《紅外振動光譜》PPT課件

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1、第二章光譜分析SpectroscopyAnalysis(IR&RamanSpectra)第一節(jié)振動光譜的基本原理第二節(jié)紅外光和紅外光譜第三節(jié)紅外光譜的應(yīng)用第四節(jié)拉曼光譜振動光譜第一節(jié)振動光譜的基本原理一、定義及分類所謂振動光譜是指物質(zhì)分子或原子基團(tuán)的振動所產(chǎn)生的光譜。如果將透過物質(zhì)的電磁輻射用單色器加以色散，使波長按長短依次排列，同時測量在不同波長處的輻射強度，得到的是吸收光譜。如果用的光源是紅外光譜范圍，即0.78-1000μm，就是紅外吸收光譜。如果用的是強單色光，例如激光，產(chǎn)生的是激光拉曼光譜。電磁波與物質(zhì)

2、的作用：E=hν=hc/λ電磁波的產(chǎn)生與兩個能態(tài)上粒子的躍遷有關(guān)。在不同能量電磁波作用下,物質(zhì)的不同狀態(tài)將出現(xiàn)共振吸收(Resonance),形成共振譜。物質(zhì)的能量狀態(tài)與對應(yīng)的共振譜狀態(tài)電磁波λ對應(yīng)光譜核能級γ〈0.01nm)Mossbauer譜電子K、L層X0.1nmX-射線譜（XPS）原子的次外電子層，晶體場分裂UV，V10nm紫外-可見（UV-V）譜分子振動IR，500nm紅外（IR），Raman譜電子自旋亞能級Micro-wave100um電子自旋共振（EPR）核自旋Radio10cm核磁共振（NMR）譜二

3、、分子振動模型1、雙原子分子振動模型雙原子分子是很簡單的分子，其振動形式是很簡單的，如HCl分子，它只有一種振動形式，即伸縮振動。雙原子分子的振動可以近似地看作為簡諧振動，由經(jīng)典力學(xué)的HOOK定律可以推導(dǎo)出該體系的振動頻率公式：式中：v~為振動波數(shù)；K為化學(xué)鍵的鍵力常數(shù)（達(dá)因/厘米）；C為光速；M為兩原子的折合質(zhì)量（克）；m1m2為兩個原子的質(zhì)量=——2?C2、多原子分子振動模型（1）簡正振動多原子分子的振動是復(fù)雜的，但可以把它們的振動分解成許多簡單的基本振動單元，這些基本振動稱為簡正振動。簡正振動具有以下特點：1

4、）?振動的運動狀態(tài)可以用空間自由度（坐標(biāo)）來表示，體系中的每一質(zhì)點具有XYZ三個自由度；2）振動過程中，分子質(zhì)心保持不變，分子整體不轉(zhuǎn)動；3）每個原子都在其平衡位置上作簡諧振動，各原子的振動頻率及位相相同，即各原子在同一時間通過其平衡位置，又在同一時間達(dá)到最大的振動位移；4）分子中任何一個復(fù)雜振動都可以看成這些簡正振動的線性組合。（2）簡正振動的基本類型（3）簡正振動的數(shù)目簡正振動的數(shù)目稱為振動自由度。每個振動自由度對應(yīng)于IR譜圖上的一個基頻吸收帶。分子的總自由度取決于構(gòu)成分子的原子在空間中的位置。每個原子空間位置

5、可以用直角坐標(biāo)系中x、y、z三個坐標(biāo)表示，即有三個自由度。顯然，由n個原子組成的分子，具有3n個總自由度，即有3n種運動狀態(tài)，而3n種運動狀態(tài)包括了分子的振動、平動和轉(zhuǎn)動。即:3n?=振動自由度+平動自由度+轉(zhuǎn)動自由度振動自由度=?3n?-平動自由度-轉(zhuǎn)動自由度對于非線性分子，振動自由度=?3n?-?6對于線性分子，振動自由度=?3n?-?5例1：H2O（非線性分子）振動自由度=3*3-6=3振動形式：吸收峰波數(shù):例2：CO2（線性分子）振動自由度=3*3-5=4振動形式：振動相同，簡并狀態(tài)Vs振動為非活性振動，振

6、動波數(shù)1388cm-1，但不吸收紅外光。注:?+表示垂直屛面向內(nèi)移動，-表示垂直屛面向外移動。三、振動吸收的條件1、振動的頻率（IR）與光譜中某段頻率相同，或者說，IR光的某些光子能量要與振動能相吻合?！匾獥l件2、振動必須引起偶極矩變化，才是IR活性的。即正負(fù)電荷中心的間距發(fā)生變化?！狪R活性振動。3、如果振動引起極化率變化，才是Raman活性的。在電磁波的作用下，正負(fù)電荷出現(xiàn)誘導(dǎo)偶極矩，有些振動是紅外活性的，但非拉曼活性，有些相反。有些是雙活性的，有些是雙非活性的。第二節(jié)紅外光和紅外光譜1800年英國天文學(xué)

7、家Hershl發(fā)現(xiàn)紅外光（又稱紅外輻射或紅外線）。物質(zhì)因受紅外光的作用，引起分子或原子基團(tuán)的振動（熱振動），從而產(chǎn)生對紅外光的吸收。利用物質(zhì)對不同波長紅外光的吸收程度進(jìn)行研究物質(zhì)分子的組成和結(jié)構(gòu)的方法，稱為紅外吸收光譜法，常以IR表示。1、紅外光紅外光是一種電磁波，它的波長介于可見光、紅色光和微波的波長之間的一段電磁輻射區(qū)，波長在0.77-1000μm，并可按波長不同劃分三個區(qū)域：近紅外（NIR）區(qū)：0.75～2.5μm（13300～4000cm-1）中紅外（MIR）區(qū)：2.5～25μm（4000～400cm-1）

8、遠(yuǎn)紅外（FIR）區(qū)：25～1000μm（400～10cm-1）注：波數(shù)σ（cm-1）＝1/λ（cm）＝104/λ（μm）2紅外吸收的基本原理能量在4,000400cm-1的紅外光可以使樣品產(chǎn)生振動能級與轉(zhuǎn)動能級的躍遷。分子在振動和轉(zhuǎn)動過程中只有伴隨偶極矩變化的鍵才有紅外活性。因為分子振動伴隨偶極矩改變時，分子內(nèi)電荷分布變化會產(chǎn)生交變電場，當(dāng)其頻率與入射輻射電