的伸缩振动的伸缩振动的kk比变形振动比变形振动比变形振动比变形振动kk大；因此伸缩振动出现在红外吸收大；因此伸缩振动出现在红外吸收大；因此伸缩振动出现在红外吸收大；因此伸缩振动出现在红外吸收光谱的高波数区，变光谱的高波数区，变光谱的高波数区，变光谱的高波数区，变形形形形振动出现在红外吸收光谱的低波数区。

振动出现在红外吸收光谱的低波数区。

振动出现在红外吸收光谱的低波数区。

振动出现在红外吸收光谱的低波数区。

cc22基本振动的理论数基本振动的理论数基本振动的理论数基本振动的理论数对于由对于由对于由对于由NN个原子组成的分子：

个原子组成的分子：

个原子组成的分子：

个原子组成的分子：

3N=3N=平动自由度平动自由度平动自由度平动自由度+转动自由度转动自由度转动自由度转动自由度+振动自由度振动自由度振动自由度振动自由度xxyyzz由由由由NN个原子组成的分子：

个原子组成的分子：

个原子组成的分子：

个原子组成的分子：

平动自由度平动自由度平动自由度平动自由度=3=3振动自由度振动自由度振动自由度振动自由度=3N-=3N-平动自由度平动自由度平动自由度平动自由度-转动自由度转动自由度转动自由度转动自由度由由由由NN个原子组成的线形分子：

个原子组成的线形分子：

个原子组成的线形分子：

个原子组成的线形分子：

转动自由度转动自由度转动自由度转动自由度=2=2由由由由NN个原子组成的非线形分子：

个原子组成的非线形分子：

个原子组成的非线形分子：

个原子组成的非线形分子：

转动自由度转动自由度转动自由度转动自由度=3=3线线线线形形形形分分分分子：

子：

子：

子：

振动自由度振动自由度振动自由度振动自由度=3N-5=3N-5非线形分子：

非线形分子：

非线形分子：

非线形分子：

振动自由度振动自由度振动自由度振动自由度=3N-6=3N-6c理论振动数（峰数）理论振动数（峰数）设设分分子子的的原原子子数数为为n，对对非非线线型型分分子子,理理论振动数论振动数=3n-6如如H2O分分子子，其其振振动数为动数为33-6=3对对线线型型分分子子，理理论论振动数振动数=3n-5如如CO2分分子子，其其理理论振动数为论振动数为33-5=4c6.红外吸收峰的数目红外吸收峰的数目例如：

例如：

苯的简谐振动的自由度苯的简谐振动的自由度=3*12-6=30；再考虑到倍频、组；再考虑到倍频、组频、差频、振动的耦合与费米共振等，产生的红外吸收频、差频、振动的耦合与费米共振等，产生的红外吸收峰应该非常多。

峰应该非常多。

实际上大多数红外吸收光谱图上的吸收峰数目小于实际上大多数红外吸收光谱图上的吸收峰数目小于理论数目。

理论数目。

为什么？

为什么？

（1）存在没有偶极矩变化的振动模式存在没有偶极矩变化的振动模式

（2）存在能量简并态的振动模式存在能量简并态的振动模式（3）仪器的分辨率分辨不出的振动模式仪器的分辨率分辨不出的振动模式（4）振动吸收的强度小，检测不到振动吸收的强度小，检测不到（5）某些振动模式所吸收的能量不在中红外光谱区。

某些振动模式所吸收的能量不在中红外光谱区。

c红外光谱的吸收强度红外光谱的吸收强度v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。

v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。

v红外光谱的吸收强度一般定性地用：

很强（vs）、强（s）、中（m）、弱（w）和很弱（vw）等表示。

c

（一）基团频率区

（一）基团频率区中红外光谱区可分成中红外光谱区可分成4000cm-11350cm-1和和1350cm-1650cm-1两个区域。

最有两个区域。

最有分析价值的基团频率在分析价值的基团频率在4000cm-11300cm-1之间，这一区域称为之间，这一区域称为基团频率区、基团频率区、官能团区或特征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，。

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。

分为三个区域：

常用于鉴定官能团。

分为三个区域：

（1）40002500cm-1X-H伸缩振动区，伸缩振动区，X可以是可以是O、N、C或或S等原子。

等原子。

（2）25001900cm-1为叁键和累积双键区。

为叁键和累积双键区。

（3）19001200cm-1为双键伸缩振动为双键伸缩振动振动频率振动频率基团频率区和指纹区c

（二）指纹区

（二）指纹区在在1350cm-1600cm-1区域内，除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生区域内，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。

的谱带。

这种振动与整个分子的结构有关。

当分子结构稍有不同时，该区的吸收当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征。

这种情况就像人的指纹一样，因此称为就有细微的差异，并显示出分子特征。

这种情况就像人的指纹一样，因此称为指指纹区纹区。

指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助，而且可以作为化合物存在某指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助，而且可以作为化合物存在某种基团的旁证。

种基团的旁证。

cX-H伸缩振动区：

伸缩振动区：

4000-2500cm-1c叁键及累积双键区叁键及累积双键区（25001900cm-1）c双键伸缩振动区双键伸缩振动区（19001200cm-1）C倍频峰倍频峰：

由基态向第二、三：

由基态向第二、三.振动激发态的跃迁（振动激发态的跃迁（V=2、3.）；）；合频峰合频峰：

分子吸收光子后，同时发生频率为：

分子吸收光子后，同时发生频率为1，2的跃迁，此时的跃迁，此时产生的跃迁为产生的跃迁为1+2的谱峰。

的谱峰。

差频峰差频峰：

当吸收峰与发射峰相重叠时产生的峰：

当吸收峰与发射峰相重叠时产生的峰1-2。

泛频峰可以观察到，但很弱，可提供分子的泛频峰可以观察到，但很弱，可提供分子的“指纹指纹”。

泛频峰泛频峰c

（二）指纹区

（1）1800（1300）cm-190