紅外光譜分析與拉曼光譜峰位彩色

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1、第十八章第十八章第十八章一、概述introduction紅外吸收光譜紅外吸收光譜紅外吸收光譜二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的分析法分析法分析法條件infraredabsorptionspec-conditionofInfraredabsorptionspectroscopytroscopy，IR三、分子中基團(tuán)的基本振動(dòng)形式第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)basicvibrationofthegroup紅外光譜分析基本原理紅外光譜分析基本原理紅外光譜分析基本原理inmolecularprincipleofIR四、紅外吸收峰強(qiáng)度intensityofinfraredabsorpti

2、onbend12:16:31一、概述一、概述一、概述introduction分子中基團(tuán)的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷產(chǎn)生：振-轉(zhuǎn)光譜輻射→分子振動(dòng)能級(jí)躍遷→紅外光譜→官能團(tuán)→分子結(jié)構(gòu)近紅外區(qū)中紅外區(qū)遠(yuǎn)紅外區(qū)12:16:3112:16:31紅外光譜與有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)紅外光譜圖：縱坐標(biāo)為吸收強(qiáng)度，橫坐標(biāo)為波長λ（μm）和波數(shù)1/λ單位：cm-1可以用峰數(shù)，峰位，峰形，峰強(qiáng)來描述。應(yīng)用：有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)解析。定性：基團(tuán)的特征吸收頻率；定量：特征峰的強(qiáng)度；12:16:31二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件二、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件conditionofIn

3、fraredabsorptionspectroscopy滿足兩個(gè)條件：(1)輻射應(yīng)具有能滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動(dòng)躍遷所需的能量；(2)輻射與物質(zhì)間有相互偶合作用。對(duì)稱分子：沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性。如：N2、O2、Cl2等。非對(duì)稱分子：有偶極矩，紅外活性。偶極子在交變電場(chǎng)中的作用示(動(dòng)畫)意圖12:16:31分子振動(dòng)方程式雙原子分子的簡諧振動(dòng)及其頻率化學(xué)鍵的振動(dòng)類似于連接兩個(gè)小球的彈簧分子的振動(dòng)能級(jí)（量子化）：E=（V+1/2）hν振V：化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率；ν：振動(dòng)量子數(shù)。12:16:31任意兩個(gè)相鄰的能級(jí)間的能量差為：hkΔE=hν=2πμ11k

4、kν===1307λ2πcμμK化學(xué)鍵的力常數(shù)，與鍵能和鍵長有關(guān)，μ為雙原子的折合質(zhì)量μ=m1m2/（m1+m2）發(fā)生振動(dòng)能級(jí)躍遷需要能量的大小取決于鍵兩端原子的折合質(zhì)量和鍵的力常數(shù)，即取決于分子的結(jié)構(gòu)特征。12:16:31表某些鍵的伸縮力常數(shù)（毫達(dá)因/埃）鍵類型—C≡C—>—C=C—>—C—C—力常數(shù)15～179.5～9.94.5～5.6峰位4.5μm6.0μm7.0μm化學(xué)鍵鍵強(qiáng)越強(qiáng)（即鍵的力常數(shù)K越大）原子折合質(zhì)量越小，化學(xué)鍵的振動(dòng)頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。12:16:31例題:由表中查知C=C鍵的K=9.5～9.9,令其為9.6,計(jì)算波數(shù)

5、值。11kk9.6?1v===1307=1307=1650cmλ2πcμμ12/2正己烯中C=C鍵伸縮振動(dòng)頻率實(shí)測(cè)值為1652cm-112:16:31三、分子中基團(tuán)的基本振動(dòng)形式三、分子中基團(tuán)的基本振動(dòng)形式三、分子中基團(tuán)的基本振動(dòng)形式basicvibrationofthegroupinmolecular1．兩類基本振動(dòng)形式伸縮振動(dòng)亞甲基：(動(dòng)畫)變形振動(dòng)亞甲基12:16:31甲基的振動(dòng)形式伸縮振動(dòng)甲基：對(duì)稱不對(duì)稱υ(CH)υ(CH)s3as32870㎝-12960㎝-1變形振動(dòng)甲基對(duì)稱δ(CH)1380㎝-1不對(duì)稱δ(CH)1460㎝-1s3as312:

6、16:31２．峰位、峰數(shù)與峰強(qiáng)（1）峰位化學(xué)鍵的力常數(shù)K越大，原子折合質(zhì)量越小，鍵的振動(dòng)頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)（短波長區(qū)）；反之，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)（高波長區(qū)）。例１水分子（非對(duì)稱分子）(動(dòng)畫)（2）峰數(shù)峰數(shù)與分子自由度有關(guān)。無瞬間偶基距變化時(shí)，無紅外吸收。12:16:31峰位、峰數(shù)與峰強(qiáng)（3）瞬間偶基距變化大，吸收峰強(qiáng)；鍵兩端原子電負(fù)性相差越大（極性越大），吸收峰越強(qiáng)；例2CO分子2（有一種振動(dòng)無紅外活性）(動(dòng)畫)（4）由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)強(qiáng)的吸收峰，基頻峰；（5）由基態(tài)直接躍遷到第二激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個(gè)弱的吸收峰，倍頻峰；12:16:3

7、1C2H4O-1H1730cm1165cm-1OCCH2720cm-1HHδ（CH）1460cm-1，1375cm-1。3ν（CH）2930cm-1，2850cm-1。312:16:31四、紅外吸收峰強(qiáng)度四、紅外吸收峰強(qiáng)度四、紅外吸收峰強(qiáng)度intensityofInfraredabsorptionbend問題：C=O強(qiáng)；C=C弱；為什么？吸收峰強(qiáng)度→躍遷幾率→偶極矩變化吸收峰強(qiáng)度∝偶極矩的平方偶極矩變化——結(jié)構(gòu)對(duì)稱性；對(duì)稱性差→偶極矩變化大→吸收峰強(qiáng)度大符號(hào)：s(強(qiáng))；m(中)；w(弱)紅外吸收峰強(qiáng)度比紫外吸收峰小2～3個(gè)數(shù)量級(jí)；12:16:31內(nèi)容選擇

8、：內(nèi)容選擇：內(nèi)容選擇：第一節(jié)紅外基本原理basicprincipleofInfr