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第二章 红外吸收光谱(IR) 定义: 分子吸收红外光区的能量,发生分子振动－转动能级跃迁所产生的吸收光谱。 红外光区的划分 红外光谱在可见光区和微波光区之间，其波长范围约为0.75-1000μm。根据实验技术和应用的不同，通常将红外区划分成三个区：近红外光区（0.75-2.5 μm），中红外光区（2.5-25 μm）和远红外光区（25-1000 μm）。 （常规红外光谱图测定λ范围2.5-25μｍ，即波数4000－400cm-1） 优点：具有“指纹性”，红外光谱法不仅能进行定性和定量分析，而且从分子的特征吸收可以鉴定化合物和分子结构。除光学异构体和长链烷烃，每个化合物都有特定的IR光谱。 红外光谱法的特点 与紫外-可见吸收光谱不同，产生红外光谱的波长要长的多，因此光子能量低。物质分子吸收红外光后，只能引起振动和转动能级跃迁，不会引起电子能级跃迁。所以红外光谱一般称为振动-转动光谱。 紫外-可见吸收光谱常用于研究不饱和有机化合物，特别是具有共轭体系的有机化合物，而红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物。 红外光谱分析对气体、液体固体样品都可测定，具有特征性强、测定快速、不破坏试样、试样用量少、操作简便、能分析各种状态的试样、分析灵敏度较低、定量分析误差较大等特点。 第一节 IR基本理论 产生红外吸收的条件 红外光谱是由于分子振动能级跃迁而产生的，物质分子吸收红外辐射应满足两个条件： （1）辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的跃迁能量相等 （2）辐射与物质之间有耦合作用 ,为满足这个条件，分子振动必须伴随偶极矩的变化。 当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某个基团的振动频率和它一致，二者就会产生共振，此时光的能量通过分子偶极矩的变化而传递给分子，这个基团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁；如果红外光的振动频率和分子中各基团的振动频率不匹配，该部分的红外光就不会被吸收。 如果用连续改变频率的红外光照射某试样，由于试样对不同频率的红外光吸收的程度不同，使通过试样后的红外光在一些波数范围被减弱了，在另一些波数范围内则仍较强。 一、双原子分子的振动 1、双原子的振动频率 2、双原子分子振动的能量方程 3、偶极矩与极化率的变化 1、双原子分子的振动频率(P56) 一个真实分子的振动能量变化是量子化的。分子中的基团与基团之间，基团中的化学键之间都相互有影响，除了化学键两端的原子质量、化学键的力常数影响基本振动频率外，还与内部因素和外部因素有关。 3、偶极矩与极化率的变化 ( P58) 3.1 偶极矩： μ =qd 红外非活性振动 红外活性振动 3.2 极化率的变化 极化率变化的振动为拉曼活性的振动，分子中电子云相对于振动平衡骨架的移动越大，极化率越大，拉曼散射越强。 二、分子的振动类型 可以把多原子分子的振动分解成许多简单的基本振动，即简正振动，是指分子质心保持不变，整体不转动，每个原子都在其平衡位置附近做简谐振动，其振动频率和位相都相同。分子中任何一个复杂振动都可以看成这些简正振动的线性组合。 简正振动的基本形式 一般将振动形式分成两类：伸缩振动和弯曲振动。 （1）伸缩振动 原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角不变的振动称为伸缩振动，用符号ν表示。它又可以分为对称伸缩振动（符号νs）和不对称伸缩振动（符号νas）。 对同一基团来说，不对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动。 （2）弯曲振动（又称变形振动或变角振动） 振动过程中基团的键长不变而键角发生周期变化的振动称为弯曲振动，用符号δ表示。 弯曲振动又分为面内弯曲和面外弯曲振动。面内弯曲振动又分为剪式（以δ表示）和平面摇摆振动（ρ）。面外弯曲振动又分为非平面摇摆（ω）和扭曲振动（τ）。 （3）环的变型振动 常见于环的对称扩大或缩小，又称为环呼吸振动。 2、红外吸收带的强度 红外吸收带的强度与振动过程中瞬间偶极矩的变化直接相关，偶极矩的变化越大，相应吸收峰越强。 影响偶极矩(D)的因素： 1）组成化学键的原子的电负性 2）振动形式不同 3）测定状态的影响（氢键） 4）相邻基团的偶极矩 偶极矩与分子结构的对称性有关。振动的对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。 因而一般来说，极性较强的基团（如C=O,C-X等）振动，吸收强度较大；极性较弱的基团（如C=C、C-C、N=N等）振动，吸收较弱。 3、吸收带强度的表示符号 S（strong）强 M（medium）中等 W（weak）弱 B（broad）宽 Sh（sharp）尖锐 振动