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红外吸收光谱法

InfraredAbsorptionSpectrometry

;第一节概述;分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种谱称为红外吸收光谱。

红外吸收光谱是一种分子吸收光谱。;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，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。;三、红外光谱图;四、红外光区的划分;;五、红外光谱法的应用;红外吸收带的波数位置、波峰的数目以及吸收谱带的强度反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团；

吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯度鉴定。

;由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快，不破坏样品的特点。因此，红外光谱法不仅与其它许多分析方法一样，能进行定性和定量分析，而且是鉴定化合物和测定分子结构的用效方法之一。

;第二节基本原理;分子振动必须伴随偶极矩的变化。红外跃迁是偶极矩诱导的，即能量转移的机制是通过振动过程所导致的偶极矩的变化和交变的电磁场（红外线）相互作用发生的。

分子由于构成它的各原子的电负性的不同，也显示不同的极性，称为偶极子。;并非所有的振动都会产生红外吸收，只有发生偶极矩变化（△?≠0）的振动才能引起可观测的红外吸收光谱，该分子称之为红外活性的；△?=0的分子振动不能产生红外振动吸收，称为非红外活性的。

;当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某个基团的振动频率和它一致，二者就会产生共振，此时光的能量通过分子偶极矩的变化而传递给分子，这个基团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁。如果用连续改变频率的红外光照射某样品，由于试样对不同频率的红外光吸收程度不同，使通过试样后的红外光在一些波数范围减弱，在另一些波数范围内仍然较强，用仪器记录该试样的红外吸收光谱，进行样品的定性和定量分析。;二、双原子分子的振动;由经典力学可导出该体系基本振动频率计算公式

;式中k为化学键的力常数（单位为N?cm-1），定义为将两原子由平衡位置伸长单位长度时的恢复力

单键、双键和三键的力常数分别近似为5、10和15N?cm-1；c为光速（2.998?1010cm?s-1），?为折合质量，单位为g，

;根据小球的质量和相对原子质量之间的关系，上式可写成

;在红外光谱分析中，不同类型化学键的力常数;化学键的力常数k越大，折合相对原子质量Ar?越小，则化学键的振动频率越高，吸收峰将出现在高波数区；反之，则出现在低数区。

例如?C–C?、?C?C?、?C?C?三种碳碳键的质量相同，键力常数的顺序是三键双键单键。因此在红外光谱中，?C?C?的吸收峰出现在2222cm-1，而?C?C?约在1667cm-1，?C-C?在1429cm-1。;三、多原子分子的振动;1.简正振动;2.简正振动的基本形式;⑵变形振动（又称弯曲振动或变角振动）;⒊基本振动的理论数;设分子由n个原子组成，每个原子在空间都有3个自由度，原子在空间的位置可以用直角坐标中的3个坐标x、y、z表示，因此，n个原子组成的分子总共应有3n个自由度，即3n种运动状态。

但在这3n种运动状态中，包括3个整个分子的质心沿x、y、z方向平移运动和3个整个分子绕x、y、z轴的转动运动。这6种运动都不是分子振动，因此，振动形式应有（3n-6）种。;但对于直线型分子，

若贯穿所有原子的轴

是在x方向，则整个

分子只能绕y、z轴转动，

因此，直线性分子的

振动形式为（3n-5）种。

;非直线型分子以水分子为例;直线型分子以CO2为例;不对称伸缩振动;平面摇摆弯曲振动;平面箭式弯曲振动;平面外摇摆弯曲振动;平面外扭曲弯曲振动;每种简正振动都有其特定的振动频率，似乎都应有相应的红外吸收带。实际上，绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数远小于理论上计算的振动数。

;例如，二氧化碳在理论上计算其基本振动数为4，共有4个振动形式，在红外图谱上有4个吸收峰。但在实际红外图谱中，只出现667cm-1和2349cm-1两个基频吸收峰。

因为对称伸缩振动偶极矩变化为零，不产生吸收，而面内变形和面外变形振动的吸收频率完全一样，发生简并。

;原因：;四、吸收谱带的强度;红外光谱的吸收强度一般定性地用很强