PDF《第十章 红外吸收光谱》

第10 章 红外吸收光谱分析 10-1

第十章 红外吸收光谱 (Infrared Absorption Spectrometry,IR) § 10-1 红外吸收光谱分析概述

19 世纪初人们通过实验证实了红外光的存在.

二十世纪初人们进一步系统地 了解了不同官能团具有不同红外吸收频率这一事实.1950 年以后出现了自动记 录式红外分光光度计.1970 年以后出现了傅立叶变换型红外光谱仪.红外吸收 光谱法红外谱是分子振动光谱. 通过谱图解析可以获取分子结构的信息.由于每 种化合物均有红外吸收,尤其是有机化合物的红外光谱能提供丰富的结构信息, 因此红外光谱是有机化合物结构解析的重要手段之一. 表10-1 红外光谱区分类 波段波长(λ/m) 波数(σ/cm-1 ) 能级跃迁类型 近红外(泛频区) 0.78~2.5 12,800~4,000 O-H 等倍频吸收 中红外(基本振动区) 2.5~25 4,000~400 分子振动、转动 远红外(转动区) 25~300 200~33 分子转动,骨架振动 最常用波段是中红外区(σ=4,000~400 cm-1 ) . 红外光谱法特点:

1、红外光谱主要涉及分子振动能级跃迁,几乎所有的化合物都可以用红外光 谱法研究(单原子分子和同核双原子分子除外) .

2、分子振动能级不仅取决于分子的组成,也与其化学键官能团的性质以及空 间分布等结构密切相关.

3、物质对红外辐射的吸收强度与物质含量的关系符合朗伯-比尔定律.由于 教学要求 1. 理解红外吸收光谱产生的条件基本原理 2. 掌握分子振动频率、振动类型、振动自由度与红外光谱的关系 3. 理解红外光谱与分子结构的关系 4. 掌握重要的官能团及典型化合物的特征吸收 5. 了解色散型仪器与 FT-IR 仪器各自的特点 6. 掌握红外光谱解析的基本步骤及方法,能对简单的红外谱图解析 课时安排:4 学时 第10 章 红外吸收光谱分析 10-2 吸收强度低,干扰严重,红外光谱很少用于定量分析.

4、红外光谱对试样适应性强,任何气态、液态、固态样品均可进行红外光谱 测定,这是其它仪器分析方法难以做到的. 用T-σ 或T-λ 曲线表示,图谱上纵坐标用透射比表示 T%,横坐标为波数 σ(cm-1 )或波长 λ(μm). 它们的关系为: § 10-2 红外吸收光谱产生的条件 分子吸收红外辐射必须同时满足以下两个条件:

1、辐射应具有刚好满足物质跃迁所需的能量. 分子中不同能级能量差为 E= ? h?. 若红外辐射的光子所具有的能量 (EL) 恰好等于分子振动能级的能量差时,分子将吸收红外辐射而跃迁至激发态,

2、辐射与物质之间有耦合作用,即只有能使偶极矩发生变化的振动形式才能吸 收红外辐射. 红外跃迁是偶极矩诱导的,即能量转移 的机制是通过振动过程所导致的偶极矩的 变化和交变的电磁场(红外线)相互作用发 生的.分子由于构成它的各原子的电负性的 不同,也显示不同的极性,称为偶极子. 通常用分子的偶极矩(?)来描述分子极性的大小.当偶极子处在电磁辐射 的电场中时, 该电场作周期性反转,偶极子将经受交替的作用力而使偶极矩增加 或减少.由于偶极子具有一定的原有振动频率,显然,只有当辐射频率与偶极子 频率相匹时,分子才与辐射相互作用(振动耦合)而增加它的振动能,使振幅 增大,即分子由原来的基态振动跃迁到较高振动能级.因此,并非所有的振动都 会产生红外吸收,只有发生偶极矩变化( ?≠0)的振动才能引起可观测的红外 吸收光谱,该分子称之为红外活性的;