《材料测试技术及方法》课程教学课件（PPT讲稿）分子光谱分析法——红外吸收光谱法 FTIR

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

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 ÷中西香尔（美）等，红外光谱分析100例，北京 -科学出版社，1984.08 杨南如，无机非金属材料测试方法，武汉工 业大学出版社，1990 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

2 参考书目 ❖ 中西香尔(美) 等，红外光谱分析100例，北京 -科学出版社，1984.08 ❖ 杨南如，无机非金属材料测试方法，武汉工 业大学出版社，1990 ❖ 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 红外光谱 中红外振动区 0.75~1000μm) (2.5~25m) 分子振动转动 (常用区) 4000~400/cml 远红外转动区 (25-1000y 分子转动 400~10/crl 分区及波长范围 跃迁类型 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→w=2,3-·产生的峰) 泛 「倍频峰∫二倍频峰(u=0→u=2) △D=2→M=2 频 三倍频峰（u=0→u=3) △D=3→V,=3 峰 合频峰 VL=V+V2 差频峰（即u=1→u=2,3-产生的峰）Vz=4-Y2 注：泛频峰强度较弱，难辨认→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）  = 2 L = 2  = 3 L = 3  L =1 + 2  L =1 − 2 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） v(缬率)= 2πVu .或v(波数)= 2πc k为化学键的力常数(N/cm=mdyn/A),μ为双原子折合质量 mim2 m,+m2 ●k大，化学键的振动波数高，如 kc=c(2222cm)>kc-c(1667cm)>kc.c(1429cm) ●质量m大，化学键的振动波数低，如 mc.c(1430cm)<mc-M(1330cn)<mc-o(1280cm) ●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 2 c 1 . ( ) k 2 1 (频 率 ) = 或 波 数 = 1 2 1 2 m m m m + 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

*例1、计算C=O双键的伸缩振动 频率，已知K=12X105 dyn.cm-1。 例2、计算碳氢化合物中CH键的 伸缩振动频率，己知 K=5X10sdyn'cm-1

❖例1 、计算C=O双键的伸缩振动 频率，已知K=12×105dyn·cm-1 。 ❖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

1 2元 又.v=C/n .0=/c 1 .0= 2πC k/u D:振动波数，单位为cml（分子在红外光谱谱带的位置) C:光速为3×1010cm/s :是原子折合质量，单位为g mXm2 1 = X m+m2 N 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，1 dyn/cm=1mNm=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： mm:× m +m2N =12.00×15.99 X 1 12.00+15.99 6.023×1023 =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 N 1 = 12.00×15.99 12.00 + 15.99 6.023 ×10２３ 1 =1.14 ×10-2３ (g) × ×

0= 2π0 kμ 2×3.14×3×1010 V12×105/1.14×10-23 =1722(cm-1) 上式可写成下列形式： U=1302×VK(1/m1+1/m2) 式中：1302=1 2πC VN×105 K的单位为N.cm1(N为牛顿) 1 N/cm=105 dyn/cm m1,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 ) 上式可写成下列形式： 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 υ =1302×√K(1/m1 +1/m2 ) 式中：1302 = 1 2πC √N×105

例2：计算uc三c的基频率 叁键k=15毫达因/埃=15×103达因/108厘米 =15×105达因/厘米 0=1302×V15×105/105(1V12+1/12) =2059(cm-1) 同样方法计算出：vc三c=1690(cm-1) ve-c=1190(cm-l)

例２:计算υc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 )