5.仪器-红外光谱解说.ppt

第二节 红外光谱的理论基础一、红外吸收与分子结构的关系 红外光谱：系指2.5-25 um之间的吸收光谱，分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振动–转动光谱。 (红外光辐射→分子振动和转动能级跃迁→红外光谱→ 官能团→分子结构) 红外光谱图：当用一束具有连续波长红外光照射物质时，该物质的分子就会吸收一定波长的红外光的光能，并转化为分子的振动能量和转动能量。以波长或波数为为横坐标，以百分透过率或吸收率为纵坐标，记录其吸收曲线，即得到该物质的红外吸收光谱。 红外光谱图： 纵坐标为吸收强度或透过率，横坐标为波长（λ μm ）或 波数υ单位：cm-1，波长和波数的关系： ?υ （cm-1） ＝104/λ(μm), 红外光谱图可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。 红外光谱产生的条件 红外光谱是由分子振动能级的跃迁而产生，但并不是所有的振动能级的跃迁都能在红外光谱中产生吸收，物质吸收红外光发生振动和转动能级跃迁必须满足两个条件： 1．辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； 2．分子振动时偶极矩的大小和方向必须有一定的变化,即具有偶极矩变化的分子振动是红外活性振动。 对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 非对称分子：有偶极矩，红外活性，水分子，H2O，NH3 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u和键的力常数K，即取决于分子的结构特征： 化学键键能越强（即键的力常数K越大）或原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。 三、分子的振动方式和振动数 1．两类基本振动形式 伸缩振动：指化学键两端的原子沿键轴方向作来回周期伸缩运动，键长发生变化而键角不变 ，它又可分为对称与非对称伸缩 弯曲（变形）振动：原子垂直与价键方向的运动 ，基团键角发生周期变化而键长不变，包括剪式振动、平面摇摆、非平面摇摆以及扭曲振动。 三、分子的振动方式和振动数 纯水的红外谱图 二氧化碳吸收峰的位置：2349,667 水峰位置：3365,1631,675 ２．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．峰位、峰数与峰强 （２）峰数与分子自由度有关．一个有n个原子组成的分子其分子的基本振动（简正振动）数为3n－6，直线型分子为3n－5，一般观察到的振动要少于简正振动，原因是： a分子的对称性，无瞬间偶基距变化时，无红外吸收； b两个或多个振动的能量相同时，产生简并。 c吸收峰强度太弱 d仪器测量波长范围窄 ２．峰位、峰数与峰强 （3）峰强：瞬间偶极距变化大，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； 符号：s(强)；m(中)；w(弱） 第三节 红外光谱的仪器 内部结构 傅立叶变换红外光谱仪结构框图 迈克尔逊干涉仪工作原理图 二、制样方法 三、联用技术 动画演示 红外谱图有两个重要区域： 高波数段： 4000-1300cm-1（官能团区） 含氢官能团(折合质量小)、含双键或叁键的官能团(键力常数大)在官能团区有吸收，如OH，NH以及C=O等重要官能团在该区域有吸收，它们的振动受分子中剩余部分的影响小。 低波数段： 1300cm-1以下（指纹区） 不含氢的单键(折合质量大)、各键的弯曲振动(键力常数小)出现在1300cm-1以下的低波数区。该区域的吸收特点是振动频率相差不大，振动的耦合作用较强，因此易受邻近基团的影响。同时吸收峰数目较多，代表了有机分子的具体特征。大部分吸收峰都不能找到归属，犹如人的指纹。因此，指纹区的谱图解析不易，但与标准谱图对照可以进行最终确认。 1.烷烃类化合物的特征基团频率 1 饱和烃及其衍生物 （1） 一般饱和烃的C—H伸缩振动吸收不超过3000cm-1，当分子中同时存在—CH3和CH2时，在高分辨光谱中，C—H伸缩振动在3000~2800 cm-1 区有四个吸收峰，但在分辨率不高的棱镜光谱中，在3000~2800cm-1区往 往只观察到两个吸收峰。 饱和烃及其衍生物 （2）—CH3，CH2的弯曲振动吸收频率均低于 1500cm-1。—CH3的弯曲振动在1380~1370cm-1区。当分子中出现异丙基时，甲基 的1380cm-1峰分裂为1385，1375cm-1两个强度接近相等的吸收峰，并且在1170~1140cm-1有弱的骨架振动吸收。当分子中有叔丁 基时，和异丙基相似，也使1380cm-1峰发生裂分，分别在1395，1370cm-1附近出现两个强度不等的吸收峰，后者强度差不多是前者的两倍，并且分别的在1250，1200cm-1附近出现两个中等强度的骨架振动。 饱