第六章 红外吸收光谱法 (PPT)

第六章 红外吸收光谱法(Infrared absorptiun spectroscopy IR)

红外吸收光谱又称红外分光光

度法。它是利用物质对红外电磁辐射的选择性吸收特性来进行结

构分析、定性和定量分析的一种分析方法。

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§6.1基本原理红外光区的划分：

红外光谱在可见光区和微波 光区之间，其波长范围约0.75~ 1000μm。习惯上将红外光区划分 为三个区域。

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表6-1红外光谱区区域 λ(μm) σ(cm-1 ) ν (Hz) 能级跃迁类型

近红外 0.75~2.5 13000 ~4000 中红外 2.5~50

OH NH及CH键 4.0×1014 ~ 1.2×1014 倍频吸收区

4000~200 1.2×1014 振动,转动 ~ 6.0×1012 远红外 50~1000 200~10 6.0×1012 骨架振动 ~ 3.0×1011 转动 4000~670 1.2×1014 最常用 2.5~15 ~ 2.0×1013

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绝大多数有机物和无机离子的化学键基频吸收都出现在中红

外区。通常说的红外光谱实指中红外光谱区。

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一、红外光谱的表示方法(对称振转光谱) -6 λ(μm)微米 , 10 m. 2.5~50 中红外 14 ν(Hz)频率 ， 1.2×10 4 波数σ=1/λ(cm)=ν/c=10 /λ (μm), 4 1cm=10 μm 常用σ表示, 原因：(1)数量极小 (2)与频率V成正比 σ ∝ ν

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红外光谱图表示法。

σ(cm-1) 图：6~1

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二.红外吸收光谱产生的条件A-B分子 获得红外辐射hνL发生：

Eυ=(υ+1/2)hνυ:振动量子数 υ=0.1.2.3…….. ν: 振动频率

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室温下 u=0 E(u=0)=1/2h v △E振动=Eu-E(u=0) = △u hv(振动能级差)

光子能量为： E=hvL= △E振 vL= △u ν

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1.产生红外吸收的第一个条件只有当红外辐射频率等于振动量子数 的差值与分子振动频率的乘积时，分子 才能吸收红外辐射，产生红外吸收光谱。 即 νL = △υ × v红外辐射频率 振动量数差值 分子振动频率

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(1)基频峰 υ0=0 υ =1 △υ=1 所产生的 吸收峰。 即 分子吸收红外辐射后，由基态振动能 级(υ=0 )跃迁至第一振动激发态 (υ=1)所产生的吸收峰称为基频峰。 因为 △υ =1时 υ L=ν红外辐射频率 分子振动频率

所以基频峰的峰位( νL)等于分子的振动 频率ν.

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如HCl

V=8.658×1013s-1VL=8.658×1013s-1

σ= 2886 cm-1(HCl基频峰的峰位为2886cm-1,HCl分子 的振动频率为2886cm-1)

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(2)倍频峰： 在红外吸收光谱上除基频峰外，还 有振动能级由基态(υ =0),跃迁至第 二振动激发态(υ=2),第三振动激发 态( υ=3)…..等等，所产生的吸收峰。 这些吸收峰称为倍频峰。 二倍频峰： υ0→2 νL=△u· v=(2-0) · =2 v v 三倍频峰: υ0→3 νL =△ u· =(3-0) · =3v v v

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在倍频峰中，二倍频峰还比较强，三倍 频峰以上。因跃迁的几率很小。一般都 很弱，常常观测不到。 4000~400cm-1间主要测基频峰，既使有 倍频峰也很弱。 还有 合频峰(v1+v2 , 2 v1 + v2 ….) 差频峰( v1 - v2

, 2v1 -v2 …….) 很弱，不易辨认。 倍频峰，合频峰，差频峰通称泛频峰，分 子振动并不是严格的简谐振动。

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2. 产生红外吸收的第二个条件 分子在振动，转动过程中必须有偶极矩 的净变化。即偶极矩的变化△μ≠0

图6~2:偶极子在交变电场中的作用示意图

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(1)红外活性 分子振动引起偶极矩的变化，从而产生红外 吸收的性质，称为红外活性。其分子称为红 外活性分子。相关的振动称为红外活性振动。 如H2O ,HCl ,CO为红外活性分子。 (2)非红外活性 若△μ=0,分子振动和转动时，不引起 偶极矩变化。不能吸收红外辐射。即为非红 外活性。其分子称为红外非活性分子。如 H2 ,O2 ,N2 ,Cl2….相应的振动称为红外 非活性振动。

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三.分子振动形式1.分子振动类型 1)伸缩振动：键长改变而键角不变的 振动称为伸缩振动。 a 对称伸缩振动：同时伸长，同时缩短 的振动。 b 不对称伸缩振动：两个键一个伸长， 一个缩短的振动。