红外分光光度法.ppt

红外分光光度法
*
第一页，共135页
第6章 红外吸收光谱法（IR） Infrared Absorption Spectrometry
当样品分子受到频率连续变化的红外光照射时，光的能量（ 0·05～leV ）通过分子（振动或转动运动所引起的）偶极矩的变化而传递给分子，这个分子就吸收某些频率的红外光，产生振动和转动能级的跃迁，使相应光的透射光强度减弱。记录红外光的百分透光率与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。红外光谱也称分子的振、转动光谱。
利用红外光谱对待测物质进行定性、定量和结构分析的方法，称为红外吸收光谱法。
E1
E0
υ0
υ1
υ2
1
J
0
2
3
J
0
2
3
1
J
0
2
3
1
J
0
2
3
1
分子振动吸收光谱
分子转动吸收光谱
基态
激发态
分子的电子吸收光谱
υ3
*
第二页，共135页
近红外区
中红外区
远红外区
波长范围
~ (μm)
~25 (μm)
25~1000 (μm)
特 点
1 低能电子跃迁
2 含H基团伸缩振动的倍频吸收
3 研究稀土和其他过渡与金属离子的化合物
1 振动与转动能级的跃迁
2 最成熟、最强、最有用、资料最全、应用最广泛
3 可进行定性和结构分析
1 气体分子的纯转动跃迁、变角振动、骨架振动、晶格振动
2 研究异构体、氢键等
一、红外光区划分
第1节 概述
*
第三页，共135页
二、红外光谱的表示方法
T ~σ曲线 →前疏后密
T~λ曲线 →前密后疏
*
第四页，共135页
三、IR与UV的区别
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
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 定量
鉴定官能团 推测有机化合物共轭骨架
推测结构
*
第五页，共135页
为了讨论问题的方便，首先将微观物体宏观化，然后用经典力学的理论来研究宏观物体在振动过程中势能随r的变化.
把双原子分子中A与B两个原子视为两个小球，其间的化学键看成质量可以忽略不计的弹簧，则两个原子间的伸缩振动，可近似地看成沿键轴方向的简谐振动，双原子分子可视为谐振子（具有简谐振动性质的振子），见图6-2。
（一）振动能级和振动频率
第2节 基本原理
一、振动能级和振动形式
1. 振动能级
*
第六页，共135页
我们把振动过程中势能随r的变化关系
绘制成势能曲线。
图6-3 双原子分子位能曲线
*
第七页，共135页
现在再把宏观物体应用量子力学理论向微观物体逼近，通过解薛丁谔方程，得微观物体在振动过程中势能随振动量子数V的变化，见式（6-2）。
（6-2）

式中是分子振动频率，V是振动量子V=0,1,2,3……。当 时分子振动能级处于基态，，为振动体系的零点能；当V≠0时，分子的振动能级处于激发态。双原子分子（非谐振子）的振动位能曲线如图6-3中b-b′所示。
分子吸收适当频率的红外辐射（ ）后，可以由基态跃迁至激发态，其所吸收的光子能量必须等于分子振动能量之差，即
*
第八页，共135页
当分子吸收某一频率的红外辐射后，由基态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1）时所产生的吸收峰称为基频峰。为红外光谱主要吸收峰。
由于在常温下，分子的振动能级都处于基态，即使受到外能的作用，振动量子数的变化（ΔV）也很小（通常为1～3）。由图6-3可见，当势能变化不大时，两条曲线的重合性较好，因此，仍然可用经典力学的理论与方法来处理微观物体所遇到的问题，如振动形式的描述,振动频率公式的导出和振动自由度的研究等。
*
第九页，共135页
2. 振动频率
振动频率
为化学键的振