生物物理學(xué)-吸收光譜紅外光譜任何物質(zhì)分子都是由原子通過(guò)化學(xué)鍵聯(lián)結(jié)起來(lái)而組成

任何物質(zhì)的分子都是由原子通過(guò)化學(xué)鍵聯(lián)結(jié)分子中的原子與化學(xué)鍵都處于不斷的運(yùn)動(dòng)中它們的運(yùn)動(dòng)，除了原子外層價(jià)電子躍遷以外，還有分子中原子的能級(jí)的躍遷。 紅外光譜是樣品對(duì)紅外光（8001000n）的吸收，引起的是分子振動(dòng)（包括轉(zhuǎn)動(dòng)）狀態(tài)的變化。每一個(gè)振動(dòng)能級(jí)常包含有很多轉(zhuǎn)動(dòng)分能級(jí)，因此在分子發(fā)生振動(dòng)能級(jí)躍遷時(shí)，不可避免的發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)的躍遷，因此無(wú)法測(cè)得純振動(dòng)光譜，故通常所測(cè)得的光譜實(shí)際上是振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)光譜，簡(jiǎn)稱振轉(zhuǎn)光譜。原子分子的振分子的振動(dòng)運(yùn)動(dòng)可近似地看成一些用彈簧連以雙原子分子為例，若把兩原子間的化學(xué)鍵計(jì)的彈簧，長(zhǎng)度為r（鍵長(zhǎng)），兩個(gè)原子分子量為m1、m2如果把兩個(gè)原子看成兩個(gè)小球，則它們之間的伸縮振動(dòng)可以近的看成沿軸線方向的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，因此可以把雙原子分子稱為諧振子 系的振動(dòng)頻率υ，由經(jīng)典力 定律）可導(dǎo)出

mBC——光速（3×108m/s）K質(zhì)量，化學(xué)鍵越強(qiáng)，相對(duì)原子質(zhì)量越小，振動(dòng)頻率越高。（1）m增大時(shí)，減小亦即重的原子將有低的振動(dòng)頻率伸縮振動(dòng)CH———3300～2700cm-CO———1300～1000cm-（2）k值增大則增大。即原子間的鍵能越大，振動(dòng)頻CC:＝1300cm-C=C:＝1600cm-CC:＝2200cm-二.多原子分子基本振動(dòng)的類雙原子分子只有一種振動(dòng)模式,即伸縮振伸縮振動(dòng)：對(duì)稱伸縮振動(dòng) 稱伸縮振 對(duì)as:2926cm-1 s:2853cm-剪切振面內(nèi)剪切振面內(nèi)搖面外搖（2）三.紅外光譜的產(chǎn)生條物質(zhì)能吸收電磁輻射應(yīng)滿足兩個(gè)條件，即輻射應(yīng)具有剛好能滿足物質(zhì)躍遷時(shí)所需的能量分子在發(fā)生振動(dòng)能級(jí)躍遷時(shí)，需要一定的能量，能量由紅外光提供。輻射與物質(zhì)之間有相互作第一個(gè)條件當(dāng)一定頻率（一定能量）的紅外光照射分子時(shí)，如果分子中某個(gè)基團(tuán)的振動(dòng)頻率和外界紅外輻射的頻率一致，就滿足了第一個(gè)條件。為滿足第二個(gè)條件，分子必須有偶極矩的改變什么樣的分子有偶極矩的變化 極性分什么是極性分子 正負(fù)電荷中心不重合的分通常用分子的偶極矩來(lái)描述分子極性的大小=q· 在振動(dòng)過(guò)程中d的瞬時(shí)值亦的也發(fā)生相應(yīng)的改變，分第二個(gè)條上述物質(zhì)吸收輻射的第二個(gè)條件，實(shí)質(zhì)是外界輻射遷移它的能量到分子中去。而這種能量的轉(zhuǎn)移是通過(guò)偶極距的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。只有發(fā)生偶極距變化的振動(dòng)才能引起可觀測(cè)的紅外吸收譜帶，我們稱這種振動(dòng)活性為紅外活性的，。偶極子在交變電場(chǎng)中的作用 例1：水分子例2：CO2：有一種振動(dòng)無(wú)紅外活峰的個(gè)數(shù)與振動(dòng)形式有關(guān)，實(shí)際上紅光譜圖上的吸收峰遠(yuǎn)小于理論上計(jì)算的振動(dòng)數(shù)。原因?yàn)椋簺]有偶極矩變化的振動(dòng)，不產(chǎn)生紅外吸相同頻率的振動(dòng)吸收 ，即簡(jiǎn)并有些吸收帶落在儀器檢測(cè)范圍因此若用連續(xù)改變頻率的紅外光照射某試樣，根據(jù)試樣中的各個(gè)基團(tuán)對(duì)不同頻率的紅外光的吸收性質(zhì)，使通過(guò)試樣后的紅外光在一些波長(zhǎng)范圍內(nèi)變?nèi)酰ū晃眨诹硪恍┓秶鷥?nèi)則較強(qiáng)（不吸收）。將分子吸收紅外光的情況用儀器記錄，就得到該試樣的紅外吸收光譜圖。紅外光譜的吸收強(qiáng)度和表示方如果紅外光去照射樣品，并將樣品對(duì)每一種單色的吸收情況記錄，就得到紅外光譜。聚乙烯的紅外光譜 (a)透過(guò)光譜圖(b)吸收光譜透光

T%

I100%I0I0—入射光I—入射光被樣品吸收后透過(guò)的光強(qiáng)度吸光

AlgT

lgI0I橫坐標(biāo)：表示波長(zhǎng)或波數(shù),波數(shù)是波長(zhǎng)的倒數(shù)，（cm-四.紅外吸收峰的強(qiáng)分子振動(dòng)時(shí)偶極矩的變化不僅決定了該分子能否吸收紅外光產(chǎn)生紅外光譜，而且還關(guān)系到吸收峰的強(qiáng)度。根據(jù)量子理論，紅外吸收峰的強(qiáng)度與分子振動(dòng)時(shí)偶極矩變化的平方成正比。因此，振動(dòng)時(shí)偶極矩變化越大，吸收強(qiáng)度越強(qiáng)。最典型的例子是C＝O基和C＝C＝基的吸收是非常強(qiáng)的，常常是紅外譜圖中最強(qiáng)的吸收帶；＝C基的吸收則有時(shí)出現(xiàn)，有時(shí)不出現(xiàn)，即使出現(xiàn)，相對(duì)地說(shuō)強(qiáng)度也很弱。它們都是不飽和健，但吸收強(qiáng)度的差別卻如此之大，就是因?yàn)镃＝基在伸縮振動(dòng)時(shí)偶極距變化很大，因而＝基的躍遷幾率大，而＝雙鍵則在伸縮振動(dòng)時(shí)偶極矩變化很小。征峰與相紅外光譜的最大特點(diǎn)是具有特征性分子的振動(dòng)實(shí)質(zhì)上是化學(xué)鍵的振動(dòng)（3500－3100cm-1）也出現(xiàn)吸收峰的吸收峰，上稱為相關(guān)峰。但基團(tuán)頻率在不同分子中也表現(xiàn)為一小范圍內(nèi)的基團(tuán)頻率位移例如：C=O基的伸縮振動(dòng)頻率范圍為1850～1600cm-1，如果C=O基分別與C，O，N原子相連C=O譜帶的頻率分別為：1715cm-1，1735cm-1，1680cm-1。根據(jù)這一差光譜——分子振動(dòng)光譜——振動(dòng)能級(jí)躍遷所需要的能＜＜入射光子的能＜電子能級(jí)躍遷所需要的能分子吸收光子后處于不穩(wěn)定的準(zhǔn)激發(fā)（虛能態(tài)），但不穩(wěn)定