红外吸收光谱法A.ppt

第6章红外吸收光谱法,InfraredabsorptionSpectroscopy,IR,分析化学（仪器分析部分）,目录,6-1概述6-2红外吸收光谱法基本原理6-3基团频率和特征吸收峰6-4红外光谱仪6-5试样的制备6-6红外吸收光谱的应用,6-1概述,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。,样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系的曲线，就得到红外光谱。,（1）转动能级间的能量差Er：0.0050.050eV，跃迁产生吸收光谱位于远红外区（25025mm)，形成远红外光谱（分子转动光谱）；（2）振动能级的能量差Ev约为：0.05eV，跃迁产生的吸收光谱位于红外区(251.25mm)，形成红外光谱（分子振动光谱）；（3）电子能级的能量差Ee较大120eV。电子跃迁产生的吸收光谱在紫外可见光区(1.2500.06mm)，形成紫外可见光谱（分子的电子光谱）。,复习：分子吸收光谱的分类,光谱区与能量相关图,6-1-1红外光区的划分,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）,6-1-2红外光谱的表示方法,T曲线前疏后密因为较有用的红外数据都出现在比2000cm-1小的波数处，所以详细标注,较早文献中，红外吸收峰的位置多用波长表示。近期一般用波数的线性刻度来表示吸收峰的位置。,6-1-3IR与UV的区别,IRUV产生分子振动能级伴随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化合物具n-*跃迁有机化合物具-*跃迁有机化合物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化合物共轭骨架推测结构,6-1-4红外光谱法的特点和应用1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；3）分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、波峰数目及强度确定分子基团、分子结构；4）定量分析；5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；6）分析速度快。7）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。,6-2红外吸收光谱法基本原理,红外吸收光谱法通过研究物质结构与红外光谱之间的关系来对未知试样定性鉴定或定量测定。红外光谱由吸收峰位置和吸收峰强度共同描述。,6-2-1红外吸收光谱产生的条件,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,分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件：条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。根据量子力学原理，分子振动能量E振是量子化的，即E振=（V+1/2）h为分子振动频率，V为振动量子数，其值取0，1，2，分子中不同振动能级差为E振=Vh也就是说，吸收光子的能量（hL）要与该能量差相等，hL=Vh，即L=V时，才可能发生振转跃迁。例如当分子从基态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1），此时V=1，即L=,基频峰与泛频峰,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=01产生的峰）,基频峰的峰位等于分子的振动频率基频峰强度大红外主要吸收峰,泛频峰,泛频峰：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=1V=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,可提供分子的“指纹”。,条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用为了满足这一条件，分子振动时其偶极矩必须发生变化。,磁场,电场,交变磁场,分子固有振动a,偶极矩变化（能级跃迁）,耦合,不耦合,红外吸收,无偶极矩变化,无红外吸收,.分子振动必须伴随偶极矩的变化，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光谱，该分子称为红外活性的。=0的分子振动不能产生红外振动吸收，称为非红外活性的,6-2-2双原子分子的振动分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相比）作周期性“简谐”振动，其振动可用经典刚性振动描述：,双原子分子的折合质量(g),：谐振子的振动频率(s-1)；k：振动力常数(Ncm-1),：谐振子基频振动吸收波数（cm-1)h：普朗克常数K：振动力常数,影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化学键力常数k和折合质量。k大，化学键的振动波数高，如kCC(2222cm-1)kC=C(1667cm-1)kC-C(1429cm-1)（质量相近）折合质量m大，化学键的振动波数低，如mC-C(1430cm-1)mC-N(1330cm-1)100为非常强峰（vs），20100为强峰（s），1020为中强峰(m)，1六元环。随环张力增加，红外峰向高波数移动。,2.外部因素：物质状态及制样方法通常，物质由固态向气态变化，其波数将增加。如丙酮在液态时，C=O=1718cm-1;气态时C=O=1742cm-1，因此在查阅标准红外图谱时，应注意试样状态和制样方法。溶剂效应极性基团的伸缩振动