《分析化学》课程PPT教学课件（教案讲稿）红外光谱分析

红外光谱分析

1 红外光谱分析

教学要求 掌握红外光谱区域的划分;了解红外光谱法的特点 了解红外光谱吸收的产生条件;掌握双原子、多原 子分子的振动。 掌握常用官能团的特征吸收频率,能识别简单化合 物的红外光谱图。 了解色散型和 Fourier变换红外光谱仪的结构及其差 异性

2 教学要求  掌握红外光谱区域的划分；了解红外光谱法的特点。  了解红外光谱吸收的产生条件；掌握双原子、多原 子分子的振动。  掌握常用官能团的特征吸收频率，能识别简单化合 物的红外光谱图。  了解色散型和Fourier变换红外光谱仪的结构及其差 异性

第一节概述 个分子吸收了外来辐射之后,它的能量 变化△E为其振动能变化△E、转动能变化 △E以及电子运动能量变化△E的总和,即 △E=△E+△Er+△Ee 式中△E最大,一般在1~20eV之间。 分子的振动能级变化△E大约比电子运动 能量变化△E小10倍,一般在005~eV之间 分子的转动能级变化△E大约比分子的振 动能级变化△E小10倍或100倍,一般小子 005e∨

3 一个分子吸收了外来辐射之后，它的能量 变化△E为其振动能变化△Ev、转动能变化 △Er以及电子运动能量变化△Ee的总和，即 式中△Ee最大，一般在1～2OeV之间。 分子的振动能级变化△Ev大约比电子运动 能量变化△Ee小10倍，一般在0·05～leV之间。 分子的转动能级变化△Er大约比分子的振 动能级变化△Ev小10倍或100倍，一般小于 0·O5eV 第一节 概 述

2 巾丁蜓 432 振动能级 传功能级 2 分于中电于能级振动能级和转动能级示意图 4

4

分子的振动能量比转动能量大,当发生振动能 级跃迁时,不可避免地伴随有转动能级的跃迁,所 以无法测量纯粹的振动光谱,而只能得到分子的振 动-转动光谱,这种光谱称为红外吸收光谱 红外吸收光谱是一种分子吸收光谱 当样品受到频率连续变化的红外光照射时,分 子吸收某些频率的辐射,并由其振动或转动运动引 起偶极矩的净变化,产生分子振动和转动能级从基 态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射 光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波 长关系曲线,就得到红外光谱

5 分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能 级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所 以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到 分子的振 动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。 红外吸收光谱是一种分子吸收光谱。 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分 子吸收某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引 起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基 态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射 光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波 长关系曲线，就得到红外光谱

刀 4 5 89101215 100 紧s E 20 35003心002509200018l609400120010题06046 dicom 草乙烯紅外光沿图 6

6

红外光区的划分 红外光谱在可见光区和微波光区之间,波 长范围约为075~1000um,根据仪器技术和应 用不同,习惯上又将红外光区分为三个区:近 红外光区(0.75~25μm),中红外光区(25 25m),远红外光区(25~1000m)。 近红外光区的吸收带(075~25um)主 要是由低能电子跃迁、含氢原子团(如OH NH、C-H)伸缩振动的倍频吸收产生。该区的 光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化 合物,并适用于水、醇、某些高分子化

7 一、红外光区的划分 红外光谱在可见光区和微波光区之间，波 长范围约为 0.75 ~ 1000µm，根据仪器技术和应 用不同，习惯上又将红外光区分为三个区：近 红外光区（0.75 ~ 2.5µm ），中红外光区（2.5 ~ 25µm ），远红外光区（25 ~ 1000 µm ）。 近红外光区的吸收带（0.75 ~ 2.5µm ）主 要是由低能电子跃迁、含氢原子团（如O-H、 N-H、C-H）伸缩振动的倍频吸收产生。该区的 光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化 合物，并适用于水、醇、某些高分子化

合物以及含氢原子团化合物的定量分析 中红外光区吸收带(2.5~25um)是绝大多数有机化合物 和无机离子的基频吸收带(由基态振动能级(V=0)跃迁至第一振动激 发态(V=1)时,所产生的吸收峰称为基频峰)。由于基频振动是红外 光谱中吸收最强的振动,所以该区最适于进行红外光谱的定性 和定量分析。同时,由于中红外光谱仪最为成熟、简单,而且 目前已积累了该区大量的数据资料,因此它是应用极为广泛的 光谱区。通常,中红外光谱法又简称为红外光谱法。 远红外光区吸收带(25~1000m)是由气体分子中的纯 转动跃迁、振动转动跃迁、液体和固体中重原子

8 合物以及含氢原子团化合物的定量分析。 中红外光区吸收带（2.5 ~ 25µm ）是绝大多数有机化合物 和无机离子的基频吸收带（由基态振动能级（=0）跃迁至第一振动激 发态（=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰）。由于基频振动是红外 光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性 和定量分析。同时，由于中红外光谱仪最为成熟、简单，而且 目前已积累了该区大量的数据资料，因此它是应用极为广泛的 光谱区。通常，中红外光谱法又简称为红外光谱法。 远红外光区吸收带（25 ~ 1000µm ）是由气体分子中的纯 转动跃迁、振动-转动跃迁、液体和固体中重原子

第一节 概述 的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动 所引起的。由于低频骨架振动能灵敏地反映出结构变化,所以 对异构体的研究特别方便。此外,还能用于金属有机化合物 (包括络合物)、氢键、吸附现象的研究。但由于该光区能量 弱,除非其它波长区间内没有合适的分析谱带,一般不在此范 围内进行分析 红外吸收光谱一般用T~λ曲线或T~(波数)曲线表示 纵坐标为百分透射比T%,因而吸收峰向下,向上司为谷;横坐 标是波长λ(单位为um),或(波数)(单位为cm1)

9 第一节 概 述 的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动 所引起的。由于低频骨架振动能灵敏地反映出结构变化，所以 对异构体的研究特别方便。此外，还能用于金属有机化合物 （包括络合物）、氢键、吸附现象的研究。但由于该光区能量 弱，除非其它波长区间内没有合适的分析谱带，一般不在此范 围内进行分析。 红外吸收光谱一般用T ~ 曲线或T ~ （波数）曲线表示。 纵坐标为百分透射比T%，因而吸收峰向下，向上则为谷；横坐 标是波长（单位为µm ），或 （波数）（单位为cm-1）

第一节 概述 波长入与波数之间的关系为: (波数)/cmv=104/(x/um) 中红外区的ⅴ支数范围是4000~400cm1。 、红外光谱法功特点 紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物,特别是具 有共轭体系的有机化合物,而红外光谱法主要研究在振动中伴 随有偶极矩变化的化合物(没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱 中出现)。因此,除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2 等之外,几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。除光 学异构体,某些高分子 10

10 第一节 概 述 波长与 波数之间的关系为： （波数） / cm-1 =104 /（  / µm ） 中红外区的 波数范围是4000 ~ 400 cm-1 。 二、红外光谱法的特点 紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具 有共轭体系的有机化合物，而红外光谱法主要研究在振动中伴 随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱 中出现）。因此，除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2 等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。除光 学异构体，某些高分子