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第十章 红外吸收光谱分析法(infrared,IR) ? 一.概述 1. 产生原因 :由于分子吸收红外光后，分子中的振动能级和转动能级发生跃迁所产生，又称转动振动光谱。 优点：快速，灵敏度高（定性） 测试样品量少（气，液，固） 测试完毕不破坏样品。 丰富的基团信息. 缺点：制样太困难 2．应用 定性：化合物结构的推断和验证， 包括分子健长，键角的测定（基团，同分异构，立体结构） 结构化学，官能团定性。 吸收弱，峰尖锐。 定量： 混合物中各组分含量的测定。 3．区域划分（P.88） λum ν（ cm-1 ） M cm mm 近红外 0.8--2.5 12500-4000 um = 10-6 中红外 2.5--25 4000--400 nm = 10-9 远红外 25--1000 400--10 pm = 10-12 波数ν cm-1， 概念：波长的倒数。 物理意义——每厘米光波长中波的数目不同物质对红外辐射的吸收不同，其红外光谱图也不相同。 吸收光谱的谱带强度服从朗伯—比尔定律，定性、定量 物质结构分析的理论依据 二.红外光谱分析原理 1. 满足两个条件：某红外光具有刚好能满足物质振动能级跃迁时所需的能量；红外光与物质之间有 偶合作用。有 偶极矩 变化，这时物质的分子就产生红外吸收。 2. 偶极矩 μ === q * d 振动偶合 增加振动能 振幅加大 振动基态——激发态 红外活性振动 红外非活性振动—对称分子 3.分子振动的形式 （1）双原子分子的振动与振动光谱 例如：O2 （d = O，μ= O）； H2（d = O μ= O）； HCl （d ≠ O，μ≠O） 振动方程：P.89 计算结果： 表6-1 P.91 基团频率 红外谱图，横坐标：波数ν cm-1 纵坐标：T（透光率） （2）多原子分子的振动与振动光谱 伸缩 剪式 扭曲振动 面内 ， 面外弯曲 ， 摇摆 例如： H2O CO2 (3).基本振动的理论数 多原子 三个自由度 左右 上下 前后 总自由度=平动自由度+转动自由度+振动自由度 总自由度=3N，平动自由度=3 转动自由度：：线性分子=2 非线性分子=3 线性：振动自由度=3N—3—2 = 3N--5 非线性：振动自由度=3N—3—3 = 3N--6 例如：CO2 3 n—5 = 4(P.90) （但只有两个吸收峰） O = C = O ，对称 △U = 0，1388cm-1 O = C = O，反对称△U≠0, 2349cm-1 O = C = O ，面内变形, 667cm-1 O = C = O，面外变形, 667cm-1, 简并对称性愈高, 简并愈多 1.烷烃的红外光谱：A：2850~2950 cm—1 C---H 伸缩振动 B：1450cm—1 C---H2 剪式振动 C：1380 cm—1 C---H2 面外弯曲 D：720~780 cm—1 C---H2 面内摇摆 2.稀烃：增加）E：3000~3100 cm—1 双键上 C---H 伸缩振动 F：1650 cm—1 双键中 C---C 伸缩振动 G: 900~1000 cm—1 双键上 C---H面外弯曲振动 3.炔烃：比烷烃分子增加了三键碳上的C---H 伸缩振动（ 3200 cm—1附近） C=C三键伸缩振动（ 2200 cm—1附近） 4.苯环：3000~3100 cm—1 苯环上 C---H 伸缩振动吸收区 1450~1550 cm—1 苯环的 伸缩振动吸收区 1050 cm—1 苯环上 C---H 在苯环面内的弯曲振动吸收区 670cm—1左右， 苯环上 C---H 在苯环面外 的弯曲振动吸收区 当苯环上 的H被取代后，取代的情况可从指纹区得到信息。 甲苯为单取代，面外弯曲，振动吸收区分裂成 690~710 cm