分析化學(xué)《紅外光譜分析法》

儀器分析教學(xué)課件第十一章紅外吸收光譜法（1）教師：李國清一、紅外光譜法的發(fā)展19世紀(jì)初

紅外光的存在

二十世紀(jì)初

不同官能團有不同紅外吸收頻率

1950年以后

自動記錄式紅外分光光度計

1970年以后

傅立葉變換型紅外光譜儀紅外測定技術(shù)的不斷發(fā)展和完善

§1、概述二、紅外光譜法的應(yīng)用

有機化合物結(jié)構(gòu)解析的重要手段之一紅外光譜法的優(yōu)點

每種化合物均有紅外吸收

任何氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)樣品均可進(jìn)行紅外光譜測定

能提供豐富的結(jié)構(gòu)信息

三、紅外光譜區(qū)域

中紅外光區(qū)吸收帶（2.5~25μm）是絕大多數(shù)有機化合物和無機離子的基頻吸收帶由于基頻振動是紅外光譜中吸收最強的振動，所以該區(qū)最適于進(jìn)行紅外光譜的定性和定量分析。同時，由于中紅外光譜儀最為成熟、簡單，而且目前已積累了該區(qū)大量的數(shù)據(jù)資料，因此它是應(yīng)用極為廣泛的光譜區(qū)。遠(yuǎn)紅外光區(qū)吸收帶（25~1000μm）倍頻峰。紅外光區(qū)光譜常用波數(shù)表征。波長與波數(shù)σ之間的關(guān)系為：

σ（cm-1）=104/（μm）中紅外區(qū)的波數(shù)范圍是4000~400cm-1。四、紅外光譜法的特點

紅外光譜法主要研究在振動中伴隨有偶極矩變化的化合物（沒有偶極矩變化的振動在拉曼光譜中出現(xiàn)）。因此，除了單原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之外，幾乎所有的有機化合物在紅外光譜區(qū)均有吸收。凡是具有結(jié)構(gòu)不同的兩個化合物，一定不會有相同的紅外光譜。紅外吸收帶的波數(shù)位置波峰的數(shù)目吸收譜帶的強度分子結(jié)構(gòu)特點與分子組成或化學(xué)基團的含量有關(guān)，可進(jìn)行定量分析定性分析紅外光譜圖：縱坐標(biāo)為吸收強度，橫坐標(biāo)為波長λ（m）和波數(shù)1/λ

單位：cm-1可以用峰數(shù)，峰位，峰形，峰強來描述。應(yīng)用：有機化合物的結(jié)構(gòu)解析。定性：基團的特征吸收頻率；定量：特征峰的強度；五、紅外光譜與有機化合物結(jié)構(gòu)§2、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件

滿足兩個條件：

(1)輻射應(yīng)具有能滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動躍遷所需的能量；(2)輻射與物質(zhì)間有相互偶合作用。

對稱分子：沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性。如：N2、O2、Cl2等。

非對稱分子：有偶極矩，紅外活性。偶極子在交變電場中的作用示意圖§3、分子振動方程式分子的振動能級（量子化）：

E振=（V+1/2）hV：化學(xué)鍵的振動頻率；

：振動量子數(shù)。雙原子分子的簡諧振動及其頻率化學(xué)鍵的振動類似于連接兩個小球的彈簧

任意兩個相鄰的能級間的能量差為：

K化學(xué)鍵的力常數(shù)，與鍵能和鍵長有關(guān)，

為雙原子的折合質(zhì)量

=m1m2/（m1+m2）

發(fā)生振動能級躍遷需要能量的大小取決于鍵兩端原子的折合質(zhì)量和鍵的力常數(shù)，即取決于分子的結(jié)構(gòu)特征。表某些鍵的伸縮力常數(shù)（毫達(dá)因/埃）鍵類型—CC—>—C=C—>—C—C—力常數(shù)15179.59.94.55.6峰位4.5m6.0m7.0m

化學(xué)鍵鍵強越強（即鍵的力常數(shù)K越大）原子折合質(zhì)量越小，化學(xué)鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。

例題:由表中查知C=C鍵的K=9.59.9,令其為9.6,計算波數(shù)值。正己烯中C=C鍵伸縮振動頻率實測值為1652cm-1§4、分子中基團的基本振動形式

basicvibrationofthegroupinmolecular1．兩類基本振動形式伸縮振動亞甲基：變形振動亞甲基一般分成兩類：伸縮振動和變形振動。（1）伸縮振動

原子沿鍵軸方向伸縮，鍵長發(fā)生變化而鍵角不變的振動稱為伸縮振動，用符號表示。它又可以分為對稱伸縮振動（s）和不對稱伸縮振動（

as）。

對同一基團，不對稱伸縮振動的頻率要稍高于對稱伸縮振動。

振動的基本形式（2）變形振動（又稱彎曲振動或變角振動）

基團鍵角發(fā)生周期變化而鍵長不變的振動稱為變形振動，用符號表示。變形振動又分為面內(nèi)變形和面外變形振動。面內(nèi)變形振動又分為剪式（以表示）和平面搖擺振動（以表示）。

面外變形振動又分為非平面搖擺（以表示）和扭曲振動（以表示）。討論：二氧化碳分子的振動方式有幾種？哪些具有紅外活性？乙烯分子具有的振動方式中，哪些具有紅外活性？O＝C＝O對稱伸縮O＝C＝O反對稱伸縮O＝C＝O面內(nèi)變形O＝C＝O面外變形（2349cm-1)（667cm-1)（667cm-1)

C＝CHHHH

C＝CHHHH

C＝CHHHH

C＝CHHHH(1)(2)(3)(4)

C＝CHHHH

C＝CHHHH

C＝CHHHH

C＝CHHHH⊙⊙(5)(6)(7)(8)3.影響峰數(shù)減少的原因?qū)嶋H上，絕大多數(shù)化合物