第六章红外吸收光谱法_精品文档PPT课件下载推荐.ppt

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红外几乎针对所有分子（除单原子分子和同核双原子分子外）l功能：

红外可对物质组成、结构提供详细信息。

l定量分析：

红外可进行定量分析，但能量小，干扰强。

l样品类型：

液体、固体和气体试样。

研究范围研究范围l近红外区：

主近红外区：

主要研究稀土和过渡金属离子的化合物，要研究稀土和过渡金属离子的化合物，水，含氢原子团化合物的定量分析。

水，含氢原子团化合物的定量分析。

l中红外光区（又称红外光谱区）：

中红外光区（又称红外光谱区）：

绝大多数有机化绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带都出现在该区，由于合物和无机离子的基频吸收带都出现在该区，由于基频振动是最强的吸收，适宜进行定性、定量分析基频振动是最强的吸收，适宜进行定性、定量分析。

l远红外光谱区：

远红外光谱区：

由于低频骨架振动能很灵敏地反应由于低频骨架振动能很灵敏地反应出结构变化，所以对异构体的研究特别方便，还可出结构变化，所以对异构体的研究特别方便，还可用于金属有机化合物的、氢键、吸附现象的研究，用于金属有机化合物的、氢键、吸附现象的研究，但由于该光区弱，一般不在此范围内进行分析。

但由于该光区弱，一般不在此范围内进行分析。

第二节第二节红外吸收光谱法的基本原理红外吸收光谱法的基本原理一、红外吸收光谱一、红外吸收光谱产生条件产生条件1.1.辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需的能量。

辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需的能量。

当当一一定定频频率率（一一定定能能量量）的的红红外外光光照照射射分分子子时时，如如果果分分子子中中某某个个基基团团的的振振动动频频率率和和外外界界红红外外辐辐射的频率一致，就满足了第一个条件。

射的频率一致，就满足了第一个条件。

2.2.辐射与物质之间有偶合作用（相互作用）。

辐射与物质之间有偶合作用（相互作用）。

物物质质吸吸收收辐辐射射的的第第二二个个条条件件，实实质质上上是是外外界界辐辐射射迁迁移移的的能能量量到到分分子子中中去去。

而而这这种种能能量量的的转转移移是通过偶极矩的变化来实现的。

是通过偶极矩的变化来实现的。

偶极矩与红外活性偶极矩与红外活性l用分子偶极距用分子偶极距来描述分子偶极距的大小。

来描述分子偶极距的大小。

=q.d=q.ddd：

正负电荷中心距离；

qq：

电荷电荷l对称分子对称分子00，但不一定无红外活性但不一定无红外活性l固有偶极是红外光谱产生的必要条件固有偶极是红外光谱产生的必要条件l有有偶偶极极矩矩变变化化的的振振动动可可观观测测到到红红外外吸吸收收谱谱带带，这种振动称为红外活性振动这种振动称为红外活性振动二、双原子分子的振动二、双原子分子的振动l把把双双原原子子分分子子看看成成质质量量分分别别为为mA、mB的的两两个个小小球球，其其间的化学键看作不计质量的弹簧。

间的化学键看作不计质量的弹簧。

l当分子发生当分子发生n=1的振动能级跃迁时，的振动能级跃迁时，吸收红外光的波数和频率分别为：

吸收红外光的波数和频率分别为：

c光光速速；

k化化学学键键力力常常数数（Ncm-1）；

原原子子的的折折合合质质量量mA.mB/（mA+mB）某些键的伸缩力常数（毫达因某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）埃）键类型键类型CCC=CCC力常数力常数15179.59.94.55.6峰位峰位4.5m6.0m7.0m三、多原子分子的振动三、多原子分子的振动l多原子分子的振动可分解为多个简正振动来研究。

多原子分子的振动可分解为多个简正振动来研究。

l简正振动简正振动整个分子质心不变、整体不转动、各原子在原地整个分子质心不变、整体不转动、各原子在原地作简谐振动且频率及位相相同。

此时分子中的任何振作简谐振动且频率及位相相同。

此时分子中的任何振动可视为所有上述简谐振动的线性组合。

动可视为所有上述简谐振动的线性组合。

l简正振动基本形式简正振动基本形式伸缩振动伸缩振动：

键长改变，键角不变。

变形振动变形振动：

键角改变，键长不变。

又称弯曲振动或变角振动。

振动基本形式22、峰位、峰数与峰强、峰位、峰数与峰强（11）峰位）峰位化学键的力常数化学键的力常数k越大，原子折合质越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区；

反之，出现在低波数区。

高波数区；

（2）峰数）峰数峰数与分子自由度有关。

无瞬间偶峰数与分子自由度有关。

无瞬间偶极距变化时，无红外吸收。

极距变化时，无红外吸收。

非线性分子的振动自由度为非线性分子的振动自由度为3n-6；

线性分子的；

线性分子的振动自由度为振动自由度为3n-5（n为原子数）为原子数）（3）峰强：

峰强：

瞬间偶极矩变化大，吸收峰强；

键两端原瞬间偶极矩变化大，吸收峰强；

键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；

子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；

CO2分子振动情况分子振动情况（44）基频峰：

基频峰：

由基态跃迁到第一激发态，产生一个强由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰；

的吸收峰；

（55）倍频峰：

倍频峰：

由基态直接跃迁到第二激发态，产生一由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰为一级倍频峰；

个弱的吸收峰为一级倍频峰；

（66）合频峰：

合频峰：

两个以上基频峰之和或差处出现的峰。

强度比基频峰弱得多。

C2H4O1730cm-11165cm-12720cm-1HHHHOCC乙醛分子诸键乙醛分子诸键振动示意图振动示意图红外光谱区实际峰数少于基本振动数目原因：

红外光谱区实际峰数少于基本振动数目原因：

（11）当振动过程中分子不发生瞬间偶极矩变化时，当振动过程中分子不发生瞬间偶极矩变化时，不引起红外吸收；

不引起红外吸收；

（22）频率完全相同的振动彼此发生简并；

）频率完全相同的振动彼此发生简并；

（33）强宽峰往往要覆盖与它频率相近的弱而窄的吸）强宽峰往往要覆盖与它频率相近的弱而窄的吸收峰；

收峰；

（44）吸收峰有时落在中红外区域）吸收峰有时落在中红外区域（4000250cm-1）以外；

以外；

（55）吸收强度太弱，以致无法测定。

）吸收强度太弱，以致无法测定。

3、振动频率l基团频率红外光谱区可分成40001300cm-1和1300400cm两个区域。

基团频率区在40001300cm-1之间，这一区域称为基团频率区、官能团区或特征频率区。

区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，常用于鉴定官能团。

基团频率区又可分为三个区域：

（1）40002500cm-1为O-H、N-H、C-H的伸缩振动。

（2）25001900cm-1为叁键和累计双键区。

（3）19001300cm-1为双键伸缩振动区。

X-H伸缩振动区：

伸缩振动区：

4000-2500cm-1叁键及累积双键区叁键及累积双键区（25001900cm-1）双键伸缩振动区双键伸缩振动区（19001200cm-1）1-己烯1-己烯你能分辨出哪一个峰是双键峰？

指纹区1、1800900cm-1区域主要是CO、CN等单键的伸缩振动吸收及CC单键骨架的振动。

2、900650cm-1区域主要是CH的弯曲振动吸收。

可用来确定化合物的顺反构型或苯环的取代类型。

烯烃的=CH吸收谱带出现于900700cm-1。

芳香环的=CH振动吸收在900650cm-1出现12个强度相当大的谱带，它们的位置取决于苯环的取代类型。

指纹区（可分为两个区）指纹区（可分为两个区）四、影响基团频率位移的因素四、影响基团频率位移的因素1外部因素试样状态、测定条件的不同及溶剂极性的影响等外部因素都会引起频率位移。

一般气态时C=O伸缩振动频率最高，非极性溶剂的稀溶液次之，而液态或固态的振动频率最低。

同一化合物的气态、液态光谱或固态光谱有较大的差异，因此在查阅标准图谱时，要注意试样状态及制样方法等。

2内部因素

（1）电子效应）电子效应诱导效应（诱导效应（I效应）效应）：

由于取代基具有不同的：

由于取代基具有不同的电负性，通过静电诱导作用，电负性，通过静电诱导作用，k增加，使基团增加，使基团的特征频率向的特征频率向高波数高波数方向移动。

方向移动。

1715cm-11800cm-11828cm-11928cm-1共轭效应（共轭效应（C效应）效应）共轭效应使共轭体系中的电子云密度平均化，共轭效应使共轭体系中的电子云密度平均化，结果使原来的双键略有伸长（即电子云密度降结果使原来的双键略有伸长（即电子云密度降低），力常数减小，使其吸收频率往往向低），力常数减小，使其吸收频率往往向低波低波数数方向移动。

1715cm-11680cm-11665cm-1中介效应（中介效应（M效应）效应）l当含有孤对电子的原子（O、N、S等）与具有多重键的原子相连时，也可起类似的共轭作用，成为中介效应。

1650cm-11735cm-11715cm-1

（2）氢键的影响）氢键的影响氢键的形成使电子云密度平均化，从而使伸缩振动频率降低，吸收峰向低波数方向移动，体系能量降低，使吸收峰强度增加峰形变宽。

如羧酸如羧酸RCOOH（C=O=1760cm-1，O-H=3550cm-1）;

（RCOOH）2（C=O=1700cm-1，O-H=3250-2500cm-1）如乙醇：

如乙醇：

CH3CH2OH（O=H=3640cm-1）（CH3CH2OH）2（O=H=3515cm-1）（CH3CH2OH）n（O=H=3350cm-1）1760cm-11700cm-1分子间氢键随浓度减小而消失。

分子内氢键也使基团的振动频率向低波数方向移动，但不受溶液浓度的影响。

（3）振动偶合）振动偶合当两个振动频率相同或相近的基团相邻并具有一公共原子时，由于一个键的振动通过公共原子使另一个键的长度发生改变，产生一个“微扰”，从而形成了强烈的振动相互作用。

其结果是使振动频率发生变化，一个向高频移动，一个向低频移动，谱带裂分。

1820cm-11760cm-1（4）Fermi共振共振当一振动的倍频与另一振动的基频接近时，由于发生相互作用而产生很强的吸收峰或发生裂分，这种现