第6章 红外分光光度法(新.ppt

第6章 红外分光光度法 6.1 概述 6.2 基本原理 6.3 典型光谱 6.4 红外分光光度计与制样 6.5 光谱解析法与示例 6.6 定量分析方法 6.1 概述 6.1.1 红外线的区划 6.1.2 红外吸收光谱的表示方法 6.1.3 红外光谱与紫外光谱的区别 6.1.4 用途 6.1 概述6.1.1红外线的区划 红外线波长在0.76~500μm区间，位于可见光和微波之间，能量E=0.00124~2.48eV，与有机化合物基团的振动-转动能级跃迁所需能量相当。由于分子的振动-转动能级跃迁引起的光谱，称为红外光谱(IR)。 6.1 概述6.1.2 红外吸收光谱的表示方法 红外吸收光谱一般纵坐标用透光率表示，横坐标用波数表示。波数就是单位长度1cm所含电磁波的数目，即波数是波长的倒数。表示符号和单位： 6.1 概述6.1.2 红外吸收光谱的表示方法 红外光谱举例 聚苯乙烯 阿司匹林 香草醛 6.1 概述6.1.2 红外光谱与紫外光谱的区别 6.1 概述6.1.4 用途 红外光谱，主要用于定性鉴别，结构分析； 在定量分析方面准确度、重复性都不好，不常用。 6.2 基本原理 6.2.1 振动能级与振动光谱 6.2.2 振动形式 6.2.3 基频峰与泛频峰 6.2.4 特征峰与相关峰 6.2.5 吸收峰的位置 6.2.6 吸收峰的强度 6.2 基本原理6.2.1 振动能级与振动光谱 价电子能级、振动能级、转动能级的涵盖关系比较 6.2 基本原理6.2.1 振动能级与振动光谱 HCl(g)伸缩振动引起的高精度红外吸收光谱 精细小峰是振动能级的影响 6.2 基本原理6.2.1 振动能级与振动光谱 6.2 基本原理6.2.1 振动能级与振动光谱 分子振动过程的位能曲线 振动总能量(EV)与振动位能(U )和动能(T )的关系： EV＝U＋T。 平衡处：U=0，EV=T； 最远处：T=0，EV=U； 任意处： 6.2 基本原理6.2.1 振动能级与振动光谱 将跃迁能级差与红外线能量相联系，当照射的红外线能量与跃迁能级差相同时，则会共振吸收。也就是照射的红外线频率与振动频率相同，是产生红外吸收光谱的必要条件之一。 6.2 基本原理6.2.2 振动形式 讨论分子振动形式→了解吸收峰的起源(由什么振动形式的能级跃迁引起)；讨论振动形式的数目→了解基频峰的可能数目；由振动形式及其数目→了解化合物的吸收峰多而复杂的原因。 6.2 基本原理6.2.2 振动形式 6.2 基本原理6.2.2 振动形式 振动形式举例 6.2 基本原理6.2.2 振动形式 简正振动的数目称为振动自由度。每个振动自由度对应于红外光谱上的一个基频吸收带。分子的空间自由度取决于构成分子的原子在空间中的位置。每个原子的空间位置可以用直角坐标中x、y、z三维坐标表示，即有三个自由度。 由N个原子组成的分子，有3N个总自由度(运动状态)，包括振动、平动和转动自由度，即 3N＝振动自由度＋平动自由度＋转动自由度 6.2 基本原理6.2.2 振动形式 平动自由度为整体分子的质心沿着x、y、z三个坐标轴的平移运动，有3个自由度。转动自由度为整体分子绕着x、y、z三个坐标轴的转动运动。非线形分子绕三个坐标的转动有3个自由度；直线性分子只有2个转动自由度。即： 非线形分子：振动自由度＝3N－6 线形分子： 振动自由度＝3N－5 6.2 基本原理6.2.2 振动形式 6.2 基本原理6.2.2 振动形式 H2O(非线形分子)振动自由度数=3×3-6=3；CO2(线形分子)振动自由度数=3×3-5=4。 6.2 基本原理6.2.3 基频峰与泛频峰 分子吸收一定频率的红外线，若振动能级由基态跃迁至第一振动激发态时，所产生的吸收峰称为基频峰。基频峰的强度大，是最主要的一类吸收峰。 每个基本振动不一定都产生基频峰，原因是： 简并：振动形式不同但振动频率相等的现象。例如CO2的面内与面外弯曲振动，基频峰均为667cm-1。 红外非活性振动：不能吸收红外线发生能级跃迁的振动称为红外非活性振动，反之为红外活性振动。 6.2 基本原理6.2.3 基频峰与泛频峰 产生非活性振动的原因：是由于对称伸缩振动的偶极矩变化为零。同核双原子分子无红外吸收(如H2、O2) 。全对称伸缩振动没有红外活性，也不产生红外吸收(如CO2、SO2)。偶极矩μ是电荷q与正负电荷重心间距离r的乘积：μ＝q·r。 6.2 基本原理6.2.3 基频峰与泛频峰 倍频峰、合频峰差、差频峰统称为泛频峰。 6.2 基本原理6.2.4 特征峰与相关峰 用于鉴别官能团存在的吸收峰称为特征峰。 例6-2：正癸烷、正癸腈、正癸烯-1的IR谱，识别－CH＝CH2和－C≡N的特征吸收