文档介绍：第二章
 
红外光谱(I R)
(Infrared Spectroscopy)
本章主要内容:
第一节: 概述
第二节:红外吸收光谱中分子的振动类型
第三节:影响红外光谱的因素(重点)
第四节:红外光谱仪及制样技术(自学)
第五节:各类化合物的红外光谱特征(重点)
第六节:红外光谱解析(重点)
第七节:红外光谱应用
第一节:概述
1、红外吸收光谱与紫外吸收光谱一样是一种分子吸收光谱。红外光的能量(△E=-)较紫外光(△E=1-20ev)低,当红外光照射分子时不足以引起分子中价电子能级的跃迁,而能引起分子振动能级和转动能级的跃迁,故红外吸收光谱又称为分子振动光谱或振转光谱。
2、红外光谱的特点:特征性强、适用范围广。
红外光谱对化合物的鉴定和有机物的结构分析具有鲜明的特征性,构成化合物的原子质量不同、化学键的性质不同、原子的连接次序和空间位置不同都会造成红外光谱的差别。
红外光谱对样品的适用性相当广泛,无论固态、液态或气态都可进行测定。
3、红外光谱波长覆盖区域: mm ~ 1000mm.
红外光按其波长的不同又划分为三个区段。
(1)近红外:-(波数12820-4000cm-1)
(2) 中红外:-25mm(在4000-400 cm-1)
通常所用的红外光谱是在这一段的(-15mm,即 4000-660 cm-1)光谱范围,本章内容仅限于中红外光谱。
(3) 远红外:波长在25~1000mm(在400-10 cm-1)
转动光谱出现在远红外区。
4、红外光谱的产生及红外光谱图:当物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一样时,分子就要吸收能量,从原来的振动能级跃迁到能量较高的振动能级,将分子吸收红外光的情况用仪器记录,就得到红外光谱图。
图2-1
5、红外光谱表示方法:
(1)红外光谱图
红外光谱图以透光率T %为纵坐标,表示吸收强度,以波长l ( mm) 或波数 s (cm-1)为横坐标,表示吸收峰的位置,现主要以波数作横坐标。波数是频率的一种表示方法(表示每厘米长的光波中波的数目)。通过吸收峰的位置、相对强度及峰的形状提供化合物结构信息,其中以吸收峰的位置最为重要。
(2)将吸收峰以文字形式表示:如下图可表示为,3525cm-1(m),3097cm-1(m), 1637cm-1(s)。这种方法指出了吸收峰的归属,带有图谱解析的作用。
图谱的表示方法
对光谱吸收带的标绘法,在红外光谱图中,吸收位置多用波数(cm-1)表示频率,也有用波长(λ)表示频率的。吸收强度一般都用下列符号来表示:VS(很强)、S(强)、M(中等)、W(弱)、Vw、b(宽)、Sh(肩状吸收带)。
光谱图一般有两种表示法:
一种是以吸光度(即光密度)作纵坐标(lgI0/I),以波长或波数作横坐标,这样表示的图谱吸收峰向上。
另一种表示方法是以透光率(T%,即I/I0*100)为纵坐标,以波长或波数为横坐标,这样表示的图谱吸收峰向下,吸收越强,则曲线越向下降。这两种方法一般后一种用的较多。
第二节:红外吸收光谱的产生
一、红外吸收光谱产生的条件
二、分子振动光谱及方程式
一、红外光谱产生的条件
1、电磁波的能量与分子某能级差相等
E红外光= △E分子振动 n红外光= n分子振动
2、红外光与分子之间有偶合作用,分子振动时其偶极矩(m)必须发生变化,即△≠0 。
即并非所有的振动都会产生红外吸收,只有发生偶极矩变化(△≠0 )的振动才能引起可观测的红外吸收带,这种振动称为红外活性的,反之( △=0)则为红外非活性的。如单原子和同核分子象Ne、He、O2、H2等,CO2的对称伸缩振动也为为红外非活性。
3、能级的跃迁有一定的选律,当振动量子数变化(△n)为±1时,跃迁几率最大
二、分子的振动光谱方程式(分子基团吸收频率的确定)
最简单的分子是双原子分子,如在理论上搞清楚双原子分子的振动光谱,就可把多原子分子看成是双原子的集合而加以讨论。
为了便于讨论,暂忽略分子的转动,并把双原子分子看成是一个谐振子,即把两个原子看成质量为mA与 mB的两个质点,其间的化学键看成无质量的弹簧,当分子吸收红外光时,两个原子将在连接的轴线上作振动,就如谐振子所作的简谐振动。