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第4章 红外吸收光谱法 Infrared Spectroscopy ( IR ) 4. 红外吸收光谱法 4.1 概述 4.2 基本原理 4.3 红外光谱仪 4.4 试样的处理和制备 4.5 红外光谱法的应用 4.6 红外光谱技术进展 红外吸收光谱法（IR） 根据样品对不同波长红外光的吸收情况，来研究物质分子的组成和结构的方法。 IR 与 UV-Vis 的比较 相同点：都是分子吸收光谱。 不同点： UV-Vis 是基于价电子能级跃迁而产生的电子光谱;主要用于样品的定量测定。 IR 则是分子振动或转动能级跃迁而产生的吸收光谱;主要用于有机化合物的定性分析和结构鉴定。 4.1 概 述 红外光谱区域划分(0.78 ～1000μm) NIR 区 12800～4000cm-1 MIR区 4000～200cm–1 FIR 区 200～10cm–1 基本概念 红外光谱图：是以波数为横坐标，纵坐 标用透光率或吸光度来表 示的一种频率图。 波数（cm-1）：波长的倒数，表示每厘米 长度上波的数目。 红外光谱图 红外吸收光谱定性分析的依据 根据化合物红外谱图中特征吸收峰的位置、数目、相对强度、形状等参数来推断样品中存在哪些基团，从而确定其分子结构。 红外吸收光谱法的特点 优点： 特征性强,可靠性高、样品测定范围广、 用量少、测定速度快、操作简便、重现性好。 红外吸收光谱的特点 局限性： 有些物质不能产生红外吸收； 有些物质不能用红外鉴别； 有些吸收峰，尤其是指纹峰不能全部指认； 定量分析的灵敏度较低。 4.2 基本原理 产生红外吸收的条件 分子振动类型 基本振动理论数 影响吸收峰强度的因素 基团频率—红外谱图解析 4.2 基本原理 4.2 基本原理 4.2.3 多原子分子的振动(P56) 伸缩振动 (υ)：键长发生变化 变形振动 (δ)：键角发生变化 对称伸缩振动（υs）不对称伸缩振动（υas） 面内变形振动（β）面外变形振动（γ） 2. 基本振动的理论数（分子振动自由度） 2. 基本振动的理论数 线型分子振动自由度 = 3N – 5(如CO2) 非线型分子振动自由度 = 3N – 6(如H2O) （N 是分子中原子的个数） 为什么实际测得吸收峰数目远小于理论计算的振动自由度？ 没有偶极矩变化的振动不产生红外吸收，即非红外活性； 相同频率的振动吸收重叠，即简并； 仪器分辨率不够高； 有些吸收带落在仪器检测范围之外。 4.2.4 影响吸收峰强度的因素 4.2 基本原理 4.2.5 分子振动频率（基团频率） 基团频率：不同分子中同一类型的基团振动频率非常相近，都在一较窄的频率区间出现吸收谱带，其频率称基团频率。 σ=1303√k/Ar σ： 波数 Ar：两个原子折合质量 K： 键力常数 Ar= M1M2 /（M1+M2） 4.2.5 分子振动频率 谱图解析就是根据实验所得的红外光谱 图吸收峰的位置、强度和形状；利用基团振动频率与分子结构的关系；确定吸收峰的归属，确认分子中所含的基团或化学键，进而推断分子的结构。 基本概念 基团频率区： 在4000～1300cm-1 范围内的吸收峰，有一 共同特点：既每一吸收峰都和一定的官能 团相对应，因此称为基团频率区。 在基团频率区，原则上每个吸收峰都可以找到归属。 基本概念 指纹区： 在1300～400cm-1范围内，虽然有些吸收也对应着某些官能团，但大量吸收峰仅显示了化合物的红外特征，犹如人的指纹，故称为指纹区。 指纹区的吸收峰数目虽多，但往往大部分都找不到归属。 基本概念 相关峰： 同一种分子的基团或化学键振动，往往会 在基团频率区和指纹区同时产生若干个吸收 峰。这些相互依存和可以相互佐证的吸收 峰称为相关峰。 主要基团的红外特征吸收峰（P59～63）  （4000 ～ 400 cm-1 ） 1. 4000 ～ 2500 cm-1 X-H 伸缩振动区： 主要基团的红外特征吸收峰 胺基 N-H：