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1、1.3红外吸收光谱分析（IR)1.3.11.3.1红外光谱的定义及分类：红外光谱的定义及分类：定义：定义：IR是由于物质吸收电磁辐射后，分子振动-转动能级的跃迁而产生的，称为分子振-转光谱1.3红外吸收光谱分析（IR)分类：分类：近红外区：近红外区：0.782.5m 0.782.5m （10000-4000cm10000-4000cm-1-1）OHOH和和NH NH 倍频吸收区倍频吸收区中红外区：中红外区：2.525m 2.525m（4000-400cm4000-400cm-1-1 ）基频振动、伴随转动光谱基频振动、伴随转动光谱远红外区：远红外区：251000m 251000m（400-20c
2、m400-20cm-1-1 ）纯转动光谱纯转动光谱 1.3红外吸收光谱分析（IR)1.3.2 红外光谱的吸收强度和表示方法1透光度 式中 I0入射光强度；I 入射光被样品吸收后透过的光强度。2吸光度 横坐标：表示波长或波数,波数是波长的倒数，即（cm-1）=104/(m)1.3红外吸收光谱分析(IR)聚乙烯的红外光谱图(a)透过光谱图 (b)吸收光谱图3.IR光谱图 纵坐标：表示透光度或吸光度1.3红外吸收光谱分析（IR)1.3.31.3.3红外光谱法基本厡理红外光谱法基本厡理1.分子的振动能级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
3、转动能级跃迁1.3红外吸收光谱分析（IR)2.双原子分子的振动光谱 HCL的双原子的振动是最简单的振动，即两原子的相对伸缩振动,称为简谐振动。由经典虎克Hooke定律，简谐振动频率双原子分子振动的弹簧球模型（1）1.3红外吸收光谱分析（IR)以波数表示经典虎克Hooke定律，振动频率（cm-1)：c为光速 31010cm.s-1 k为化学键力常数K单键=5.0N.cm-1N阿佛加德罗常数=6.0231023（2）（3）1.3红外吸收光谱分析（IR)3红外光谱产生条件：分子吸收红外辐射的频率恰恰好好等等于于分子振动频率整数倍 分子在振、转过程中的净偶极矩的变化不为变化不为0，即分子产生红外活性振
4、动，且辐射与分子振动发发生能量耦合生能量耦合。1.3红外吸收光谱分析（IR)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1.3红外吸收光谱分析（IR)4.多原子分子的振动光谱振动形式可分成两类：1）伸缩振动 对称伸缩振动（s）；反对称伸缩振动（as）；对称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动同时发生反称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动交替发生 指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动1.3 红外吸收光谱分析(IR)2）弯曲振动（变形振动）面内变形振动（）；面外变形振动（）；剪式振动：振动中键
5、角的变化类似剪刀的开闭面内摇摆：基团作为一个整体在平面内摇动1.3 红外吸收光谱分析(IR)1）伸缩振动 亚甲基（-CH2-）的几种基本振动形式及红外吸收反对称反对称伸缩振动 对称对称伸缩振动 as:2926cm-1（s）s:2853cm-1（s）对称对称伸缩振动 反对称反对称伸缩振动-CH3的伸缩振动 1.3 红外吸收光谱分析(IR)剪式振动剪式振动 面内摇摆振动面内摇摆振动 ：1468cm-1（m）：720cm-1-C-(CH2)n，n4面外摇摆面外摇摆振动振动 扭曲扭曲振动振动 ：13061303cm-1（w）：1250cm-1（w）2）弯曲振动对称的弯曲振动s：三个键与轴线的夹角同时
6、变大 不对称的弯曲振动as：三个键与轴线的夹角不 同时变大或减小1.3红外吸收光谱分析（IR)1.3.4 基本的振动数 1.振动的自由度（简正振动):基本的振动 原子在空间的位置可以用直角坐标系中的三个标x、y、z表示，因此n个原子组成的分子总共应有3n 个自由度，即3n 种运动状态。但分子整体有3个平动自由度和3个转动自由度1.3红外吸收光谱分析（IR)例如：HCL分子振动的自由度=325=1 （线性分子）H2O分子振动的自由度=336=3注：振动自由度反映吸收峰数量注：振动自由度反映吸收峰数量 但并非每个振动都产生基频峰但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吸收峰数常少于振
7、动自由度数1.3红外吸收光谱分析（IR)2.红外活性振动只有偶极矩发生变化，分子才能产生红外吸收（是分子中的电荷的分布发生变化）NO,HCL,C=O;CO2;H2,N2,O2;C=C,S-SN=N;1.3红外吸收光谱分析（IR)3.简并 分子的对称性越高其简并度越高例如：CH4 分子，振动的自由度：35-6=9 但只有4个基本振动谱带例如：有的振动形式虽不同，但它们的振动频率却相等，因而产生简并，如前述CO2的面内及面外弯曲振动。1.3红外吸收光谱分析（IR)4.吸收峰的强度 根据量子理论，红外光谱的吸收强度与分子振动时偶极矩变化的平方成正比例如：C=O,Si-O,C-CL,-NH2 强极性基
8、团有强吸收带 C=C,C-C,C-N 等弱极性基团有弱吸收带1.3红外吸收光谱分析（IR)另外，对于同一类型的化学键，偶极矩的变化与结构的对称性有关（1）RCHCH2 摩尔吸光系数=40（2）RCHCHR 顺式摩尔吸光系数=10（3）RCHCHR 反式摩尔吸光系数=2对于CC双键来说（1）的对称性最差，因此吸收较强，（3）的对称性相对最高，故吸收最弱 红外光谱的吸收强度常定性的用s（强）、m（中等）、w（弱）、vw（极弱）。宽（b），肩（sh）1.3红外吸收光谱分析（IR)1.3.5IR与分子结构的关系1.基团特征频率1）特征吸收峰在一定范围内出现的化学键振动频率基团特征频率（特征吸收峰）例：
9、2800 3000 cm-1 CH3 特征峰；1650 1900 cm-1 C=O 特征峰；1.3红外吸收光谱分析（IR)基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化CH2COCH2 1715 cm-1 酮CH2COO 1735 cm-1 酯CH2CONH 1680 cm-1 酰胺2.官能团区：1300-4000cm-1 指纹区：1300-400cm-11.3红外吸收光谱分析（IR)1.3.6几类化合物的特征谱带 在研究红外吸收峰与分子结构的关系时，我们不能只考虑一种震动的频率，而应综合考虑,基团的倍频和合频吸收峰。1.3红外吸收光谱分析（IR)1.脂肪族碳氢化合物：三个区域有吸收（表2-3）C-
10、H-=3300-2700cm-1 C-H(内)=1500-1300cm-1 C-H(外 =1000-1500cm-1 C=C =1675-1500cm-1 C-C =1300-1000cm-1 C=C =2500-1900cm-11.3红外吸收光谱分析（IR)2.芳烃化合物 1）(C-H)=3100-3010cm-1 之间出现3-4个峰C-H(外)=675-900cm-1 确定苯环取代基C-H(内)=1300-1000cm-1 易被掩盖意义不大 2）c=c =1600或1500cm-1 共轭体系振动峰（苯环的骨架振动）3）苯环接C=O,C=C,NO2,或CL,P,S,等基团，则1600cm-1
11、分列成双峰4）取代基的类型和位置 （图2-21）2000-1600cm-1 有倍频吸收峰1.3红外吸收光谱分析（IR)3.含氧类化合物 羰基，羟基，醚，醛1）羰基化合物、C=O=1650-1900cm-1 注意酯，酮，醛的羰基谱带的区别（表2-4）酮、酯、在1100-1300cm-1的吸收易混淆醛、C=O=1730cm-1 C-H=2900-2700cm-1双峰1.3红外吸收光谱分析（IR)2）羟基 O-H=3200-3700cm-1 酸、c-o=1280cm-1 o-H=2500-3500cm-1，（很S)酚、PH-OH c-c=1220cm-1 o 伯醇R-OH c-o 1050cm-1
12、仲醇R-C-CH3 c-o1100cm-1 叔醇 c-o1130cm-13）醚 在无羰基和羟基吸收峰，1100-1300cm-1才能确定是醚键1.3红外吸收光谱分析（IR)4 含氮的化合物1)晴基 -C=N2)异晴酸脂-N=C=O -C=N -N=C=O 2200-2280cm-13)胺基：N-H O-H 3300-3500cm-1 伯胺 存在-NH2对称和非对称，有二(ms)峰 仲胺 只有一个峰 叔胺 区域无吸收峰1.3红外吸收光谱分析（IR)4）酰胺基 :-CO-NH2 与胺基的区别：酰胺含羰基，易形成氢键 因含羰基易形成氢键，常分为酰胺1带和2带 酰胺1带 C=O 酰胺2带 N-H内1.
13、3红外吸收光谱分析（IR)5.卤素化合物 一般存在 c-x 很强，卤素相连越多其峰愈强例如：一氟化物 C-F1110-1000cm-1 二氟化物 C-F 1250-1050cm-1 三氟化物 C-F1400-1100cm-1 一氯化物 C-cl 750-700cm-1 三氯化物 C-Fcl 800-700cm-11.3红外吸收光谱分析（IR)1.3红外吸收光谱分析（IR)1.3.7仪器类型与结构两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）内部结构内部结构Nicolet公司的AVATAR 360 FT-IR傅里叶变换红外光谱仪结构框图傅里叶变换红外光谱仪结构框图干涉仪干涉仪光源光源样品室样品室检测器检测器显示器显示器绘图仪绘图仪计算机计算机干涉图干涉图光谱图光谱图FTS傅里叶变换红外光谱仪工作原理图傅里叶变换红外光谱仪工作原理图 迈克尔干涉仪工作原理图迈克尔干涉仪工作原理图 1.3红外吸收光谱分析(IR)制样方法1）气体）气体气体池气体池2）液体：）液体：3)固体固体:液膜法液膜法难挥发液体（难挥发液体（bp80 C）溶液法溶液法液体池液体池溶剂：溶剂：CCl4，CS2常用。常用。研糊法（液体石腊法）研糊法（液体石腊法）KBr压片法压片法薄膜法薄膜法