《仪器分析》课程教学资源（PPT课件）第十八章 红外吸收光谱分析法 infrared absorption spectroscopy（18.1）红外光谱分析基本原理

第十八章=概述 红外吸收光谱 introduction 分析法 红外吸收光谱产生的 条件 Infrared absorption spec-/ condition of Infrared absorption spectroscopy troscopy, IR 第一节 动速千中基团的基本振 basic vibration of the group 红外光谱分析基本原理 in molecular principle of ir 四、红外吸收峰强度 intensity of infrared absorption bend 下一页 002713

00:27:13 第十八章 红外吸收光谱 分析法 一、概述 introduction 二、红外吸收光谱产生的 条件 condition of Infrared absorption spectroscopy 三、分子中基团的基本振 动形式 basic vibration of the group in molecular 四、红外吸收峰强度 intensity of infrared absorption bend 第一节 红外光谱分析基本原理 infrared absorption spec￾troscopy，IR principle of IR

概述 introduction 分子中基团的振动和转动能级跃迁产生:振转光谱 辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构 频率v 昌 近红外区 能量 低 原子内电子跃迁|分子内电子跃迁 振动跃迁转动跃迁原子核自转电子 中红外区 远红外区 无线射 x射线 紫外 红外微波|电波频 近中远 I 电子能道(紫外可见道动红外核共据/ 200rm400rn 800m2.5 15μ1m 短 波长入 长 光波谱区及能量跃迁相关图 0027:13 A ALBA

00:27:13 分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱 一、概述 introduction 辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构 近红外区 中红外区 远红外区

v"=0 B 2 3 纯电子 6 2跃迁 4 0-2 =6420 纯转动纯振动 D 跃迁 跃迁W=0 A 双原子分子的三种能级跃迁示意图 谐振子(a)及非谐振子(b)的势能曲线 0027:13

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红外光谱与有机化合物结构 红外光谱图: 400030002500 2000150013o1o09oe807e0650 纵坐标为吸收强度, 横坐标为波长λ -H 和波数1/ 1680 单位:cm1 2.53 678910l11213141516 可以用峰数,峰位, 峰形,峰强来描述。 应用:有机化合物的结构解析 定性:基团的特征吸收频率; 定量:特征峰的强度; 0027:13

00:27:13 红外光谱图： 纵坐标为吸收强度， 横坐标为波长λ （ m ） 和波数1/λ 单位：cm-1 可以用峰数，峰位， 峰形，峰强来描述。 应用：有机化合物的结构解析。 定性：基团的特征吸收频率； 定量：特征峰的强度； 红外光谱与有机化合物结构

二、红外吸收光谱产生的条件 condition of Infrared absorption spectroscopy 满足两个条件: (1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量; (2)辐射与物质间有相互偶合作用。 对称分子:没有偶极矩,辐 作用力 射不能引起共振,无红外活性。 偶极 如:N2、O2、Cl等。 电场 非对称分子:有偶极矩,红d--HC1Ho9 外活性 H Cl H H 偶极子在交变电场中的作用示 意图 0027:13

00:27:13 二、红外吸收光谱产生的条件 condition of Infrared absorption spectroscopy 满足两个条件： (1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2)辐射与物质间有相互偶合作用。 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。 偶极子在交变电场中的作用示 意图 (动画)

分子振动方程式 双原子分子的简诸振动及其频率 化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧 虎克定律 k ●0v 2丌Aμ μ=m1+m2 分子的振动能级(量子化): E振=(+1/2)hv V:化学键的振动频率; v:振动量子数。 0027:13

00:27:13 分子振动方程式 分子的振动能级（量子化）： E振=（V+1/2）h V ：化学键的 振动频率； ：振动量子数。 双原子分子的简谐振动及其频率 化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧

任意两个相邻的能级间的能量差为: h k △E=hv= 2 V 1 k =1307 2 2Tc K化学键的力常数,与键能和键长有关, p为双原子的折合质量p=m1m2/(m1+m2) 发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的 折合质量和键的力常数,即取决于分子的结构特征。 0027:13

00:27:13 任意两个相邻的能级间的能量差为：         k k c h k E h 1307 2 1 1 2 = = =  = = K化学键的力常数，与键能和键长有关， 为双原子的折合质量  =m1m2 /（m1+m2） 发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的 折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征

表某些键的伸缩力常数(毫达因/埃) 键分子k 键 分子 k H-FHF 9.7 H-C CH2-CH25. H-Cl HCl 4.8 H-C CH≡CH5.9 H- Brl HBr 4.1 C-Cl CH3cl 3.4 H-I HI 3.2 C-c 4.5~5.6 H-0H20 7.8 C=c 9.5~9.9 H-s H2 S 4.3 C≡C 15~17 H-N NH3 6.5 C-0 12~13 H-C CH3x 4750C=0 16~18 键类型C=C->C=C->C-C 力常数 15~179.5~99 4.5~56 峰位 4.5um 6.0 um 7.0μm 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。 0027:13

00:27:13 表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃） 键类型 —CC — > —C =C — > —C — C — 力常数 15  17 9.5  9.9 4.5  5.6 峰位 4.5m 6.0 m 7.0 m 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

例题:由表中查知C=C键的K=95~99,令其为 96,计算波数值。 11k 9.6 =1307=1307 =1650cm a inclu V12/2 正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652cml 0027:13

00:27:13 例题: 由表中查知C=C键的K=9.5  9.9 ,令其为 9.6, 计算波数值。 正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1 1 1650 12 2 9 6 1307 1307 2 1 1 − = = = = = cm / .     k k c v

三、分子中基团的基本振动形式 basic vibration of the group in molecular 1.两类基本振动形式加 伸缩振动 亚甲基: 对称伸缩振动反对称伸缩振动 s:2926cm10as:2853cm (强吸收S (动画) 变形振动 摇摆(面外)扭曲 剪式(面内)摇摆 亚甲基 v:1306-1303cm1t:1250cm18:1468cDo:720CD (弱吸收W) 中等吸收M) 0027:13

00:27:13 三、分子中基团的基本振动形式 basic vibration of the group in molecular 1．两类基本振动形式 伸缩振动 亚甲基： 变形振动 亚甲基 (动画)