红外吸收光谱分析.ppt
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1、红外吸收光谱分析讲述人:万佳祺,主要内容 一 概述 二 红外吸收基本理论 三 红外吸收光谱分析方法和应用,红外光谱是根据物质对红外光的特征吸收建立起来的一种光谱分析方法。,一、红外光区的划分及主要应用,一、概述,红外光谱在可见光和微波光区之间,其波长范围约0.781000m。习惯上按红外光波长,将红外光谱分成三个区域: 近红外(泛频区) 0.782.5m 120004000cm-1 中红外(基本振动区) 2.550m 4000200cm-1 远红外(转动区) 501000m 20010cm-1,二、红外光谱法特点 红外光谱不涉及分子的电子能级,主要是振动能级跃迁和转动能级的跃迁。 2. 涉及绝
2、大多数有机物。,3、红外光谱的结构信息丰富。 4、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,可以定量分析,但一般只做结构分析。 5、非破坏性分析。,三、红外光谱图表示方法 以透射比T为纵坐标,以波长( m )或波数1/( ,cm-1)为横坐标作图得到红外吸收光谱图。,从红外光谱图上得到的信息:峰的数目峰的形状峰的位置峰的强度,二、红外吸收基本理论,一、分子的振动与振动能级,1、对简单的双原子分子的振动可以用谐振子模型来模拟双原子分子的化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧。,这里弹簧的k值就相当于化学键的强度(N/cm)。,二、分子的振动方式 构成分子的原子不是静止不动的,原子在
3、其平衡位置做相对运动,从而产生振动!原子与原子之间的相对运动无非有两种情况,即:键长发生变化(伸缩振动),键角发生变化(弯曲振动) 对于双原子分子:没有弯曲振动,只有一个伸缩振动,伸缩振动有对称和不对称伸缩以亚甲基CH2为例,对于多原子分子来说,包括伸缩振动和弯曲振动。,ns Vas,弯曲振动:键角发生变化而键长不变 弯曲振动分为面内弯曲振动和面外弯曲振动。,r,d,面外弯曲振动,w,t,三、分子的振动自由度 分子振动形式的多少称为振动的自由度。如果一个分子有N个原子,在三维空间里N个原子的总运动自由度为3N。 (1)平动:分子作为一个整体在空间平移。,分子在空间的运动形式有三种:平动,转动,
4、振动。,(2)转动:分子在空间围绕一个通过其质心的轴转动。 对于线形分子:,有两种转动方式,转动自由度为2,对于非线形分子:,有三种转动方式,转动自由度为3,(3)振动 对于有N个原子的分子来说,振动自由度=运动自由度平动自由度转动自由度 对于线性分子:振动自由度3N5 对于非线性分子:振动自由度3N6 苯,3N630种,实际上苯的红外谱图上只有几个吸收峰!说明:不单苯,许多化合物在红外谱图上的吸收峰数目要远小于其振动自由度(理论计算值)。,原因:(1)相同频率的峰重叠(2)频率接近或峰弱,仪器检测不出(3)有些吸收峰落在仪器的检测范围之外(4)并不是所有的振动都产生红外吸收。那什么情况下的振
5、动产生红外吸收? 光是电磁波,分子也有电场(偶极矩),分子中的原子在振动时,偶极矩会发生变化。红外吸收的产生是由于分子电场和红外光电场的相互耦合作用。,分子吸收红外辐射必须同时满足三个条件: (1)辐射应具有刚好满足振动跃迁所需的能量。 (2)只有能使偶极矩发生变化的振动形式才能吸收红外辐射。 (3)分子的振动频率与红外辐射的频率相同时才能发生红外吸收。 a、对称分子:没有偶极矩,辐射不能引起共振,无红外活性,如:N2、O2、Cl2 等。 b、非对称分子:有偶极矩,红外活性。,跃迁几率和偶极矩的变化值 (1)从基态向第一激发态跃迁几率大,基频峰一般较强,而倍频峰一般较弱 (2)对于基频峰:偶极
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