【正文】 01:16:51 傅里葉紅外光譜分析 程德軍 德國布魯克 TENSOR27 01:16:51 ?時間安排 總共 1小時 ?理論 25分鐘 ?操作講解 10分鐘 ?學(xué)生實驗 25分鐘 01:16:51 ?1 傅里葉紅外光譜原理 ?2 德國布魯克 TENSOR27 ?3 紅外制樣 ?4 結(jié)構(gòu)分析初步知識 01:16:51 分子中基團(tuán)的振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷產(chǎn)生：振 轉(zhuǎn)光譜 1 傅里葉紅外光譜原理 、概述 輻射 → 分子振動能級躍遷 → 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) 01:16:51 01:16:51 紅外光譜圖 ： 縱坐標(biāo)為吸收強(qiáng)度， 橫坐標(biāo)為波長 λ （ ?m ） 和波數(shù) 1/λ 單位： cm1 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； 紅外光譜與有機(jī)化合物結(jié)構(gòu) 01:16:51 、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件 condition of Infrared absorption spectroscopy 滿足兩個條件： (1)輻射應(yīng)具有能滿足物質(zhì)產(chǎn)生振動躍遷所需的能量； (2)輻射與物質(zhì)間有相互偶合作用 。 對稱分子 ：沒有偶極矩，輻射不能引起共振，無紅外活性。 如： N O Cl2 等 。 非對稱分子 ：有偶極矩 ， 紅外活性 。 偶極子在交變電場中的作用示意圖 (動畫 ) 01:16:51 分子振動方程式 分子的振動能級（量子化）： E振 =（ V+1/2） h? V ： 化學(xué)鍵的 振動頻率； ?： 振動量子數(shù)。 雙原子分子的簡諧振動及其頻率 化學(xué)鍵的振動類似于連接兩個小球的彈簧 01:16:51 任意兩個相鄰的能級間的能量差為： ????????kkckhhE1 3 0 72112?????? K化學(xué)鍵的力常數(shù)，與鍵能和鍵長有關(guān)， ?為雙原子的 折合質(zhì)量 ? =m1m2/（ m1+m2） 發(fā)生振動能級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。 01:16:51 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 ? 17 ? ? 峰位 ?m ?m ?m 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)鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。 01:16:51 例題 : 由表中查知 C=C鍵的 K= ? ,令其為, 計算波數(shù)值。 正己烯中 C=C鍵伸縮振動頻率實測值為 1652 cm1 11 65 0212691 30 71 30 7211 ?????? cm/.????kkcv01:16:51 、分子中基團(tuán)的基本振動形式 basic vibration of the group in molecular 1．兩類基本振動形式 伸縮振動 亞甲基： 變形振動 亞甲基 (動畫 ) 01:16:51 甲基的振動形式 伸縮振動 甲基： 變形振動 甲基 對稱 δ s(CH3)1380㎝ 1 不 對稱 δ as(CH3)1460㎝ 1 對稱 不對稱 υ s(CH3) υ as(CH3) 2870 ㎝ 1 2960㎝ 1 01:16:51 例１ 水分子 （ 非對稱分子 ） ２．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)）。 （ 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，無紅外吸收。 (動畫 ) 01:16:51 峰位、峰數(shù)與峰強(qiáng) 例 2 CO2分子 （有一種振動無紅外活性） （ 4）由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個強(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)生一個弱的吸收峰，倍頻峰； （ 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)； (動畫 ) 01:16:51 ?（ CH3） 1460 cm1， 1375 cm1。 ?（ CH3） 2930 cm1， 2850cm1。 C 2 H 4 O 1 7 3 0 c m 1 1 1 6 5 c m 1 2 7 2 0 c m 1 H H H H O C C 01:16:51 、紅外吸收峰強(qiáng)度 intensity of Infrared absorption bend 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)對稱性； 對稱性差 ?偶極矩變化大 ?吸收峰強(qiáng)度大 符號： s(強(qiáng) )； m(中 )； w(弱 ) 紅外吸收峰強(qiáng)度比紫外吸收峰小 2～ 3個數(shù)量級； 01:16:51 儀器類型與結(jié)構(gòu) 01:16:51 、儀器類型與結(jié)構(gòu) types and structure of instruments 兩種類型：色散型 干涉型（傅立葉變換紅外光譜儀） 01:16:51 . 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 01:16:51 01:16:51 . 傅里葉變換紅外光譜儀結(jié)構(gòu)框圖 干涉儀 光源 樣品室 檢測器 顯示器 繪圖儀 計算機(jī) 干涉圖 光譜圖 FTS （ 動畫 ） 01:16:51 . 傅立葉變換紅外光譜儀的原理與特點 光源發(fā)出的輻射經(jīng)干涉儀轉(zhuǎn)變?yōu)楦缮婀?，通過試樣后，包含的光信息需要經(jīng)過數(shù)學(xué)上的傅立葉變換解析成普通的譜圖。 特點： (1) 掃描速度極快 (1s)； 適合儀器聯(lián)用；