第六章红外光谱法

《分析化学》

第6章 红外光谱法( Infrared Spectrometry, IR)

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§6-1 概述一 红外光区的划分

基频吸收带 辐射→分子振动和转动能级跃迁→红外光谱

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二 红外光谱法的特点

峰数 峰位 峰强

研究对象：振动中伴随有偶极矩变化的化合物定性及有 机化合物结构鉴定：分子的特征吸收 定量分析：特征峰强度

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苯的紫外吸收光谱

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§6-2 基本原理一 双原子分子的振动 缩 基本振动频率：

1 2

k 伸

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1 E v ( v )h 振动能量： 2 v : 振动量子数，v 0,1,2,3 : 振动频率基频吸收带：基态(v=0)至第一激发态(v=1)的跃迁

1 1 h a E1 E0 (1 )h h h 2 2

a

a : 吸收的电磁辐射频率

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1 a 2

k

1

a

c

c

1 (cm ) 2 c

k

k : 化学键力常数； : 原子的折合质量

m1 m 2 m1 m 2

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键力常数对振动频率的影响键类型 —C C — 15 17 —C =C — 9.5 9.9 —C — C — 4.5 5.6 k

2222 cm-1

1667 cm-1

1429 cm-1

原子折合质量对振动频率的影响键类型 k C-O 5.0-5.8 C-N ~ C—C 4.5-5.6

>1280 cm-1 1330 cm-1

>1430 cm-1

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二 多原子分子的振动(一)振动的基本类型1. 伸缩振动

亚甲基

振动时键长发生变化，键角不变。

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2. 变形振动

振动时键角发生变化，键长不变。

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(二)基本振动的理论数组成分子的原子个数 分子的总自由度 振动自由度 (基频吸收带数目)

N 3N

3N-5 线性分子 非线性分子 3N-6

线性分子转动 分子平移示意图

非线性分子转动

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例：水分子的振动自由度=3×3-6=3

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例：CO2分子的振动自由度=3×3-5=4

红外光谱图上的峰数≤基本振动理论数

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三 影响吸收峰强度的因素1. 吸收峰强弱的划分摩尔吸光系数

峰强度

>100

非常强(vs) 强(s)中强(m)

<100 10< <20 1< <1020<

弱(w)

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2. 影响吸收峰强度的因素 振动能级的跃迁几率 基态(v=0)至第一激发态(v=1)跃迁几率大， 基频吸收带较强 基态(v=0)至第二激发态(v=2)跃迁几率小， 倍频吸收带较弱

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振动过程中偶极矩的变化

0

0

r qO C O

0