红外光谱分析法2012解析.ppt

红外光谱分析法 郑秀玉 一、红外光谱区 红外线：波长在0.75~1000μm之间的电磁波。这个光谱区间称为红外光区。 红外光谱区介于可见光区和微波区之间。 二、基本原理 简正振动 简正振动的振动状态是分子质心保持不变，整体不转动，每个原子都在其平衡位置附近做简谐振动，其振动频率和位相都相同，即每个原子都在同一瞬间通过其平衡位置，而且同时达到其最大位移值。 简正振动的基本形式 伸缩振动 变形振动 1、伸缩振动 原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角不变的振动称为伸缩振动，用符号v表示。 2、变形振动——弯曲振动或变角振动 （2）面外变形振动 非平面摇摆振动（ω） 扭曲振动（τ） 三、红外吸收光谱 如果用连续改变频率的红外光照射某试样，由于试样对不同频率的红外光吸收的程度不同，使通过试样后的红外光在一些波数范围减弱了，在另一些波数范围内较强，由仪器记录该试样对红外光的吸收曲线称为红外吸收光谱。 3、红外光谱的分区 官能团区：1330-4000cm-1。区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，易于辨认，常用于鉴定官能团。 广泛用于分子结构的基础研究和化学组成的研究上，诸如对未知物的剖析，判断有机化合物和高分子化合物的分子结构，化学反应过程的控制和反应机理的研究等，应用于生物化学、高聚物、环境、染料、食品、医药等领域。 * 波长与波数的关系： σ（cm-1)= 1 λ(cm) = 104 λ(μm) 名称 λ（μm） σ（cm-1) 近红外区 0.75~2.5 13300~4000 中红外区 2.5~25 4000~400 远红外区 25~1000 400~10 通常将红外光谱划分为三个区域：近红外区、中红外区、远红外区。 (1) 对称伸缩振动 (2)不对称伸缩振动 符号vs 符号vas 基团键角发生周期变化而键长不变的振动称为变形振动。 （1）面内变形振动 剪式振动（δ） 平面摇摆振动（ρ） 不同的振动方式具有不同的能量，故分为若干振动能级。同一振动能级又包含若干转动能级。 红外区的电磁能量较低，不足以使分子产生电子能级的跃迁，只能引起分子的振动和转动能级跃迁，当物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一致时，分子就吸收红外光的能量，从原来的基态振动能级跃迁到能量较高的振动能级。红外吸收光谱是由于物质吸收红外光的能量，引起分子中振动、转动能级的跃迁而产生的。因此，红外吸收光谱是分子的振动、转动光谱。 红外光谱以T~?或T~σ 来表示。 苯酚的红外光谱 σ/cm-1 设分子的原子数为n ? 对非线型分子,理论振动数=3n-6 如H2O分子，其振动数为3×3-6=3 1、 理论振动数（峰数） ? 对线型分子，理论振动数=3n-5 如CO2分子，其理论振动数为3×3-5=4 理论上，多原子分子的振动数应与谱峰数相同，但实际上，谱峰数常常少于理论计算出的振动数，这是因为： c）仪器分辨率或灵敏度不够，有些谱峰观察不到。 b）谱线简并（振动形式不同，但其振动频率相同，如CO2分子的面内与面外弯曲振动）； a）对称性强的分子不出现红外光谱， 如CO2分子的对称伸缩振动；同核分子，如O2、H2等。 2、 谱带强度 分子对称度高，振动偶极矩小，产生的谱带就弱；反之则强。 如C=C，C-C因对称度高，其振动峰强度小；而C=X，C-X，因对称性低，其振动峰强度就大。峰强度可用很强（vs）、强（s）、中（m）、弱（w）、很弱（vw）等来表示。 指纹区：600-1330cm-1，区域谱带特别密集，且不同分子有不同的特征，犹如人的指纹，对于区别结构类似的化合物很有帮助。 4、 振动频率 （1）基团频率 通过对大量标准样品的红外光谱的研究，处于不同有机物分子的同一种官能团的振动频率是非常相近的，都在一较窄的频率区间出现吸收谱带，这种吸收谱带的频率称为基团频率。这是因为连接原子的主要为价键力，处于不同分子中的价键力受外界因素的影响有限，即各基团有其自已特征的吸收谱带。 氢键伸缩振动区：4000-2500cm-1 2500-2600 -SH 3030附近 苯环中C-H 2890-3300