紅外光譜法-紅外光譜法基本原理（儀器分析課件）

儀器分析模塊六紅外光譜法項目一紅外光譜法基本原理01項目一紅外光譜法基本原理-1·基本原理目標掌握原子吸收分光譜法特點01掌握原子吸收分光譜法基本原理02相關(guān)標題文字一、概述

（一）紅外光譜（分子振動轉(zhuǎn)動光譜）

1.定義：當樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時，分子吸收了某些頻率的輻射，并由其振動或轉(zhuǎn)動運動引起偶極矩的凈變化，產(chǎn)生分子振動和轉(zhuǎn)動能級從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，使相應于這些吸收區(qū)域的透射光強度減弱。

吸收紅外光分子-------------→

分子振動或轉(zhuǎn)動能級躍遷（?

0）→IR吸收光譜紅外光譜法原理1234原理原理原理一、概述定義：（1）紅外光譜：是分子的振動與轉(zhuǎn)動能級躍遷吸收光譜出現(xiàn)在紅外光區(qū)，稱為紅外光譜。又稱為紅外吸收光譜。(2)紅外光譜法：就是基于物質(zhì)分子的紅外吸收光譜進行定性定量分析的光譜分析方法。一、概述2.分類按照紅外光區(qū)的波長范圍（0.75——1000μm），將其分為：近紅外(0.75—2.5μm)、中紅外(2.5—50μm）、遠紅外（50—1000μm）紅外光譜法是物質(zhì)特別是有機化合物結(jié)構(gòu)研究的重要手段之一。紅外光區(qū)的劃分區(qū)域名稱波長(μm)波數(shù)(cm-1)能級躍遷類型近紅外區(qū)（泛頻區(qū)）0.78-2.512800-4000OH、NH、CH鍵的倍頻吸收中紅外區(qū)（基本振動區(qū)）2.5-504000-200分子振動/伴隨轉(zhuǎn)動遠紅外區(qū)（分子轉(zhuǎn)動區(qū)）50-1000400-10分子轉(zhuǎn)動二、基本原理

（一）分子吸收紅外的條件1.照射紅外光子具有的能量與分子振動能級躍遷所需的能量相當；物質(zhì)的分子對紅外光的吸收是通過共振的方式完成的。2.光子與分子之間發(fā)生偶合作用。并不是所有的分子都有吸收紅外光，只有在振動過程中伴隨有凈的偶極距變化的分子才能吸收紅外光，稱其具有紅外活性，相應的振動稱為紅外活性振動。以雙原子分子的純振動光譜為例

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：有偶極矩，紅外活性。偶極子在交變電場中的作用示意圖

2.振動過程中必須是能引起分子偶極矩變化的分子才能產(chǎn)生紅外吸收光譜。2.輻射與物質(zhì)之間必須有耦合作用磁場電場交變磁場

分子固有振動

a偶極矩變化（能級躍遷）耦合不耦合紅外吸收無偶極矩變化無紅外吸收分子振動方程式分子的振動能級（量子化）：

E振=（V+1/2）h

：

化學鍵的振動頻率；V：振動量子數(shù)。

（

=0，1，2，

）1.雙原子分子的振動簡諧振動及其頻率，化學鍵的振動類似于連接兩個小球的彈簧（二）分子的基本振動形式2、多原子分子的振動（1）簡正振動：分子質(zhì)心保持不變，整體不轉(zhuǎn)動，每個原子都在其平衡位置附近做簡諧振動，其振動頻率和相位都相同，即每個原子都在同一瞬間通過其平衡位置，而且同時達到其最大位移值。分子中任何一個復雜振動都可以看成這些簡正振動的線性組合2.多原子分子的振動（1）簡正振動的基本形式

對稱伸縮振動(vs)

①

伸縮振動

不對稱伸縮振動(vas)

剪式（δ）

面內(nèi)變形振動

②變形振動平面搖擺振動（ρ）（彎曲振動）面外搖擺振動（ω）面外變形振動面外扭曲振動（τ）簡正振動基本形式伸縮振動：原子沿鍵軸方向伸縮，鍵長變化但鍵角不變的振動。變形振動：基團鍵角發(fā)生周期性變化，但鍵長不變的振動。又稱彎曲振動或變角振動。下圖給出了各種可能的振動形式（以甲基和亞甲基為例）。

理論上，多原子分子的振動數(shù)應與譜峰數(shù)相同，但實際上，譜峰數(shù)常常少于理論計算出的振動數(shù)，這是因為：a）偶極矩的變化=0的振動，不產(chǎn)生紅外吸收,如CO2；b）譜線簡并（振動形