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文件名称:红外吸收光谱解析.docx
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更新时间:2025-06-24
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文档摘要

红外吸取光谱法

第一节概述

一、红外光谱测定的优点

20世纪50年月初期,红外光谱仪问世,揭开了有机物构造鉴定的篇章。到了50年月末期,已经积存了大量的红外光谱数据,到70年月中期,红外光谱法成为了有机构造鉴定的重要方法。红外光谱测定的优点:

1、任何气态、液态、固态样品都可以进展红外光谱的测定,这是核磁、质谱、紫外等仪器所不及的。

2、每种化合物均有红外吸取,又有机化合物的红外光谱可以获得丰富的信息。

3、常规红外光谱仪价格低廉,易于购置。

4、样品用量小。

二、红外波段的划分σ=104/λ〔λnm σcm-1〕

红外波段范围又可以进一步分为远红外、中红外、近红外

波段

波长nm

波数cm-1

近红外

0.75~2.5

13300~4000

中红外

2.5~15.4

4000~650

远红外

15.4~830

650~12

三、红外光谱的表示方法

红外光谱图多以波长λ〔nm〕或波数σ〔cm-1〕为横坐标,表示吸取峰的位置,多以透光率T%为纵坐标,表示吸取强度,此时图谱中的吸取“峰”,其实是向下的“谷”。一般吸取峰的强弱均以很强〔ε大于200〕、强〔ε在75-200〕、中〔ε在25-75〕、弱〔ε在5-25〕、很弱〔ε小于5〕,这里的ε为表观摩尔吸取系数

红外光谱中吸取峰的强度可以用吸光度〔A〕或透过率T%表示。峰的强度遵守朗伯-比耳定律。吸光度与透过率关系为

TA=lg(1 )

T

所以在红外光谱中“谷”越深〔T%小〕,吸光度越大,吸取强度越强。

其次节 红外吸取光谱的根本原理一、分子的振动与红外吸取

任何物质的分子都是由原子通过化学键联结起来而组成的。分子中的原子与化学键都处于不断的运动中。它们的运动,除了原子外层价电子跃迁以外,还有分子中原子的振动和分子本身的转动。这些运动形式都可能吸取外界能量而引起能级的跃迁,每一个振动能级常包含有很多转动分能级,因此在分子发生振动能级跃迁时,不行避开的发生转动能级的跃迁,因此无法测得纯振动光谱,故通常所测得的光谱实际上是振动-转动光谱,简称振转光谱。1、双原子分子的振动

分子的振动运动可近似地看成一些用弹簧连接着的小球的运动。以双原子分子为例,假设把两原子间的化学键看成质量可以无视不计的弹簧,长度为〔r键长〕,两个原子分子量为m1、m2。假设把两个原子看成两个小球,则它们之

间的伸缩振动可以近似的看成沿轴线方向的简谐振动,如图3—2。因此可以

把双原子分子称为谐振子。这个体系的振动频率υ〔以波数表示〕,由经典力学〔虎克定律〕可导出:

C——光速〔3×108m/s〕

cυ= 1 K K——化学键的力常数〔N/m〕

c

2π μ mm

μ——折合质量〔kg〕 μ=m1 2

1+m2

假设力常数以N/m为单位,折合质量μ以原子质量为单位,则上式可简化为

υ=130.2 K

μ

双原子分子的振动频率取决于化学键的力常数和原子的质量,化学键越

强,相对原子质量越小,振动频率越高。

H-Cl 2892.4cm-1 C=C 1683cm-1

C-H 2911.4cm-1 C-C 1190cm-1

同类原子组成的化学键〔折合质量一样〕,力常数大的,根本振动频率就大。由于氢的原子质量最小,故含氢原子单键的根本振动频率都消灭在中红外的高频率区。

2、多原子分子的振动

、根本振动的类型

多原子分子根本振动类型可分为两类:伸缩振动和弯曲振动。亚甲基CH2的各种振动形式。

C C

对称伸缩振动 不对称伸缩振动

亚甲基的伸缩振动

+ + +

C C C C

剪式振动 面内摇摆 面外摇摆 扭曲变形面内弯曲振动 面外弯曲振动

亚甲基的根本振动形式及红外吸取

A、伸缩振动用υ表示,伸缩振动是指原子沿着键轴方向伸缩,使键长发生周期性的变化的振动。

伸缩振动的力常数比弯曲振动的力常数要大,因而同一基团的伸缩振动常在高频区消灭吸取。四周环境的转变对频率的变化影响较小。由于振动偶合作用,原子数N大于等于3的基团还可以分为对称伸缩振动和不对称伸缩振动符号分别为υs和υas一般υas比υs的频率高。

B、弯曲振动用δ表示,弯曲振动又叫变形或变角振动。一般是指基团键角

发生周期性的变化的振动或分子中原子团对其余局部作相对运动。弯曲振动的力常数比伸缩振动的小,因此同一基团的弯曲振动在其伸缩振动的低频区消灭,另外弯曲振动对环境构造的转变可以在较广的波段范围内消灭,所以一般不把它作为基团频率处理。

、分子的振动自由度

多原子分子的振动比双原子振动要简单的多。双原子分子只有一种振动方式〔伸缩振动〕,所以可以产生一个根本振动吸取峰。而多原子分子随着原子数目的增加,振动方式也越简单,因而它可以消灭一个以上的吸取峰,并且这些峰的数目与分子的振动自由度