有机波谱解析-第三章_红外光谱

懂得人应该知道,这是好东西啊!!!

第三章 红外光谱(Infrared spectroscopy,IR)

第一节第二节

概述红外光谱的基本原理

第三节第四节

影响红外光谱吸收频率的因素红外光谱仪及样品制备技术

第五节第六节 第七节

各类化合物的红外特征光谱红外图谱解析 红外光谱技术的进展及应用(略)

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第一节

概述

红外吸收光谱的特点 是分子振动和振转光谱； 特征性强、适用范围广； 测样速度快、操作方便； 不适合测定含水样品。

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运动质点的种类、运动状态和所吸收的电磁波频率间的粗略关系如 下图所示：

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红外区域的划分 0.8~1000 µ m 0.8~2.5 µ 近红外区：泛频区 m 2.5~25 µ 中红外区：大部分有机物 m 的基团振动频率在此区域。 25~1000 µ 远红外区：转动和重原 m 子振动 红外光谱的表示方法 红外光谱图 文字

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纵坐标为： 百分透过率(%) 横坐标为： 波长(µ m)或波 数(cm-1)。

环戊烷

也可用文字形式表示为：2955cm-1(s)为CH2的反对称伸缩振动 (υasCH2),2870cm-1(m)为CH2的对称伸缩振动(υsCH2) 1458cm-1(m) 为CH2的面内弯曲振动(δ面内CH2),895cm-1(m)为CH2的面外弯曲振动 ( 面外CH2)

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10 波数(cm ) 波长( ) 1

4

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第二节

红外光谱的基本原理

一、红外吸收光谱 红外光谱产生的条件 1. 能量相当(E光=△E振动跃迁) 辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能被 吸收产生吸收光谱。 2. 偶极矩变化 指在振动过程中，分子能引起偶极矩变化时才能 产生红外吸收光谱。 如 H—H、 R—(C≡C)—R 、N2 等。由于μ=0 电荷分布是对称的，因此，振动时不会引起分子偶 极矩的变化。在实验中观察不到红外光谱。

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分子偶极矩(μ)

μ=δ r

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红外光的能量是通过分子振动时偶极矩 的变化传递给分子。

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分子振动方程式 若将双原子分子看作谐振子，将其振 动看作是简谐振动。m1K

m2

简谐振动的特征： * 谐振子在平衡位臵附近有微小的位移； * 外力与位移方向相反，位移呈余弦变化。

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由经典力学和量子力学均可推出双原子 分子的简谐振动频率由下式决定：

1 υ 2π

K m

或

1 K 2 C m

式中：C 为光速(3×1010cm/s), 为频率(Hz), 为波 数(cm-1), K 为化学键力常数(dyn cm), m为分子的折 合质量(g)。

m1 m2 m 1 1 m1 m2 m1 m2 1

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由上页式子可知：分子的折合质量越小，振动

频率越高；化学键力常数越大，即键强度越大，振动频率越高。分子的振动频率规律如下： 1、因Kc≡c>Kc=c>Kc-c,红外频率υc≡c> υ c=c> υ c-c。2、与C原子成键的其它原子，随着其原子质量的增大，折合 质量也增大，则红外波数减小。 3、与H原子相连的化学键的折合质量都小，红外

吸收在高波 数区。如C-H伸缩振动在~3000cm-1、O-H伸缩振动在 3000~3600cm-1、N-H伸缩振动在~3300cm-1。

4、弯曲振动比伸缩振动容易，弯曲振动的K均较小，故弯曲振动吸收在低波数区。如C-H伸缩振动吸收位于~3000cm-1, 而弯曲振动吸收位于~1340cm-1。

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分子振动不完全符合简谐振动，只有在振 动能级较低的情况下才近似于简谐振动。

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分子中振动能级之间能量要比同一振 动能级中转动能级之间能量差大100倍左 右。振动能级的变化常常伴随转动能级 的变化，所以，振动光谱是由一些谱带 组成的，它们大多在红外区域内，因此， 叫红外光谱。

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二氧化碳分子的振动方式和频率O=C=O红外非活性

O = C =O 2349 cm-1

O=C=O

O=C=O667 cm-1

667 cm-1

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二、分子振动类型 分子振动形式分两大类：伸缩振动和弯曲振动 伸缩振动 ：原子沿键轴方向往复运动，振动过程中

键长发生变化。又可分为对称伸缩振动( s)和反对称伸缩振动( as

)两种形式。

弯曲振动：原子垂直于化学键方向的运动。又可以分它们还可以细分为摇摆、卷曲等振动形式。

为面内弯曲振动( )和面外弯曲振动( )两种形式，