紅外解析高分子1

1、2022-5-7第四章第四章 紅外吸收光譜紅外吸收光譜分析法分析法一、概述概述 introduction二、紅外吸收光譜產生的二、紅外吸收光譜產生的條件條件condition of Infrared absorption spectroscopy三、分子中基團的基本振三、分子中基團的基本振動形式動形式basic vibration of the group in molecular四、紅外吸收峰強度四、紅外吸收峰強度intensity of infrared absorption bend 第一節(jié)第一節(jié) 紅外光譜分析基本原理紅外光譜分析基本原理infrared absorption spec-

2、troscopy，IR principle of IR2022-5-7分子中基團的振動和轉動能級躍遷產生：振分子中基團的振動和轉動能級躍遷產生：振- -轉光譜轉光譜一、概述一、概述 introduction輻射分子振動能級躍遷紅外光譜官能團分子結構近紅外區(qū)中紅外區(qū)遠紅外區(qū)2022-5-72022-5-7紅外光譜圖紅外光譜圖：縱坐標為吸收強度，橫坐標為波長 （ m ）和波數1/ 單位：cm-1可以用峰數，峰位，峰形，峰強來描述。應用：應用：有機化合物的結構解析。定性：定性：基團的特征吸收頻率；定量：定量：特征峰的強度；紅外光譜與有機化合物結構紅外光譜與有機化合物結構2022-5-7二、紅外吸收光

3、譜產生的條件二、紅外吸收光譜產生的條件 condition of Infrared absorption spectroscopy 滿足兩個條件：滿足兩個條件： (1)輻射應具有能滿足物質產生振動躍遷所需的能量； (2)輻射與物質間有相互偶合作用。 對稱分子對稱分子：沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 非對稱分子非對稱分子：有偶極矩，紅外活性。 偶極子在交變電場中的作用示意圖( (動畫動畫) )2022-5-7分子振動方程式分子振動方程式分子的振動能級（量子化）：分子的振動能級（量子化）： E振振=（V+1/2）h V ：化學鍵的化學鍵的 振動頻率；振動頻

4、率； ：振動量子數。振動量子數。雙原子分子的簡諧振動及其頻率雙原子分子的簡諧振動及其頻率化學鍵的振動類似于連接兩個小球的彈簧化學鍵的振動類似于連接兩個小球的彈簧2022-5-7 任意兩個相鄰的能級間的能量差為：任意兩個相鄰的能級間的能量差為： kkckhhE13072112 K化學鍵的力常數，與鍵能和鍵長有關，化學鍵的力常數，與鍵能和鍵長有關， 為雙原子的為雙原子的折合質量折合質量 =m1m2/（m1+m2） 發(fā)生振動能級躍遷需要能量的大小取決于鍵兩端原子的發(fā)生振動能級躍遷需要能量的大小取決于鍵兩端原子的折合質量和鍵的力常數，即取決于分子的結構特征。折合質量和鍵的力常數，即取決于分子的結構特征

5、。2022-5-7表表 某些鍵的伸縮力常數（毫達因某些鍵的伸縮力常數（毫達因/埃）埃）鍵類型鍵類型 C C C =C C C 力常數力常數 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位峰位 4.5 m 6.0 m 7.0 m 化學鍵鍵強越強（即鍵的力常數化學鍵鍵強越強（即鍵的力常數K越大）原子折合質量越大）原子折合質量越小，化學鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現在高波數區(qū)。越小，化學鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現在高波數區(qū)。2022-5-7 例題例題: 由表中查知由表中查知C=C鍵的鍵的K=9.5 9.9 ,令其為令其為9.6, 計算波數值。計算波數值。正己烯中C=C鍵伸縮振動頻率實測值為165

6、2 cm-1116502126913071307211cm/.kkcv2022-5-7三、分子中基團的基本振動形式三、分子中基團的基本振動形式 basic vibration of the group in molecular1 1兩類基本振動形式兩類基本振動形式伸縮振動伸縮振動 亞甲基：亞甲基：變形振動變形振動 亞甲基亞甲基( (動畫動畫) )2022-5-7甲基的振動形式甲基的振動形式伸縮振動伸縮振動 甲基：甲基：變形振動變形振動 甲基甲基對稱對稱s s(CH(CH3 3)1380)1380-1-1 不不對稱對稱asas(CH(CH3 3)1460)1460-1-1對稱對稱 不對稱不對稱s

7、 s(CH(CH3 3) ) asas(CH(CH3 3) )2870 2870 -1 -1 2960 2960-1-12022-5-7例水分子例水分子（非對稱分子）（非對稱分子）峰位、峰數與峰強峰位、峰數與峰強（1）峰位）峰位 化學鍵的力常數K越大，原子折合質量越小，鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現在高波數區(qū)（短波長區(qū)）；反之，出現在低波數區(qū)（高波長區(qū)）。（2）峰數）峰數 峰數與分子自由度有關。無瞬間偶基距變化時，無紅外吸收。( (動畫動畫) )2022-5-7峰位、峰數與峰強峰位、峰數與峰強例例2CO2分子分子（有一種振動無紅外（有一種振動無紅外活性）活性）（4）由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，產生

8、一個強的吸收峰，基）由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，產生一個強的吸收峰，基頻峰；頻峰；（5）由基態(tài)直接躍遷到第二激發(fā)態(tài)，產生一個弱的吸收峰，）由基態(tài)直接躍遷到第二激發(fā)態(tài)，產生一個弱的吸收峰，倍頻峰；倍頻峰；（3）瞬間偶基距變化大，吸收峰強；鍵兩端原子電負性相）瞬間偶基距變化大，吸收峰強；鍵兩端原子電負性相差越大（極性越大），吸收峰越強；差越大（極性越大），吸收峰越強；( (動畫動畫) )2022-5-7 （CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。 （CH3）2930 cm-1，2850cm-1。C2H4O1730cm-11165cm-12720cm-1HHHHOCC2022-5-7四、紅外吸收

9、峰強度四、紅外吸收峰強度 intensity of Infrared absorption bend 問題問題：C=O 強；強；C=C 弱；為什么？弱；為什么？吸收峰強度吸收峰強度躍遷幾率躍遷幾率偶極矩變化偶極矩變化吸收峰強度吸收峰強度 偶極矩的平方偶極矩的平方偶極矩變化偶極矩變化結構對稱性；結構對稱性；對稱性差對稱性差偶極矩變化大偶極矩變化大吸收峰強度大吸收峰強度大符號：符號：s(強強)；m(中中)；w(弱弱)紅外吸收峰強度比紫外吸收峰小紅外吸收峰強度比紫外吸收峰小23個數量級；個數量級；2022-5-7 內容選擇：內容選擇：第一節(jié)第一節(jié) 紅外基本原理紅外基本原理basic principle of Infrared absorption spectroscopy第二節(jié)第二節(jié) 紅外光譜與分子結構紅外光譜與分子結構infrared spectroscopy and molecular structure第三節(jié)第三節(jié) 紅