12.红外分光光度法（课件）- 《分析化学》同步教学（高教·第四版）

红外分光光度法基本原理 基频峰的峰数、峰位、峰强及其影响因素 常见有机化合物红外光谱 红外光谱解析 红外光谱技术进展 第十二章 红外分光光度法 1. 红外分光光度法基本原理 1.1 红外分光光度外示意图 光 源：能斯特灯或硅碳棒。 吸收池：红外透光材料制作。如NaCl、KBr岩盐窗片。 单色器：由色散元件、准直镜、狭缝构成。 岩盐棱镜(I), 光栅衍射(II), 干涉调频分光(III)。 检测器：热电型和光电导型。 光 源 样品池 参比池 单 色 器 检测器 记录装置 2 1.2 红外线及红外光谱区划分 红外线：0.76~1000μm的电磁波 红外光谱区划分 区域 波长（μm） 能级跃迁类型 近红外区 0.76~2.5 OH、NH、CH键倍频吸收 中红外区 2.5~25 分子振动、伴随转动 远红外区 25~1000 分子转动 1.3 双原子分子的振动位能曲线 re 平衡位置 伸 缩 平衡位置 缩 伸 B A U=1/2K(r-re)2 。 振动能级具有量子化特征。 能级间隔：谐振子（等距）； 非谐振子（不等距）。 基频峰V0→1；倍频峰V0→2，V0→3 ……。 V0→1，V0→2时实际位能曲线与理论位能曲线重合，可用谐振子的运动规律讨论化学键运动。 ① L=△V 振动能级：E振= (V+1/2)h 振动能级差: E=Vh 红外线能量: EL=h L 当EL=E可产生红外吸收 所以 L=△V 1.4 红外光谱产生的条件 ② △μ≠0 μ=qr 1.5 振动形式及其表示 伸缩振动  对称伸缩振动 s 不对称伸缩振动 as 弯曲振动 面内弯曲β 面外弯曲  剪式振动δ 面内摇摆  面外摇摆ω 蜷曲振动τ 2.基频峰的峰数、峰位、峰强及影响因素 2.1 基频峰数及影响因素 基频峰：由基态跃迁到第一激发态产生的吸收峰。 基频峰数=振动自由度（多数情况） 振动自由度: 非线性分子：3N-6 如 H2O 3 线性分子： 3N-5 如 CO2 4（理论） 2（实际） 9 影响基频峰数原因： 以CO2为例： 振动自由度=3×3-5=4 简并： βC=O= 667cm-1、 C=O= 667cm-1 红外非活性振动：△μ=0 sC=O = 1388cm-1 O=C=O O=C=O O=C=O O=C=O + - + sC=O = 1388cm-1 asC=O = 2350cm-1 βC=O= 667cm-1 C=O= 667cm-1 2.2 基频峰位及影响因素 基频峰位计算式： （弹簧谐振频率） （化学键振动频率） 变换：  → σ ， u → u' π 2 m f 1  = π 2  1  =  11 影响因素：以c=0为例 R—C—R O= R—C—H O= R—C—Cl O= R—C—R O= Ar—C—R O= Ar—C—Ar O= 诱导效应：邻近吸电子基团，使c=0向高波数位移。 共轭效应：邻近给电子基团，使c=0向低波数位移。 1715cm-1 1730cm-1 1780cm-1 σ 1715cm-1 1685cm-1 1650cm-1 σ 氢键效应：氢键的形成使c=0向低频位移 分子间氢键：向低波数位移，浓度越大，越 向低波数位移 分子内氢键：分子内C=O，-OH易缔合成 分子内氢键，使C=O， OH向 低波数位移，不受浓度影响。 化学键 -C-H =C-H ≡C-H 杂化类型 SP3 SP2 SP CH（cm-1）~2900 ~3100