红外吸收光谱的基本原理优秀课件.ppt

红外吸收光谱的基本原理第1页，本讲稿共18页K弹簧的力常数弹簧的力常数第2页，本讲稿共18页H-Cl 2892.4 cm-1 C-H 2911.4 cm-1C-H 2911.4 cm-1 C-C 1190 cm-1C=C 1683 cm-1C-C 1190 cm-1第3页，本讲稿共18页2、多原子分子的振动、多原子分子的振动(1)、基本振动的类型、基本振动的类型 多多原原子子分分子子基基本本振振动动类类型型可可分分为为两两类类：伸伸缩缩振振动动和和弯曲振动。弯曲振动。A、伸缩振动、伸缩振动 用用表示，伸缩振动是指原子沿着键轴方向伸缩，使表示，伸缩振动是指原子沿着键轴方向伸缩，使键长发生周期性的变化的振动。键长发生周期性的变化的振动。第4页，本讲稿共18页 用用表表示示，弯弯曲曲振振动动又又叫叫变变形形或或变变角角振振动动。一一般般是是指指基基团团键键角角发发生生周周期期性性的的变变化化的的振振动动或或分分子子中中原原子子团团对对其其余余部部分分作作相相对对运运动动。弯弯曲曲振振动动的的力力常常数数比比伸伸缩缩振振动动的的小小，因因此此同同一一基基团团的的弯弯曲曲振振动动在在其其伸伸缩缩振振动动的的低低频频区区出出现现，另另外外弯弯曲曲振振动动对对环环境境结结构构的的改改变变可可以以在在较较广广的的波波段段范围内出现，所以一般不把它作为基团频率处理。范围内出现，所以一般不把它作为基团频率处理。B、弯曲振动、弯曲振动第5页，本讲稿共18页A A、分子的振动自由度（分子自由度）、分子的振动自由度（分子自由度）在研究多原子分子时，常把多原子的复杂振动分解为许多在研究多原子分子时，常把多原子的复杂振动分解为许多简单的基本振动（又称简正振动），这些基本振动数目称为分简单的基本振动（又称简正振动），这些基本振动数目称为分子的振动自由度，简称分子自由度。子的振动自由度，简称分子自由度。B B、化合物自由度的计算、化合物自由度的计算含含N个原子的线型分子振动自由度：个原子的线型分子振动自由度：3N-5含含N个原子非线型分子振动自由度：个原子非线型分子振动自由度：3N-6(2)、分子的振动自由度、分子的振动自由度第6页，本讲稿共18页二、红外吸收光谱产生条件二、红外吸收光谱产生条件 1、E振振=h（红外辐射频率红外辐射频率）2、分分子子在在振振动动过过程程中中必必须须有有瞬瞬间间偶偶极极矩矩的的改改变变，才才能能在在红红外外光光谱谱中中出出现现相相对对应应的的吸吸收收峰峰，这这种种振振动动称称为为具具有有红外活性的振动。红外活性的振动。CO2（3N-5=333N-5=335=4 4种振动形式）种振动形式）2349cm-1、667cm-1第7页，本讲稿共18页三、红外吸收峰的强度三、红外吸收峰的强度 根据量子理论，红外吸收峰的强度与分子振动时根据量子理论，红外吸收峰的强度与分子振动时偶极矩变化的平方成正比。因此，振动时偶极矩变化偶极矩变化的平方成正比。因此，振动时偶极矩变化越大，吸收强度越强。越大，吸收强度越强。偶极矩变化大小主要取决于下列四种因素：偶极矩变化大小主要取决于下列四种因素：A-BA-B1 1、化学键两端连接的原子的电负性、化学键两端连接的原子的电负性H-C O-H第8页，本讲稿共18页2、不同振动形式、不同振动形式第9页，本讲稿共18页3、分子的结构的对称性、分子的结构的对称性第10页，本讲稿共18页4 4、其它因素、其它因素 费米共振、分子内或分子间氢键形成及与偶极矩大费米共振、分子内或分子间氢键形成及与偶极矩大的基团共轭等因素，也会使吸收峰强度改变。的基团共轭等因素，也会使吸收峰强度改变。第11页，本讲稿共18页 红外光谱中吸收峰的强度可以用吸光度（红外光谱中吸收峰的强度可以用吸光度（A）或）或透光率透光率T%表示。峰的强度遵守朗伯表示。峰的强度遵守朗伯-比耳定律。吸光度比耳定律。吸光度与透光率关系为：与透光率关系为：在红外光谱中在红外光谱中“谷谷”越深（越深（T%小），吸光度越大，小），吸光度越大，吸收强度越强。吸收强度越强。第12页，本讲稿共18页1、基频峰、倍频峰、组频峰与泛频峰、基频峰、倍频峰、组频峰与泛频峰 H-Cl 分子基频峰：分子基频峰：2885.9cm-1，强，强度很大；倍频峰是度很大；倍频峰是5668cm-1，是一个很，是一个很弱的峰。弱的峰。2、特征峰与相关峰、特征峰与相关峰 四、红外吸收光谱中常用的几个术语四、红外吸收光谱中常用的几个术语第13页，本讲稿共18页 CH3-NH2中中NH2基具有一定的吸收频率而很多含有基具有一定的吸收频率而很多含有NH2基的化合物，在这个频率附近（基的化合物，在这个频率附近（35003100cm-1）也出）也出现吸收峰。因此凡是能用于鉴定原子团存在的并有较高强度现吸收峰。因此凡是能用于鉴定原子团存在的并有较高强度的吸收峰，称为特征峰，对应的频率称为特征频率，一个基的吸收峰，称为特征峰，对应的频率称为特征频率，一个基团除有特征峰外，还有很多其它振动形式的吸收峰，习惯上团除有特征峰外，还有很多其它振动形式的吸收峰，习惯上称为相关峰。称为相关峰。第14页，本讲稿共18页五、红外吸收峰减少的原因五、红外吸收峰减少的原因 1、红外非活性振动、红外非活性振动2、振动简并、振动简并 3、仪器的分辨率低、仪器的分辨率低4、有些基团的振动频率出现在低频区（长波区），、有些基团的振动频率出现在低频区（长波区），超出仪器的测试范围。超出仪器的测试范围。第15页，本讲稿共18页六、红外吸收峰增加的原因六、红外吸收峰增加的原因 1、倍频吸收、倍频吸收 2、组合频的产生、组合频的产生 一种频率的光，同时被两个振动所吸收，其能量对应两一种频率的光，同时被两个振动所吸收，其能量对应两种振动能级的能量变化之和，其对应的吸收峰称为组合峰，种振动能级的能量变化之和，其对应的吸收峰称为组合峰，也是一个弱峰，一般出现在两个或多个基频之和或差的附近也是一个弱峰，一般出现在两个或多个基频之和或差的附近（基频为（基频为1、2的两个吸收峰，它们的组频峰在的两个吸收峰，它们的组频峰在1+2或或1-2 附近）。附近）。3、振动偶合、振动偶合第16页，本讲稿共18页 相同的两个基团在分子中靠得很近时，其相应的特相同的两个基团在分子中靠得很近时，其相应的特征峰常会发生分裂形成两个峰，这种现象称为振动偶合。征峰常会发生分裂形成两个峰，这种现象称为振动偶合。1380cm-1：出现在：出现在13851380cm-1及及13751365cm-1处处。(CH3)2CH-第17页，本讲稿共18页4、弗米共振、弗米共振 倍频峰或组频峰位于某强的基频峰附近时，弱的倍频倍频峰或组频峰位于某强的基频峰附近时，弱的倍频峰或组频峰的强度会被大大的强化，这种倍频峰或组频峰峰或组频峰的强度会被大大的强化，这种倍频峰或组频峰与基频峰之间的偶合，称为弗米共振，往往裂分为两个峰。与基频峰之间的偶合，称为弗米共振，往往裂分为两个峰。在在2840cm-1和和2760cm-1附近出现两个中等强度的吸收附近出现两个中等强度的吸收峰，这成为醛基的特征峰峰，这成为醛基的特征峰第18页，本讲稿共18页