红外吸收光谱
\ 红外吸收光谱
2.1光谱分析导论 光谱分析法是基于物质对不同波长光的吸收、 发射等现象而建立起来的一类光学分析法。 光谱是光的不同波长成分及其强度分布按波长 或波数次序排列的记录，它描述了物质吸收或发射 光的特征，可以给出物质的组成、含量以及有关分 子、原子的结构信息。由原子的吸收或发射所形成 的光谱称为原子光谱(atomic spectrum), 原子光谱是线光谱。由分子的吸收或发光所形成的 光谱称为分子光谱(molecular spectrum), 分子光谱是带状光谱
2. 1 光谱分析导论 光谱分析法是基于物质对不同波长光的吸收、 发射等现象而建立起来的一类光学分析法。 光谱是光的不同波长成分及其强度分布按波长 或波数次序排列的记录，它描述了物质吸收或发射 光的特征，可以给出物质的组成、含量以及有关分 子、原子的结构信息。由原子的吸收或发射所形成 的光谱称为原子光谱（atomic spectrum）， 原子光谱是线光谱。由分子的吸收或发光所形成的 光谱称为分子光谱（molecular spectrum）， 分子光谱是带状光谱
2.1.1光的性质 1波长() 相邻两个波峰或波谷之间的直线距离，单位为米(m), 厘米(cm)微米（μm)、纳米(nm)。这些单位之 间的换算关系为1m=102cm=106μm=10nm。 2频率(v) 单位时间内通过传播方向某一点的波峰或波谷的数目，即 单位时间内电磁场振动的次数称为频率，单位为赫兹(HZ, 即s)，频率和波长的关系为 3波数（σ） 每厘米长度内所含的波长的数目，它是波长的倒数，即 6=1/入 波数单位常用cml来表示
2.1.1光的性质 1 波长（λ） 相邻两个波峰或波谷之间的直线距离，单位为米（m）、 厘米（cm）、微米（μm）、纳米（nm）。这些单位之 间的换算关系为1m＝102cm＝106μm＝109nm。 2 频率（v） 单位时间内通过传播方向某一点的波峰或波谷的数目，即 单位时间内电磁场振动的次数称为频率，单位为赫兹（Hz， 即s -1），频率和波长的关系为 3 波数（σ） 每厘米长度内所含的波长的数目，它是波长的倒数，即 σ ＝1 / λ 波数单位常用cm-1来表示
4传播速度 辐射传播速度ω等于频率乘以波长)，即v=v。 在真空中辐射传播速度与频率无关，并达到最大数 值，用c表示，c值准确测定为2.99792×1010cms 5周期T 相邻两个波峰或波谷通过空间某固定点所需要 的时间间隔，单位为秒（s)
4 传播速度 辐射传播速度υ等于频率v乘以波长λ，即υ＝v λ。 在真空中辐射传播速度与频率无关，并达到最大数 值，用c表示，c值准确测定为2.99792×1010cm/s 5 周期T 相邻两个波峰或波谷通过空间某固定点所需要 的时间间隔，单位为秒（s）
2.1.2电磁波谱 将电磁辐射按波长或频率的大小顺序排列起来称 为电磁波谱。表2-1列出了用于不同分析目的的电磁 波的有关参数。波长短者，能量大；射线区的波长 最短，能量最大，接着依次是X射线区、紫外光区、 可见光区、红外光区。无线电波区波长最长，其能量 最小。物质粒子吸收或发射光子的过程称为能级跃迁； 由低能级跃迁到高能级，是物质吸收光子的过程，称 为激发。由下式可计算出在各电磁波区产生各种跃迁 所需要的能量(E)；同样根据激发能也能求出相应 的辐射波长
2.1.2 电磁波谱 将电磁辐射按波长或频率的大小顺序排列起来称 为电磁波谱。表2-1列出了用于不同分析目的的电磁 波的有关参数。波长短者，能量大；γ射线区的波长 最短，能量最大，接着依次是X射线区、紫外光区、 可见光区、红外光区。无线电波区波长最长，其能量 最小。物质粒子吸收或发射光子的过程称为能级跃迁； 由低能级跃迁到高能级，是物质吸收光子的过程，称 为激发。由下式可计算出在各电磁波区产生各种跃迁 所需要的能量（E）；同样根据激发能也能求出相应 的辐射波长
λ=hc/E 式中：h为普朗克(Plank) 常数， h=6.626X1034Js
λ＝hc / E 式中：h为普朗克（Plank） 常数， h=6.626×10-34J·s
2.1.3分子能级与分子光谱的形成 分子具有不同的运动状态，对应每一种状态都有 一定的能量值，这些能量值是量子化的称为能级。每 一种分子都有其特定的能级数目与能级值，并由此组 成特定的能级结构，处于基态的分子受到光的能量激 发时，可以选择地吸收特征频率的能量而跃迁到较高 的能级。但是由于分子内部运动所牵涉到的能级变化 比较复杂，分子吸收光谱也就比较复杂。在分子内部 除了电子运动状态外，还有核间的相对运动，即核的 振动和分子绕着重心的转动。每一种运动处在不同的 能级上，因此分子具有电子能级、振动能级、转动能 级，见双原子分子能级图2.2
2.1.3 分子能级与分子光谱的形成 分子具有不同的运动状态，对应每一种状态都有 一定的能量值，这些能量值是量子化的称为能级。每 一种分子都有其特定的能级数目与能级值，并由此组 成特定的能级结构，处于基态的分子受到光的能量激 发时，可以选择地吸收特征频率的能量而跃迁到较高 的能级。但是由于分子内部运动所牵涉到的能级变化 比较复杂，分子吸收光谱也就比较复杂。在分子内部 除了电子运动状态外，还有核间的相对运动，即核的 振动和分子绕着重心的转动。每一种运动处在不同的 能级上，因此分子具有电子能级、振动能级、转动能 级，见双原子分子能级图2.2
分子能量E由以下几部分组成 E=E。十E,十E, (2.4) 式中E。、Ev、E分别代表电子能、振动能和转动能。 分子从外界吸收能量后，就能引起分子能级的跃迁，即 从基态能级跃迁到激发态能级。分子吸收能量具有量子 化特征，即分子只能吸收等于两个能级之差的能量： △E=E2-E1=hv=hcl (2.5) 由于三种能级跃迁所需能量不同，所以需要不同波长 的电磁辐射使它们跃迁，即在不同的光谱区出现吸收谱 带
分子能量E由以下几部分组成 E＝Ee ＋Ev＋Er （2.4） 式中Ee 、 Ev、 Er分别代表电子能、振动能和转动能。 分子从外界吸收能量后，就能引起分子能级的跃迁，即 从基态能级跃迁到激发态能级。分子吸收能量具有量子 化特征，即分子只能吸收等于两个能级之差的能量： △E＝E2—E1 ＝hν ＝hc/ λ （2.5） 由于三种能级跃迁所需能量不同，所以需要不同波长 的电磁辐射使它们跃迁，即在不同的光谱区出现吸收谱 带
E2 1V=0 B 3 =0 纯电子越迁 2 纯转动越迁 =0 纯振动越迁 图2.2双原子分子能级图
图2.2 双原子分子能级图 纯转动越迁 1 4 3 2 1 E1 E2 V''=0 A B J''=0 J'=0 纯电子越迁 纯振动越迁
2.2红外吸收光谱分析(IR) 2.2.1概述 红外吸收光谱(Infrared absorption spectroscopy,. R)又称为分子振动一转动光谱。当样品受到频 率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频 率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的 净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发 态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度 减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关 系的曲线，就得到红外光谱
2.2 红外吸收光谱分析（IR） 2.2.1概述 红外吸收光谱（Infrared absorption spectroscopy, IR）又称为分子振动—转动光谱。当样品受到频 率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频 率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的 净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发 态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度 减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关 系的曲线，就得到红外光谱