IR光谱法1.

null第四章 红外光谱法第四章 红外光谱法 Infrared Spectrum（IR）主要 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 主要内容§4-1 IR概述 §4-2 IR的基本原理 §4-3 基团频率与IR的光谱分区 §4-4 有机化合物的特征频率 §4-5 影响基团频率位移的因素 §4-6 IR的谱图解析 §4-7 IR的仪器null§4-1 IR概 述 红外光谱法是利用物质对红外光区电磁辐射的选择性吸收特性来进行结构 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、定性分析和定量分析的方法。 null1800年，英国天文学家S.W.赫歇尔(Sir William Herschel)第一次发现红外辐射现象。 他做实验时，用热敏探测器(水银温度计)发现了频率低于红光的“不可见(invisible)光”，红外线的英语单词Infra-red意思是“below red”。 很长一段时间内，人们主要从事红外线的本质方面的研究以及红外光学材料研究，随着一些高灵敏度的探测器的出现，红外技术开始走向实用阶段。一、红外光谱的产生及发展null 红外光谱仪的研制可追溯到20 世纪初期。 1908 年Coblentz 制备和应用了用氯化钠晶体为棱镜的红外光谱仪； 1910 年Wood 和Trowbridge 研制了小阶梯光栅红外光谱仪； 1918 年Sleator 和Randall 研制出高分辨仪器。 20 世纪40 年代开始研究双光束红外光谱仪。1950 年由美国PE 公司开始商业化生产名为Perkin-Elmer 21 的双光束红外光谱仪。与单光束光谱仪相比，双光束红外光谱仪不需要由经过专门训练的光谱学家进行操作，能够很快的得到光谱图。因此Perkin-Elmer 21 很快在美国畅销。Perkin-Elmer 21 的问世大大的促进了红外光谱仪的普及。 null 现代红外光谱议是以傅立叶变换为基础的仪器。该类仪器不用棱镜或者光栅分光，而是用干涉仪得到干涉图，采用傅立叶变换将以时间为变量的干涉图变换为以频率为变量的光谱图。傅立叶红外光谱仪的产生是一次革命性的飞跃。与传统的仪器相比，傅立叶红外光谱仪具有快速、高信噪比和高分辨率等特点。更重要的是傅立叶变换催生了许多新技术，例如步进扫描、时间分辨和红外成像等。这些新技术大大的拓宽了红外的应用领域，使得红外技术的发展产生了质的飞跃。如果采用分光的办法，这些技术是不可能实现的。这些技术的产生，大大的拓宽了红外技术的应用领域。使用红外成像技术得到的地球 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面温度分布和地球大气层中水蒸气含量图。null任何气态、液态和固态样品均可进行测定； 样品用量少； 每种化合物均有红外吸收，官能团区的吸收峰用来判断存在的官能团类型，指纹区的吸收峰可对结构的确定提供可靠依据； 仪器较为普及。IR的优点null二、红外光谱区的划分 ●红外吸收光谱是分子化学键的振动和整个分子的转动产生的吸收光谱。 ●习惯上把0.78~1000m的波长范围称为红外光区。 名 称 波长/μm 波数/cm-1 能级跃迁类型 近红外 0.78～2.5 12820～4000 OH.NH.CH键振动倍频 (泛频区) 中红外 2.5～100 4000～400 分子中化学键振动 (基本振动区) 远红外 100～1000 400～10 分子转动、晶格振动 （转动区） 一般仪器给出的红外光谱是指中红外区。null  为波数，表示电磁波在单位距离中振动的次数，单位：cm-1。 分子的振动能量： E=hc /λ= hc 常见的红外光谱图：以透光率（T％）为纵坐标， 或波长（λ）为横坐标作出的谱图。null三、吸收峰的强度 红外光谱的强弱可以根据  的大小，定性划分为5级: 很强(vs) 、强(s) 、中强(m) 、弱(w) 、很弱(vw)  强弱是对整个光谱图的相对强弱而言null/cm-1/ m红外光谱图示例：null§4-2 IR的基本原理 一、红外光谱的产生 红外光谱是由于分子中化学键的振动和分子转动能级的跃迁而产生的吸收光谱。 1.红外光谱产生的两个基本条件： （1）分子的振动频率必须与辐射频率完全重合 即：ν振=ν辐 ◆这一条件决定了红外吸收峰的位置，即红外光谱的横坐标。null（2）振动的偶极矩必须发生变化 即：Δμ≠0 ◆只有分子内能发生改变，才能引起分子对外能的吸收，既能量守恒。这一条件决定了吸收峰的强度，即纵坐标。null  = q·d 对称分子，如O2，正、负电中心重合，d=0，  = 0 分子振动完全靠自身，无内能变化，故不吸收红外辐射。 O2分子 HCl分子 H2O分子null外来辐射能作用于分子 后，若其频率刚好与分 子的振动频率重合，则 分子振动与辐射发生共 振，从而使分子内振动 加剧，振幅增大，使外 能减弱，引起分子振动 对外来辐射能的吸收。●两个基本条件的解释：只有当辐射频率与偶极子振动频率匹配时，分子才能与辐射产生共振而增加它的振动幅度产生红外吸收。null 对称分子在交变磁场中平移。 只有偶极矩发生变化的振动才 能引起可观测到的红外吸收。 偶极矩发生变化的振动称为红外活性振动。反之称为非红外活性振动或红外惰性振动。null2,2-二甲基丁烷的IR光谱图不同位置的吸收峰可代表不同基团的振动频率，因此，根据红外吸收峰的振动频率可以鉴别基团的种类和组合方式。这就是利用红外吸收进行定性分析、确定分子结构的主要依据。 null二、双原子分子的振动 1.化学键的振动频率 ●最简单的振动形式——简谐振动 ●谐振子模型：m1、m2为两个小球（原子）的质量，r表示弹簧（化学键）的长度。null● 根据经典力学虎克定律,振动频率用波数 表示为： 1 k  = 2c √ μ k —— 化学键的力常数，单位为N·cm-1 （105dyn·cm-1）。 μ—— 质量为m1、m2的两个原子的折合质量，单位为g。 m1·m2 μ = m1+m2 null●例1.已知C-H键力常数kC-H=5.1N·cm-1,请计算 C-H键的伸缩振动频率、波数和波长。 注意公式中的单位:1dyn是使质量为1g的物质产生1cm/s2的加速度的力 即：dyn＝g·cm/s2， dyn/cm＝g/s2null解：1mol C重12.01g， 1mol H重1.008g。 12.01 mC= =1.994×10-23(g) 6.023×1023 1.008 mH = =1.674×10-24(g) 6.023×1023 1.994×10-23×1.674×10-24 μ= =1.544×10-24(g) 1.994×10-23+1.674×10-24 1 5.1×105  = =3050(cm-1) 2×3.14×3.0×1010 √ 1.544×10-24  = c = 3.0×1010×3050=9.152×1013(s-1或Hz) =1/  =1÷3050=3.279×10-4(cm)=3.279(m)null2.影响基团振动频率的因素 （1）具有相似质量的原子，化学键的振动频率与力常数的平方根成正比； 化学键 力常数/N·cm-1 波数/ cm-1 C-C 4.6 1190 C-N 4.8 C-O 5.77 C-H 5.07 3053 O-H 7.6 C=C 9.77 1683 C=O 12.06 C≡C 12.2 2062 C≡N 14.0 力常数越大，  越大，波长越短，振动需要能量越大。null（2）具有相同化学键的基团，化学键的振动频率与原子的折合质量的平方根成反比。 ●例如： C-H k=5.07N·cm-1 μ=1.53×10-24g  =3053 cm-1 C-C k=4.50N·cm-1 μ=9.95×10-24g  =1190 cm-1 ●由于H原子的质量最小,故含氢原子的单键的基本振动频率都出现在中红外的高频区。null3.分子的振动能级及峰位 ●教材P197~200对非谐振子模型的振动能级进行了量子力学修正，自己阅读。 ●分子的振动频率除决定于化学键两端的原子质量、化学键的力常数外，还与结构因素、化学环境等因素有关。因此，虽为同一种化学键，同一种振动方式，分子结构不同，振动频率不同；化学环境不同，振动频率也不同。 null三、多原子分子的振动(N个原子的自由度为3N) 1.振动自由度 ●立体分子：3N-6 (x1,y1,z1) ●线性分子：3N-5 （x2,y2,z2） O=C=O 绕轴心旋转 (x3,y3,z3) ●分子中原子间相对位置 变化的运动才算振动 原子空间位置的三维空间描述（x1,y1,z1）null2.分子的振动形式 ●非线性分子，如H2O，有三个原子N=3，则 振动自由度=3N－6＝3×3－6=3null●伸缩振动：键长改变键角不变的振动 包括：对称伸缩振动νs； 反对称伸缩振动νas。 ●弯曲振动：键长不变键角改变的振动 包括：面内剪式振动δ； 面内摇摆振动ρ； 面外摇摆振动ω； 面外扭摆振动τ。如p201 －CH2－基团的振动模式http://class.ibucm.com/fxhx/x4/right2_22.htmnull●线性分子，如CO2，N=3，振动自由度数为4 ●振动形式不同但峰位一致的现象称为振动简并。非红外活性振动 △=0 无IR吸收峰振动简并峰12null3. 振动自由度与峰数的关系 ●峰数≤振动自由度数的原因 惰性振动（N2、H2、O2以及CO2的对称伸缩） 振动简并 掩盖 仪器测量范围之外 仪器的分辨率不够 null4.红外光谱中的各种峰 （1）基频峰：基团由振动基态向第一振动激发态能级跃迁所吸收的红外光频率称为基频，由基频产生的吸收带称为基频峰。 （2）倍频峰：由振动基态向第二或第三振动激发态跃迁所产生的吸收峰称为倍频峰。null（3）组频峰： 一种频率光同时被两个振动吸收，其能量为对应两种振动能级的能量变化之和，此时产生的相应吸收峰称为组合频峰，是弱峰，出现在两个或多个基频之和（ν1+ν2）或差（ν1-ν2）附近。 包括合频峰、差频峰。 ●如果两个基频峰相互作用的结果给出两个基本振动频率之和的吸收带,称为合频峰； ●如果两个基频峰相互作用的结果给出两个基本振动频率之差的吸收带,称为差频峰。 null（4）泛频峰： 倍频峰和组合频峰统称为泛频峰。 泛频峰较弱，它的存在增加了红外光谱的复杂性，但是增强了红外光谱的特征性。例如取代苯的泛频峰出现在2000~1667cm-1的区间，主要由苯环上碳-氢面外的倍频峰等构成，特征性较强，可用于鉴别苯环上的取代位置。nullHomework 习 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ：P236 1、2、3、4