紅外吸收光譜分析infrared

1、第十章 紅外吸收光譜分析infrared absorption spec-troscopy，IR第一節(jié) 紅外光譜分析基本原理principle of IR一、概述 introduction分子中基團的振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷產(chǎn)生：振-轉(zhuǎn)光譜輻射分子振動能級躍遷紅外光譜官能團分子結(jié)構(gòu)近紅外區(qū)中紅外區(qū)遠紅外區(qū)紅外光譜與有機化合物結(jié)構(gòu)紅外光譜圖：縱坐標為吸收強度，橫坐標為波長 （ mm ）和波數(shù)1/，單位：cm-1可以用峰數(shù)，峰位，峰形，峰強來描述。應(yīng)用：有機化合物的結(jié)構(gòu)解析。定性：基團的特征吸收頻率；定量：特征峰的強度；二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件 condition of Infrared absorp

2、tion spectroscopy滿足兩個條件： (1)輻射應(yīng)具有能滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動躍遷所需的能量； (2)輻射與物質(zhì)間有相互偶合作用。對稱分子：沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 非對稱分子：有偶極矩，紅外活性。 偶極子在交變電場中的作用示意圖分子振動方程式雙原子分子的簡諧振動及其頻率化學鍵的振動類似于連接兩個小球的彈簧分子的振動能級（量子化）： E振=（V+1/2）hnV ：化學鍵的 振動頻率；n：振動量子數(shù)。任意兩個相鄰的能級間的能量差為：K化學鍵的力常數(shù)，與鍵能和鍵長有關(guān)， m為雙原子的折合質(zhì)量 m =m1m2/（m1+m2） 發(fā)生振動能級躍遷需要

3、能量的大小取決于鍵兩端原子的折合質(zhì)量和鍵的力常數(shù)，即取決于分子的結(jié)構(gòu)特征。表 某些鍵的伸縮力常數(shù)（毫達因/埃）鍵類型 CºC > C =C > C C 力常數(shù) 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位 4.5mm 6.0 mm 7.0 mm 化學鍵鍵強越強（即鍵的力常數(shù)K越大）原子折合質(zhì)量越小，化學鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。例題: 由表中查知C=C鍵的K=9.5 9.9 ,令其為9.6, 計算波數(shù)值。正己烯中C=C鍵伸縮振動頻率實測值為1652 cm-1三、分子中基團的基本振動形式basic vibration of the group in mol

4、ecular1兩類基本振動形式伸縮振動 亞甲基：變形振動 亞甲基甲基的振動形式伸縮振動 甲基： 對稱 不對稱s(CH3) as(CH3)2870 -1 2960-1變形振動 甲基 對稱s(CH3)1380-1 不對稱as(CH3)1460-1峰位、峰數(shù)與峰強（1）峰位 化學鍵的力常數(shù)K越大，原子折合質(zhì)量越小，鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)（短波長區(qū)）；反之，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)（高波長區(qū)）。例水分子（非對稱分子）（2）峰數(shù) 峰數(shù)與分子自由度有關(guān)。無瞬間偶基距變化時，無紅外吸收。（3）瞬間偶基距變化大，吸收峰強；鍵兩端原子電負性相差越大（極性越大），吸收峰越強；例2CO2分子（有一種振動無紅外活性）（4）由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個強的吸收峰，基頻峰；（5）由基態(tài)直接躍遷到第二激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個弱的吸收峰，倍頻峰；四、紅外吸收峰強度intensity of Infrared absorption bend 問題：C=O 強；C=C 弱；為什么？吸收峰強度®躍遷幾率®偶極矩變化吸收峰強度 µ 偶極矩的平方偶極矩變化