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1、 分析化学分析化学第十三章第十三章 红外吸红外吸收光谱法收光谱法 分析化学教研室分析化学教研室第一节第一节 概述概述 红外分光光度法：红外分光光度法：利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸 收的特性来进行结构分析、定性和定量的 分析方法，又称红外吸收光谱法 (infrared spectrophotometry,IR)一、红外光的区划一、红外光的区划一、红外光的区划一、红外光的区划二、红外吸收过程二、红外吸收过程二、红外吸收过程二、红外吸收过程 三、红外光谱的作用三、红外光谱的作用三、红外光谱的作用三、红外光谱的作用 四、红外光谱的表示方法四、红外光谱的表示方法四、红外光谱的表示方法四、红外光谱
2、的表示方法 五、五、五、五、IRIR与与与与UVUV的区别的区别的区别的区别 一、一、一、一、红外光的区划红外光的区划红外光的区划红外光的区划红外线红外线：波长在0.76500m(1000m)范围内的电磁波波数和波长的关系 红外光谱区 l (mm)s(cm-1)能级跃迁近红外区 0.76 2.5 13158 4000 -OHOH和和-NH-NH倍频吸收区倍频吸收区中红外区中红外区 2.5 50 4000 200 振动（伴随转动）振动（伴随转动）远红外区 50 1000 200 10 纯转动光谱纯转动光谱 UV-Vis：200760nm（UV：200360nm；Vis：260760nm）IR：0
3、.76500m（近IR：）（中中IR：2.550m）（远IR：50500m）二、红外吸收过程二、红外吸收过程UVUV分子分子外层价电子能级的跃迁外层价电子能级的跃迁 （电子光谱）（电子光谱）IR IR分子分子振动和转动能级的跃迁振动和转动能级的跃迁 （振转光谱）（振转光谱）三、红外光谱的作用三、红外光谱的作用1可以确定化合物的类别（芳香类）2确定官能团：例：CO，CC，CC3推测分子结构（简单化合物）4定量分析四、红外光谱的表示方法四、红外光谱的表示方法UV光谱表示方法：A-曲线特点：峰向上，峰少IR光谱表示方法：T-曲线：棱镜（早期）前密后疏 T-曲线：光栅 前疏后密特点：峰向下，峰多红外光
4、谱图红外光谱图：形式：T-（cm-1）；范围：200（400）4000（cm-1）；两种比例尺：以2000（cm-1）为界，前面压缩。目的：防止高波数区过分扩张。五、五、IR与与UV的区别的区别 IR UV起源起源 分子振动-转动能级跃迁 分子外层价电子能级跃迁适用适用 所有红外吸收的有机物 具n-*-*跃迁有机物 气、液、固样品 溶液为主特征性特征性 特征性强 简单、特征性不强用途用途 鉴定化合物类别 定量 鉴定官能团 推测有机物共轭骨架 推测结构第二节第二节 红外分光光度法基本原理红外分光光度法基本原理红外分光光度法研究物质结构与红外光谱之间关系 红外光谱由吸收峰位置和吸收峰强度共同描述一
5、、红外吸收光谱的产生一、红外吸收光谱的产生二、振动形式二、振动形式三、振动的自由度（峰数）三、振动的自由度（峰数）四、特征峰与相关峰四、特征峰与相关峰五、吸收峰位置（峰位）五、吸收峰位置（峰位）六、吸收峰强度（峰强）六、吸收峰强度（峰强）一、红外吸收光谱的产生一、红外吸收光谱的产生红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生分子的振动能级差远大于转动能级差分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁1振动能级振动能级续前 2振动光谱振动光谱双原子分子A-B近似看作谐振子两原子间的伸缩振动近似看作简谐振动 续前基态第一激发态续前续前3基频峰与泛频峰（基频峰与泛频峰（P324）1）基频峰：基频峰：分子吸收
6、一定频率红外线，振动能级从 基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰 （即V=0 1产生的峰）基频峰的峰位等于分子的振动频率基频峰的峰位等于分子的振动频率对于多基团分子，基频峰的峰位等于基团的振动频率对于多基团分子，基频峰的峰位等于基团的振动频率基频峰强度大基频峰强度大红外主要吸收峰红外主要吸收峰 泛泛 倍频峰倍频峰 二倍频峰（二倍频峰（V=0V=2V=0V=2）频频 三倍频峰（三倍频峰（V=0V=3V=0V=3）峰峰 合频峰合频峰 差频峰（即差频峰（即V=1V=2V=1V=2，3-3-产生的峰）产生的峰）续前2）泛频峰）泛频峰倍频峰：倍频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动激发
7、态等高能态时所产生的吸收峰（即V=0V=2，3-产生的峰）注：泛频峰强度较弱，难辨认注：泛频峰强度较弱，难辨认却增加了光谱特征性却增加了光谱特征性4 4红外光谱产生条件：红外光谱产生条件：v 红外活性振动：红外活性振动：分子振动产生偶极矩的变化，从而产生红外吸收的性质v红外非活性振动：红外非活性振动：分子振动不产生偶极矩的变化，不产生红外吸收的性质分子吸收红外辐射的频率恰等于分子基团振动频率整数倍分子在振动过程中的净偶极矩的变化不为0，即分子产生红外活性振动偶极矩 =q 电荷正负电荷重心间距离 正负电荷重心重合,则 =0 二、振动形式（多原子分子）二、振动形式（多原子分子）两类基本振动形式：伸
8、缩振动伸缩振动和变形振动伸缩振动：键长沿键轴方向发生周期性的变化伸缩振动：键长沿键轴方向发生周期性的变化弯曲振动：键角发生周期性的变化弯曲振动：键角发生周期性的变化振振动动形形式式伸缩振动伸缩振动弯曲振动弯曲振动对称伸缩振动对称伸缩振动s s不对称伸缩振动不对称伸缩振动asas面内弯曲面内弯曲面外弯曲面外弯曲变形振动变形振动剪式振动剪式振动面内摇摆面内摇摆面外摇摆面外摇摆弯曲振动弯曲振动对称变形对称变形s s不对称变形不对称变形asasAX2AX3（一）AX2（亚甲基）振动形式 1、伸缩振动2、变形振动（二）AX3（甲基）振动形式 1、伸缩振动2、变形振动对称伸缩对称伸缩不对称伸缩不对称伸缩面
9、内弯曲面内弯曲剪式振动面内摇摆面外弯曲面外摇摆弯曲振动变形振动变形振动对称变形振动不对称变形振动图示注：振动自由度反映分子基本振动理论吸收峰数量 并非每个振动都产生基频峰吸收峰数常少于振动自由度数三、振动的自由度（峰数）三、振动的自由度（峰数）指分子独立的振动数目，或基本的振动数目N N个个原原子子组组成成分分子子，每每个个原原子子在在空空间间具具3 3个个运运动动自自由由度，分子总的运动自由度为度，分子总的运动自由度为3N3N示例水分子水分子非线性分子非线性分子示例CO2分子分子 线性分子线性分子吸收峰数少于振动自由度的原因：吸收峰数少于振动自由度的原因：发生了简并发生了简并即振动频率相同的
10、峰重叠即振动频率相同的峰重叠 红外非活性振动红外非活性振动绝大多数化合物IR吸收峰数小于理论计算振动自由度其原因有：无偶极矩变化的振动不产生红外吸收（红外非活性振无偶极矩变化的振动不产生红外吸收（红外非活性振动）；动）；吸收简并；吸收简并；吸收落在仪器检测范围以外；仪器分辨率低，谱峰重叠等。四、特征峰与相关峰四、特征峰与相关峰（一）特征峰：（一）特征峰：next 可用于鉴别官能团存在的吸收峰，称（二）相关峰：（二）相关峰：next 由一个官能团引起的一组具有相互依存关系的 特征峰，称注：注：注：注：相关峰的数目与基团的活性振动及光谱的波数范围相关峰的数目与基团的活性振动及光谱的波数范围 有关有关 用一组相关峰才可以确定确定一个官能团的存在用一组相关峰才可以确定确定一个官能团的存在图示back