《有机波谱分析教学课件》第三章 红外光谱.pdf

1有机分析课程内容安排第一章有机分析简介第二章有机质谱第三章红外光谱第四章紫外光谱第五章核磁共振第六章结构综合分析第三章红外光谱?红外光谱简介及基础知识?红外光谱基本原理?红外光谱仪?红外光谱与分子结构的关系?红外谱图解析?影响振动频率的因素?红外光谱的应用?红外光谱简介及基础知识红外光谱法的发展19世纪初?实验证实红外光的存在二十世纪初?不同官能团有不同红外吸收频率1950年以后?自动记录式红外分光光度计1970年以后?傅立叶变换型红外光谱仪红外测定技术的不断发展和完善红外(IR)与拉曼(Raman)的异同点IR与Raman都是分子光谱,用于研究分子的振动能级跃迁。但两者理论略有不同,前者是测量红外光的透过率,后者是测光的非弹性散射强度,即拉曼散射(弹性散射叫瑞利散射)IR(吸收光谱)与Raman(散射光谱)对于结构鉴定可以互补,但有机分析多数情况下只使用IR。Raman重要用于生物大分子和高分子材料方面的表征。本课程也主要讨论IR,不涉及Raman光谱。IR主要看分子振动是否有偶极矩变化,即△u≠0时,红外有振动吸收峰。Raman主要看是否有极化率变化,即电子云形状发生非对称改变时,拉曼有吸收。例书P198红外光谱法的应用有机化合物结构解析的重要手段之一红外光谱法的优点?几乎每种化合物均有红外吸收?任何气态、液态、固态样品均可进行红外光谱测定?能提供丰富的结构信息红外光谱法的不足?谱图只能提供官能团信息,独立用于判断化合物具体结构是非常困难和复杂的。基础知识1、波长与波数C=νλ电磁波的传播:电磁波每秒振动v次,每振动一次前进λcm,二者的乘积即表示每秒传播的距离C:光速,即3×10cm/s2ν= C / λν-=1 / λ= ν/ C现定义:ν-:波数,单位cm,它表示电磁波在单位距离中振动的次数。2、 红外波段的划分波段 波长(λ, μm)波数(ν, cm)频率(ν, Hz)～ 12,800～4,000 ～～50 4,000～200 ～～1000 200～10 ～～254,000～～、红外光谱区域①近红外用于NH、OH、CH等官能团的定量分析。②远红外给出更多的结构信息(分子的转动光谱)。书P44、红外光谱图的构成T %C-H:3000-3100 cm-1 (sp2)2800-3000 cm-1 (sp3) 3第三章红外光谱?红外光谱简介及基础知识?红外光谱基本原理?红外光谱仪?红外光谱与分子结构的关系?红外谱图解析?影响振动频率的因素?红外光谱的应用?红外光谱基本原理双原子分子的振动-谐振子和非谐振子左图是双原子分子振动的经典力学模型。当看作是谐振子时,双原子分子的振动模式就是在两个原子的键轴上做简谐振动。。根据胡克定律:k是弹簧常数,也就是化学键力常数。得到振动频率为:kxF?=μπνμπυkck2121=?=-mmmm+=μ经典力学处理折合质量u根据量子力学理论,谐振子的能级为:hnE)21(2)21()21(+=+=+=入射光频率与分子振动频率相等时,分子将吸收入射光,振动振幅加大,产生吸收光谱。量子力学处理:振动能级是量子化的,不是连续的。当入射光子的能量为两个能级之差时,光子被吸收,振动能级跃迁。光子的振动频率与经典力学结论类似:双原子分子红外吸收的频率决定于折合质量u和键力常数K。对于非谐振子,其能级为:x是非谐性常数。远远小于1。在《量子与统计》中,我们知道,在常温下大多数分子处于n=0的基态能级(未被激发)。只有当分子吸收足够的辐射才能跃迁到较高的能级,吸收的热辐射能量为:nnhcEnEEnhcEnEE)1()0()()0()(+?=?=Δ=?=nE2121)(??????+???????+=其中,从n=0跃迁到n=1产生的吸收谱带叫基本谱带或称基频;由n=0跃迁到n=2,3,4……产生的谱带分别叫做第一、二、三倍频谱带。☆我们关心的主要是简正振动基频吸收峰,倍频、组合频、偶合频及费米共振等,吸收较弱,不被作为分析重点。双原子分子振动势能曲线(谐振和非谐振)简谐振动只出现基频。非简谐振动还出现倍频、组合频、耦合频、费米共振等。多原子分子的简正振动多原子分子振动比双原子分子要复杂得多。双原子分子只有一种振动模式,而多原子分子随着原子数目的增加,振动方式也越复杂。多原子分子的振动可以看作是被许多弹簧连接起来的小球构成的体系的振动。描述一个质点的位置需要3个坐标。一个分子包含n个原子,则具有3n个自由度。作为一个整体分子,本身有3个平动和3个转动自由度,所以,3n-6才是分子的振动自由度(直线性分子有3n-5个自