第10章 红外吸收光谱分析 (Infrared Absorption Spectroscopy,IR §10-1 红外吸收光谱分析概述 §10-2 红外吸收光谱的产生条件 10-3 分子振动方程 §10-4 分子振动的形式 10-5 红外光谱的吸收强度 89 § 红外光谱的特征性、基团频率 8 影响基团频率位移的因素 10-8 红外光谱定性分析 109 红外光谱定量分析 10-10 红外光谱仪 §10-11 试样的制备
第10章 红外吸收光谱分析 (Infrared Absorption Spectroscopy, IR ) §10-1 红外吸收光谱分析概述 §10-2 红外吸收光谱的产生条件 §10-3 分子振动方程 §10-4 分子振动的形式 §10-5 红外光谱的吸收强度 §10-6 红外光谱的特征性、基团频率 §10-7 影响基团频率位移的因素 §10-8 红外光谱定性分析 §10-9 红外光谱定量分析 §10-10 红外光谱仪 §10-11 试样的制备
§10一1红外吸收光谱分析概述 红外吸收光谱法：又称为分子振动转动光谱，是利 用物质分子对红外光区电磁辐射的选择性吸收特性 (即红外光谱图)，来获取分子中有关基团的结构信 息及分子的定量信息的分析方法。 一、红外光谱区的划分 二、红外光谱的表示方法 三、红外光谱的作用
§10-1 红外吸收光谱分析概述 红外吸收光谱法：又称为分子振动转动光谱，是利 用物质分子对红外光区电磁辐射的选择性吸收特性 （即红外光谱图），来获取分子中有关基团的结构信 息及分子的定量信息的分析方法。 一、红外光谱区的划分 二、红外光谱的表示方法 三、红外光谱的作用
一、红外光谱区的划分 红外线：波长在0.76w500μm(1000μm) 范围内的电磁波称为红外线。 近红外区：0.78~2.5m(12820-4000cm1) 一OH和一NH倍频吸收区 中红外区：2.525m(4000-=-400cm) 基团的基频振动、伴随转动光谱 远红外区：25-500μm(400-20cm1) 纯转动光谱
一、红外光谱区的划分 红外线：波长在0.76~500μm (1000μm) 范围内的电磁波称为红外线。 近红外区：0.78~2.5μm （12820-4000cm-1 ） —OH和—NH倍频吸收区 中红外区：2.5~25μm （4000-400cm-1 ） 基团的基频振动、伴随转动光谱 远红外区：25~500μm （400-20cm-1 ） 纯转动光谱
二、红外光谱的表示方法 104 (cm)= Tλ曲线 2(m 1004000300200150013001101000900800700650m Ve ww TNλ曲线 → 前密后疏 苯酚的红外梭镜光谱(T-λ曲线) Tg曲线 2.5 100 89101215um T% TNg曲线 → 4000 3000 2000 16001200 800600cm-1 前疏后密 苯酚的红外光绷光谱(T。曲线)
T ~σ曲线 → 前疏后密 T~λ曲线 → 前密后疏 二、红外光谱的表示方法 ( ) 10 ( ) 4 1 m cm = −
三、红外光谱的作用 1.可以确定化合物的类别（如芳香类） 2.确定官能团： 例：—C0一， 一C=C一，—C≡C 3。推测分子结构（简单化合物） 4。定量分析 40003000.2500 200 150013 11010090 65n 100P 40 打 680 2.5 0 12 15 可以用峰位，峰强，峰数，峰形来描述其图谱
三、红外光谱的作用 1．可以确定化合物的类别（如芳香类） 2．确定官能团： 例：—CO—，—C＝C—，—C≡C— 3．推测分子结构（简单化合物） 4．定量分析 可以用峰位,峰强,峰数,峰形来描述其图谱
§10一2红外吸收光谱的产生条件 满足两个条件： ()辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需的能量； (2)辐射与物质之间有偶合作用（相互作用） 对称分子：没有偶极矩，辐 射不能引起共振，无红外活性。 作用力 如：N2、O2、CL2等。 偶极 电场 非对称分子：有偶极矩， 红 外活性。 d HC1 H20 q 相当于：偶极子在交变电场 (电 +q -q +g +q 磁辐射的电场)中作用，示意图)
§10-2 红外吸收光谱的产生条件 满足两个条件： (1)辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需的能量； (2)辐射与物质之间有偶合作用（相互作用）。 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。 非对称分子：有偶极矩，红 外活性。 相当于：偶极子在交变电场（电 磁辐射的电场）中作用（示意图）
红外吸收光谱图：用连续改变频率的红外光照射试样得到。 当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某 个基团的振动频率和它一样，二者就会产生共振，此 时光的能量通过分子偶极矩的变化而传递给分子，这 个基团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁；如 果红外光的振动频率和分子中各基团的振动频率不符 合，该部分的红外光就不会吸收。 4000 3000.2500 2400 150013W 11(010090 800 70 650 100 80 40 d 1680( 2.5 1011 12 13 16
当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某 个基团的振动频率和它一样，二者就会产生共振，此 时光的能量通过分子偶极矩的变化而传递给分子，这 个基团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁；如 果红外光的振动频率和分子中各基团的振动频率不符 合，该部分的红外光就不会吸收。 红外吸收光谱图：用连续改变频率的红外光照射试样得到
§10-3分子振动方程 1.分子振动模型 多原子分子→双原子集合 双原子分子A-B→ 近似看作谐振子 两原子间的伸缩振动 6wO 一→近似看作简谐振动 伸 缩 伸 该体系的振动频率可 由虎克定律得到： 平衡位置 平衡位置 130 谐振子振动示意图 2πC
§10-3 分子振动方程 双原子分子A-B→ 近似看作谐振子 两原子间的伸缩振动 →近似看作简谐振动 该体系的振动频率可 由虎克定律得到： 1. 分子振动模型 多原子分子→ 双原子集合 k k c 1307 2 1 1 = = =
0= =1307 k: 化学键的力常数，与键能和键长有关； 4:双原子的折合质量4=m2/(m1十) 因此，影响基本振动频率的直接因素是相对原子质量 和化学键的力常数，即取决于分子的结构特征。 化学键键强越强（即键的力常数越大）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。 键类型 -C≡C一>-C=C一>-C一C 力常数 15~17 9.5×9.9 4.55.6 峰位 2222cm1 1667 cm1 1428cmr1
k：化学键的力常数，与键能和键长有关； ：双原子的折合质量 =m1m2 /（m1+m2） 因此，影响基本振动频率的直接因素是相对原子质量 和化学键的力常数，即取决于分子的结构特征。 k k c 1307 2 1 1 = = = 化学键键强越强（即键的力常数k越大）原子折合质量越小， 化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。 键类型 —CC — > —C =C — > —C — C — 力常数 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6 峰位 2222cm-1 1667 cm-1 1428 cm-1
表 某些键的伸缩力常数 (N.cm-1) 键 分子 k 键 分子 k H-F HF 9.7 H-C CH2-CH2 5.1 H-C1 HC1 4.8 H-C CH≡CH H-Br HBr 4.1 C-Cl CH3Cl H-I HI 3.2 C-C 4.5w5.6 H- H20 7.8 C-c 9.5m9.9 H-S H2S 4.3 C=C 15w17 H-N NH3 6.5 C-0 12~13 H-C CHaX 4.7w5.0 C=0 16m18 例题：由表中查知C=C的=9.5~9.9，令其为9.6， 计算波数值。 =1 =1307 9.6 1307 =1653cm 2πc4 12/2 正己烯中C÷C键伸缩振动频率实测值为1652cm-:
表 某些键的伸缩力常数（N.cm-1） 例题: 由表中查知C=C的k=9.5 9.9 ,令其为9.6, 计算波数值。 1 1653cm 12 / 2 9.6 1307 1307 2π 1 1 − = = = = = k k c 正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1