仪器分析仪器必备知识仪器分析-红外-6.pptx

仪器分析 1 基本原理 仪器分析——红外吸收光谱法 （4）红外光谱产生的条件 振动能级的跃迁 利用红外光谱对物质分子进行的分析和鉴定。将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，某些特定波长的红外射线被吸收，形成这一分子的红外吸收光谱。每种分子都有由其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，据此可以对分子进行结构分析和鉴定。当分子中各原子以同一频率、同一相位在平衡位置附近作简谐振动时，这种振动方式称简正振动（例如伸缩振动和变角振动）。分子振动的能量与红外射线的光量子能量正好对应，因此当分子的振动状态改变时，就可以发射红外光谱，也可以因红外辐射激发分子而振动而产生红外吸收光谱。分子的振动和转动的能量不是连续而是量子化的。但由于在分子的振动跃迁过程中也常常伴随转动跃迁，使振动光谱呈带状。所以分子的红外光谱属带状光谱。分子越大，红外谱带也越多。 通常用分子的偶极矩（）来描述分子极性的大小。  =q d 分子振动引起瞬间偶极矩变化 对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2等。 非对称分子：有偶极矩，红外活性。 偶极子在交变电场中的作用示意图 产生红外吸收的条件 红外光谱是由于分子振动能级（同时伴随转动能级）跃迁而产生的，物质吸收红外辐射应满足两个条件： （1）辐射光具有的频率与分子中某个基团的振动频率相等； （2）物质分子在振动过程中应有偶极矩的变化。 理论上计算的一个振动自由度，在红外光谱上相应产生一个基频吸收带。例如，三个原子的非线性分子H2O，有3个振动自由度。红外光谱图中对应出现三个吸收峰，分别为3 650 cm-1，1 595 cm-1，3 750 cm-1。同样，苯在红外光谱上应出现3×12-6=30个峰。实际上，绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数，远小于理论上计算的振动数，这是由如下原因引起的： （1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收，即非红外活性； （2）相同频率的振动吸收重叠，即简并； （3）仪器不能区别那些频率十分相近的振动，或因吸收带很弱，仪器检测不出； （4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。 例如，线性分子CO2，理论上计算其基本振动数为：3N-5=4。 其具体振动形式如下： ← → O ═ C ═ O 对称伸缩（无吸收峰） → ← → O ═ C ═ O 反对称伸缩（2349 cm-1） ↑O ═ C ═ O↓ ↓ 面内变形（667 cm-1） ↖ ↖ O ═ C ═ O ↘ 面外变形（667 cm-1） 但在红外图谱上，只出现667 cm-1和2349 cm-1两个基频吸收峰。这是因为对称伸缩振动偶极矩变化为零，不产生吸收。而面内变形和面外变形振动的吸收频率完全一样，发生简并。 T ~σ曲线 →前疏后密 T~λ曲线 →前密后疏 红外吸收光谱的表示法