武汉大学第五仪器分析红外学习教案.pptx
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1、会计学1武汉大学第五仪器武汉大学第五仪器(yq)分析红外分析红外第一页,共46页。10.1 概述 1.定义 红外光谱又称分子振动转动光谱,属分子吸收光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时,分子吸收其中一些频率的辐射,分子振动或转动引起偶极矩的净变化,使振-转能级从基态跃迁到激发态,相应于这些区域的透射光强减弱,记录百分透过率T%对波数或波长的曲线,即红外光谱。主要用于化合物鉴定及分子结构(fn z ji u)表征,亦可用于定量分析。第1页/共46页第二页,共46页。光谱光谱(gungp)区与能量相关区与能量相关图图第2页/共46页第三页,共46页。双原子分子能级双原子分子能级(nngj)跃迁
2、示跃迁示意图意图第3页/共46页第四页,共46页。红外光谱的表示(biosh)方法:红外光谱以T或T 来表示(biosh),下图为苯酚的红外光谱。T(%)第4页/共46页第五页,共46页。2.红外光区划分红外光谱(0.751000m)远红外(转动区)(25-1000 m)中红外(振动区)(2.525 m)近红外(泛频)(0.752.5 m)倍频分子振动转动分子转动分区及波长范围 跃迁类型(常用区)第5页/共46页第六页,共46页。3.红外光谱特点1)红外吸收只有振-转跃迁,能量低;2)应用范围广:除单原子分子及单核分子外,几乎所有有机物均有红外吸收;3)分子结构更为精细的表征:通过IR谱的波数
3、位置、波峰(bfng)数目及强度确定分子基团、分子结构;4)定量分析;5)固、液、气态样均可用,且用量少、不破坏样品;6)分析速度快。7)与色谱等联用(GC-FTIR)具有强大的定性功能。第6页/共46页第七页,共46页。10.2 基本基本原理原理1.1.产生红外吸收的条件产生红外吸收的条件产生红外吸收的条件产生红外吸收的条件2.2.条件一:辐射光子条件一:辐射光子条件一:辐射光子条件一:辐射光子(gungz(gungz)的能量应与振动跃迁的能量应与振动跃迁的能量应与振动跃迁的能量应与振动跃迁所需能量相等。所需能量相等。所需能量相等。所需能量相等。3.3.根据量子力学原理,分子振动能量根据量子
4、力学原理,分子振动能量根据量子力学原理,分子振动能量根据量子力学原理,分子振动能量E E振振振振 是量子化的,是量子化的,是量子化的,是量子化的,即即即即 4.4.E E振振振振=(V+1/2V+1/2)h h 5.5.为分子振动频率,为分子振动频率,为分子振动频率,为分子振动频率,V V为振动量子数,其值取为振动量子数,其值取为振动量子数,其值取为振动量子数,其值取 0 0,1 1,2 2,6.6.分子中不同振动能级差为分子中不同振动能级差为分子中不同振动能级差为分子中不同振动能级差为 E E振振振振=VhVh 7.7.吸收光子吸收光子吸收光子吸收光子(gungz(gungz)的能量(的能量
5、(的能量(的能量(h h a a)要与该能量差)要与该能量差)要与该能量差)要与该能量差相等,即相等,即相等,即相等,即 a=a=V V 时,才可时,才可时,才可时,才可8.8.能发生振转跃迁。例如当分子从基态(能发生振转跃迁。例如当分子从基态(能发生振转跃迁。例如当分子从基态(能发生振转跃迁。例如当分子从基态(V=0V=0)跃迁)跃迁)跃迁)跃迁到第一激发态(到第一激发态(到第一激发态(到第一激发态(V=1V=1),此时),此时),此时),此时 V=1V=1,即,即,即,即 a=a=第7页/共46页第八页,共46页。条件二:辐射(fsh)与物质之间必须有耦合作用磁 场(cchng)电 场(d
6、in chng)交变磁场分子固有振动a偶极矩变化(能级跃迁)耦合不耦合红外吸收无偶极矩变化无红外吸收第8页/共46页第九页,共46页。2.分子振动1)双原子(yunz)分子振动 分子的两个原子(yunz)以其平衡点为中心,以很小的振幅(与核间距相比)作周期性“简谐”振动,其振动可用经典刚性振动描述:k为化学键的力常数(N/cm=mdyn/),为双原子(yunz)折合质量如将原子(yunz)的实际折合质量(通过Avogaro常数计算)代入,则有第9页/共46页第十页,共46页。影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化学键力常数k 和原子质量(zhling)。k大,化学键的振动波数高.如:kCC
7、(2222cm-1)kC=C(1667cm-1)kC-C(1429cm-1)(质量(zhling)相近)质量(zhling)m大,化学键的振动波数低.如:mC-C(1430cm-1)mC-N(1330cm-1)五元环六元环。随环张力增加,红外峰向高波数移动。第27页/共46页第二十八页,共46页。6)物质状态及制样方法 通常,物质由固态向气态变化,其波数将增加。如丙酮在液态时,C=O=1718cm-1;气态时C=O=1742cm-1,因此在查阅(chyu)标准红外图谱时,应注意试样状态和制样方法。7)溶剂效应 极性基团的伸缩振动频率通常随溶剂极性增加而降低。如羧酸中的羰基C=O:气态时:C=O
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