《仪器分析PPT课件（共10单元）第二章 红外吸收光谱法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《仪器分析PPT课件（共10单元）第二章 红外吸收光谱法（79页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、红外吸收光谱法红外吸收光谱法 Infrared Absorption Spectroscopy 知识目标：知识目标：6了解了解IRIR光谱产生的原因；光谱产生的原因；6理解基团频率及其影响因素；理解基团频率及其影响因素；6熟悉熟悉IRIR光谱仪的结构和工作原理；光谱仪的结构和工作原理；6了解了解IRIR光谱法在物质结构分析中的应用；光谱法在物质结构分析中的应用；能力目标：能力目标：能根据基团频率判断官能团的存在；能根据基团频率判断官能团的存在；能操作使用红外分光光度计；能操作使用红外分光光度计；能利用标准样品、标准谱图进行简单样品定性分析。能利用标准样品、标准谱图进行简单样品定性分析。第一节第
2、一节 红外吸收光谱法的基本原理红外吸收光谱法的基本原理8红外吸收光谱：红外吸收光谱：物质的分子受到红外光照射时，吸收某物质的分子受到红外光照射时，吸收某些特定频率（波长）的红外光，发生了分子振动和转动些特定频率（波长）的红外光，发生了分子振动和转动能级的跃迁而形成的光谱。能级的跃迁而形成的光谱。8红外吸收光谱法（红外吸收光谱法（infrared absorption spectroscopyinfrared absorption spectroscopy，简写为，简写为IRIR） ：利用物质分子的红外吸收光谱进行定利用物质分子的红外吸收光谱进行定性、定量分析的方法。性、定量分析的方法。第一节第
3、一节 红外吸收光谱法的基本原理红外吸收光谱法的基本原理d特点：特点：d具有高度的特征性具有高度的特征性d应用范围广，固态、液态、气态均可测定应用范围广，固态、液态、气态均可测定d分析速度快、操作简便、用样量少、属于非破坏性分析分析速度快、操作简便、用样量少、属于非破坏性分析d灵敏度低，定性鉴定、结构分析时，试样需纯化，定量时灵敏度低，定性鉴定、结构分析时，试样需纯化，定量时准确度低准确度低第一节第一节 红外吸收光谱法的基本原理红外吸收光谱法的基本原理8一、红外光谱区域的划分一、红外光谱区域的划分8红外线波长范围：红外线波长范围：0.75500m (1000m)0.75500m (1000m)8
4、近红外区：近红外区：0.752.5m 0.752.5m （131584000cm131584000cm-1-1）8中红外区：中红外区：2.525m 2.525m （4000400cm4000400cm-1-1 ） 8远红外区：远红外区：251000m 251000m （40010cm40010cm-1-1 ） 什么是红外光什么是红外光？二、二、IRIR吸收光谱的表示方法吸收光谱的表示方法红外光谱通常以微米（红外光谱通常以微米（mm）作为波长单位，或用波数表）作为波长单位，或用波数表示其频率。示其频率。红外吸收光谱红外吸收光谱一般用一般用TT曲线或曲线或TT曲线表示。纵坐标为曲线表示。纵坐标为T
5、 T，横坐标为，横坐标为 （nm nm ）或）或 （cmcm-1-1）TT曲线曲线 三、产生红外吸收的条件三、产生红外吸收的条件分子内部运动：分子内部运动：电子的运动：电子的运动：通常处于基态，受到激发后跃迁到激发态通常处于基态，受到激发后跃迁到激发态或能量较高能级。或能量较高能级。原子核间的相对运动：原子核间的相对运动：振动、转动。振动、转动。红外光谱的产生红外光谱的产生E E1 1E E0 00 01 12 21 1 1 1J J J J0 0 0 02 2 2 23 3 3 3J J J J0 0 0 02 2 2 23 3 3 31 1 1 1J J J J0 0 0 02 2 2 2
6、3 3 3 31 1 1 1J J J J0 0 0 02 2 2 23 3 3 31 1 1 1分子振动吸收光谱分子振动吸收光谱分子转动吸收光谱分子转动吸收光谱mmmmmmmmIRIRIRIR光谱光谱光谱光谱振动光谱振动光谱振动光谱振动光谱带状光谱带状光谱带状光谱带状光谱 红外吸收光谱产生的条件红外吸收光谱产生的条件红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生；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。分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁。分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化；分子
7、振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化；辐射光子具有的能量与产生振动跃迁所需的跃迁能量相等。辐射光子具有的能量与产生振动跃迁所需的跃迁能量相等。红外活性振动：红外活性振动：分子振动产生偶极矩的变化，从而产生红分子振动产生偶极矩的变化，从而产生红外吸收的。外吸收的。红外非活性振动：红外非活性振动：分子振动不产生偶极矩的变化，不产生分子振动不产生偶极矩的变化，不产生红外吸收的。红外吸收的。红外吸收光谱产生的条件红外吸收光谱产生的条件红外吸收光谱产生的条件红外吸收光谱产生的条件四、分子的振动形式四、分子的振动形式双原子分子的简谐振动双原子分子的简谐振动振动双原子分子振动双原子分子A-BA-B近似看近似看
8、作谐振子作谐振子; ;两原子间的伸缩振动两原子间的伸缩振动近似看近似看作简谐振动。作简谐振动。振动频率振动频率振动频率振动频率根据虎克（根据虎克（HOOKHOOK）定律：）定律：k k-化学键的键力常数（达因化学键的键力常数（达因/ /厘米），与键能和键长有关；厘米），与键能和键长有关； -双原子的折合质量双原子的折合质量: : = =mm1 1mm2 2/(/(mm1 1+ +mm2 2) )振动频率振动频率振动频率振动频率折合质量与原子的相对原子质量单位之间进行换算：折合质量与原子的相对原子质量单位之间进行换算：化学键的键力常数和原子的化学键的键力常数和原子的折合质量直接影响伸缩振动折合质
9、量直接影响伸缩振动频率。频率。k k-化学键的键力常数（牛化学键的键力常数（牛/ /厘米）厘米）（一）振动的基本类型（一）振动的基本类型1 1、伸缩振动、伸缩振动化学键两端的原子沿键轴方向作周期性伸缩。化学键两端的原子沿键轴方向作周期性伸缩。键长变，键长变，键角不变。键角不变。对称伸缩振动：对称伸缩振动：沿键轴方向的运动同时发生。沿键轴方向的运动同时发生。反对称伸缩振动：反对称伸缩振动：沿键轴方向的运动交替发生。沿键轴方向的运动交替发生。2 2、弯曲振动（变形振动）、弯曲振动（变形振动）弯曲振动：弯曲振动：键角发生周期性变化、而键长不变的振动。键角发生周期性变化、而键长不变的振动。剪式振动剪式
10、振动 ：振动中键角的变化类似剪刀的开闭。振动中键角的变化类似剪刀的开闭。面内摇摆面内摇摆 ：基团作为一个整体在平面内摇动。基团作为一个整体在平面内摇动。面外摇摆面外摇摆 ：两个两个X X原子同时向面下或面上的振动。原子同时向面下或面上的振动。扭曲变形振动扭曲变形振动 ：一个一个X X原子在面上，一个原子在面上，一个X X原子在面下原子在面下的振动。的振动。对称性伸缩振动对称性伸缩振动对称性伸缩振动对称性伸缩振动 V V S S反对称性伸缩振动反对称性伸缩振动反对称性伸缩振动反对称性伸缩振动 V V aSaS面内弯曲振动面内弯曲振动面内弯曲振动面内弯曲振动面外弯曲振动面外弯曲振动面外弯曲振动面外
11、弯曲振动弯曲振动弯曲振动弯曲振动弯曲振动振动类型振动类型面外摇摆面外摇摆面外摇摆面外摇摆 扭曲振动扭曲振动扭曲振动扭曲振动剪式振动剪式振动剪式振动剪式振动 面内摇摆面内摇摆面内摇摆面内摇摆 伸缩振动伸缩振动伸缩振动伸缩振动键长的改变比键角的改变需较大的能量，伸缩振动吸收峰出现键长的改变比键角的改变需较大的能量，伸缩振动吸收峰出现在高频区，而弯曲振动吸收峰出现在低频区。在高频区，而弯曲振动吸收峰出现在低频区。同一种键型，反对称伸缩振动的频率大于对称伸缩振动的频率；同一种键型，反对称伸缩振动的频率大于对称伸缩振动的频率；面内弯曲振动的频率又大于面外弯曲振动的频率。面内弯曲振动的频率又大于面外弯曲振
12、动的频率。（二）分子的振动（二）分子的振动1 1、非直线型分子的振动、非直线型分子的振动H2O分子的振动形式分子的振动形式（二）分子的振动（二）分子的振动2 2、直线型分子的振动、直线型分子的振动CO2分子的振动形式分子的振动形式（二）分子的振动（二）分子的振动3 3、亚甲基（、亚甲基（CHCH2 2）的各种振动形式）的各种振动形式CH2亚甲基的振动形式亚甲基的振动形式（三）振动自由度（三）振动自由度8振动自由度：振动自由度：分子基本振动的数目。分子基本振动的数目。8每个振动自由度对应于每个振动自由度对应于IRIR光谱的一个基频吸收峰。光谱的一个基频吸收峰。8线形分子：线形分子：振动自由度振动
13、自由度= 3n-5= 3n-58非线形分子：非线形分子：振动自由度振动自由度= 3n-6= 3n-6C振动自由度振动自由度F F：CF=3F=33 35 = 45 = 4C为什么仅有为什么仅有2 2个峰个峰? ?例题例题例题例题1 1 1 1： COCOCOCO2 2 2 2分子分子分子分子 a存在没有偶极矩变化的振动模式；存在没有偶极矩变化的振动模式；a存在能量简并态的振动模式；存在能量简并态的振动模式；a仪器的分辨率分辨不出的振动模式；仪器的分辨率分辨不出的振动模式；a振动吸收的强度小，检测不到；振动吸收的强度小，检测不到；a某些振动模式所吸收的能量不在中红外光谱区。某些振动模式所吸收的能
14、量不在中红外光谱区。吸收峰数目小于理论计算振动数的原因：吸收峰数目小于理论计算振动数的原因：吸收峰数目小于理论计算振动数的原因：吸收峰数目小于理论计算振动数的原因：第二节第二节 基团频率及其影响因素基团频率及其影响因素一、红外吸收峰类型一、红外吸收峰类型（一）基频峰（一）基频峰当分子吸收一定频率的红外光后，振动能级从基态当分子吸收一定频率的红外光后，振动能级从基态（V V0 0）跃迁到第一激发态（）跃迁到第一激发态（V V1 1）时所产生的吸收峰，）时所产生的吸收峰，称为基频峰。称为基频峰。一、红外吸收峰类型一、红外吸收峰类型（二）泛频峰（二）泛频峰倍频峰：倍频峰：若振动能级从基态（若振动能级
15、从基态（V V0 0）跃迁到第二激发态）跃迁到第二激发态（V V2 2）、第三激发态（）、第三激发态（V V3 3）所产生的吸收峰。所产生的吸收峰。合频峰：合频峰：两个或多个基频之和所在的峰。两个或多个基频之和所在的峰。差频峰：差频峰：两个或多个基频之或差所在的峰。两个或多个基频之或差所在的峰。泛频峰泛频峰：倍频峰、合频峰、差频峰统称泛频峰。：倍频峰、合频峰、差频峰统称泛频峰。一、红外吸收峰类型一、红外吸收峰类型（三）特征峰和相关峰（三）特征峰和相关峰 特征峰：特征峰：凡是能用于鉴定基团（或化学键）存在，且具凡是能用于鉴定基团（或化学键）存在，且具有较高强度的吸收峰。其对应的吸收频率称为特征吸
16、收有较高强度的吸收峰。其对应的吸收频率称为特征吸收频率。频率。相关峰：相关峰：一种基团有多种振动形式，除了有特征峰外，一种基团有多种振动形式，除了有特征峰外，还有其他振动形式的吸收峰，这些相互依存而又相互可还有其他振动形式的吸收峰，这些相互依存而又相互可以佐证的吸收峰。以佐证的吸收峰。二、基团频率二、基团频率按照吸收的特征，红外光谱区分为按照吸收的特征，红外光谱区分为400040001300cm1300cm-1-1和和13001300600cm600cm-1-1两个区域，分别称为基团频率区和指两个区域，分别称为基团频率区和指纹区。纹区。1 1、基团频率区、基团频率区基团频率区（官能团区或特征区基团频率区（官能团区或特征区 ）（40001300cm40001300cm-1 -1 ）X-HX-H伸缩振动（伸缩振动（X X：C C、OO、N N、S S）（40002500cm40002500cm-1-1 ）三键和累积双键伸缩振动三键和累积双键伸缩振动（25001900cm25001900cm-1-1 ）双键伸缩振动双键伸缩振动（19001500cm19001500cm-1-1 ）单键区单键区
