文档介绍：第五章红外吸收光谱法第一节概述 ?1800 年英国科学家赫谢尔发现红外线?1936 年世界第一台棱镜分光单光束红外光谱仪制成?1946 年制成双光束红外光谱仪?60年代制成以光栅为色散元件的第二代红外光谱仪?70年代制成傅立叶变换红外光谱仪,使扫描速度大大提高?70年代末,出现了激光红外光谱仪,共聚焦显微红外光谱仪等 2. 红外光谱的范围 200nm 400nm 780nm 1000um 近紫外可见红外 50um 1000um 中红外区远红外区近红外区 m cm cm????/ 10 / 1/ 4 1???1 42000 5 10 ??? cm ?例如 m??5?波数/cm -13. 红外光谱的特点?每种化合物均有红外吸收,有机化合物的红外光谱能提供丰富的结构信息?任何气态、液态和固态样品均可进行红外光谱测定,这是其它仪器分析方法难以做到的?常规红外光谱仪器结构简单,价格不贵?样品用量少,可达微克量级红外光谱主要用于定性分析但也可用于定量分析?定性: 红外光谱最重要的应用是中红外区有机化合物的结构鉴定。通过与标准谱图比较, 可以确定化合物的结构;对于未知样品,通过官能团、顺反异构、取代基位置、氢键结合以及络合物的形成等结构信息可以推测结构。?定量: 近年来红外光谱的定量分析应用也有不少报道,尤其是近红外、远红外区的研究报告在增加。如近红外区用于含有与 C,N,O等原子相连基团化合物的定量;远红外区用于无机化合物研究等。?红外光谱还可作为色谱检测器。第二节红外光谱的理论基础??? kc2 1? C-光速 K- 键力常数 u-折合质量 21 21mm mm???? m1 m2 ,采用谐振子模型来研究双原子分子的振动,即化学键相当于无质量的弹簧,它连接两个刚性小球,它们的质量分别等于两个原子的质量。一、红外吸收与分子结构 1. 双原子分子的振动根据虎克定律: C-C C=C C=C K 4-6x10 -5 8-12x10 -5 12-20x10 -5 g/s 2 V 1190 1683 2062 cm -1 C-C C-H V1190 2920 cm -1 同类原子组成的化学键,力常数越大,振动频率越大。对相同化学键的基团,波数与相对原子质量成反比。实际上在一个分子中,基团与基团之间, 化学键之间都会相互影响,因此,振动频率不仅决定于化学键两端的原子质量和键力常数,还与内部结构和外部因素(化学环境)有关。由于原子的种类和化学键的性质不同,以及各化学键所处的环境不同,导致不同化合物的吸收光谱具有各自的特征,据此可以对化合物进行定性分析。 2、多原子分子的振动分为伸缩振动和弯曲振动,见示意图。?一个由 n个原子组成的分子其运动自由度应该等于各原子运动自由度的和。?一个原子在空间的位置由三个坐标确定,对于 n个原子组成的分子,需用 3n个坐标确定,即分子有 3n个自由度。?但分子是整体,对于非直线型分子,分子绕其重心的转动有 3个自由度,分子重心的平移运动又需要 3个自由度,因此剩余的 3n-6 个自由度是分子的基本振动数。?而对于直线型分子,沿其键轴方向的转动不可能发生, 转动只需要两个自由度,分子基本振动数为 3n-5 。基本振动又称简正振动。