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红外光谱分析基础知识 北京大学化学学院

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0 8

7 1 北京大学分析测试中心 翁诗甫 T e l :

6 2

7 5

4 1

8 3 E m a i l :w e n g s f @ p k u .

e d u . c n Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only.

3 2

7 页43.5万字 精装本

4 5 元Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 目录 ?

第一章 红外光谱的基本概念 ?

第二章 傅里叶变换红外光谱学的基本原理 ?

第三章 傅里叶变换红外光谱仪 ?

第四章 红外光谱样品制备技术 ?

第五章 红外光谱数据处理技术 ?

第六章 红外光谱仪附件 ?

第七章 远红外光谱和近红外光谱简介 ?

第八章 基团的振动频率分析 ?

第九章 红外光谱的定量分析和未知物的剖析 ?

第十章 红外光谱仪的保养和维护 ? 附录一 有机化合物基团振动频率表 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 分子内部的能级 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 分子运动服从量子力学规律.分子运动的 能量由平动能、转动能、振动能和电子能 四部分组成.分子运动的能量 E可以表示 为: E=E 平+ E 转+E振+E电分子的平移运动可以连续变化,不是量子 化的.分子的转动、振动和电子运动都是 量子化的. Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 分子的量 子化能级 示意图 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 分子的转动光谱 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. ? 分子的转动光谱主要是指气体的转动光谱. 由于气体中分子之间的距离很大,分子可 以自由转动,吸收光辐射后,能观察到气 体分子转动光谱的精细结构.液体中分子 之间的距离很短,分子之间的碰撞使分子 的转动能级受到微绕,因此观察不到液体 分子转动光谱的精细结构. ? 气体分子的转动光谱大多数出现在微波区 和远红外区. ? 刚性双原子分子的纯转动光谱是一系列等 间距的谱线. Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 分子的振- 转光谱 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. ? 振动光谱选律表述如下:振动光谱 分为红外光谱和拉曼光谱.从量子 力学的观点来看,如果振动时,分 子的偶极矩发生变化,则该振动是 红外活性的;

如果振动时分子的极 化率发生变化,则该振动是拉曼活 性的;

如果振动时,分子的偶极矩 和极化率都发生变化,则该振动既 是红外活性的,也是拉曼活性的. Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. ? 把原子的振动看作谐振子,若振动能级由 n =0 向n =1 跃迁,即当振动量子数由n =0 变到n =1 时,分子所吸收光的波数等于谐 振子的振动频率,这种振动叫作基频振 动,基频振动的频率叫作基频. ? 分子的振动能级间隔比转动能级间隔大得 多,当分子吸收红外辐射,在振动能级之 间跃迁时,不可避免地会伴随着转动能级 的跃迁,因此,无法测得纯的振动光谱, 实际测得的是分子的振动-转动光谱. Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. C O

2 气体的反对称伸缩振动区间的振-转吸收光谱. (A )0 .

1 2

5 c m -

1 分辨率;

(B )1 c m -

1 分辨率;

(C )4 c m -

1 分辨率 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 振动模式 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 分子中不同的基团具有不同的振 动模式,相同的基团(双原子除 外)具有几种不同的振动模式. 在中红外区,基团的振动模式分 为两大类,即伸缩振动和弯曲振 动. Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 伸缩振动 ? 对称伸缩振动 ? 反对称(不对称)伸缩振动 弯曲振动 ? 变角振动 对称变角振动 反对称(不对称)变角振动 ? 面内弯曲振动 ? 面外弯曲振动 ? 面内摇摆振动 ? 面外摇摆振动 ? 卷曲(扭曲)振动 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 伸缩振动 (S t r e t c h i n gV i b r a t i o n ) 伸缩振动时,基团中的原子沿着价键 的方向来回运动,所以伸缩振动时, 键角不发生变化.除了双原子的伸缩 振动外,三原子以上还有对称伸缩振 动和反对称(不对称)伸缩振动. Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 双原子的伸缩振动 CH3 C CH3 O CH2 C CH3 COOH 丙酮C = O 伸缩振动

1 7

1 6c m -

1 甲基丙烯酸C = C 伸缩振动

1 6

3 7c m -

1 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 对称伸缩振动 (Symmetric Stretching Vibration) 直线型 弯曲型 C O

2 的对称伸缩振动 亚甲基- C H

2 - 的对称伸缩振动

1 3

8 8 c m -

1 (拉曼活性)

2 8

5 3 ±5 c m -

1 C H H C O O Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 平面型 四面体型 硝酸钠中的N O

3 - 的对称伸缩振动 甲基- C H

3 的对称伸缩振动

1 0

7 1 c m -

1 (拉曼活性)

2 8

7 2 ±5 c m -

1 N O O O C H H H Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 四面体型 硫酸根S O

4 2 - 的对称伸缩振动

9 8 3c m -

1 (拉曼活性) S O O O O Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 反对称伸缩振动 (Asymmetric Stretching Vibration) 直线形三原子基团反对称伸缩振动 弯曲形三原子基团反对称伸缩振动 C O

2 H2O,-CH2-,-NH2,-NO2 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 平面形四原子基团反对称伸缩振动 四面体形五原子基团反对称伸缩振动 NO3 -,BO3 -,CO3 2- NH4 +,SO4 2+,PO4 3+ Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 弯曲振动 (B e n d i n gV i b r a t i o n ) 弯曲振动时,基团的原子运动方向与价键 方向垂直.弯曲振动又细分为剪式变角振 动,对称变角振动,反对称(不对称)变 角振动,面内弯曲振动,面外弯曲振动, 平面摇摆振动,非平面摇摆振动和卷式振 动.除了摇摆振动外,其余振动键角都发 生变化. Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 变角振动 (D e f o r m a t i o nV i b r a t i o n ) 变角振动也叫变形振动,或弯曲振动.弯 曲形三原子基团的变角振动也叫剪式振动 (S c i s s o rV i b r a t i o n ). + - - 线形三原子基团的弯曲振动 弯曲形三原子基团的剪式振动 CO2 H

2 O ,- C H

2 - ,- N H

2 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 对称变角振动 (Symmetric Deformation Vibration ) 对称变角振动也叫对称弯曲振动,或叫对 称变形振动. 角锥形基团对称变角振动 四面体基团对称变角振动 - C H

3 ,N H

3 ,- N H

3 + N H

4 + ,S i O

4 2 - ,S O

4 2 - , P O

4 3 - Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 反对称(不对称)变角振动 (A s y m m e t r i cD e f o r m a t i o nV i b r a t i o n ) 反对称变角振动也叫不对称变角振动,或叫 反对称弯曲振动,或叫反对称变形振动. 角锥形基团反对称变角振动 四面体基团不对称变角振动 - C H

3 ,N H

3 ,- N H

3 + N H

4 + ,S i O

4 2 - ,S O

4 2 - , P O

4 3 - Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 面内弯曲振动 (I n - p l a n eB e n d i n gV i b r a t i o n ) 面内弯曲振动也叫面内变形振动(I n - p l a n e D e f o r m a t i o nV i b r a t i o n )或面内变角振动. C O O H H H H H H H -C O H 面内弯曲振动 苯环上的C -H 面内弯曲振动 四原子X Y

3 平面形基团

1 4

3 0c m -

1 1

0 3 6c m -

1 面内弯曲振动 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 面外弯曲振动 (O u t - o f - p l a n eB e n d i n gV i b r a t i o n ) 面外弯曲振动也叫面外变形振动(O u t - o f - p l a n e D e f o r m a t i o nV i b r a t i o n )或面外变角振动. C O O H H H H H H H + - - - - - - - - + + + + + + + + + - -C O H 面外弯曲振动 苯环上的 C H 面外弯曲振动 四原子X Y

3 组成的平面形基团

9 4 0c m -

1 6

7 3c m -

1 面外弯曲振动 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 面内摇摆振动 (R o c k i n gV i b r a t i o n ) 内面摇摆振动是指基团作为一个整体在分 子的对称平面内,象钟摆一样左右摇摆 . C H H H H H C -C H

2 -基团的面内摇摆振动 -C H

3 基团的面内摇摆振动

7 3

0 -

7 2 0c m -

1 1

0 4

0 -8

1 0c m -

1 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 面外摇摆振动 (W a g g i n gV i b r a t i o n ) 面外摇摆振动是指基团作为一个整体在分 子的对称平面内上下摇摆. C H H + + C C H H R + + R -C H

2 - 的面外摇摆振动 R R C =C H

2 分子 =C H

2 的面外摇摆振动

1 2

0 0 -1

3 0 0c m -

1 8

9 0 ±5c m -

1 Generated by Foxit PDF Creator ? Foxit Software http://www.foxitsoftware.com For evaluation only. 卷曲振动 (T w i s t i n gV i b r a t i o n ) 卷曲振动是指三原子基团的两个化学键在 三原........