第1页：红外光谱分析基本原理
第十八章 红外吸收光谱分析法 第一节 红外光谱分析基本原理
- 概述
- 红外吸收光谱产生的条件
- 分子中基团的基本振动形式
- 红外吸收峰强度
第2页：分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构近红外区中红外区远红外区。
第3页：
第4页：红外光谱图
红外光谱图
- 纵坐标为吸收强度，横坐标为波长λ（μm）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
- 红外光谱与有机化合物结构
第5页：红外吸收光谱产生的条件
红外吸收光谱产生的条件
- 满足两个条件
- 辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量
- 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(动画)
第6页：分子振动方程式分子的振动能级（量子化）
分子振动方程式分子的振动能级（量子化）
- E振=（V+1/2）hνV：化学键的振动频率
- ν：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
第7页：任意两个相邻的能级间的能量差为
任意两个相邻的能级间的能量差为
- K化学键的力常数
- 与键能和键长有关
- μ为双原子的折合质量μ=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。
第8页：某些键的伸缩力常数
某些键的伸缩力常数：下表列出相关数据。
某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）与对应峰位| 键类型 | 力常数 | 峰位 |
|---|
| —C≡C— | 15～17 | 4.5μm |
|---|
| —C=C— | 9.5～9.9 | 6.0μm |
|---|
| —C—C— | 4.5～5.6 | 7.0μm |
|---|
第9页：表某些键的伸缩力常数（毫达因（续）
表某些键的伸缩力常数（毫达因（续）
- 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-1
第10页：分子中基团的基本振动形式
两类基本振动形式伸缩振动亚甲基：变形振动亚甲基(动画)。
第11页：甲基的振动形式伸缩振动甲基
变形振动甲基对称δs(CH3)1380㎝-1不对称δas(CH3)1460㎝-1对称不对称υs(CH3)υas(CH3)2870㎝-12960㎝-1。
第12页：例１水分子（非对称分子）２．峰位
例１水分子（非对称分子）２．峰位
- 峰数与峰强
- 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）
- 峰数峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。(动画)
第13页：峰位
峰位
- 峰数与峰强例2CO2分子（有一种振动无红外活性）
- 由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰
- 由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰
- 瞬间偶基距变化大，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；(动画)
第14页：δ
δ
- -1，1375 cm-1
- ν（-1，2850cm-1
第15页：红外吸收峰强度
红外吸收峰强度
- 问题：C=O强
- C=C弱
- 为什么？吸收峰强度→跃迁几率→偶极矩变化吸收峰强度∞偶极矩的平方偶极矩变化——结构对称性
- 对称性差→偶极矩变化大→
- 吸收峰强度大符号：s(强)
- m(中)
- w(弱)红外吸收峰强度比紫外吸收峰小2～3个数量级
第16页：红外吸收光谱分析法内容选择
红外吸收光谱分析法内容选择
- 红外基本原理
- 红外光谱与分子结构
- 红外光谱仪器
- 红外谱图解析
- 激光拉曼光谱
