波谱分析论文.docVIP

红外光谱 【摘要】时至今日，波谱分析已经成为探究有机分子和生物大分子的最可靠、最有效的结构分析手段。因此掌握波谱实验法并利用谱图提供的结构信息，实为从事有机化学及相关学科工作民必需。在我国，理科院校有机波谱分析也已成为有机化学、有机分析的中心内容之一。对有机化合物的结构表征应用最为广泛的仪器分析法是：紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱质谱。本文就红外光谱综合阐述其原理。 【关键词】波谱分析，红外线谱 【引言】波普分析比较化学分析法：省时、省力、省 钱、快速、准确，样品消耗量是微克 级的，甚至更少。不仅可以研究分子的结构，而且还能探索到分子间各种集聚态的结构构型和构象的状况，对人类所面临的生命科学、材料科学的发展，具有极其重要的帮助。 一.概述 分子运动的方式除了吸收紫外线产生的分子中价电子跃迁之外，还有分子中化学键的振动和分子本身的转动，这些运动也需要吸收一定的辐射能量，但这些能量低于电子跃迁所需要的能量，所以吸收的波长较长，落在红外区，故红外光谱又称振转光谱。 1.波长及波数分布 近红外区：波长0.75μm ~ 2.5μm波数13330 cm-1~ 4000 cm-1 中红外区：波长2.5μm ~ 15.4μm波数4000 cm-1 ~ 650 cm-1 远红外区：波长15.4μm ~ 830μm波数650 cm-1 ~ 12 cm-1 绝大多数有机化合物红外吸收波数范围：4000 cm-1 ~ 665cm-1 透光度用下式表示：%100%0×=IIT I：表示透过光的强度； I0 ：表示入射光的强度。 2.红外光光谱图 横坐标：波数( )400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。 纵坐标：透过率（T %），表示吸收强度。T↓，表明吸收 的越好，故曲线的低谷表示是一个好的吸收带。 二. 基本原理 分子中的原子不是固定在一个位置上的，而是不停的振动。两个原子的距离可以发生变化，分子随原子间距离的增大，能量增高，分子从较低振动能级变为较高的振动能级。这种能级跃迁需要红外辐射提供能量，对于特定原子组成的分子，这两个能级之差是一定的，即对于特定的分子或基团，仅在一定的波长发生吸收。红外谱图中，从基态到第一激发态的振动吸收信号最强，所以红外谱主要研究这个振动能级跃迁产生的红外吸收峰。一般而言，一种振动方式对应于一个强的吸收。值得注意的是：并不是所有的振动都能引起红外吸收，只有偶极矩(μ)发生变化的，才会有红外吸收。H2 、O2 、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收; H―C≡C―H、R―C≡C―R，其C≡C（三键）振动也不能引起红外吸收。随原子数目增加，分子振动方式增加很快。一般多原子分子振动方式为3n-6种（n为分子中原子个数），因为振动方式是相应于红外吸收的，振动方式越多，红外吸收峰越多，因此，一般有机物的红外吸收是很复杂的。对每一个吸收峰都进行解析是不可能的，所以我们把注意力放在那些较强的特征吸收峰上，究官能团与这些特征吸收峰的关系，以达到识谱的目的。 三．产生红外光谱的必要条件是： 1. 红外辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能满足分子振动能级跃迁所需的能量，而产生吸收光谱。 2. 必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收光谱。 四．分子的振动自由度与峰数 1.红外光谱吸收峰数目取决于分子的振动自由度！含有n个原子的分子，在三维空间的总自由度数为3n。 分子自由度数(3n) = 平动自由度数+转动自由度数+振动自由度数 振动自由度数= 3n —（平动自由度数+转动自由度数） 线性分子 非线性分子 平动自由度数 3 3 转动自由度数 2 3 振动自由度数 3n - 5 3n - 6 理论上每个振动自由度都可产生一个吸收，但实际上吸收数目往往比振动自由度少！ 分子自由度数(3n) = 平动自由度数+转动自由度数+振动自由度数 振动自由度数= 3n —（平动自由度数+转动自由度数） 2.原因 2.1不发生瞬间偶极矩变化的振动过程不引起IR吸收； 2.2频率完全相同的振动彼此发生简并； 2.3强宽峰往往会覆盖与它频率相近的弱而窄的峰。 3.分子的偶极矩与峰强。 红外光谱吸收峰强是指每一峰的相对强度，用透光率表示。强弱符号表示：vs (very strong, 很强)、s (strong, 强)、m (medium,中)、w (weak, 弱)、v (variable, 可变)、b (broad, 宽) 谱带的强度会因操作条件及仪器而异，但一般来说主要取决于化合物的吸收特征，如果化合物分子吸收红外光的振动过 程中偶极矩变化越大则峰越强！如果样品浓度加大，峰强也