2 红外光谱法.pptVIP

红外光谱法 1　概述 红外线是指波长在780nm～1000μm之间的电磁波。 通常，人们把红外线分成 3 个区域： 近红外区：0.78～2.5 (μm) 中红外区：2.5～50 (μm) 远红外区：50～1000 (μm) （不同的资料上有不同的分区区间值）。 红外线的波长通常不以nm或μm表示，而是以“波数”表示， 波数是波长的倒数，表示：每厘米光程中波的数目。 单位为： cm－1 (1/cm)。 波长与波数的关系： σ(cm－1)＝104/λ(μm) 前一章我们讨论到分子的振动和转动能级与红外光的能量相当，而其中振动能级则主要对应于中红外区。 　　所以，红外光谱主要是讨论分子振动能级跃迁时对红外光线的吸收规律。 由于 绝大多数有机化合物的强吸收带均落在中红外区，所以，中红外区是红外光谱法测定化合物应用最多的波长区间。 （这与紫外吸收光谱相似） 　　红外光谱分析常用波长： 2.5～25 (μm) 4000～400 cm－1 （必须牢记，考试必考） 2 红外吸收光谱的产生 　　 3.1 伸缩振动 　键长沿键轴方向作周期性变化的振动称为伸缩振动，是对于单个化学键而言的。 如 HCl 、C－H、O－H、C=O、C=C等双原子分子或双原子基团。 对于二个或二个以上互为相邻的化学键而言，如CO2、H2O、＞CH2 、－CH3、CH4 等 3 个或 3 个以上原子分子或基团。 　 还有： 对称伸缩振动、 反对称伸缩振动 之别。 以CO2分子为例：（CO2分子为线性分子） 　　 　←　　 →　　 　　←　 　← 　O＝C＝O　　 　　 O＝C＝O　 　→　 　← 　　→ → 　　　　 　 对称伸缩振动 　　　 反对称伸缩振动 　　 再以亚甲基为例： 　　同理，3 个以上原子分子或基团如： －CH3、CH4 等 也存在对称伸缩振动（完全同步）、反对称伸缩振动 （不完全同步）。 3.2 弯曲振动（变角振动） 　　仍以CO2分子为例： 　 　 　 　↑ ↑ 　　⊕ ⊕ 　　　O＝C＝O 　　 O＝C＝O 　　　 　↓ ⊙ 　　　　 　　 　 面内弯曲振动 　　　 面外弯曲振动 再以亚甲基为例： 3.3 摇摆振动 　　　　　　　　　　　 　　 ⊕ 　 ⊕ 3.4 扭曲振动 　　　 ⊕ 　 　　　　　　 　 ⊕ 3.5 全对称变形振动 　　为综合对称振动，既有摇摆振动，又有变角振动，这种振动非常特殊。 振动形式小结 伸缩振动：对称伸缩、反对称伸缩 变形振动：面内 　　　　　　　剪式振动、面内摇摆振动 　　　　　面外 　　　　　　　扭曲振动、面外摇摆振动 　　　　　综合 　　　　　　　全对称振动 　　　　　　 　　　　　　（必须牢记考试必考） 3.6 振动自由度 所谓的振动自由度即振动形式种数。 分子的振动自由度也就是分子总的振动形式种数。 如 H－Cl 分子振动自由度为 1，即表示 H－Cl 有一种振动形式或者说有一种振动类型。 分子中每个原子都有三个自由度（x、y、z 三维空间），n 个原子分子有 3n 个自由度。 但分子质心的平移运动（沿x、y、z轴方向）和整体绕轴运动（以 x、y、z 为轴心）不产生振动，所以 n 个原子分子的振动形式有 3n－6 个（但直线型分子为 3n－5 个——因为直线型分子只有二维结构）。 如 H2O分子有 3n－6 = 3 个振动自由度，即：对称伸缩振动，反对称伸缩振动、变角振动(剪式振动)。 想一想：水分子有没有“面内摇摆、面外摇摆和扭曲振动” 思考： HCl 分子的振动自由度是几？振动形式有几种类型？ H－Cl 分子为线性分子，振动自由度为 3n－5 = 1，表明 H－Cl 仅有一种振动形式，即只有伸缩振动。 另外，CO2分子为线性分子，它有 3n－5 = 4 个振动自由度。 ←　　 →　　 ←　 　← ↑ ↑ ⊕ ⊕ O＝C＝O　　 O＝C＝O　　 O＝C＝O O＝C＝O →　 　← → → ↓