第1節(jié)紅外基本原理

1、1:31:57第六章第六章第六章第六章第六章第六章 紅外吸收光譜分紅外吸收光譜分紅外吸收光譜分紅外吸收光譜分紅外吸收光譜分紅外吸收光譜分析法析法析法析法析法析法一、概述概述 introduction二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件條件condition of Infrared absorption spectroscopy三、三、分子振動(dòng)和特征振動(dòng)分子振動(dòng)和特征振動(dòng)頻率頻率 basic vibration of the group in molecular四、紅外吸收峰強(qiáng)度四、紅外吸收峰強(qiáng)度intensity of infrared absorption bend 第一節(jié)第一節(jié)

2、第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié) 紅外光譜分析基本原理紅外光譜分析基本原理紅外光譜分析基本原理紅外光譜分析基本原理紅外光譜分析基本原理紅外光譜分析基本原理infrared absorption spec-troscopy，IR principle of IR1:31:57利用物質(zhì)的分子對紅外輻射的吸收，并由其振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)利用物質(zhì)的分子對紅外輻射的吸收，并由其振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)引起偶極矩的凈變化，產(chǎn)生分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級從運(yùn)動(dòng)引起偶極矩的凈變化，產(chǎn)生分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，得到分子振動(dòng)能級和轉(zhuǎn)動(dòng)能級變基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，得到分子振動(dòng)能級和轉(zhuǎn)動(dòng)能級變化產(chǎn)生的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，又稱為紅外光譜（化產(chǎn)生的振

3、動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，又稱為紅外光譜（Infrared Spectroscopy ).紅外光譜屬于分子吸收光譜的范疇。紅外光譜屬于分子吸收光譜的范疇。一、概述一、概述一、概述一、概述一、概述一、概述 （introductionintroductionintroduction）輻射輻射分子振動(dòng)能級躍遷分子振動(dòng)能級躍遷紅外光譜紅外光譜官能團(tuán)官能團(tuán)分子結(jié)構(gòu)分子結(jié)構(gòu)1:31:57 近紅外光區(qū)：0.76-2.5m紅外光區(qū) 中紅外光區(qū)：中紅外光區(qū)：2. .5-25mm（4000-4004000-400-1-1） 遠(yuǎn)紅外光區(qū)：25-1000m1:31:57二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件二、紅外吸

4、收光譜產(chǎn)生的條件二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件 condition of Infrared absorption spectroscopy分子光譜分子光譜通過分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，化合物分子吸收通過分子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)，化合物分子吸收光量子或由分子發(fā)射光量子，散射光量子所產(chǎn)生的光量子或由分子發(fā)射光量子，散射光量子所產(chǎn)生的光譜。光譜。激發(fā)態(tài)激發(fā)態(tài)基態(tài)基態(tài)吸收能量吸收能量E吸收光譜吸收光譜h= E = E/ h hc/ hc/ 1:31:57分子運(yùn)動(dòng)分子運(yùn)動(dòng)價(jià)電子運(yùn)動(dòng)價(jià)電子運(yùn)動(dòng)分子內(nèi)原子振動(dòng)分子內(nèi)原子振動(dòng)分子轉(zhuǎn)動(dòng)分子轉(zhuǎn)動(dòng)電子能級電子能級電子能級電子能級電子能級電子能

5、級1-20evh= Eeh= Evh= Er0.05-1ev C =C C C 力常數(shù)力常數(shù) 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位峰位 4.5 m 6.0 m 7.0 m 化學(xué)鍵鍵強(qiáng)越強(qiáng)（即鍵的力常數(shù)化學(xué)鍵鍵強(qiáng)越強(qiáng)（即鍵的力常數(shù)K越大）原子折合質(zhì)量越大）原子折合質(zhì)量越小，化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。越小，化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。1:31:57 例題例題: 由表中查知由表中查知C=C鍵的鍵的K=9.5 9.9 ,令其為令其為9.6, 計(jì)算波數(shù)值。計(jì)算波數(shù)值。正己烯中C=C鍵伸縮振動(dòng)頻率實(shí)測值為1652 cm-1116502126913071307

6、211cm/.kkcv諧振子諧振子E v =h m(v +1/2) v=0 基態(tài)E0= h/2，v0 激發(fā)態(tài)躍遷V=1 v=0v=1 基頻吸收=1-0=h1:31:57（2 2）雙原子雙原子分子分子非諧振子體系非諧振子體系V= v=0v=1基頻吸收 v=0v=2倍頻吸收1:31:57振動(dòng)自由度原子間相對位置或夾角發(fā)生變化的振動(dòng)形式的總和。直角坐標(biāo)系中，原子數(shù)N個(gè)總運(yùn)動(dòng)自由度數(shù)3N個(gè)運(yùn)動(dòng)形式非線性分子線性分子平動(dòng)33轉(zhuǎn)動(dòng)32振動(dòng)3N-63N-5 伸縮N-1N-1 變角2N-52N-4（3 3）多原子分子）多原子分子簡正振動(dòng)簡正振動(dòng) 13N-6個(gè)獨(dú)立振動(dòng)形式 能級，基頻1:31:57例如例如COC

7、O2 2分子：分子：由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)的吸收峰由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)的吸收峰基頻峰基頻峰由基態(tài)直接躍遷到第二激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)弱的吸收峰由基態(tài)直接躍遷到第二激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)弱的吸收峰倍頻峰倍頻峰1:31:572、分子振動(dòng)類型、分子振動(dòng)類型伸縮振動(dòng)原子沿鍵軸方向振動(dòng)，鍵長周期性變化而鍵角不變（用表示）。 對稱 不對稱 對稱 不對稱 s(CH2) as(CH2) s(CH3) as(CH3) 2850-1 2930-1 2870 -1 2960-1變形（角）振動(dòng)原子與鍵軸成垂直方向振動(dòng)，鍵 長不變而鍵角周期性變化的振動(dòng)（用表示）。1:31:58對稱對稱s s(CH(CH3

8、 3)1380)1380-1-1 不不對稱對稱asas(CH(CH3 3)1460)1460-1-1剪式剪式s s(CH(CH2 2) ) 水平搖擺水平搖擺r r 垂直搖擺垂直搖擺 卷曲卷曲或或t t14651465-1-1 720 720-1-1 13001300-1-1 12501250-1-11:31:58 （CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。 （CH3）2930 cm-1，2850cm-1。C2H4O1730cm-11165cm-12720cm-1HHHHOCC1:31:583、常見基團(tuán)的、常見基團(tuán)的特征振動(dòng)頻率特征振動(dòng)頻率 50010001500200025003000

9、3500特征區(qū)特征區(qū)指紋區(qū)指紋區(qū)C-H，N-H，O-HN-HC NC=NS-HP-HN-O N-NC-FC-XO-HO-H（氫鍵）氫鍵）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HC CC=C1:31:58常見的有機(jī)化合物基團(tuán)頻率出現(xiàn)的范圍：常見的有機(jī)化合物基團(tuán)頻率出現(xiàn)的范圍：4000 670 cm-1依據(jù)基團(tuán)的振動(dòng)形式，分為四個(gè)區(qū)：依據(jù)基團(tuán)的振動(dòng)形式，分為四個(gè)區(qū)：(1)4000 2500 cm-1 XH伸縮振動(dòng)區(qū)（伸縮振動(dòng)區(qū)（X=O，N，C，S）(2)2500 1900 cm-1 三鍵，累積雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)三鍵，累積雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)(3)1900 1200 cm-1 雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)(4)1200 670 cm-1 XY伸縮，伸縮， XH變形振動(dòng)區(qū)變形振動(dòng)區(qū)1:31:581:31:58 內(nèi)容選擇：內(nèi)容選擇：內(nèi)容選擇：內(nèi)容選擇：內(nèi)容選擇：內(nèi)容選擇：第一節(jié)第一節(jié) 紅外基本原理紅外基本原理basic principle of Infrared absorption spectroscopy第二節(jié)第二節(jié) 紅外光譜與分子結(jié)構(gòu)紅外光譜與分子結(jié)構(gòu)infrared spectroscopy and molecular structure第三節(jié)第三節(jié) 紅外光