第三章红外光谱法规范.ppt

第三章 红外光谱法 （Infrared Analysis IR） 第三章 红外光谱法 3.1 红外光谱法的基本原理 3.2 红外光谱仪 3.3 试样的处理和制备 3.4 红外光谱法的应用 3.1 红外光谱法的基本原理 （一） 概述 （二） 产生红外吸收的条件 （三） 分子振动 （四） 红外光谱与分子结构 （一） 概述 1.何谓红外光谱 2.红外光区的划分 3.红外光谱的特点 1.何谓红外光谱 红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。 样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收一定频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，通过记录一定频率的透射光强减弱程度（用百分透过率T%表示），将T%对波数或波长作曲线，即得到其红外光谱图。 红外光谱图 纵坐标为吸收强度用百分透光率T% 或吸光度表示 横坐标为波长λ 单位： ?m 或 波数1/λ（ ） 单位：cm-1 用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。 光波谱区及能量跃迁相关图 3.红外光谱的特点 1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低； 2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收； 3）分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、波峰数目及强度确定分子的官能团，从而对分子结构进行剖析（与UV差异）； 4）定量分析； 5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品 6）分析速度快。 7）与色谱等联用（GC-FTIR） （二） 产生红外吸收的条件 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。 1. 辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量 根据量子力学原理，分子振动能量Ev 是量子化的，即 EV=（V+1/2）h? 其中：?为分子振动频率 V为振动量子数，其值取 0，1，2，… 分子中不同振动能级差为 ?EV= ?Vh? 当吸收光子的能量为Ea，或频率为?a时 若?EV=Ea 或者?a= ?V? ?， 分子可能发生振转跃迁 例如当分子从基态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1），此时?V=1（基频谱带），即 ?a= ? 物质基频谱带的频率与分子的振动频率相等 2.辐射与物质间有相互偶合作用 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，具有红外活性。 概述：有偶极矩的分子——偶极矩变化——共振——振动跃迁——红外光谱 （三）分子振动 1.双原子分子的振动 2.多原子分子的振动 1.双原子分子的振动 2.多原子分子的振动 多原子分子的振动更为复杂（原子多、化学键多、空间结构复杂），但可将其分解为多个简正振动来研究。 (1)简正振动 (2)简正振动基本形式 (3)峰位、峰数与峰强 (1)简正振动 振动状态：整个分子质心不变、整体不转动、各原子在原地作简谐振动且频率及相位相同。 分子中的任何振动可视为所有上述简谐振动的线性组合。 (2)简正振动基本形式 伸缩振动?： 原子沿键轴方向伸缩，键长变化但键角不变的振动。 变形振动?： 基团键角发生周期性变化，但键长不变的振动。又称弯曲振动或变角振动。 (3)峰位、峰数与峰强 1）峰位 2）峰数 3）峰强 4）泛频峰 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 ?对非线型分子,理论振动数=3n-6 如H2O分子，其振动数为3×3-6=3 ? 对线型分子，理论振动数=3n-5 如CO2分子，其理论振动数为3×3-5=4 理论上，多原子分子的振动数应与谱峰数相同，但实际上，谱峰数常常少于理论计算出的振动数，这是因为： a）偶极矩的变化??=0的振动，不产生红外吸收； b）谱线简并（振动形式不同，但其频率相同）； c）仪器分辨率或灵敏度不够，有些谱峰观察不到。 4）泛频峰 基本振动所产生的谱峰，即基频峰（?V=±1允许跃迁）。 在红外光谱中还可观察到其它峰跃迁禁阻峰： 倍频峰：由基态向第二、三….振动激发态的跃迁（?V=±2、± 3.）； 合频峰：分子吸收光子后，同时发生频率为?1，?2的跃迁，此时产生的跃迁为? 1+?2的谱峰。 差频峰：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“指纹”。 （四）红外光谱与分子结构 1.红外光谱的基团频率 2.红外光谱的信息区 （1）基团频率区 （2）指纹区 3.影响基团频率变化的因素 1.红外光谱的基团频率 （1）定义： 与一定结构单元相联系的、在