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课件网) 第10章 红外吸收光谱法 Infrared spectrometry 10.1 概论 红外吸收光谱法是利用物质分子对红外辐射的特征吸收，来鉴别分子结构或定量的方法。 红外光谱属于分子振动光谱，由于分子振动能级跃迁伴随着转动能级跃迁，为带状光谱。 红外光谱最重要的应用是中红外区有机化合物的结构鉴定。 也可用于定量分析。 10.1.1 红外光区的划分及应用 10.1.1 红外光区的划分及应用 波谱区 近红外光 中红外光 远红外光 波长/ m 0.75~2.5 2.5~50 50~1000 波数/ cm-1 13333~4000 4000~200 200~10 跃迁类型 分子振动 分子转动 近红外光谱区： 低能电子能级跃迁 含氢原子团：-OH、 -NH、-CH伸缩振动的倍频吸收峰 稀土及过渡金属离子配位化学的研究对象 适用于水、醇、高分子化合物、含氢原子团化合物的定量分析 红外吸收光谱法： 分子的振动、转动基频吸收光谱区 应用最为广泛的红外光谱区 远红外光谱区： 气体分子的转动能级跃迁 液体与固体中重原子的伸缩振动 晶体的晶格振动 某些变角振动、骨架振动-异构体的研究 金属有机化合物、氢键、吸附现象研究 该光区能量弱,较少用于分析 10.1.2 红外吸收光谱的特点 红外吸收只有振-转跃迁，能量低； 应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收； 分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、波峰数目及强度确定分子基团、分子结构； 定量分析； 固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品； 分析速度快。 与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。 10.1.2 红外吸收光谱的特点 10.1.3 红外吸收光谱图的表示方法 红外光谱以T~ 或T~ 来表示，下图为苯酚的红外光谱。 T(%) 10.2 基本原理 样品受到频率连续变化的红外光照射时，样品分子选择性地吸收某些波数范围的辐射，引起偶极矩的变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，并使相应的透射光强度减弱。 红外光谱中，吸收峰出现的频率位置由振动能级差决定，吸收峰的个数与分子振动自由度的数目有关，而吸收峰的强度则主要取决于振动过程中偶极矩的变化以及能级的跃迁概率。下面我们分别具体说明。 10.2.1 产生红外吸收的条件 分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件： 条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。 根据量子力学原理，分子振动能量E振 是量子化的， 即 E振=（V+1/2）h 为分子振动频率，V为振动量子数，其值取 0，1，2，… 分子中不同振动能级差为 E振= Vh 也就是说，吸收光子的能量（h a ）要与该能量差相等，即 a= V 时，才可能发生振转跃迁。例如当分子从基态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1），此时 V=1，即 a= 10.2.1 产生红外吸收的条件 条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用 磁场 电场 交变磁场 分子固有振动 a 偶极矩变化 （能级跃迁） 耦合 不耦合 红外吸收 无偶极矩变化 无红外吸收 10.2.2 双原子分子的振动 分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相比）作周期性“简谐”振动，其振动可用经典刚性振动描述： k为化学键的力常数（N/cm = mdyn/ ）， 为双原子折合质量 如将原子的实际折合质量（通过Avogaro常数计算）代入，则有 10.2.2 双原子分子的振动 影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化学键力常数k和原子质量。 k大，化学键的振动波数高，如 kC C(2222cm-1)>kC=C(1667cm-1)>kC-C(1429cm-1)（质量相近） 质量m大，化学键的振动波数低，如 mC-C(1430cm-1)
