第1节红外基本原理

08:34:48第五章红外吸收光谱分析法第一节红外基本原理basicprincipleofInfraredabsorptionspectroscopy第二节红外光谱与分子结构infraredspectroscopyandmolecularstructure第三节红外谱图解析analysisofInfraredspectrograph第四节红外分光谱仪infraredabsorptionspectrophotometer08:34:48第五章红外吸收光谱分析法一、概述introduction二、红外吸收光谱产生的条件conditionofInfraredabsorptionspectroscopy三、分子中基团的基本振动形式basicvibrationofthegroupinmolecular四、红外吸收峰强度intensityofinfraredabsorptionbend第一节红外光谱分析基本原理infraredabsorptionspec-troscopy，IRprincipleofIR08:34:48红外光谱法：利用物质的分子对红外辐射的吸收，得到与分子结构相应的红外光谱图，从而鉴别分子结构的方法。一、概述introduction辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱08:34:48一、概述introduction近红外区：0.75-2.5μm中红外区：2.5-25μm远红外区：25-1000μm08:34:48红外光谱图：纵坐标为吸收强度，横坐标为波长λ（m）和波数1/λ单位：cm-1可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。应用：有机化合物的结构解析。定性：基团的特征吸收频率；定量：特征峰的强度；红外光谱与有机化合物结构08:34:48二、红外吸收光谱产生的条件conditionofInfraredabsorptionspectroscopy满足两个条件：(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；(2)辐射与物质间有相互偶合作用。分子振动过程中有偶极矩的变化，才能吸收特定频率的红外辐射，才有红外活性。如：N2、H2等同核双原子分子显示非红外活性。CO2等线型分子，其永久偶极矩为零，是否具有红外活性？08:34:48分子振动方程式：化学键的振动频率。μ:折合质量=m1m2/（m1+m2）k：化学键的力常数，与键能和键长有关，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。双原子分子的简谐振动及其频率化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧08:34:48kkckhhE13072112注意：采用（5-2）进行波数计算时，键力常数k应采用N/cm为单位，而μ应采用原子质量单位（u）为单位。kkckhhE13072112kkckhhE13072112(5-1)(5-2)08:34:48表某些键的伸缩力常数键类型—CC——C=C——C—C—力常数15179.59.94.55.6峰位4.5m6.0m7.0m化学键键强越强（即键的力常数k越大）原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。08:34:48例题:由表中查知C=C键的K=9.59.9,令其为9.6,计算波数值。正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652cm-1116502126913071307211cm/.kkcv08:34:48三、分子中基团的基本振动形式basicvibrationofthegroupinmolecular1．两类基本振动形式伸缩振动亚甲基：变形振动（弯曲振动）亚甲基08:34:48甲基的振动形式伸缩振动甲基：变形振动甲基对称变形(CH3)1380㎝-1不对称变形(CH3)1460㎝-1对称不对称υs(CH3)υas(CH3)2870㎝-12960㎝-108:34:48例１水分子（非对称分子）２．峰位、峰数与峰强（1）峰位化学键的力常数k越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。（2）峰数峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。08:34:48峰位、峰数与峰强例2CO2分子（有一种振动无红外活性）（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；（5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰；（3）瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；08:34:48（CH3）1460cm-1，1375cm-1。（CH3）2930cm-1，2850cm-1。C2H4O1730cm-11165cm-12720cm-1HHHHOCC08:34:48四、红外吸收峰强度intensityofInfraredabsorptionbend问题：C=O强；C=C弱；为什么？吸收峰强度的两个主要影响因素：跃迁几率、偶极矩变化吸收峰强度偶极矩的平方偶极矩变化——结构对称性；对称性差偶极矩变化大吸收峰强度大符号：s(强)；m(中)；w(弱)红外吸收峰强度比紫外吸收峰小2～3个数量级；08:34:48内容选择第一节红外基本原理basicprincipleofInfraredabsorptionspectroscopy第二节红外光谱与分子结构infraredspectroscopyandmolecularstructure第三节红外谱图解析analysisofInfraredspectrograph第四节红外分光谱仪infraredabsorptionspectrophotometer结束