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红外光谱 张虹锐 目录 红外光谱的概述 概念 分区 特点 红外光谱的实验仪器和样品处理技术 化学基团频率 有机化合物的红外光谱 红外光谱的类别归属？ 分子的振动类型？ 决定峰强、峰位的影响因素？ 特征区、指纹区及相关峰的概念？ 红外光谱八大重要区域及相关振动类型？ 根据红外光谱吸收确定双键、苯环取代模式？ 红外光谱在解析结构中的应用？ 1. 红外光谱的基本概念 1.1 红外光谱：红外线可引起分子振动能级和转动能级的跃迁, 所以又称振-转光谱，是一种分子吸收光谱。 红外谱图一般以1400cm-1为界，分为： 官能团区：4000～1400cm-1用于官能团鉴定； 官能团区吸收峰大多由成键原子的伸缩振动而产生与整个分子的关系不大，不同化合物中的相同官能团的出峰位置相对固定，可用于确定分子中含有哪些官能团。 指纹区： 1400～650cm-1：用于鉴别两化合物是否相同。 指纹区吸收峰大多与整个分子的结构密切相关，不同分子的指纹区吸收不同，就象不同的人有不同的指纹，可鉴别两个化合物是否相同。指纹区内的吸收峰不可能一一指认。 红外吸收峰的强度和形状常用下列符号表示： 。 1、特征性高。就像人的指纹一样，每一种化合物都有自己的特征红外光谱，所以把红外光谱分析形象的称为物质分子的“指纹”分析。 2、应用范围广。从气体、液体到固体，从无机化合物到有机化合物，从高分子到低分子都可用红外光谱法进行分析。 3、用样量少，分析速度快，不破坏样品。 红外光谱在化学领域中的应用大体上可分为两个方面： 一是用于分子结构的定性分析，应用红外光谱可以测定分子的键长、键角，以此推断出分子的立体构型；根据所得的力常数可以知道化学键的强弱；由简正频率来计算热力学函数。 二是用于化学组成的定量分析，红外光谱最广泛的应用在于对物质的化学组成进行分析，用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。 1、振动频率与成键原子折合质量倒数的平方根成正比，即原子质量愈轻，振动频率愈高； 2、振动频率与键的力常数的平方根成正比，即键能愈大，键长愈短，键的力常数愈大，振动频率愈高。 2.2、振动的量子化处理 根据量子力学，其分子的振动能 E＝(υ+1/2)h v振 （2.12） 在光谱学中，体系从能量E变到能量E1‘，要遵循一定的规则，即选择定则(选律)，谐振子振动能级的选择定则△υ＝±1。由选择定则可知，振动能级跃迁只能发生在相邻的能级间 。 根据选择定则：可得任一相邻能级间能量差为： 当照射的电磁辐射能正好等于能级差时就能发生跃迁： 结论： 任何分子的原子总是在围绕它们的平衡位置附近作微小的振动，这些振动的振幅很小，而振动的频率却很高（v = 1013～1014Hz），正好和红外光的振动频率在同一数量级。 分子发生振动能级跃迁时需要吸收一定的能量，这种能量可由照射体系的红外线供给。 由于振动能级是量子化的，因此分子振动将只能吸收一定的能量，吸收能量后，从而使振动的振幅加大。 这种吸收的能量将取决于键力常数（k）与两端连接的原子的质量，即取决于分子内部的特征。这就是红外光谱可以测定化合物结构的理论依据。 影响基本振动频率的直接因素是相对原子质量和化学键的力常数。谐振子的振动频率和原子的质量有关，而与外界能量无关，外界能量只能使振动振幅加大（频率不变）。 对于多原子分子中的每个化学键也可以看成一个谐振子。 2. 4 多原子分子的振动 多原子分子由于组成原子数目增多，组成分子的键或基团和空间结构的不同，其振动光谱比双原子分子要复杂的多。但是可以把它们的振动分解成许多简单的基本振动，即简正振动。 2.4.1. 简正振动 简正振动的状态是：分子的质心保持不变，整体不转动，每个原子都在其平衡位置附近做简谐振动，其振动频率和位相都相同，即每个原子都在同一瞬间通过其平衡位置，而且同时达到其最大位移值。分子中任何一个复杂振动都可以看成这些简正振动的线性组合。 2.4.2.1 伸缩振动： 分子振动一般分为伸缩振动和弯曲振动两大类。 原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角不变的振动称为伸缩振动。用符号v表示。它又分为对称（vs）和不对称（vas）伸缩振动。对同一基团来说，不对称伸缩振动的频率要稍高于对称