红外光谱分析红外基本原理精选PPT.ppt
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1、红外光谱分析红外基本原理第1页,此课件共27页哦2022/9/15一、概述一、概述 introductionw19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。随着计算机科学的进步,1970年以后出现了傅立叶变换型红外光谱仪。红外测定技术如全反射红外、显微红外、光声光谱以及色谱-红外联用等也不断发展和完善,使红外光谱法得到广泛应用。红外及拉曼光谱都是分子振动光谱。通过谱图解析可以获取分子结构的信息。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。由于每种化合
2、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。第2页,此课件共27页哦2022/9/15w红外光谱属于振动光谱,其光谱区域可进一步细分如下:表表5.1红外波段的划分波波 段段 波长波长(l,mm)波数波数(n,cm-1)频率频率(n,Hz)近红外0.782.512,8004,0003.8x10141.2x1014中红外2.5504,0002001.2x10146.0 x1012远红外501000200106.0 x10123.0 x1011常用区域2.5254,0004001.2x10141.2x1013第3页,此课件共27页哦
3、2022/9/15w红外光谱最重要的应用是中红外区有机化合物的结构鉴定。通过与标准谱图比较,可以确定化合物的结构;对于未知样品,通过官能团、顺反异构、取代基位置、氢键结合以及络合物的形成等结构信息可以推测结构。近年来红外光谱的定量分析应用也有不少报道,尤其是近红外、远红外区的研究报告在增加。如近红外区用于含有与C,N,O等原子相连基团化合物的定量;远红外区用于无机化合物研究等。傅立叶变换红外光谱还可作为色谱检测器。第4页,此课件共27页哦2022/9/15分子中基团的振动和转动能级跃迁产生:振分子中基团的振动和转动能级跃迁产生:振-转光谱转光谱辐射分子振动能级跃迁红外光谱官能团分子结构近红外区
4、中红外区远红外区第5页,此课件共27页哦2022/9/15第6页,此课件共27页哦2022/9/15红外光谱图红外光谱图:纵坐标为吸收强度,横坐标为波长(m)和波数1/单位:cm-1可以用峰数,峰位,峰形,峰强来描述。应用:应用:有机化合物的结构解析。定性:定性:基团的特征吸收频率;定量:定量:特征峰的强度;红外光谱与有机化合物结构红外光谱与有机化合物结构第7页,此课件共27页哦2022/9/15红外吸收光谱法的特点:红外吸收光谱法的特点:(1)紫外-可见吸收光谱是电子-振-转光谱,常用于研究不饱和有机物。特别是具有共扼体系的有机物;而红外光谱振-转光谱,涉及振动能级的跃迁,几乎应用于所有化合
5、物的研究。(2)红外光谱最重要和最广泛的用途是对有机化合物进行结构分析。(3)红外光谱可用于定量分析,但干扰较大。(4)可测定气体、液体、固体样品,但试样用量少,分析速度快,不破坏样品。第8页,此课件共27页哦2022/9/15二、红外吸收光谱产生的条件二、红外吸收光谱产生的条件 conditionof Infraredabsorptionspectroscopy 满足两个条件:满足两个条件:(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量;(2)辐射与物质间有相互偶合作用。对称分子对称分子:没有偶极矩,辐射不能引起共振,无红外活性。如:N2、O2、Cl2等。非非对对称称分分子子:有偶极矩,红
6、外活性。偶极子在交变电场中的作用示意图第9页,此课件共27页哦2022/9/15 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,称为偶极子偶极子。通常用分子的偶极矩(通常用分子的偶极矩()来描述分子极性的大小)来描述分子极性的大小。当偶极子处在电磁辐射电场时,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
7、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(只有发生偶极矩变化(00)的振动才)的振动才能引起可观测的红外吸收光谱,该分子称之为能引起可观测的红外吸收光谱,该分子称之为红外活性的红外活性的;=0的分子振动不能产生红外振动吸收,称为非红外活性的。第10页,此课件共27页哦2022/9/15分子振动方程式分子振动方程式分子的振动能级(量子化):分子的振动能级(量子化):E振振=(V+1/2)h V:化学键的振动频率;化学键的振动频率;:振动量子
8、数。振动量子数。双原子分子的简谐振动及其频率双原子分子的简谐振动及其频率化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧第11页,此课件共27页哦2022/9/15 任意两个相邻的能级间的能量差为:任意两个相邻的能级间的能量差为:K化学键的力常数,与键能和键长有关,化学键的力常数,与键能和键长有关,N/cm。化学键越强,键长越短,。化学键越强,键长越短,K越大。越大。为双原子的为双原子的折合质量折合质量 =m1m2/(m1+m2)。m1 m2分别为双原子分子中的两原子质量。分别为双原子分子中的两原子质量。发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质发生振动能级
9、跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数,即取决于分子的结构特征。量和键的力常数,即取决于分子的结构特征。第12页,此课件共27页哦2022/9/15表表 某些键的伸缩力常数某些键的伸缩力常数K(N/cm)键类型键类型 C C C=C C C 力常数力常数 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位峰位 4.5 m 6.0 m 7.0 m 化学键键强越强(即键的力常数化学键键强越强(即键的力常数K越大)原子折合质量越小,化越大)原子折合质量越小,化学键的振动频率越大,吸收峰将出现在高波数区。学键的振动频率越大,吸收峰将出现在高波数区。第13页,此课件共27页哦2022/9/
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