红外光谱分析法1

仪器分析教学课件第十一章红外吸收光谱法（1）教师：李国清一、红外光谱法的发展19世纪初红外光的存在二十世纪初不同官能团有不同红外吸收频率1950年以后自动记录式红外分光光度计1970年以后傅立叶变换型红外光谱仪红外测定技术的不断发展和完善§1、概述二、红外光谱法的应用有机化合物结构解析的重要手段之一红外光谱法的优点每种化合物均有红外吸收任何气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定能提供丰富的结构信息表5.1红外波段的划分波段波长(,m)波数(,cm-1)频率(,Hz)近红外0.782.512,8004,0003.8x10141.2x1014中红外2.5504,0002001.2x10146.0x1012远红外501000200106.0x10123.0x1011常用区域2.5254,0004001.2x10141.2x1013三、红外光谱区域中红外光区吸收带（2.5~25µm）是绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。同时，由于中红外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量的数据资料，因此它是应用极为广泛的光谱区。远红外光区吸收带（25~1000µm）倍频峰。红外光区光谱常用波数表征。波长与波数σ之间的关系为：σ（cm-1）=104/（µm）中红外区的波数范围是4000~400cm-1。四、红外光谱法的特点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（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）。因此，除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。红外吸收带的波数位置波峰的数目吸收谱带的强度分子结构特点与分子组成或化学基团的含量有关，可进行定量分析定性分析红外光谱图：纵坐标为吸收强度，横坐标为波长λ（m）和波数1/λ单位：cm-1可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。应用：有机化合物的结构解析。定性：基团的特征吸收频率；定量：特征峰的强度；五、红外光谱与有机化合物结构§2、红外吸收光谱产生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。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。偶极子在交变电场中的作用示意图§3、分子振动方程式分子的振动能级（量子化）：E振=（V+1/2）hV：化学键的振动频率；：振动量子数。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任意两个相邻的能级间的能量差为：kkckhhE13072112K化学键的力常数，与键能和键长有关，为双原子的折合质量=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。表某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）键类型—CC——C=C——C—C—力常数15179.59.94.55.6峰位4.5m6.0m7.0m化学键键强越强（即键的力常数K越大）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。例题:由表中查知C=C键的K=9.59.9,令其为9.6,计算波数值。正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652cm-1116502126913071307211cm/.kkcv§4、分子中基团的基本振动形式basicvibrationofthegroupinmolecular1．两类基本振动形式伸缩振动亚甲基：变形振动亚甲基一般分成两类：伸缩振动和变形振动。（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表示。它又可以分为对称伸缩振动（s）和不对称伸缩振动（as）。对同一基团，不对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动。振动的基本形式（2）变形振动（又称弯曲振动或变角振动）基团键角发生周期变化而键长不变的振动称为变形振动，用符号表示。变形振动又分为面内变形和面外变形振动。面内变形振动又分为剪式（以表示）和平面摇摆振动（以表示）。面外变形振动又分为非平面摇摆（以表示）和扭曲振动（以表示）。讨论：二氧化碳分子的振动方式有几种？哪些具有红外活性？乙烯分子具有的振动方式中，哪些具有红外活性？O＝C＝O对称伸缩O＝C＝O反对称伸缩O＝C＝O面内变形O＝C＝O面外变形（2349cm-1)（667cm-1)（667cm-1)C＝CHHHHC＝CHHHHC＝CHHHHC＝CHHHH(1)(2)(3)(4)C＝CHHHHC＝CHHHHC＝CHHHHC＝CHHHH⊙⊙(5)(6)(7)(8)3.影响峰数减少的原因实际上，绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数远小于理论上计算的振动数，这是由如下原因引起的：（1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收；（2）相同频率的振动吸收重叠，即简并；（3）仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带很弱，仪器无法检测；（4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。