概述及紅外基本原理

概述及紅外基本原理第一頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日2023/6/19分子中基團(tuán)的振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷產(chǎn)生：振-轉(zhuǎn)光譜

introduction輻射→分子振動能級躍遷→紅外光譜→官能團(tuán)→分子結(jié)構(gòu)近紅外區(qū)0.78-2.5m中紅外區(qū)2.5-25m遠(yuǎn)紅外區(qū)25-1000m第一節(jié)概述第二頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日2023/6/19能級躍遷

電子能級間躍遷的同時，總伴隨有振動和轉(zhuǎn)動能級間的躍遷。即電子光譜中總包含有振動能級和轉(zhuǎn)動能級間躍遷產(chǎn)生的若干譜線而呈現(xiàn)寬譜帶。第三頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日2023/6/19縱坐標(biāo)為透過率%，橫坐標(biāo)為波長λ（m）或波數(shù)1/λ(單位：cm-1)?？梢杂梅鍞?shù)，峰位，峰形，峰強(qiáng)來描述。定性：基團(tuán)的特征吸收頻率；進(jìn)行有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)解析。定量：特征峰的強(qiáng)度；紅外光譜圖第四頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日2023/6/19第二節(jié)紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件

conditionof

Infraredabsorptionspectroscopy

(1)輻射應(yīng)具有能滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動躍遷所需的能量；(2)分子振動時有瞬間偶極矩變化。紅外活性infraredactive有偶極矩變化，有紅外活性。如H2O，HCl,CO2(動畫)非紅外活性infraredinactive沒有偶極矩變化，輻射不能引起共振，無紅外活性。如：N2、O2、Cl2

等。第五頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日2023/6/19例2

CO2分子

（有一種振動無紅外活性）(動畫)第六頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日2023/6/19一.分子振動方程式分子的振動能級（量子化）雙原子分子的簡諧振動及其頻率化學(xué)鍵的振動類似于連接兩個小球的彈簧第七頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日2023/6/19任意兩個相鄰的能級間的能量差為：

K化學(xué)鍵的力常數(shù)（forceconstant），與鍵能和鍵長有關(guān)，為雙原子的折合質(zhì)量（reducedmass）=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折合質(zhì)量和鍵的力常數(shù)，即取決于分子的結(jié)構(gòu)特征。第八頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日2023/6/19表某些鍵的伸縮力常數(shù)（毫達(dá)因/埃）鍵類型—CC—>—C=C—>—C—C—力常數(shù)15179.59.94.55.6峰位4.5m6.0m7.0m

化學(xué)鍵鍵強(qiáng)越強(qiáng)（即鍵的力常數(shù)K越大）原子折合質(zhì)量越小，化學(xué)鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。第九頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日2023/6/19

例題:由表中查知C=C鍵的K=9.59.9,令其為9.6,計(jì)算波數(shù)值。正己烯中C=C鍵伸縮振動頻率實(shí)測值為1652cm-1第十頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日2023/6/19二、分子中基團(tuán)的基本振動形式

basicvibrationofthegroupinmolecule1．兩類基本振動形式伸縮振動：不對稱伸縮對稱伸縮變形振動：面內(nèi)變形inplane面外變形out-of-plane亞甲基(動畫)第十一頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日2023/6/19甲基的振動形式伸縮振動Stretchingvibration變形振動Deformationvibration對稱δs(CH3)1380㎝-1

不對稱δas(CH3)1460㎝-1對稱不對稱υs(CH3)υas(CH3)2870㎝-12960㎝-1第十二頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日2023/6/19醇的振動形式第十三頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日2023/6/19例１水分子（非對稱分子）（1）峰位

化學(xué)鍵的力常數(shù)K越大，原子折合質(zhì)量越小，鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)（短波長區(qū)）；反之，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)（高波長區(qū)）。（2）峰數(shù)

峰數(shù)與分子振動自由度有關(guān)。無瞬間偶極距變化時，無紅外吸收。２．峰位、峰數(shù)與峰強(qiáng)第十四頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日2023/6/19（3）峰強(qiáng)

intensityofInfraredabsorption問題：C=O強(qiáng)；C=C弱；為什么？吸收峰強(qiáng)度偶極矩變化值的平方偶極矩變化又與結(jié)構(gòu)對稱性有關(guān)；對稱性差偶極矩變化大吸收峰強(qiáng)度大符號：s(強(qiáng))；m(中)；w(弱)紅外吸收峰強(qiáng)度比紫外吸收峰小2～3個數(shù)量級；第十五頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日2023/6/19B.不對稱伸縮>對稱伸縮>變形振動C.由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個強(qiáng)的吸收峰，基頻峰；由基態(tài)直接躍遷到第二激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個弱的吸收峰，倍頻峰；一般規(guī)律：瞬間偶極距變化大，吸收峰強(qiáng)；鍵兩端原子電負(fù)性相差越大（極性越大），吸收峰越強(qiáng)；第十六頁，共十七頁，編輯于2023年，星期日2023/6/19（CH3）2930cm-1，2850cm-