第5章紅外光譜法1節(jié)基本原理

00:51:22第五章

紅外吸收光譜分析法一、概述

introduction二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件conditionof

Infraredabsorptionspectroscopy三、分子中基團的基本振動形式basicvibrationofthegroupinmolecular四、紅外吸收峰強度intensityofinfraredabsorptionbend

第一節(jié)

紅外光譜分析基本原理infraredabsorptionspec-troscopy，IR

principleofIR00:51:22分子中基團的振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷產(chǎn)生：振-轉(zhuǎn)光譜一、概述

introduction輻射→分子振動能級躍遷→紅外光譜→官能團→分子結(jié)構(gòu)近紅外區(qū)中紅外區(qū)遠紅外區(qū)00:51:2200:51:22紅外光譜圖：縱坐標為吸收強度，橫坐標為波長λ（

m）和波數(shù)1/λ

單位：cm-1可以用峰數(shù)，峰位，峰形，峰強來描述。應(yīng)用：有機化合物的結(jié)構(gòu)解析。定性：基團的特征吸收頻率；定量：特征峰的強度；紅外光譜與有機化合物結(jié)構(gòu)00:51:22二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件

conditionof

Infraredabsorptionspectroscopy

滿足兩個條件：(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)輻射與物質(zhì)間有相互偶合作用。

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(動畫)00:51:22分子振動方程式分子的振動能級（量子化）：

E振=（

+1/2）h

：振動量子數(shù)；

：化學鍵的振動頻率。

:折合質(zhì)量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00:51:22任意兩個相鄰的能級間的能量差為：K化學鍵的力常數(shù)，與鍵能和鍵長有關(guān)，

為雙原子的折合質(zhì)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。00:51:22表某些鍵的伸縮力常數(shù)（毫達因/埃）鍵類型—CC—>—C=C—>—C—C—力常數(shù)15

179.5

9.94.5

5.6峰位4.5

m6.0

m7.0

m

化學鍵鍵強越強（即鍵的力常數(shù)K越大）原子折合質(zhì)量越小，化學鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。00:51:22

例題:由表中查知C=C鍵的K=9.5

9.9,令其為9.6,計算波數(shù)值。正己烯中C=C鍵伸縮振動頻率實測值為1652cm-100:51:22三、分子中基團的基本振動形式

basicvibrationofthegroupinmolecular1．兩類基本振動形式伸縮振動亞甲基：變形振動亞甲基(動畫)00:51:22甲基的振動形式伸縮振動甲基：變形振動甲基對稱δs(CH3)1380㎝-1

不對稱δas(CH3)1460㎝-1對稱不對稱υs(CH3)υas(CH3)2870㎝-12960㎝-100:51:22例１水分子（非對稱分子）２．峰位、峰數(shù)與峰強（1）峰位

化學鍵的力常數(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)與分子自由度有關(guān)。無瞬間偶極距變化時，無紅外吸收。(動畫)00:51:22峰位、峰數(shù)與峰強例2CO2分子（有一種振動無紅外活性）（4）由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個強的吸收峰，基頻峰；（5）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；（3）瞬間偶極距變化大，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；(動畫)00:51:22

（CH3）1460cm-1，1375cm-1。

（CH3）2930cm-1，2850cm-1。C2H4O1730cm-11165cm-12720cm-1HHHHOCC00:51:22四、紅外吸收峰強度

intensityofInfraredabsorptionbend

問題：C=O強；C=C弱；為什么？吸收峰強度

躍遷幾率

偶極矩變化吸收峰強度

偶極矩的平方偶極矩變化——結(jié)構(gòu)對稱性；對稱性差

偶極矩變化大

吸收峰強度大符號：s(強)；m(中)；w(弱)紅外吸收峰強度比紫外吸收峰小2～3個數(shù)量級；00:51:22內(nèi)容選擇第一節(jié)紅外基本原理basicprincipleofInfraredabsorptionspectroscopy第二節(jié)紅外光譜與分子結(jié)構(gòu)infraredspectroscopyandmolecularstructure第三節(jié)