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红外吸收光谱法 Infrared Absorption Spectroscopy, IR 分子振动-转动光谱 一、红外光谱概述 原理：样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射时，分子振动转动引起偶极距的净变化，使振转能级从基态跃迁到激发态相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分比透过率对波数/波长的曲线，以进行定性定量分析的光谱分析方法。 实质是根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来鉴别化合物和确定物质分子结构的分析方法。辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构 红外光谱波段： 波 段 波长 (微米) 波数 (cm-1) 近红外 0.75 - 2.5 13000 - 4000 研究 O-H、N-H、C-H 的倍频峰 中红外 2.5 - 50 4000 - 200 分子的振动与转动能级跃迁产生（主要） 远红外 50 - 1000 200 - 10 转动能级跃迁产生 波数是波长的倒数，表示每厘米长光波中波的数目。 红外光谱产生条件： ①辐射应具有刚好能满足物质发生振动跃迁所需相同的能量 【E振=（V+1/2）h( （( ：化学键的振动频率；V ：振动量子数(0, 1, 2, 3, 4)）】；②辐射与分子之间有耦合作用。 实质：保证外界辐射的能量以偶极矩变化的方式传递给分子。分子偶极子固有的频率与辐射频率匹配时发生振动能级跃迁。 辐射与分子之间有耦合作用：分子在振、转过程中的净偶极矩的变化不为0，即分子产生红外活性振动 红外活性振动：分子振动产生偶极矩的变化，从而产生红外吸收的性质。非对称分子：有偶极矩，红外活性。 红外非活性振动：分子振动不产生偶极矩的变化，不产生红外吸收的性质 二、红外光谱图 ——振动和转动光谱，谱带 坐标：①纵坐标为吸收系数，或透过率。 ②横坐标为波长λ（ (m ）或波数1/λ ，单位：cm-1， 谱图特征：峰数，峰位，峰形，峰强。 1..峰形 宽度与氢键有关， 如：酰胺与烯类的伸缩振动；是否有分裂， 可以研究分子内是否存在缔合，及分子的对称性、旋转异构、互变异构等。 2.峰数： 2.1峰数的解析： 分子振动方程式：简谐振动 2.1.1双原子分子的振动 ①模型：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 式中k为化学键力常数（N·cm）与键能和键长有关 ②影响因素：频率决定于相对原子质量μ和化学键力常数k，即取决于分子的结构特征。k越大，折合质量μ越小，频率越高，吸收峰将出现在高波数区。 ③应用：计算力学常数k或估算各种基团频率吸收带的波数 2.1.2多原子分子的基本振动形式 ①振动的自由度——指分子独立的振动数目，或基本的振动数：a：N个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度； ①分子自由度=平动自由度+转动自由度+振动自由度=3N→分子振动自由度=3N--（平动自由度+转动自由度） ②非线性分子：f=3N-6；线性分子：f=3N-5 注：振动自由度反映吸收峰数量：并非每个振动都产生基频峰；吸收峰数常少于振动自由度数 ②示例：a水分子——非线性分子 f=3×3-6=3 ； bCO2分子 ——线性分子 f=3×3-5=4吸收峰数少于振动自由度的原因：（1）伸缩振动 1388cm-1（红外非活性）；（2）反伸缩振动 2368 cm-1; （3) 弯曲振动 668 cm-1 （两种互相垂直，但频率相同的振动: 简并振动 ③类型： 亚甲基为例 伸缩振动 原子沿着键轴的方向伸缩使腱长发生变化的振动。分为对称伸缩或反对称伸缩。 变形振动 (弯曲振动） 一般指键角发生变化的振动。 可分为面内弯曲（剪式和平面摇摆）和面外弯曲振动（扭曲和非平面摇摆振动） 面内弯曲振动 面外弯曲振动 →各种化合物的结构不同，它们的原子质量和化学键力常数不同，吸收频率不同（特征吸收光谱） 2.2实际观察到的红外吸收峰的数目，往往少于振动形式的数目，减少的原因主要有：(1)不产生偶极矩变化的振动没有红外吸收，不产生红外吸收峰。(2) 简并，两种振动具有相同频率，只出现一个峰； (3)吸收峰太弱，仪器不能分辨，或者超过了仪器可以测定的波长范围。（4）强峰往往要覆盖与它频率相近的弱而窄的峰。 3.峰位 化合物分子（或基团）的化学键力常数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。 3.1峰位的解析： 基频峰 由基态振动能级（ν＝0）跃迁至第一振动激发态（ν＝1）所产生的吸收峰 基频峰的峰位等于分子的振动频率。基频峰强度大——红外主要吸收峰 相关峰 一个基团除了有特征峰外，还有一些其他振动形式的吸收峰，这些相互依存而又相互可以左证的吸收峰称为相关峰。 注：泛频