文档介绍：第四章 红外吸收光谱分析法
infrared absorption spectroscopy,IR
第一节红外光谱分析基本原理
第二节红外光谱与分子结构
第三节红外分光光度计
第四节红外谱图解析
第五节激光拉曼光谱分析法
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一、概述
introduction
二、红外吸收光谱产生的条件
condition of Infrared absorption spectroscopy
三、分子中基团的基本振动形式
basic vibration of the group in molecular
四、红外吸收峰强度
intensity of infrared absorption bend
第一节 红外光谱分析基本原理
principle of IR
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分子中基团的振动和转动能级跃迁产生:振-转光谱
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
近红外区
中红外区
远红外区
原因:测定IR光时,所用的仪器不同且各个区域所得到的信息各不相同。
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右两图上为谐振子的势能曲线,下图为HCl的势能曲线;两图中横坐标代表核心间距r,纵坐标表示势能,表达式如上,由上式可见,势能曲线为抛物线;由两图可见,两条曲线在振幅较小、相互较靠近、核间距为re时势能值最小;当振幅增大时HCl分子的实际势能随着原子核间距的增大而增大,核间距增大到一定值以后,核间引力不复存在,分子发生解离,此时势能值为常数。
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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
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二、红外吸收光谱产生的条件 condition of infrared absorption spectroscopy
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。
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
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分子振动方程式
分子的振动能级(量子化):
E振=(V+1/2)h
V :化学键的振动频率;
:振动量子数,即体系的振动频率。
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
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任意两个相邻的能级间的能量差为:
k化学键的力常数,与键能和键长有关,
为双原子的折合质量=m1m2/(m1+m2)
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。
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表某些键的伸缩力常数(毫达因/埃)
键类型—CC —> —C =C —> —C — C —
力常数 15 17
峰位 m m 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。
1N = 105dyn(cm·g·s-2)
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分子振动方程式各参数的单位换算:
键力常数k单位常用毫达因/埃(mdyn/A),也常用达因/厘米(dyn/cm):
1 mdyn/A = 105 dyn/cm
若用右边公式,则按=m1m2/(m1+m2)计算k值,如习题12- mdyn/A。
若用左边公式,则按= m1m2/ [(m1+m2)××1023]计算,c = 3×1010 cm/s,此时k的应为dyn/cm。如习题12- ×106 dyn/cm = mdyn/A 。
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