紅外基本原理

紅外吸收光譜法第十章Infraredabsorptionspectroscopy(IR)2023/2/1本章的主要內(nèi)容第1節(jié)概述第2節(jié)紅外吸收光譜法基本原理第3節(jié)紅外光譜與分子結(jié)構(gòu)第4節(jié)紅外光譜儀器2023/2/1本章的基本要求理解紅外光譜產(chǎn)生的兩個(gè)條件掌握有機(jī)物的基團(tuán)特征頻率及指紋區(qū)的特征吸收掌握影響基團(tuán)頻率位移的主要因素了解FT-IR儀的基本組成部件的作用及特點(diǎn)了解有機(jī)物譜圖解析的一般方法2023/2/1第一節(jié)

概述

introduction2023/2/1近紅外區(qū)0.78-2.5m中紅外區(qū)2.5-25m遠(yuǎn)紅外區(qū)25-1000m輻射分子振動(dòng)能級躍遷紅外光譜官能團(tuán)分子結(jié)構(gòu)紅外光譜法2023/2/1能級躍遷

振動(dòng)能級躍遷時(shí)總伴隨有轉(zhuǎn)動(dòng)能級躍遷。紅外吸收峰(帶)可以用峰位，峰形，峰強(qiáng)描述。2023/2/1紅外光譜圖縱坐標(biāo)為透過率%，有時(shí)使用吸光度A橫坐標(biāo)為波數(shù)

(cm-1)

，過去常用波長λ（

m）。2023/2/1定性：利用基團(tuán)的特征吸收頻率進(jìn)行有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)解析。定量：利用特征峰的吸收強(qiáng)度；朗伯-比爾定律特點(diǎn)1.應(yīng)用面廣2.不破壞樣品，對任何相態(tài)都適用3.特征性高，只要分子結(jié)構(gòu)不同，其IR譜圖肯定不同4.速度快，樣品用量少，適合于聯(lián)用紅外光譜的用途2023/2/1第二節(jié)

紅外吸收光譜法基本原理BasicprincipleofIR2023/2/1

(1)輻射的能量等于分子振動(dòng)躍遷所需的能量—即能級差；(2)分子振動(dòng)時(shí)有瞬間偶極矩變化。紅外活性

infraredactive有偶極矩變化，有紅外活性。如H2O，HCl,CO2(動(dòng)畫)非紅外活性

infraredinactive沒有偶極矩變化，輻射不能引起共振，無紅外活性。如：N2、O2、Cl2

等。一.紅外光譜產(chǎn)生的條件2023/2/1例2CO2分子

（有一種振動(dòng)無紅外活性）(動(dòng)畫)2023/2/1二.分子振動(dòng)方程(1)雙原子分子的振動(dòng)看作簡諧振動(dòng)(2)化學(xué)鍵的振動(dòng)類似于連接兩個(gè)小球的彈簧假設(shè):（與峰位有關(guān)）2023/2/1任意兩個(gè)相鄰的能級間的能量差為：

K化學(xué)鍵的力常數(shù)（forceconstant），與鍵能和鍵長有關(guān)，

為雙原子的折合質(zhì)量（reducedmass）=m1m2/（m1+m2）

結(jié)論：發(fā)生振動(dòng)能級躍遷需要能量的大?。ɑ虍a(chǎn)生吸收峰的頻率）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。2023/2/1

例題:

由表中查知C=C鍵的K=9.59.9,令其為9.6,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1652cm-1表某些鍵的伸縮力常數(shù)（毫達(dá)因/埃）2023/2/1鍵類型—CC—>—C=C—>—C—C—力常數(shù)15179.59.94.55.6

峰位

2100-22501600-1680800-1200cm-1

結(jié)論：化學(xué)鍵越強(qiáng)（即鍵的力常數(shù)K越大），則其振動(dòng)頻率越大，即吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。Conclution:

Strongerchemicalbondstendtocauseincreasesinobservedfrequencies.1.鍵強(qiáng)度對峰位的影響2023/2/1GroupC-HC-CC-ClC-BrC-I峰位30001000800-600600-500500-200cm-1Conclution:

Lighteratomicmassestendtocauseincreasesinobservedfrequencies.結(jié)論：原子的質(zhì)量越小，產(chǎn)生的吸收峰頻率越高，即吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。2.原子質(zhì)量對峰位的影響2023/2/1二、分子中基團(tuán)的基本振動(dòng)形式伸縮振動(dòng)Stretchingvibration

(動(dòng)畫)變形振動(dòng)Deformationvibration

1．兩類基本振動(dòng)形式不對稱伸縮

asymmetric

對稱伸縮

symmetric面內(nèi)變形

inplane面外變形

out-of-planebasicvibrationofthegroupinmolecule2023/2/1例１水分子（非對稱分子）（1）峰位(peakposition)２．峰位、峰形與峰強(qiáng)規(guī)律：同一基團(tuán)的伸縮振動(dòng)頻率總高于其變形（彎曲）振動(dòng)。

化學(xué)鍵的力常數(shù)K越大，原子折合質(zhì)量越小，鍵的振動(dòng)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)）。動(dòng)畫2023/2/1（2）峰形與分子間作用力有關(guān)，作用力越強(qiáng)，峰越寬。例如，氫鍵可使O-H吸收峰變寬,與N-H吸收峰有明顯區(qū)別。氣態(tài)水與液態(tài)水的區(qū)別。(bandwidth)2023/2/1O-H與N-H的峰形比較2023/2/1O-H與N-H的峰形比較2023/2/1(peakintensity)問題：C=O強(qiáng)；C=C弱；為什么？（3）峰強(qiáng)衣糠酸2023/2/1B.

不對稱伸縮>對稱伸縮>變形振動(dòng)C.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；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；A.瞬間偶極距變化大，吸收峰強(qiáng)；鍵兩端原子電負(fù)性相差越大（極性越大），吸收峰越強(qiáng)；吸收峰強(qiáng)度偶極矩變化值的平方對稱性差偶極矩變化大吸收峰強(qiáng)度大一般規(guī)律（3）峰強(qiáng)2023/2/1SummaryofTheKeyPoints2.每種基團(tuán)的特征頻率都在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)，利用峰位，峰形和峰強(qiáng)可以進(jìn)行基團(tuán)結(jié)構(gòu)的確認(rèn)。3.基團(tuán)的峰位由它的振動(dòng)形式?jīng)Q定，振動(dòng)形式分為伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)。伸縮又分為對稱伸縮和不對稱伸縮；彎曲分為面內(nèi)和面外。1.