仪器分析（含实验） 《仪器分析》课程 第十三章 红外吸收光谱法 Chapter Thirteen Infrared Absorption Spectrum For Short:IR
《仪器分析》课程 仪器分析(含实验) 第十三章 Chapter Thirteen Infrared Absorption Spectrum For Short： IR 红外吸收光谱法
§13.1红外光谱法基本原理 一、概述 1.红外光谱 AE分子=AE振动+AE转动 =h(△V振动+△V转动） =hc/八2振动+转动) △E振动≈0.05~1eV, 振动≈25~1.25μm △E转动≈0.005~0.05eV, 分子振动吸收光谱 分子转动吸收光谱 转动≈250~25μm 分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。 红外光谱也称分子的振、转动光谱。 作用：有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红 外特征吸收频率，确定化合物结构中基团；也可依据特 征峰的强度变化进行定量分析
一、概述 分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。 红外光谱也称分子的振、转动光谱。 1. 红外光谱 §13.1 红外光谱法基本原理 E1 E0 υ0 υ1 υ2 1 J 0 2 3 J 0 2 3 1 J 0 2 3 1 J 0 2 3 1 分子振动吸收光谱 分子转动吸收光谱 ( ) (Δ Δ ) Δ Δ Δ 振动 转动 振动 转动 分子 振动 转动 hc / λ λ h ν ν E E E = + = + = + 250 ~ 25 Δ 0.005 ~ 0.05ev, 25 ~ 1.25 Δ 0.05 ~ 1ev, 转动 转动 振动 振动 λ E λ E μm μm 作用：有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红 外特征吸收频率，确定化合物结构中基团；也可依据特 征峰的强度变化进行定量分析
2.红外光谱的区的划分(0.75~1000μm) 波谱区 近红外光 中红外光 远红外光 波长μm 0.75-2.5 2.5-50 50~1000 波数/cm1 13333-4000 4000-200 200~10 跃迁类型 分子振动 分子转动 近红外光谱区： 远红外光谱区： 低能电子能级跃迁 冬气体分子的转动能级跃迁 含氢原子团：-OH、 红外吸收光谱法： 冬液体与固体中重原子的伸 NH、-CH伸缩振动的 分子的振动、转动 缩振动 倍频吸收峰 基频吸收光谱区 ?晶体的晶格振动 冬稀土及过渡金属离子 应用最为广泛的 冬某些变角振动、骨架振动 配位化学的研究对像 红外光谱区 -异构体的研究 ?适用于水、醇、高分 冬金属有机化合物、氢键、 子化合物、含氢原子 吸附现象研究 团化合物的定量分析 该光区能量弱，较少用于分析
波谱区 近红外光 中红外光 远红外光 波长/m 0.75~2.5 2.5~50 50~1000 波数/ cm-1 13333~4000 4000~200 200~10 跃迁类型 分子振动 分子转动 近红外光谱区： ❖ 低能电子能级跃迁 ❖ 含氢原子团：-OH、 -NH、-CH伸缩振动的 倍频吸收峰 ❖ 稀土及过渡金属离子 配位化学的研究对象 ❖ 适用于水、醇、高分 子化合物、含氢原子 团化合物的定量分析 红外吸收光谱法： 分子的振动、转动 基频吸收光谱区 应用最为广泛的 红外光谱区 远红外光谱区： ❖ 气体分子的转动能级跃迁 ❖ 液体与固体中重原子的伸 缩振动 ❖ 晶体的晶格振动 ❖ 某些变角振动、骨架振动 -异构体的研究 ❖ 金属有机化合物、氢键、 吸附现象研究 该光区能量弱,较少用于分析 2. 红外光谱的区的划分（0.75~1000m）
二、红外光谱产生的条件 辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； ()辐射能应具有能满 △E分子=△E振动十AE转动 足物质产生振动跃 =h(y振动+V转动) 迁所需的能量； =hc/(2振动+人转动） (2)辐射与物质间有相互偶合作用，产生偶极炬的变化 没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性： 如：单原子分子、同核分子：He、Ne、N2、O2C2、H2等。 没有红外活性。 如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁， 有红外活性。 如：非对称分子：有偶极矩，红外活性。 没有偶极矩变化、但是有极化度变化的振动跃迁，有拉曼活性
二、红外光谱产生的条件 (2) 辐射与物质间有相互偶合作用，产生偶极炬的变化 (1) 辐射能应具有能满 足物质产生振动跃 迁所需的能量； /( ) ( ) Δ Δ Δ 振动 转动 振动 转动 分子 振动 转动 hc λ λ h ν ν E E E = + = + = + 辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； 没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性： 如：单原子分子、同核分子：He、Ne、N2、O2、Cl2、H2 等。 没有红外活性 。 如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁， 有红外活性。 如：非对称分子：有偶极矩，红外活性。 没有偶极矩变化、但是有极化度变化的振动跃迁，有拉曼活性
三、双原子分子振动方程式 1.双原子分子的简谐振动及其频率 分子的振动能级（量子化)： E振动=（41/2)hy v:化学键的振动频率； V振动量子数（=0、1、2.)，当=0时，E0,称为零点能。 根据经典力学的虎克定律： h K △E振动= 2πV4 v(cm)= k-化学键的力常数（达因），与键能和键长有关； -双原子的折合质量： u=mm2/(m1+m2) (cm')=1=1k λ2πCV4 =1307 k-化学键的力常数(NWcm),与键能和键长有关； 4-双原子的折合原子量：4=M,M,(M+M2)
三、双原子分子振动方程式 1．双原子分子的简谐振动及其频率 分子的振动能级（量子化）： E振动=（V+1/2）hν ν：化学键的振动频率； V： 振动量子数（V=0、1、2.）,当V=0时，E≠0，称为零点能。 根据经典力学的虎克定律： κ 2 h E振 动 = k C v 2 1 (cm ) -1 ~ = k-化学键的力常数(达因) ，与键能和键长有关； μ-双原子的折合质量: μ =m1m2 /(m1+m2 ) k-化学键的力常数(N/cm) ，与键能和键长有关； μ-双原子的折合原子量: μ =M1M2 /（M1+M2 ）。 π k k C v 1307 2 1 1 (cm ) -1 = = = − λ μ μ