红外光谱基本原理和红外光谱仪

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1、第3章红外光谱法InfraredSpectroscopy(IR)3.1红外光谱分析基本原理PrincipleofIR3.1.1红外吸收峰的位置3.1.2红外吸收峰的数目3.1.3红外吸收峰的强度3.1.4影响峰位的因素红外线的波长介于可见光和微波之间，波长范围：0.78～1000μm。近红外区：0.78－2.5m（12820～4000cm－1）主要为O－H、N－H、C－H键振动的倍频、合频吸收。中红外区：2.5～25m（4000～400cm－1）主要为分子的振动、转动能级跃迁产生的吸收。远红外区：25～1000m（400～10cm－1）主要为分子的振

2、动能级跃迁吸收，晶体的晶格振动，某些重原子化学键的伸缩振动，某些基团的弯曲振动所引起的吸收。红外辐射→产生分子的振动和转动能级跃迁，→红外光谱，即振～转光谱。反之，可由分子的红外光谱→确定官能团、化学键→分子结构。红外光谱法主要研究分子结构与其吸收曲线的关系，而红外吸收曲线通常由吸收峰的位置、数目、强度、形状等来描述。3.1.1红外吸收峰的位置分子振动的“小球弹簧模型”：分子中的原子——具有一定质量的小球，化学键——具有一定强度的弹簧，分子的振动——近似为谐振动。该体系处于不断的运动之中。一.谐振子及其振动频率谐振动：无阻尼的周期性的线性振动。这一振动体系

3、称为谐振子。双原子分子谐振子模型：化学键——无质量的弹簧，键连原子——刚性小球，其质量分别等于二原子的质量。式中，v为振动频率，K为化学键的力常数（N.cm－1），m1、m2为二原子的质量，μ为二原子的折合质量。化学键的力常数K，与键能和键长有关，双原子的折合质量=m1m2/（m1+m2）。因此，发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。结论：（1）化学键越强，K越大，振动频率越高；（2）二原子越大，振动频率越低。_________________________________v＝1302√K/（M

4、AMB/MA+MB）（cm-1）正己烯C=C键伸缩振动频率实测值为1652cm-1。例题:已知C=C键的K约为9.6N.cm-1,计算其伸缩振动的波数值。22=1647cm-1表某些键的伸缩振动力常数K（N.cm－1）键类型：—CC—>—C=C—>—C—C—力常数：15179.59.94.55.6峰位：～2220cm－1～1650cm－1～1420cm－1键类型：C—CC—NC—Oμ：μ1＜μ2＜μ3v：～1420cm－1～1330cm－1～1280cm－1二.分子的振动能级与吸收峰位置分子的振动能级是量子化的，相应能级的能量为：E振=（V+1/2

5、）hV：振动量子数，其值可取0，1，2，3…等整数。：化学键的振动频率。二相邻能级的能量差：————————————∆E＝hv＝h/2π.√K/μ实际分子振动的非谐性，使其能级间隔并不相等，随着能级的上升，相邻能级的能量差逐渐减小。当分子吸收一定的能量时，从V0→V1产生的吸收峰叫基频峰。它所吸收的红外光的频率等于的振动频率。由V0→V2、V3、……等所产生的吸收峰，分别称为二倍频峰、三倍频峰、…...等，它们都叫倍频峰。V0→V1跃迁几率最高，故基频峰的强度最大，二倍频峰、三倍频峰……等的强度逐渐减弱。倍频峰的频率不是基频峰的整倍数，要略小一些。如H

6、Cl，基频峰2885.9cm－1，二倍频峰5668cm－1。两个或多个基频之和所对应的吸收峰叫合频峰，两个或多个基频之差所对应的吸收峰叫差频峰。它们都称为组谱峰。倍频峰、合频峰、差频峰统称为泛频峰。红外谱图是对样品测定的波数（或波长）～透光度（或吸光度）关系曲线。谱图中的吸收峰位置，是由振动能级差的大小所决定的，它主要取决于基频峰的吸收频率。谱图中的每一个较大的吸收峰都代表了分子的一种基本振动的形式。3.1.2红外吸收峰的数目多原子分子中，基本振动的数目叫振动自由度。每一个基本振动都代表了一种振动的形式，都有它固有的特征频率，都可能产生相应的红外吸收峰。一

7、.基本振动的类型伸缩振动和弯曲振动。1.伸缩振动（StretchingVibration)用v表示。特点：成键原子沿键轴方向伸缩，键长发生周期性的变化，其键角不变。当分子中原子数>＝3时，可产生对称伸缩振动（vs）和反对称伸缩振动（vas）。亚甲基基本振动形式：vCH2:vs2850cm-1vas2930cm-1(s)(s)2.弯曲振动（BendingVibration)用δ表示。特点：基团的键角发生周期性的变化，而其键长保持不变。分子中原子数>＝3时，可产生面内弯曲振动和面外弯曲振动。δCH2：通常同一基团的伸缩振动的力常数比弯曲振动的大，故伸缩振动频率

8、比弯曲振动的更高。环境对伸缩振动频率影响比较小，而对弯曲振动频率影