《仪器分析》课程教学资源（课件讲稿）第二章 红外吸收光谱法

第二章红外吸收光谱法一．红外吸收光谱法的基本原理二．基团频率和特征吸收峰三．红外光谱仪四．红外光谱法的应用五.实验技术

第二章￾￾￾￾红外吸收光谱法 一. 红外吸收光谱法的基本原理 二. 基团频率和特征吸收峰 三. 红外光谱仪 四. 红外光谱法的应用 五 .实验技术

红外吸收光谱分析概述红外吸收光谱法：利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收特性来分析分子中有关基团结构的定性、定量信息的分析方法

红外吸收光谱法：利用 物质对红外光区电磁辐 射的选择性吸收特性， 来分析分子中有关基团 结构的定性、定量信息 的分析方法。 红外吸收光谱分析概述

一、红外光的分区红外线：波长在0.78~500μm（1000μm范围内的电磁波称为红外线。近红外区：0.78~2.5um（12820----4000cm-1）一OH和一NH倍频吸收区中红外区：2.5~25um（4000----400cml）基团的基频振动、伴随转动光谱远红外区：25~500um（400----20cm-1）纯转动光谱

一、红外光的分区 红外线：波长在0.78~500μm (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、红外光谱的作用1.可以确定化合物的类别（芳香类）2.确定官能团：例：—C = O,—C=C—，—C=C—3。推测分子结构（简单化合物）4.定量分析

二、红外光谱的作用 1．可以确定化合物的类别（芳香类） 2．确定官能团： ￾￾￾￾￾￾例：—C ＝ O，—C＝C—，—C≡C— 3．推测分子结构（简单化合物） 4．定量分析

$ 2. 1红外光谱法的基本原理E,AEAE振动+LAE转动分子=h(Av振动+AV转动）=hc/(u振动+>转动）：Eo2△E振动》0.05~lev,μm入振动》25 ~1.25分子振动吸收光谱分子转动吸收光谱△E转动》0.005~0.05cv,几转动》2.5~25um分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱红外光谱也称分子的振转光谱

分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。 红外光谱也称分子的振转光谱。 §2.1 红外光谱法的基本原理 E1 E0 υ0 υ1 υ2 1 J 0 2 3 J 0 2 3 1 J 0 2 3 1 J 0 2 3 1 分子振动吸收光谱 分子转动吸收光谱 μm μm

红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生分子的振动能级差远大于转动能级差i分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁作用：有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红外特征吸收频率，确定化合物结构中基团：也可依据特征峰的强度变化进行定量分析

¡ 红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生 ¡ 分子的振动能级差远大于转动能级差 ¡ 分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能 级跃迁 作用：有机化合物的结构解析的重要工具， 根据有机化合物红外特征吸收频率， 确定化合物结构中基团；也可依据特 征峰的强度变化进行定量分析

双原子分子的振动一.>1.双原子分子的简谐振动双原子分子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BA伸伸缩平衡位置平衡位置谐振子振动示意图

一．双原子分子的振动 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 1.双原子分子的简谐振动

2.振动频率根据经典力学的虎克定律：s (cm)=_| 区KDE振动2pm2pCVmk化学键的键力常数（dyn/cm），与键能和键长有关双原子的折合质量：u=mm,/ (m+mz)u--k1307ocmVu2元cVuk-----化学键的键力常数（N/cm）

2．振动频率 根据经典力学的虎克定律： k-化学键的键力常数(dyn/cm) ，与键能和键长有关； μ-双原子的折合质量: μ =m1 m2 /(m1 +m2 ) k-化学键的键力常数(N/cm)

例1：由表中查知C=C键的k=9.5～9.9（N/cm），令其为9.6，计算正已烯中C=C键伸缩振动频率，实测值为1652cm-19.6kv(cm --1) = 137013071653.212u2例2：由表中查知H-CI键的k=4.8计算波数值。正已烯中H-CI键伸缩振动频率实测值为2892.6cm-1（N/cm），实验值：2885.9cm-14.81.008×35.45v(cm)=130713072892.00.98u0.98u1.08135.45K相近：μ相同：C-CC-NC-0C-CC=CCCu增大k增大1667cm-11429cm-12222cm-11330cm-11429cm-11280cm-1v增大V减少

μ增大 v 减少 k 增大 v 增大 例1: 由表中查知 C=C 键的 k= 9.5 ～9.9 (N/cm) ,令其为9.6, 计算正 己烯中C=C键伸缩振动频率，实测值为1652 cm-1 μ 例2: 由表中查知 H-Cl 键的k = 4.8 ,计算波数值。正己烯中H-Cl键伸 缩振动频率实测值为2892.6 cm-1 (N/cm), 实验值：2885.9cm-1 C-C C=C C≡C μ相同: 1429 cm-1 1667 cm-1 2222cm-1 C-C C-N C-O 1429 cm-1 1330 cm-1 1280cm-1 k相近:

发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键力常数，即取决于分子的结构特征。文（毫达因/埃）某些键的伸缩力常数键键k分子k分子H=C5.1CH,=CH,HFH-F9.7HC5.9三CH 三CHH-C1HC14.8C-C13.4CH,C1H-BrHBr4. 14.5~5.6C-CHIH-I3. 2C-C9.5~9.9H-0H,07.815~17C=CH-S4.3H,S12~13C-0H-NNH36.5C-016~18H-CCH,X4.7~5.0.化学键越强（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

发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量 和键力常数，即取决于分子的结构特征。 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃） 键 分子 k H-F HF 9.7 H-Cl HCl 4.8 H-Br HBr 4.1 H-I HI 3.2 H-O H2O 7.8 H-S H2S 4.3 H-N NH3 6.5 H-C CH3X 4.7~5. 0 化学键越强（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 分子 k H=C CH2=CH2 5.1 H ≡ C CH ≡CH 5.9 C-Cl CH3Cl 3.4 C-C 4.5~5.6 C=C 9.5~9.9 C≡C 15~17 C-O 12~13 C=O 16~18