吉林大学《仪器分析》11-红外吸收光谱法.pptVIP

第十一章 红外吸收光谱法 Infrared Absorption Spectrometry 红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。利用物质分子对红外辐射的吸收，由其振动或转动引起偶极矩的变化产生振动-转动能级从基态跃迁到激发态，获得振动-转动光谱，即为红外光谱。主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。 11.1 概 述 一、红外波段的划分 红外波段可分为远红外、中红外、近红外。 波 段 波长（μm） 波数（cm-1） 跃迁类型 近红外 0.75~2.5 13300~4000 倍频 中红外 2.5~25 4000~400 分子振动转动 远红外 25~1000 400~10 分子转动 二、红外光谱产生的条件 ⑴ 红外辐射的能量必须与分子的振动能级差相等； ⑵ 分子振动过程中其偶极矩必须发生变化。 只有红外活性振动才能产生吸收峰，是否有红外活性与分子的对称性有关。对称性分子没有偶极矩的变化（同核双原子分子），非对称性分子有偶极矩的变化。 He、Ar、O2、N2等非红外活性，偶极矩变化为0。 CO2分子虽为对称分子，但振动 O = C = O ，偶极矩变化，故有红外吸收。 三、红外光谱的表示方法 ⒈ 谱带强度 分子对称度高，振动偶极矩小，产生的谱带就弱；反之则强。如C=C，C-C因对称度高，其振动峰强度小；而C=X，C-X，因对称性低，其振动峰强度就大。 ⒉ 红外光谱的表示方法： 红外光谱图多以波长λ(μm)或波数σ(cm-1)为横 坐标，表示吸收峰的位置，多以透光率T%为纵坐标，T ~λ或T ~σ表示吸收强度，此时图谱中的吸收“峰”，其实是向下的“谷”。一般吸收峰的强弱均以很强(vs) ；强 (s)；中(m)；弱(w)；很弱(vw)等来表示。 纵坐标为透过率(%)，横坐标为波长λ(μm)和波数1/λ(cm-1)。也可以用峰数、峰位、峰形和峰强来描述。 四、红外光谱特点 ⒈ 红外吸收只有振-转跃迁，能量低； ⒉ 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； ⒊ 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基团、分子结构； ⒋ 定量分析； ⒌ 固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品； ⒍ 分析速度快； ⒎ 与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。 五、常见术语 基频峰、倍频峰、合频峰、差频峰 ⒈ 基频峰：分子吸收光子后，振动能级基态跃迁到第一激发态所产生的吸收峰。 0－1 基频峰 ⒉ 倍频峰：由基态跃迁到第二、第三激发态所产生的吸收峰称二倍、三倍频峰。三倍频峰以上的跃迁几率很小，不被测量。 0－2 倍频峰 ； 0－3 倍频峰 ⒊ 合频峰：吸收能量之后，有可能同时激发两种基频振动至激发态而产生两个频率之和的吸收峰。v1+ v2 ⒋ 差频峰：一种振动方式由基态至激发态，同时另一振动方式由激发态至基态。 一、 分子振动方程式 ⒈ 双原子分子的简谐振动及其频率 分子的振动可近似地看成一些用弹簧连接着的小球的运动。以双原子分子为例，若把两原子间的化学键看成质量可以忽略不计的弹簧，把两个原子看成两个小球，两个原子质量为m1、m2，则它们之间的伸缩振动可以近似的看成沿轴线方向的简谐振动，如图: 11.2 基本原理 ⒉ 分子振动方程式 任意两个相邻的能级间的能量差为： K -- 化学键的力常数，N/cm为单位，与键能和键长有关。 ? -- 双原子的折合质量 = m1m2/（m1+m2）。 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和键的力常数，即取决于分子的结构特征。k 越大， ? 越小，则化学键的振动频率越高，吸收峰将出现在高波数区；反之，出现在低波数区。 ⒊ 影响k的因素： ⑴ 受键数目影响：k 大，化学键的振动波数高。 键类型: —C?C — —C =C — —C — C — 力常数: 16.5 9.6