红外吸收光谱分析-上_精品文档PPT格式课件下载.ppt

1、2.525 m（4000 400 cm-1）基团的基频振动、伴随转动光谱基团的基频振动、伴随转动光谱远红外区：远红外区：251000 m（400 10 cm-1）转动光谱转动光谱、晶格振动、晶格振动二、红外光区的划分二、红外光区的划分 当当样样品品受受到到频频率率连连续续变变化化的的红红外外光光照照射射时时，分分子子吸吸收收某某些些频频率率的的辐辐射射，产产生生分分子子振振动动和和转转动动能能级级从从基基态态到到激激发发态态的的跃跃迁迁，使使相相应应于于这这些些吸吸收收区区域域的的透透射射光光强强度度减减弱弱。记记录录红红外外光光的的百百分分透透射射比与波数或波长关系曲线，就得到比与波数或波长

2、关系曲线，就得到红外吸收光谱红外吸收光谱。三、红外光谱图表示形式三、红外光谱图表示形式红红外外吸吸收收光光谱谱一一般般用用T 曲曲线线或或T（波波数数）曲曲线线表表示示。纵纵坐坐标标为为百百分分透透射射比比T%，因因而而吸吸收收峰峰向向下下；横横坐标是波长坐标是波长（单位为单位为 m），或，或（波数波数）（单位为单位为 cm-1）。波长波长 与与波数之间的关系为：波数之间的关系为：（波数波数）/cm-1=104/（/m）中红外区的波数范围是中红外区的波数范围是4000 400 cm-1。根根据据红红外外吸吸收收光光谱谱中中吸吸收收峰峰的的位位置置和和形形状状来来推推测测未未知知物物结结构构，进

3、进行行定定性性分分析析和和结结构构分分析析；根根据据吸吸收收峰峰的的强强弱与物质含量的关系进行定量分析。弱与物质含量的关系进行定量分析。红外光谱产生的条件红外光谱产生的条件一、产生条件一、产生条件满足两个条件：满足两个条件：1 1辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；2 2辐射与物质间有相互偶合作用辐射与物质间有相互偶合作用。对称分子：没有偶极矩变化，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2 等。等。非对称分子：有偶极矩变化，红外活性。只只有有发发生生偶偶极极矩矩变变化化（0）的的振振动动才才能能引引起起可可观观测测的的红红外外吸吸

4、收收光光谱谱，该该分分子子称称之之为为红红外外活活性性的的；=0的的分分子子振振动动不不能能产产生生红红外振动吸收，称为非红外活性的。外振动吸收，称为非红外活性的。二、红外光谱法的特点二、红外光谱法的特点 紫紫外外、可可见见吸吸收收光光谱谱常常用用于于研研究究不不饱饱和和有有机机物物，特特别别是是具具有有共共轭轭体体系系的的有有机机化化合合物物，而而红红外外光光谱谱法法主主要要研研究究在在振振动动中中伴伴随随有有偶偶极极矩矩变变化化的的化化合合物物（没没有偶极矩变化的振动在有偶极矩变化的振动在拉曼光谱拉曼光谱中出现）。中出现）。除除了了单单原原子子和和同同核核分分子子如如Ne、He、O2、H2

5、等等之之外外，几几乎乎所所有有的的有有机机化化合合物物在在红红外外光光谱谱区区均均有有吸吸收收。除除光光学学异异构构体体，某某些些高高分分子子量量的的高高聚聚物物以以及及在在分分子子量量上上只只有有微微小小差差异异的的化化合合物物外外，凡凡是是具具有有结结构构不不同同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。不同点不同点 紫外、可见吸收光谱紫外、可见吸收光谱红外吸收光谱红外吸收光谱光光 源源紫外、可见光紫外、可见光红外光红外光起起 源源电子能级跃迁电子能级跃迁振动、转动能级跃振动、转动能级跃迁迁研研 究究范范 围围不饱和有机化合物不饱和有机化合物共轭双键、

6、芳香族等共轭双键、芳香族等几乎所有有机化合几乎所有有机化合物物;许多无机化合物许多无机化合物特特 色色反映生色团、助色团反映生色团、助色团的情况的情况反映各个基团的振反映各个基团的振动及转动特性动及转动特性 由由于于红红外外光光谱谱分分析析特特征征性性强强，气气体体、液液体体、固固体体样样品品都都可可测测定定，并并具具有有用用量量少少，分分析析速速度度快快，不不破破坏坏样样品品的的特特点点。因因此此，红红外外光光谱谱法法不不仅仅与与其其它它许许多多分分析析方方法法一一样样，能能进进行行定定性性和和定定量量分分析析，而而且且是是鉴鉴定定化化合合物物和和测测定定分分子子结结构构的的有效方法之一。有

7、效方法之一。双原子分子的双原子分子的简谐振动简谐振动及其频率及其频率化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧这个体系的振动频率可通过这个体系的振动频率可通过Hooke定律导出：定律导出：分子振动方程式分子振动方程式（一一）分子振动方程式分子振动方程式 式中：式中：k 化学键的力常数，单位为化学键的力常数，单位为Ncm-1；其定义；其定义为将两原子由平衡位置伸长单位长度时的恢复力。为将两原子由平衡位置伸长单位长度时的恢复力。折合质量，单位为折合质量，单位为g若用波数若用波数 代替代替 ，则：，则：此式即所谓此式即所谓分子振动方程式分子振动方程式。或或用原子用原子A

8、、B的折合原子量的折合原子量M 代替代替 ，则：力常数力常数k：与键长、键能有关：键能键能（大），键长（大），键长（短短），k化化学学键键的的力力常常数数k越越大大，折折合合原原子子量量M越越小小，则则化化学学键键的的振振动动频频率率越越高高，吸吸收收峰峰将将出出现现在在高波数区；反之，则出现在低数区。高波数区；影影响响基基本本振振动动频频率率的的直直接接原原因因是是折折合合原原子子量量和和化学键的力常数。化学键的力常数。某些键的化学键的力常数某些键的化学键的力常数CC CC CC讨讨 论：论：（1）同同类类原原子子组组成成的的化化学学键键，化化学学键键的的力力常常数数k越越大大，基本振动频率

9、就越大。基本振动频率就越大。例例如如CC、CC和和CC，折折合合原原子子量量均均为为6，振振动动频率分别为频率分别为1190 cm1、1683 cm1、2062 cm1。（2）对对于于相相同同化化学学键键的的基基团团，与与折折合合原原子子量量平平方方根根成成反比。折合原子质量越轻，振动频率越高。反比。如如CH，振动频率为，振动频率为2920 cm1。除除了了化化学学键键两两端端的的原原子子质质量量、化化学学键键的的力力常常数数影影响响基基本本振振动动频频率率外外，分分子子中中基基团团与与基基团团之之间间，基基团团中中的的化化学学键键之之间间都都相相互互有有影影响响，内部因素和外部因素也会影响振

10、动频率内部因素和外部因素也会影响振动频率。例例如如C-C、C-O、C-N键键的的力力常常数数相相近近，但但相相对对折折合合质质量量不不同同，其其大大小小顺顺序序为为C-C C-N C-O，因因而而这这三三种种键键的的基基频频振振动动峰峰分分别别出出现现在在1430 cm-1、1330 cm-1、1280 cm-1附近。附近。（二）分子振动能级的跃迁（二）分子振动能级的跃迁真实分子的振动能量变化是量子化的，它的能量可真实分子的振动能量变化是量子化的，它的能量可由下式表示由下式表示：V0,1,2等整数，称为等整数，称为振动量子数振动量子数 振动频率振动频率1.基频峰基频峰 在在常常温温下下，由由于

11、于分分子子大大部部分分都都位位于于基基态态（V0）振振动动，因因而而分分子子吸吸收收红红外外光光后后主主要要发发生生由由基基态态到到第第一一激激发发态态（V1）的的跃跃迁迁，由由此此产产生生的的吸吸收收峰峰称称为为基基频峰频峰。2.倍频峰倍频峰 当当分分子子吸吸收收一一定定的的红红外外光光后后，分分子子的的振振动动能能级级从从基基态态跃跃迁迁至至第第二二振振动动激激发发态态、第第三三振振动动激激发发态态等等高高能能态态时时所所产产生生的的吸吸收收峰峰（即即V=0V=2，3产产生生的的峰峰）由于分子非谐振性质，各倍频峰并非正好是基频峰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

12、一些。的整数倍，而是略小一些。以以HCl为例：为例：基频峰基频峰 （01 ）2885.9 cm-1 最强最强二倍频峰二倍频峰（02）5668.0 cm-1 较弱较弱三倍频峰三倍频峰（03）8346.9 cm-1 很弱很弱四倍频峰四倍频峰（04）10923.1 cm-1 极弱极弱五倍频峰五倍频峰（05）13396.5 cm-1 极弱极弱 倍频峰倍频峰组频峰组频峰 二倍频峰（二倍频峰（V=0V=2）三倍频峰（三倍频峰（V=0V=3）合频峰合频峰 、，差频峰差频峰 、，泛泛频频峰峰注：泛频峰强度较弱，难辨认注：泛频峰强度较弱，难辨认却增加了光谱却增加了光谱 特征性特征性 指分子独立的振动数目，或基本

13、的振动数目。指分子独立的振动数目，或基本的振动数目。一、一、分子振动自由度分子振动自由度 N个原子组成分子，每个原子在空间具个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度三个自由度分子振动的形式分子振动的形式1.伸缩振动伸缩振动 以以表表示示两类基本振动形式：两类基本振动形式：伸缩振动伸缩振动、弯曲、弯曲（变形变形）振动振动 强吸收强吸收 Ss:2853 cm-1as:2926 cm-1对同一基团，反对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动对同一基团，反对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动伸伸缩缩振振动动改改变变键键长长二、分子振动的形式二、分子振动的形式伸缩振动伸缩振动弯曲振动弯曲振动对称伸缩振

14、动，对称伸缩振动，s反对称伸缩振动，反对称伸缩振动，as面内弯曲面内弯曲面外弯曲面外弯曲振振动动（面内面内）剪式，剪式，面内摇摆，面内摇摆，（面外面外）扭曲，扭曲，面外摇摆，面外摇摆，2.弯曲弯曲（变形变形）振动振动 以以表示表示 由由于于变变形形振振动动的的力力常常数数比比伸伸缩缩振振动动的的小小，因因此此，同同一基团的变形振动都在其伸缩振动的低频端出现。一基团的变形振动都在其伸缩振动的低频端出现。弯弯曲曲振振动动改改变变键键角角伸缩振动伸缩振动弯曲振动弯曲振动官能团区官能团区指纹区指纹区三、吸收峰的峰数三、吸收峰的峰数理理论论上上讲讲，分分子子的的每每一一种种振振动动形形式式都都会会产产生生一一个个基基频频吸吸收收峰峰，即即一一个个多多原原子子分分子子产产生生的的基基频频峰峰的的数数目目=分分子子所所有有的的振振动动形式的数目形式的数目 H2O分子分子非线性分子非线性分子吸收峰减少吸收峰减少 红外非活性振动红外非活性振动、简并、简并CO2分分子子线性分子线性分子 每每个个振振动动自自由由度度都都有有其其特特定定的的振振动动频频率率，似似乎乎都都应应有有相相应应的的红红外外吸吸收收带带。实实际际上上，绝绝大大多多数数化化合合物物在在红红外外光光谱谱图图上上出出现现的的峰峰数数远远小小于于理理论上计算的振动数