第8章 红外吸收光谱法（课件）- 《分析化学》同步教学（海洋大学版）

第 8 章 红外吸收光谱法 Infrared Absorption Spectroscopy ，IR §8.1 红外光谱分析基础 §8.2 基团频率和特征吸收峰 §8.3 红外光谱仪 §8.4 红外分析中试样的制备 §8.5 红外光谱的应用 §8 红外吸收光谱法 IR ΔE分子 = ΔE振动 + ΔE转动 = h(Δν振动 + Δν转动 ) = hc / (λ振动 + λ转动 ) ΔE振动 ~ 0.05 ~ 1ev, λ振动 ~ 25 ~ 1.25μ m ΔE转动 ~ 0.005 ~ 0.05ev, λ转动 ~ 250 ~ 25μ m 一、概述 1、红外光谱：分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。 故也称分子的振-转光谱。 E1 作用： 有机化合物的结构解析的重要工具， 根据有机化合物红外特征 吸收频率， 确定化合物结构中的基团；也可依据特征峰的强度 变化进行定量分析。 §8. 1 红外光谱分析基础 分子振动吸收光谱 分子转动吸收光谱 J J J J υ 0 υ 1 υ 2 E0 0 0 0 0 2 2 2 2 3 3 3 3 1 1 1 1 远红外光谱区：  气体分子的转动能级跃迁  液体与固体中重原子的伸 缩振动  晶体的晶格振动  某些变角振动、骨架振动 -异构体的研究  金属有机化合物、氢键、 吸附现象研究 该光区能量弱,较少用于分析 近红外光谱区：  低能电子能级跃迁  含氢原子团：-OH、 -NH 、-CH伸缩振动的 倍频吸收峰  稀土及过渡金属离子 配位化学的研究对象  适用于水、醇、高分 子化合物、含氢原子 团化合物的定量分析 红外吸收光谱法： 分子的振动、转动 2.5-25 μm 应用最为广泛的红 外光谱区 波谱区 近红外光 中红外光 远红外光 波长/μm 0.75~2.5 2.5~50 50~1000 波数/ cm-1 13333~4000 4000~200 200~10 2、红外光谱的区的划分（0.75~1000μm） 分子转动 一、概述 基频吸收光谱区 跃迁类型 分子振动 3、红外光谱与有机化合物结构 红外光谱图（倒峰）： 纵坐标为透光比 T %； 横坐标为波长λ (μm） 和波数σ （cm-1 ）。 可以用峰数、峰位、峰形、峰强来描述。 应用：有机化合物的鉴定和结构解析。 定性：基团的特征吸收频率。 定量：特征峰的强度。 一、概述 二、红外光谱的产生 满足两个条件： (1) 辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2) 辐射与物质间有相互偶合作用。 没有偶极矩变化的振动跃迁， 无红外活性： 如：单原子分子、对称分子：He 、Ne 、N2 、O2 、Cl2 、H2 等。 没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。 如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁， 有红外活性。 ↑ 如：非对称分子：有偶极矩，红外活性。 没有偶极矩变化、但是有极化度变化的振动跃迁，有拉曼活性。 §8. 1 红外光谱分析基础 三、分子振动 1、双原子分子的简谐振动 分子的两个原子以其平衡点为中心， 以很小的振幅（与核间距相比） 作周期 性“简谐 ”振动(谐振子)。 根据经典力学的虎克定律： k ----化学键的力常数(达因) ，与键能和键长有关； μ ----双原子的折合质量: μ =m1 m2/(m1+m2) 如将原子的实际折合质量（通过Avogaro常数计算）代入，则有: §8. 1 红外光谱分析基础 一 -1 1 v(cm ) = = λ = 1307 μ ΔE振动 = ~ v(cm-1 ) = μ v(Hz) = μ k μ k μ κ k k 2πC 2πC 2π 1 1 1 1、双原子分子的简谐振动 例1: 由表中查知 C=C 键的 k= 9.5 ～9.9 (N/cm) ,令其为9.6, 计算正己烯 中C=C键伸缩振动频率， 实测值为1652 cm-1 例2 : 由表中查知 H-Cl 键的k = 4.8 ,计算波数值正己烯中H-Cl键伸缩振 动频率实测值为2892.6 cm- 1 (N/cm), 实验值：2885.9cm-1 v(cm-1 ) = 1370 μk = 1307 = 2892.6 1.008 35.45 1.008 + 35.45 三、