有机波谱分析第03章红外光谱.ppt

infrared absorption spectroscopy IR
第三章
红外吸收光谱
历史:
1800年: Herschel发现红外辐射
1900-1910: ,
系统地了解了不同官能团具有不同红外吸
收频率
30年代: 红外光谱仪出现
二战期间: 对合成橡胶原料的C4碳氢化合物的分析提
供一个快速准确方法
1950年以后: 出现了自动记录式红外分光光度计。
70年代: Fourier Transform Spectrometer
(傅里叶变换)
概述 introduction
发展的三个阶段
,
,
,傅里叶变换红外光仪
棱镜材料如氯化钠、溴化钾
特点:其折射率随温度的变化而变化,且分辩率低。
仪器测量范围比较宽;光栅在远红外区能量很弱,光谱质量差,扫描速度慢,动态跟踪以及GC-IR联用技术很难实现
无分光系统,
一次扫描可得到全谱,
扫描速度快,
光通量大,
可以检测透射比较低的样品(气体、固、液、薄膜和金属);
分辩率高,
观察精细结构;
测定光谱范围宽。
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生:振-转光谱
红外光区的划分
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构
近红外区:~µm
中红外区:~25µm
远红外区:25~1000µm
红外光谱的产生
满足两个条件:
(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量;
(2)辐射与物质间有相互偶合作用。
对称分子:没有偶极矩,辐射不能引起共振,无红外活性。
如:N2、O2、Cl2 等。
非对称分子:有偶极矩,红外活性。
偶极子在交变电场中的作用示意图
condition of Infrared absorption spectroscopy
1
红外活性:
分子发生偶极矩变化的振动才能引起可观测的红外吸收光谱,该分子称之具有…
2
非红外活性:
偶极矩不变化的分子振动不能产生红外振动吸收,称为非红外活性。
当一定频率的红外光照射分子时,如果分子中某个基团的振动频率和它一致,二者产生共振,此时光的能量通过分子偶极矩的变化而传递给分子,这个基团就吸收一定频率的红外光,产生振动跃迁。如果连续改变频率的红外光照射某试样,由于试样对不同频率的红外光吸收的程度不同,使通过试样后的红外光在一些范围减弱了,在另一波数范围内则较强,记录红外吸收光谱。
红外光谱图:
纵坐标为吸收强度,
横坐标为波长λ/ m
和波数1/λ
单位:cm-1
可以用峰数,峰位,峰形,峰强来描述。
应用:有机化合物的结构解析。
定性:基团的特征吸收频率;
定量:特征峰的强度;
红外光谱图的特征
红外吸收光谱用途
有机物的结构解析
鉴定未知物的结构组成;确定化学基团
有机物定量分析
特征峰的强度
红外光谱法特点
特征性强
分析各种状态的试样
用量少
不破坏样品
分析速度快
红外吸收光谱与紫外吸收光谱的比较
IR
UV
起源
分子振动能级
伴随转动能级跃迁
分子外层价电子能级跃迁
伴随振动转动能级跃迁
适用
所有红外吸收的有机化合物
具n-π*跃迁有机化合物
具π-π*跃迁有机化合物
特征性
特征性强
简单、特征性不强
用途
鉴定化合物类别
鉴定官能团
推测结构
定量
推测有机化合物共轭骨架
分子振动和特征振动频率
分子振动模型
分子的振动能级(量子化):
E振=(V+1/2)h
V :化学键的振动频率;
:振动量子数。
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