红外吸收光谱法IR-APPT课件.ppt
分析化学,第十三章 红外吸收光谱法 分析化学教研室,第一节 概述,红外分光光度法：利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸 收的特性来进行结构分析、定性和定量的 分析方法，又称红外吸收光谱法 (infrared spectrophotometry, IR),一、红外光的区划 二、红外吸收过程 三、红外光谱的作用 四、红外光谱的表示方法 五、IR与UV的区别,一、红外光的区划,红外线：波长在0.76500m (1000m) 范围内的电磁波,波数和波长的关系,红外光谱区 l (mm) s (cm-1) 能级跃迁 近红外区 0.76 2.5 13158 4000 -OH和-NH倍频吸收区 中红外区 2.5 50 4000 200 振动（伴随转动） 远红外区 50 1000 200 10 纯转动光谱,UV-Vis：200760nm（ UV：200360nm；Vis：260760nm） IR：0.76500m（ 近IR：0.762.5m） （ 中IR：2.550m） （ 远IR：50500m）,二、红外吸收过程,UV分子外层价电子能级的跃迁 （电子光谱） IR分子振动和转动能级的跃迁 （振转光谱）,三、红外光谱的作用,1可以确定化合物的类别（芳香类） 2确定官能团： 例：CO，CC，CC 3推测分子结构（简单化合物） 4定量分析,四、红外光谱的表示方法,UV光谱表示方法：A-曲线 特点：峰向上，峰少,IR光谱表示方法： T-曲线：棱镜（早期） 前密后疏 T-曲线：光栅 前疏后密 特点：峰向下，峰多,红外光谱图： 形式：T-（cm- 1）； 范围：200（400）4000 （cm- 1）； 两种比例尺：以2000 （cm- 1）为界，前面压缩。 目的：防止高波数区过分扩张。,五、IR与UV的区别,IR UV 起源 分子振动-转动能级跃迁 分子外层价电子能级跃迁 适用 所有红外吸收的有机物 具n-* -*跃迁有机物 气、液、固样品 溶液为主 特征性 特征性强 简单、特征性不强 用途 鉴定化合物类别 定量 鉴定官能团 推测有机物共轭骨架 推测结构,第二节 红外分光光度法基本原理,红外分光光度法研究物质结构与红外光谱之间关系 红外光谱由吸收峰位置和吸收峰强度共同描述,一、红外吸收光谱的产生 二、振动形式 三、振动的自由度（峰数） 四、特征峰与相关峰 五、吸收峰位置（峰位） 六、吸收峰强度（峰强）,一、红外吸收光谱的产生,红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生 分子的振动能级差远大于转动能级差 分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁,1振动能级,续前,2振动光谱,双原子分子A-B近似看作谐振子 两原子间的伸缩振动近似看作简谐振动,续前,基态,第一激发态,续前,续前,3基频峰与泛频峰（P324）,1）基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从 基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰 （即V=0 1产生的峰）,基频峰的峰位等于分子的振动频率 对于多基团分子，基频峰的峰位等于基团的振动频率 基频峰强度大红外主要吸收峰,续前,2）泛频峰,倍频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激 发态、第三振动激发态等高能态时所产生的吸收峰 （即V=0V=2，3- - -产生的峰）,注：泛频峰强度较弱，难辨认却增加了光谱特征性,4红外光谱产生条件：,红外活性振动：分子振动产生偶极矩的变化， 从而产生红外吸收的性质 红外非活性振动：分子振动不产生偶极矩的变化， 不产生红外吸收的性质,分子吸收红外辐射的频率恰等于分子基团振动频率整数倍 分子在振动过程中的净偶极矩的变化不为0，即分子产生红外活性振动,偶极矩 = q 电荷·正负电荷重心间距离 正负电荷重心重合, 则 = 0,二、振动形式（多原子分子）,两类基本振动形式：伸缩振动和变形振动 伸缩振动：键长沿键轴方向发生周期性的变化 弯曲振动：键角发生周期性的变化,振动形式,伸缩振动,弯曲振动,对称伸缩振动s,不对称伸缩振动as,面内弯曲,面外弯曲,变形振动,剪式振动,面内摇摆,面外摇摆,弯曲振动,对称变形s,不对称变形as,AX2,AX3,（一）AX2 （亚甲基）振动形式,1、伸缩振动,2、变形振动,（二）AX3 （甲基）振动形式,1、伸缩振动,2、变形振动,图示,注： 振动自由度反映分子基本振动理论吸收峰数量 并非每个振动都产生基频峰 吸收峰数常少于振动自由度数,三、振动的自由度（峰数）,指分子独立的振动数目，或基本的振动数目,N个原子组成分子，每个原子在空间具3个运动自由度，分子总的运动自由度为3N,示例,水分子非线性分子,示例,CO2分子 线性分子,吸收峰数少于振动自由度的原因： 发生了简并即振动频率相同的峰重叠 红外非活性振动,绝大多数化合物IR吸收峰数小于理论计算振动自由度 其原因有： 无偶极矩变化的振动不产生红外吸收（红外非活性振动）； 吸收简并； 吸收落在仪器检测范围以外； 仪器分辨率低，谱峰重叠等。,四、特征峰与相关峰,（一）特征峰：next 可用于鉴别官能团存在的吸收峰，称,（二）相关峰：next 由一个官能团引起的一组具有相互依存关系的 特征峰，称,注： 相关峰的数目与基团的活性振动及光谱的波数范围 有关 用一组相关峰才可以确定确定一个官能团的存在,图示,back,
