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1、红外吸收光谱分析法,第一节 红外吸收光谱分析概述,红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即红外光谱。,一、红外光的分区,红外线：波长在0.76500m(1000m)范围内的电磁波称为红外线。,中红外区能很好的反应分子内部结构，对解决分子结构和化学组成中的各种问题最为有效，因而是红外光谱中应用最为广泛的区域，一般所说的红外光谱大都指这一范围的光谱。,1 红外吸收光谱分析,通常红外光谱中习惯使用
2、波数来表示波带的位置，代表每厘米的包含的电磁波波数。,二、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,三、红外光谱图表示形式的意义,红外吸收光谱的产生的条件,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,2 红外分光光度法基本原理,2 分子振动模型,(1)双原子分子的简谐振动及其频率 化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧,K化学键力学常数折合质量,（2）多原子分子的振动模型,伸缩振动 亚甲基：,变形振动 亚甲基,分子振动模型,振动的类型和
3、表示方法,一、伸缩振动 指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动,1对称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动同时发生 2反称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动交替发生,分子振动的形式（多原子分子）,二、弯曲振动（变形振动，变角振动）：指键角发生周期性变化、而键长不变的振动,1面内弯曲振动：弯曲振动发生在由几个原子构成的平面内 1）剪式振动：振动中键角的变化类似剪刀的开闭 2）面内摇摆：基团作为一个整体在平面内摇动,2面外弯曲：弯曲振动垂直几个原子构成的平面1）面外摇摆：两个X原子同时向面下或面上的振动 2）蜷曲：一个X原子在面上，一个X原子在面下的 振动,3变形振动：1）对称的变形振动s：三个AX键与轴线的
4、夹角同时 变大 2）不对称的变形振动as：三个AX键与轴线的夹角不 同时变大或减小,3基频峰与泛频峰,a）基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从 基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰（即=0 1产生的峰）,基频峰的峰位等于分子的振动频率基频峰强度大红外主要吸收峰,b）泛频峰,倍频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动激发态等高能态时所产生的吸收峰（即=1=2，3-产生的峰）,注：泛频峰强度较弱，难辨认却增加了光谱特征性,4红外光谱产生条件：,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
5、收红外辐射的频率恰等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0，即分子产生红外活性振动，且辐射与分子振动发生 能量耦合。,振动自由度反映吸收峰数量;吸收峰数常少于振动自由度数;发生了简并即振动频率相同的峰重叠,红外非活性振动实际工作中简正振动频率不上理论计算，而是通过试验测定，归纳成规律。,5 振动的自由度,指分子独立的振动数目，或基本的振动数目,N个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度,6 红外光谱的特征,（1）谱带数（absorption bands number)谱带数与分子自由度有关，基频谱带和泛频谱带。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。（2）谱带位置（absorp
6、tion bands location)每一个基团的振动都有特征振动频率，在红外光谱图中表现出特征的吸收谱带位置。化学键的力常数k 越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收带将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。(3）谱带形状（absorption bands shape)分析的化合物越纯，吸收谱带越尖锐，对称性越好；若是混合物，则谱带会出现重叠、加宽，对称性破坏。（4）谱带强度（absorption bands intensity)键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；由基态直接跃迁到第二激发态，
7、产生一个弱的吸收峰，倍频峰。,第二节 红外光谱的应用,红外光谱的最大特点是具有特征性，谱图上的每个吸收峰代表了分子中某个基团的特定振动形式。据此进行化合物的定性分析和定量分析。广泛应用于石油化工、生物医药、环境监测等方面。1.定性分析（1）已知物的鉴定 在得到试样的红外谱图后，与纯物质的谱图进行比较，如果谱图中峰位、峰形和峰的相对强度都一致，即可认为是同一物质。（2）未知物的鉴定 是红外光谱法定性分析的一个重要用途，涉及到图谱的解析。,烷烃 1.C-H伸缩振动 2.C-H弯曲振动 3.C-C骨架振动,二、常见有机化合物基团的特征频率（一）脂肪烃类化合物,4）甲基与芳环或杂原子相连：,烯烃,1C
8、-H振动2C=C骨架振动,顺式反式 取代基完全对称时，峰消失,3发生-共轭或n-共轭共轭效应将使 吸收峰位移向低波数区1030cm-1,炔烃,1C-H振动2CC骨架振动,取代基完全对称时，峰消失,（二）芳香族化合物,1芳氢伸缩振动2芳环骨架伸缩振动确定苯环存在,3芳氢弯曲振动判断苯的取代形式,单取代双取代邻取代对取代间取代多取代,1.单取代(含5个相邻H),2.双取代,邻取代（4个相邻H）间取代（3个相邻H，1个孤立H）对取代（2个相邻H）,（三）醇、酚、醚,1O-H伸缩振动：2C-O伸缩振动：,醇、酚,注：酚还具有苯环特征,醚,1链醚和环醚 2芳醚和烯醚,（四）羰基化合物,1酮 2醛,酮、醛,共轭效应使吸收峰低波数区环酮：环张力，吸收峰高波数区,共轭效应使吸收峰低波数区双峰原因费米共振,峰位排序：酸酐 酰卤 羧酸（游离）酯类 醛 酮 酰胺,例：化合物C8H8O2的红外光谱如右图所示，试推测其结构。,解：计算不饱和度：,3000 cm-1有吸收，说明有 和=C-H基团存在。靠近1700 cm-1的强度吸收，表明有C=O基团，结合2730 cm-1特征峰，进一步说明有醛基 存在，1600、1520 cm-1有吸收说明有苯环存在。根据820 cm-1吸收带苯为对位取代.1460、1390 cm-1是CH3特征吸收峰，根据以上解析并对照标准谱图确定化合物为茴香醛:,
