广东工业大学：《分析化学》课程教学课件（PPT讲稿）第十二章 波谱分析简介

第十二章、波谱分析简介 12.1.1红外吸收光谱分析 Infrared Absorption Spectrum,IR >分子的振动、转动光谱 >吸收能量较低，波长范围在红外区的电磁波 >分子不产生电子能级的跃迁 >只产生分子的振动和转动

第十二章、波谱分析简介 12.1.1 红外吸收光谱分析 Infrared Absorption Spectrum，IR ➢分子的振动、转动光谱 ➢吸收能量较低，波长范围在红外区的电磁波 ➢分子不产生电子能级的跃迁 ➢只产生分子的振动和转动

12.1.1基本原理 1.分子振动 分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间 距相比)作周期性“简谐”振动，其振动可用经典刚性振动描述： (顿率)=1K 2πVu .或v(波数)=1 2c14 k为化学键的力常数NWem=myn/A),u为双原子折合质量 如将原子的实际折合质量（通过Avogaro常数计算)代入，则有 =1302 cm1 2nc\A./N

12.1.1 基本原理 1 .分子振动 分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间 距相比）作周期性“简谐”振动，其振动可用经典刚性振动描述： k为化学键的力常数（N/cm= mdyn/Å），为双原子折合质量 如将原子的实际折合质量（通过Avogaro常数计算）代入，则有       k 2 c 1 . ( ) k 2 1 (频 率 ) = 或 波 数 = ( cm ) A k 1302 A / N k 2 c 1 1 ' A r ' r − = =  

简正振动基本形式 伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长变化但键角不变的振动。 变形振动δ：基团键角发生周期性变化，但键长不变的振动。又称 弯曲振动或变角振动。 下图给出了各种可能的振动形式（以甲基和亚甲基为例）

简正振动基本形式 伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长变化但键角不变的振动。 变形振动：基团键角发生周期性变化，但键长不变的振动。又称 弯曲振动或变角振动。 下图给出了各种可能的振动形式（以甲基和亚甲基为例）

对称伸缩 不对称伸缩 对称变形 不对称变形 :2872cmJ vs:2962 cm- 6:1375cm- 8.:1450cmJ 甲基简正振动形式 对称伸缩 不对称伸缩 剪式 2853 cm 面内摇摆 y.:2926cm 面外摇摆 扭曲 6:1465cm1 p:720 cm a:1300cm-J t:1250cm1 亚甲基简正振动形式 +、一分别表示运动方向垂直纸面向里和向外

2.红外光谱区的分类 红外光谱区在可见光区与微波区之间，其波长范围 般为0.7μum~1000μm。 红外光谱区的划分 名称 Xum o /cm-1 能级跃迁类型 近红外区 0.752.5 13333~4000 O-H、N-H、 C-H键的倍频吸收 中红外区 2.55.0 4000~200 分子中原子的 振动及分子转动 远红外区 50~1000 200~10 分子转动 入~ō的关系怎样？ 晶格振动

2.红外光谱区的分类 红外光谱区在可见光区与微波区之间，其波长范围 一般为0.7μm~1000μm。 红外光谱区的划分 名 称 λ/μm σ /cm-1 能级跃迁类型 近红外区 0.75~2.5 13333~4000 O-H、N-H、 C-H键的倍频吸收 中红外区 2.5~5.0 4000~200 分子中原子的 振动及分子转动 远红外区 50~1000 200~10 分子转动 晶格振动 λ～σ的关系怎样？

如果波长以um为单位，而1um=104cm,波长与波数的 关系为： 104 o/cm- 元/cm 入/m 波数是波长的倒数，常用单位是cm-l,它表示1cm的距离 内光波的数日。 例如=50um的红外光，用波数表示为： 0= 50)cm'=200cm 即在1cm的长度内，波长为50um的红外光波的数量为200 个

如果波长以μm为单位，而1μm＝10-4cm，波长与波数的 关系为： 例如λ＝50μm的红外光，用波数表示为： 波数是波长的倒数，常用单位是cm-1，它表示1cm的距离 内光波的数目。 cm m cm     / / / 4 1 1 10 = = − 1 1 4 200 50 10 − −  = ( )cm = cm 即在1cm的长度内，波长为50μm的红外光波的数量为200 个

3.红外光谱产生的条件 分子吸收红外光必须满足如下两个条件： ☆红外光的能量应恰好能满足振动能级跃迁所需要的能 量，当红外光的频率与分子中某基团的振动频率相同时 ,红外光的能量才能被吸收。 ☆★红外光与物质之间有耦合作用。分子必须有偶极矩 的变化。 U=δ·r 图3.5.1H20和HC分子的偶极矩

3.红外光谱产生的条件 分子吸收红外光必须满足如下两个条件： ☆红外光的能量应恰好能满足振动能级跃迁所需要的能 量，当红外光的频率与分子中某基团的振动频率相同时 ，红外光的能量才能被吸收。 ☆★红外光与物质之间有耦合作用。分子必须有偶极矩 的变化。  =  r

Ψ三Ψ©Ψ①☆只有能够引起偶极矩变化的振动，才 能产生共振吸收。像N2,O2,C2等对称分子，由于两 原子核外电子云的密度相同，正、负电荷中心重合， 等于0，故振动时没有偶极矩的变化，不吸收红外辐 射，不能产生红外吸收光谱。 3.红外光谱图 6 100 89.101112131415 振动和转动光 80 谱，谱带。 40 0 4000250020001500130011001000900800 700 T透过率 .a/cm 图3.5.2甲苯的红外光谱

ΨΞΨΘΨΩ☆只有能够引起偶极矩变化的振动，才 能产生共振吸收。像N2，O2，Cl2等对称分子，由于两 原子核外电子云的密度相同，正、负电荷中心重合， 等于0，故振动时没有偶极矩的变化，不吸收红外辐 射，不能产生红外吸收光谱。 3.红外光谱图 T透过率 振动和转动光 谱，谱带

12.1.2红外光谱仪 色散型R谱仪：利用单色器作为色散元件 傅立叶R谱仪：利用光的干涉作用进行测定， 没有色散元件 1.色散型R谱仪 试样池 光源 单色器 检测器 参此池以 光 ①基本构造和工作原理 光源→吸收池→单色器 笔和光楔 放大器 驱动装置 →检测器→记录装置 图3.5.9双光束红外分光光度计原理图

12.1.2 红外光谱仪 色散型IR谱仪：利用单色器作为色散元件 傅立叶IR谱仪：利用光的干涉作用进行测定， 没有色散元件 1.色散型IR谱仪 光源→吸收池→单色器 →检测器→记录装置 ①基本构造和工作原理

②红外分光光度计的主要部件 光源：能连续地发出一定强度的红外辐射。 常用的R光源有能斯特灯和硅碳棒两种。 能斯特灯：由混合的稀土金属（锆、钇、铈）的氧化物烧 结制成，d=1mm~3mm,1=20mm~50mm的棒，棒的两 端绕有铂丝作为导线，工作温度一般在1750℃。 优点：发光强度高。 硅碳棒：由碳化硅烷结而成，中间细、两端粗的棒状 物。 优点：发光面积大，坚固耐用

②红外分光光度计的主要部件 光源：能连续地发出一定强度的红外辐射。 常用的IR光源有能斯特灯和硅碳棒两种。 能斯特灯：由混合的稀土金属(锆、钇、铈)的氧化物烧 结制成，d=1mm~3mm，l=20mm~50mm的棒，棒的两 端绕有铂丝作为导线，工作温度一般在1750℃。 优点：发光强度高。 硅碳棒：由碳化硅烷结而成，中间细、两端粗的棒状 物。 优点：发光面积大，坚固耐用