第四章分子光谱分析法之三、红外吸收光谱法基本原理傅立叶变换红外光谱仪红外图谱的解析及应用
1 第四章 分子光谱分析法 之三、红外吸收光谱法 基本原理 傅立叶变换红外光谱仪 红外图谱的解析及应用
参考书目v中西香尔(美)等，红外光谱分析100例，北京-科学出版社，1984.08v杨南如，无机非金属材料测试方法，武汉工业大学出版社，1990v翁诗甫，傅立叶变换红外光谱仪，化学工业出版社，北京，2005年
2 参考书目 v 中西香尔(美) 等，红外光谱分析100例，北京 -科学出版社，1984.08 v 杨南如，无机非金属材料测试方法，武汉工 业大学出版社，1990 v 翁诗甫，傅立叶变换红外光谱仪，化学工业 出版社，北京，2005年
红外光区划分(回顾近红外(泛频）倍频(0.75~2.5m)13158~4000/cml中红外（振动区红外光谱（常用区）分子振动转动（0.75~1000m(2.5~25 m)4000~400/cm远红外（转动区分子转动(25-1000m)400~10/cml跃迁类型分区及波长范围3
3 红外光区划分(回顾) 红外光谱 (0.75~1000 m) 远红外(转动区) (25-1000 m) 中红外(振动区) (2.5~25 m) 近红外(泛 频） (0.75~2.5 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） 13158~4000/cm-1 400~10/cm-1 4000~400/cm-1
基频峰与泛频峰基频峰：分子从基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰（即U=0→1产生的峰）倍频峰：分子从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动激发态等高能态（即v=0→V=2，3- －-产生的峰）泛频峰C倍频峰「二倍频峰（=0→=2）Du =2 p n/=2nL三倍频峰（=0→=3）Du =3 n/= 3n合频峰n/=n+n2差频峰肇（即=1→=2，3---产生的峰）n=n-n2注：泛频峰强度较弱，难辨认一→却增加了光谱特征性
4 泛 倍频峰 二倍频峰（υ=0→υ=2） 频 三倍频峰（υ=0→υ=3） 峰 合频峰 差频峰（即υ=1→υ=2，3- - -产生的峰） 倍频峰：分子从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动 激发态等高能态（即υ=0→ υ=2，3- - -产生的峰） 注：泛频峰强度较弱，难辨认→却增加了光谱特征性 基频峰：分子从基态跃迁至第一振动激发态产生的 吸收峰 （即υ=0 → 1产生的峰） 基频峰与泛频峰
1.双原子分子振动频率（回顾）k1kn（频率）或n（波数）：S2pm2pcmm,m?k为化学键的力常数（N/cm=mdyn/A），口为双原子折合质量m,+m2k=aN[j++b.××2:成键两原子的pauling电负性N：键级d：核间距离；a=l.67；b=0.30k大，化学键的振动波数高，如kcc(2222cm')>kc=c(1667cm')>kc-c(1429cml)质量m大，化学键的振动波数低，如mc-c(1430cm)<mc-m(1330cm")<mc-o(1280cml)伸缩振动力常数大于弯曲振动力常数5
5 1.双原子分子振动频率（回顾） k为化学键的力常数（N/cm = mdyn/Å）， 为双原子折合质量 k大，化学键的振动波数高，如 kC C (2222cm-1)>kC=C(1667cm-1)>kC-C(1429cm-1) 质量m大，化学键的振动波数低，如 mC-C(1430cm-1)<mC-N(1330cm-1)<mC-O(1280cm-1) 伸缩振动力常数大于弯曲振动力常数
v例1、计算C=O双键的伸缩振动频率，已知K=12×105dyncm-1。v例2、计算碳氢化合物中C-H键的伸缩振动频率，已知K=5x105dyn:cm-1
v例1 、计算C=O双键的伸缩振动频 率，已知K=12×105dyn·cm-1 。 v例2 、计算碳氢化合物中C-H键的 伸缩振动频率，已知 K=5×105dyn·cm-1
~ = 2元 Vk/μ又: =C/: v=0/ c1 U=k/μ2元Cu:振动波数，单位为cm-1（分子在红外光谱谱带的位置）C：光速为3×1010cm/su：是原子折合质量，单位为gm,xm2Xμ=m, +m2Nm，m2分别为两个原子的原子量N：阿佛加德罗常数.为：6.023×1023／摩尔k:为键力常数，单位为达因/厘米，1dyn/cm=1mN/m=10-5N/cm（表示两个原子由平衡位置伸长1A后的恢复力）
m1 ，m２ 分别为两个原子的原子量． N：阿佛加德罗常数．为：6.023×10２３ ／摩尔 k:为键力常数, 单位为 达因/厘米, 1dyn/cm = 1mN/m=10-5N/cm (表示两个原子由平衡位置伸长1Å后的恢复力) υ:振动波数，单位为cm-1 （分子在红外光谱谱带的位置） N 2π υ ＝ √k/μ 1 又∵ υ ＝C/λ ∴ υ ＝υ/ c ∴ υ= 2πC √ k/μ 1 C：光速为3×10１０ cm/s μ: 是原子折合质量,单位为g μ= m1 ×m2 m1 +m2 1 ×
单键：k=4一6×105达因/厘米双键：k=8一12×105达因／厘米叁键：k=12一18×105达因/厘米例1：根据上式计算羰基的伸缩振动的红外谱带的位置。已知羰基伸缩振动的键力常数k为12×105达因／厘米解：m,: m2μc=0m,+m2NA12.00×15.99112.00 + 15.996.023×1023=1.14 ×10-23(g)
单键：k＝4－6×10５ 达因／厘米 双键：k＝8－12 ×10５ 达因／厘米 叁键：k＝12－18 ×10５ 达因／厘米 例1：根据上式计算羰基的伸缩振动的红外谱带的位置．已知羰 基伸缩振动的键力常数k为12×10５ 达因／厘米 解： μC=O ＝ m1 · m2 m1 +m2 NA 1 = 12.00×15.99 12.00 + 15.99 6.023 ×10２３ 1 =1.14 ×10-2３ (g) × ×
U=Vk/μ22元C1V12×105 /1.14×10-232 ×3.14 ×3 ×1010=1722(cm-1 )n=1302/K(1 /m,+1/ m,振动频率计算公式1式中：1302102pCK的单位为N·cm-l(N为牛顿)1 N/cm=105 dyn/cmm，m2是成键原子的原子量
= 2 ×3.14 ×3 ×1010 1 √12×105 /1.14×10-23 =1722(cm-1 ) 振动频率计算公式： K的单位为N∙cm-1 (N为牛顿) 1 N/cm=105 dyn/cm m1 ，m２ 是成键原子的原子量 1 υ = 2πC √k/μ 式中：
例 2 :计算 u。三。的基频率参键k=15毫达因/埃=15×10-3达因／10-8厘米15×105达因／厘米V=1302×V15×105/105(1/12+1/12)=2059(cm-1)~c三c =1690 (cm-l)同样方法计算出：=1190 (cm-1)Vc-c
例２:计算υ c三c 的基频率 叁键k ＝15毫达因／埃 ＝15×10-3 达因／ 10-8厘米 ＝ 15×10５ 达因／厘米 ＝1302×√ 15×10５ ／ 10５ （1/12+1/12) =2059(cm-1 ) υ 同样方法计算出： υ c三c =1690 (cm-1 ) υc-c =1190 (cm-1 )