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1、第3章紅外光譜法（InfraredAnalysis,IR）3.1概述3.2基本原理1.產(chǎn)生紅外吸收的條件2.分子振動3.譜帶強(qiáng)度4.振動頻率5.影響基團(tuán)頻率的因素3.3紅外光譜儀器3.4試樣制備3.5應(yīng)用簡介3.1概述1.定義：紅外光譜又稱分子振動轉(zhuǎn)動光譜，屬分子吸收光譜。樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時，分子吸收其中一些頻率的輻射，分子振動或轉(zhuǎn)動引起偶極矩的凈變化，使振-轉(zhuǎn)能級從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，相應(yīng)于這些區(qū)域的透射光強(qiáng)減弱，記錄百分透過率T%對波數(shù)或波長的曲線，即為紅外光譜。主要用于化合物鑒
2、定及分子結(jié)構(gòu)表征，亦可用于定量分析。紅外光譜的表示方法：紅外光譜以T~?或T~來表示，下圖為苯酚的紅外光譜。T(%)注意換算公式：2.紅外光區(qū)劃分紅外光譜(0.75~1000?m)遠(yuǎn)紅外(轉(zhuǎn)動區(qū))(25-1000?m)中紅外(振動區(qū))(2.5~25?m)近紅外(泛頻）(0.75~2.5?m)倍頻分子振動轉(zhuǎn)動分子轉(zhuǎn)動分區(qū)及波長范圍躍遷類型（常用區(qū)）13158~4000/cm-1400~10/cm-14000~400/cm-1Thatis0.75-1000μm(1μm=10-4cm)FIR0.75-2
3、.5μmMIR2.5-25μm(4000-400cm-1)NIR25-1000μmWavenumber(υ)=104/λ(μm)TypeofRadiationFrequencyRange(Hz)WavelengthRangeTypeofTransitiongamma-rays1020-1024<1pmnuclearX-rays1017-10201nm-1pminnerelectronultraviolet1015-1017400nm-1nmouterelectronvisible4-7.5x101
4、4750nm-400nmouterelectronnear-infrared1x1014-4x10142.5μm-750nmouterelectronmolecularvibrationsinfrared1013-101425μm-2.5μmmolecularvibrationsmicrowaves3x1011-10131mm-25μmmolecularrotations,electronspinflips*radiowaves<3x1011>1mmnuclearspinflips*3.紅外光譜特
5、點(diǎn)1）紅外吸收只有振-轉(zhuǎn)躍遷，能量低；2）應(yīng)用范圍廣：除單原子分子及單核分子外，幾乎所有有機(jī)物均有紅外吸收；3）分子結(jié)構(gòu)更為精細(xì)的表征：通過IR譜的波數(shù)位置、波峰數(shù)目及強(qiáng)度確定分子基團(tuán)、分子結(jié)構(gòu)；4）定量分析；5）固、液、氣態(tài)樣均可用，且用量少、不破壞樣品；6）分析速度快。7）與色譜等聯(lián)用（GC-FTIR）具有強(qiáng)大的定性功能。3.2基本原理1.產(chǎn)生紅外吸收的條件分子吸收輻射產(chǎn)生振轉(zhuǎn)躍遷必須滿足兩個條件：條件一：輻射光子的能量應(yīng)與振動躍遷所需能量相等。根據(jù)量子力學(xué)原理，分子振動能量Ev是量子化的，即
6、EV=（V+1/2）h??為分子振動頻率，V為振動量子數(shù)，其值取0，1，2，…分子中不同振動能級差為?EV=?Vh?也就是說，只有當(dāng)?EV=Ea或者?a=?V?時，才可能發(fā)生振轉(zhuǎn)躍遷。例如當(dāng)分子從基態(tài)（V=0）躍遷到第一激發(fā)態(tài)（V=1），此時?V=1，即?a=?條件二：輻射與物質(zhì)之間必須有耦合作用磁場電場交變磁場?分子固有振動?a偶極矩變化（能級躍遷）耦合不耦合紅外吸收無偶極矩變化無紅外吸收2.分子振動1）雙原子分子振動分子的兩個原子以其平衡點(diǎn)為中心，以很小的振幅（與核間距相比）作周期性“簡諧”振
7、動，其振動可用經(jīng)典剛性振動描述：k為化學(xué)鍵的力常數(shù)（dyn/cm);c=3?1010cm/s;?為雙原子折合質(zhì)量如折合質(zhì)量?以原子質(zhì)量為單位；k以mdyn/?為單位。則有：例如：HCl分子k=5.1mdyn/?，則HCl的振動頻率為：對于C-H：k=5mdyn/?;=2920cm-1對于C=C，k=10mdyn/?,=1683cm-1對于C-C，k=5mdyn/?；=1190cm-1?=1?=6影響基本振動躍遷的波數(shù)或頻率的直接因素為化學(xué)鍵力常數(shù)k和原子質(zhì)量。k大，化學(xué)鍵的振動波數(shù)高，如:kC?C
8、(2222cm-1)>kC=C(1667cm-1)>kC-C(1429cm-1)（質(zhì)量相近）質(zhì)量m大，化學(xué)鍵的振動波數(shù)低，如:mC-C(1430cm-1)
