文档介绍：第四章 红外吸收光谱法
分析化学（下）
东北师范大学精品课
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主要内容
第一节 概述
第二节 红外吸收基本理论
第三节 红外吸收光谱仪
第四节 红外吸收光谱分析
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第一节 C－C， 1190
对于双原子分子（谐振子）的振动能量：要用量子力学来处理
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υ可取0，1，2，……称为振动量子数（Vibrational quantum number），ν为振动频率。
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注意：
（1）对于双原子分子，其振动频率可以采用经典力学的方法计算，但振动的能量是量子化的，必须根据量子力学的方法处理。
（2）能级等间隔，都是hv。
（3）双原子分子（谐振子）的振动能级的跃迁选律（Vibrational Selection Rule）：Dn = ±1
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2、非谐振子
实际上双原子分子不是理想的谐振子，原因有俩：
（1）电子云的排斥，两个原子靠的越近，斥力越大；
（2）两个原子之间的距离增大到一定程度后，分子解离。
因此双原子分子应该看成是非谐振子。从势能图上看区别！
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(1) Harmonic at low n
(2) DE becomes smaller at high n (broadens band)
(3) Selection rule， Dn = ±1 and also Dn = ±2...
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讨论:
（1）振动能级之间的能级差能量较小，分子在振动能级之间跃迁吸收红外光辐射；
（2）从v=0跃迁至v＝1产生的吸收谱线称为基本谱带或基频峰；
（3）从v＝0跃迁至v＝2产生的吸收谱带称为倍频峰，跃迁至v＝2称为第一倍频峰，v＝3称为第二倍频峰；倍频峰的频率不是基频峰的整数倍，而是略小。
（4）基频峰跃迁几率大，峰最强，倍频峰较弱
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二、分子的振动方式
构成分子的原子不是静止不动的，原子在其平衡位置做相对运动，从而产生振动！原子与原子之间的相对运动无非有两种情况，即：键长发生变化（伸缩振动，Stretch），键角发生变化（弯曲振动，Bend）
1、对于双原子分子：没有弯曲振动，只有一个伸缩振动
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2、对于多原子分子来说，情况比较复杂
伸缩振动：change in bond length
弯曲振动：change in bond angle
先看一下伸缩振动：也两种情况：对称和不对称伸缩
以亚***－CH2为例：
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ns
nas
symmetric
asymmetric
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再看一下弯曲振动：键角发生变化而键长不变
两类：面内弯曲振动
r
d
scissoring
wagging
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面外弯曲振动
w
t
twisting/torsion
rocking
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三、分子的振动自由度
分子振动形式的多少称为振动的自由度，换句话说，振动自由度就是分子的独立的振动数目。
如何计算分子的振动自由度？
1、如果一个分子有N个原子，在三维空间里（x,y,z)，每个原子的运动自由度为3，N个原子的总运动自由度（运动数目）＝3N。
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2、分子在空间的运动形式有三种：平动，转动，振动
（1）平动：分子作为一个整体在空间平移。
有三种平动方式，平动自由度为3
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（2）转动：分子在空间围绕一个通过其质心的轴转动。
对于线形分子：
有两种转动方式，转动自由度为2
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对于非线形分子：
有三种转动方式，转动自由度为3
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（3）振动
因此：对于有N个原子的分子来说，总的运动自由度＝平动自由度＋转动自由度＋振动自由度＝3N
振动自由度＝运动自由度－平动自由度－转动自由度
对于线性分子：振动自由度＝3N－5
对于非线性分子：振动自由度＝3N－6
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例如：
H2，双原子分子，3N－5＝1
H2O，三原子分子，非线性，3N－6＝3
vs
vas
d
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CO2,三原子分子，线性，3N－5＝4
+
+
-
d
t
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例如：苯，3N－6＝30种，实际上苯的红外谱图上只有几个吸收峰！
说明：不单苯，许多化合物在红外谱图上的吸收峰数目要远小于其振动自由度（理论计算值）。
原因:(1)相同频率的峰重叠，即简并；（2）频率接近或峰弱，仪器检测不出；（3）有些吸收峰落在仪器的检测范围之外；（4）并不是所有的振动都产生红外吸收！
那么什么情况下的振