10红外吸收光谱分析

第十章

红外吸收光谱分析法

(Infrared Absorption Spectroscopy, IR )

§10-1 红外吸收光谱分析概述红外吸收光谱法：利用物质对红外光区电磁辐射的 选择性吸收特性来分析分子中有关基团结构的定性、 定量信息的分析方法。 一、红外光的区划 二、红外吸收过程 三、红外光谱的作用 四、红外光谱的表示方法 五、IR与UV的区别

一、红外光的分区红外线：波长在0.76~500μm (1000μm) 范围内的电磁波称为红外线。 近红外区：0.78~2.5μm (12820----4000cm-1 ) —OH和—NH倍频吸收区 中红外区：2.5~25μm (4000----400cm-1 ) 基团的基频振动、伴随转动光谱 远红外区：25~500μm (400----20cm-1 ) 纯转动光谱

二、红外光谱的作用1.可以确定化合物的类别(芳香类) 2.确定官能团： 例：—CO—,—C=C—,—C≡C— 3.推测分子结构(简单化合物) 4.定量分析

三、红外光谱图表示形式的意义

10 (cm ) ( m) 1

4

T~λ曲线 → 前密后疏

T ~σ曲线 → 前疏后密

§10-2 红外分光光度法基本原理一、红外吸收光谱的产生的条件 1.振动能级

E振 0.05 ~ 1.0EV E转 0.0001 ~ 0.05V

E E振 E转

红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生 分子的振动能级差远大于转动能级差 分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁

2.振动光谱双原子分子A-B→近似看作谐振子 两原子间的伸缩振动→近似看作简谐振动

1 分子振动总能量 E ) h ( 2

分子振动频率 分子振动量子数 0 , ,2 , 1 3

分子振动能级差 E振 h 光子照射能量 E L h L产生红外光谱前提 E振 E L

即 L L 红外光的照射频率 分子的振动频率

3.基频峰与泛频峰a)基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从 基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰 (即υ=0 → 1产生的峰)

1 L

基频峰的峰位等于分子的振动频率 基频峰强度大——红外主要吸收峰

b)泛频峰倍频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激 发态、第三振动激发态等高能态时所产生的吸收峰 (即υ=1→ υ=2,3- - -产生的峰)

即 L 泛 频 峰 倍频峰 二倍频峰(υ=0→υ=2) 三倍频峰(υ=0→υ=3)

2 L 2 3 L 3

合频峰 L 1 2 差频峰(即υ=1→υ=2,3- - -产生的峰) L 1 2

注：泛频峰强度较弱，难辨认→却增加了光谱特征性

4.红外光谱产生条件：

分子吸收红外辐射的频率恰等于分子振动频率整数倍 分子在振、转

过程中的净偶极矩的变化不为0, 即分子产生红外活性振动，且辐射与分子振动发生 能量耦合。即 0

即 L

红外活性振动：分子振动产生偶极矩的变化， 从而产生红外吸收的性质 红外非活性振动：分子振动不产生偶极矩的变化， 不产生红外吸收的性质

§10-3 分子振动的形式(多原子分子)一、 伸缩振动 指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动

1.对称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动同时发生AX 2型分子 AX 3型分子 1

s CH 2

~ 2850 cm

s CH 3

~ 2870 cm

1

2.反称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动交替发生AX 2型分子as CH 2 ~ 2925 cm 1

AX 3型分子as CH 3 ~ 2960 cm 1

二、 弯曲振动(变形振动，变角振动): 指键角发生周期性变化、而键长不变的振动1.面内弯曲振动β: 弯曲振动发生在由几个原子构成的平面内 1)剪式振动δ:振动中键角的变化类似剪刀的开闭AX 2型分子

CH 2 ~ 1465 20cm 1

2)面内摇摆ρ:基团作为一个整体在平面内摇动AX 2型分子

CH 2 ~ 720 cm 1— (CH 2 ) n — n 4

2.面外弯曲γ:弯曲振动垂直几个原子构成的平面 1)面外摇摆ω:两个X原子同时向面下或面上的振动

AX 2型分子

CH 2 ~ 1300 cm 1

2)蜷曲τ:一个X原子在面上，一个X原子在面下的 振动

AX 2型分子

CH 2 ~ 1250cm 1

3.变形振动： 1)对称的变形振动δs:三个AX键与轴线的夹角同时 变大AX 3型分子s CH 3 ~ 1375cm 1

2)不对称的变形振动δas:三个AX键与轴线的夹角不 同时变大或减小AX 3型分子

as CH 3

~ 1450cm

1

s as CH 3 ~ 2960 cm 1 CH 3 ~ 1375cm 1 CH 2 ~ 1465 20cm 1

as s CH 2 ~ 2925 cm 1 CH ~ 2870 cm 1 as ~ 1450 cm 1 3 CH 3s CH 2 ~ 2850 cm 1