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第三章 红外光谱（INFRARED SPECTRoscoAPY） 红外光谱的用途（INFRARED SPECTRAPY） 红外光谱是表征物质微观结构特别是化学结构的快捷方法 红外光谱是鉴定未知物的首选仪器分析手段 红外光谱（INFRARED SPECTRAPY） 一 基本概念 二 物理原理 三 基团特征频率及影响因素 四 红外光谱仪的结构与测量原理 五 红外光谱在聚合物中的应用 一 基本概念 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率的辐射，并由其振动运动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生的分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，从而形成的分子吸收光谱称为红外光谱。又称为分子振动转动光谱。 1.1 划分成光谱区的电磁波总谱 1.2 红外光的性质 1.3 红外光谱图 红外光谱是物质对红外光的透过百分数或吸光度对红外光 波长或波数的关系曲线 1.4 习惯名称 * 中红外光谱就是我们通常所说的“ 红外光谱 ” *而近红外光谱和远红外光谱则不可省略简称 *专业习惯上红外光谱吸收峰常被称作谱带（Spectra Band）。 二 物理原理 2.1 红外吸收的本质 ※ 分子运动的特点：只有与其动能的两个能级之差相等的能量才能使分子发生跃迁。分子运动的能量是量子化的。 ※ 分子吸收的能量由下式表示： E=hv=hc/λ ※ 分子吸收光子后，依能量的大小不同可引起分子的振动、转动及电子能级的跃迁等。 ※ 红外光谱是由于分子的振动和转动引起的，因而又称为“分子振转光谱”。 2.2 分子振动 分子振动是组成分子的原子或原子基团振动的总称 分子振动的形式可简化为两类： 伸缩振动和变角振动（变形振动） 伸缩振动 特点：键长变化、键角基本保持不变 又称伸展振动（Stretching Vibration）， 习惯用ν表示(如νC-O)。 变角振动 特点:键角改变、键长基本保持不变 又称变形振动(Deformation Vibration） 习惯用δ表示(如δC-H)。 2.3 分子的振动形式 由n (n2)个原子组成的分子的振动形式 非线型分子存在3n-6种振动方式。 如：H2O有3种。 而线型分子则存在3n-5种振动方式。 如：CO2有4种振动方式。 CH2基团的6种振动方式 2.4 红外吸收条件 并非所有分子振动都会吸收与其振频相同的红外光。 1.只有当吸收的红外辐射的能量与产生能级跃迁的能量（两能级的动能差）相等时才会产生红外吸收。 2.只有那些引起整个分子偶极矩变化的分子振动才能吸收同频红外光，因而才具有“红外活性”。 2.5 基频吸收和泛频吸收 基频吸收 泛频吸收 分子除了可吸收与“红外活性”振动频率相同的红外光外，还可吸收以该频率为“基频”的泛频红外光。 泛频：倍频，合频，差频。 泛频吸收主要出现在远红外和近红外光谱图中，其吸收峰较弱 2.6 简并 由于多种原因，呈现在谱图上的吸收峰的个数通常少于分子中具备红外活性的分子振动数目。主要原因之一是分子振动的“简并”。 简并 简并即分子中许多振动的振频相同或很相近时，它们的吸收谱带叠加在一起，合为一个谱带。 例如：CO2的面内和面外弯曲振动，两者振动方向相垂直，但振动方式是相同的，简并为一个谱带（668cm -1 ）。 2.7 红外谱图解析三要素 峰的位置 峰的强度 峰的形状 2.7.1 峰的位置 用经典力学方法把双原子分子的振动形式用两个刚性小球的弹簧振动来模拟，如下图所示: 2.7.1 峰的位置 K：键力常数 u: 折合质量 u=m1*m2/(m1+m2) m1,m2分别为两键接原子的相对原子质量 例：C-C , C=C, C C原子质量相同，吸收频率则主要由键力常数决定： C C 2400~2100 cm-1 C=C 1900~1500 cm-1 C-C 小于1300 cm-1 峰的位置是表明某一基团存在的最有用的特征，即谱带的特征振动频率。依照特征峰的位置可以确定聚合物的类型。 2.7.2 峰的强度 *红外吸收谱带的强度与分子数有关，也与分子运动所引起的偶极矩大小：偶极矩变化越大，吸收强度越大。 *一般分子或基团极性越大其吸收峰越强：C=O、NH2、Si-O、C-Cl、C-F等吸收强度较大，C=C、C=N、C-C、C-H等吸收强度较