内蒙古大学：《分析化学》课程教学资源（PPT课件）第九章 红外光谱分析 第一节 红外基本原理

第九章 概述 红外吸收光 二、红外光谱与有机 化合物结构 谱分析法 三、分子中基团的基 本振动形式 第一节 四、影响峰位变化的 红外光谱分析 因素 基本原理 下页 帽財 越回

第九章 红外吸收光 谱分析法 一、概述 二、红外光谱与有机 化合物结构 三、分子中基团的基 本振动形式 四、影响峰位变化的 因素 第一节 红外光谱分析 基本原理

、 概述 分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱 高 频率V 低 1 能量 化学健断裂 电子低迁 振动跃迁 片动概迁原子候自钳青赶 V"=0 无线 x射线 紫外 红外 微波 电波 射频区 3 纯电子 IR R 跃迁 紫外 可见 振动红外 核磁共振 ”=0 154 5m 纯转动 纯振动 200nm 400nm 800nm2.5μ 试土 联迁 W'=0 短 波长A 长 光波谱区及能量跃迁相关图 双原子分子的三种能级跃迁示意图 页 下页 返回

分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱 一、概述

3 5 B E2 3 2 V=0 0 谐振子(a)及非谐振子(b)的势能曲线 上页 下页返回

二、 红外光谱与有机化合物结构 红外光谱图： 纵坐标为吸收强度， .5 91012 162025 横坐标为波长入 (m) 和波数1/入 单位：cml 可以用峰数，峰位， 40003600320028002400200018001600140012001000800 600 峰形，峰强来描述。 仲丁醇的红外光谱 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； 上页 下页 返回

红外光谱图： 纵坐标为吸收强度， 横坐标为波长λ （ μm ） 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； 二、红外光谱与有机化合物结构

1.红外光谱产生的条件 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， 作用力 辐射不能引起共振，无红外活 性。 偶极 如：N2、O2、C12等。 电场 非对称分子：有偶极矩， 红外活性。 HC1 H2O C1 H H 偶极子在交变电场中的作用 -q +a +q 示意图 止页 下页 返回

1.红外光谱产生的条件 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

2.分子振动方程式 ()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 虎克定律 1 1=01m2 000000000000 V= 2π 孤1十2 分子的振动能级（量子化）： E振=(V+l/2)hy V:化学键的振动频率； :振动量子数。 上页 下页 返回

2. 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。 (1) 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

(2) 分子振动方程式 任意两个相邻的能级间的能量差为： △E=hy= 2π k 2πC =1307, K化学键的力常数，与键能和键长有关， u为双原子的折合质量μ=m1m/（m+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。 下页 返回

(2) 分子振动方程式 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 F H- HF 9.7 H-C CH2-CH2 5.1 H-C1 1 4.8 H-C CH≡CH 5.9 H-Br Br 4.1 C-Cl CH:Cl 3.4 H- H 3.2 C-C 4.5w5.6 H- 0 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 键类型： C≡C C=C- > -CC 力常数： 15~17 9.59.9 4.5≈5.6 峰位： 4.5μm 6.0um 7.0m 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。 回

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=9.5~9.9,令其为9.6， 计算波数值 =1307 =1307 9.6 =1650cm-1 12/2 正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652cm1 下页 返回

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 1650cm 12 / 2 9.6 1307 1307 2 1 1 − = = = = =     k k c v

三、分子中基团的基本振动形式 1.两类基本振动形式 伸缩振动 亚甲基： 对称伸缩振动 反对称伸缩振动 0s:2926cm10as:2853cm-1 (强吸收S) 变形振动 摇摆（面外）扭曲 剪式（面内）摇摆 亚甲基 v:1306-1303cm1T:1250cm1δ：1468cm1p:720cm1 (弱吸收W) (中等吸收M) 下页 返回

三、分子中基团的基本振动形式 1．两类基本振动形式 伸缩振动 亚甲基： 变形振动 亚甲基