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5.3 红外光谱仪 5.2.1 红外光谱仪的类型 1. 色散型红外分光光度计 由光源、单色器、试样室、检测器 和记录仪组成 与紫外的区别：试样被置于单色器之前 I(δ) = ∫ B(ν~) cos 2πν~δdν~ ∫ 2. 傅里叶变换红外光谱仪 由红外光源、迈克尔逊干涉仪、 样品池、检测器、记录仪等组成 （1）测量红外干涉图，该干涉图是 一种时域谱，复杂难解释； （2）通过计算机对该干涉图进行快 速傅里叶变换计算，从而得到以 波长或波数为函数的频域谱，即 得红外光谱图 ν ν +∞ ? ∞ 作傅立叶变换 B(~) = + ∞ I(δ) cos 2π~δdδ ? ∞ * 第五章 红外吸收光谱法 利用物质的分子对红外辐射的吸收，得到与分子结构相 应的红外光谱图，从而来鉴别分子结构的方法，称为红 外吸收光谱法（infrared absorption spectrometry，IR） 近红外 0.78 ~ 2.5 um 中红外 2.5 ~ 50 um (4000 ~ 670 cm-1，即2.5 ~ 15 um 最广泛） 远红外 50 ~ 1000 um 5.1 基本原理 5.1.1 产生红外吸收的条件 （1）分子振动时，必须伴随有瞬时 偶极矩的变化 （2）照射分子的红外辐射频率与分 子某种振动频率相同 5.1.2 分子的振动 1. 振动频率 以双原子分子的简谐振动为例 Hooke定律 （μ为折合质量） 1 k 2π μ ν＝ m1 ? m2 m1 + m2 μ＝ Δn=1时 则 当k用N·cm-1为单位，μ用摩尔质量时 量子力学中分子振动的总能量为 1 2 h k 2π μ E振 = hν = 1 k 2πc μ σ＝ k μ σ＝1307 C ? H的μ值：μ＝ × 2 12.01 × 1.008 30302 12.01 + 1.008 1307 2 = σ = 1307 = 5.03 N ? cm ?1 μσ 2 1307 ? k = k μ = 1.54 × 10? 24 g m1 m2 m1 + m2 μ = k μ 1 2πc σ = k = 4π 2 c 2 μσ 2 = 4π 2 (3.00 × 1010 )2 × (1.54 × 10? 24 ) × 30302 = 5.03 × 105 g ? s ? 2 = 5.03 N ? cm ?1 或 12.01 × 1.008 （12.01 + 1.008) × 6.02 × 1023 例 某芳香族有机化合物的C－H键的伸缩振动出现在 红外光谱的3030cm－1处，求该C－H键的力常数 解： 实际上计算结果比实测值大 （x：非谐振常数） 术语： (1)基频：Δn＝±1 (2)倍频：Δn＝±2， ±3（弱） 一级泛音，二级泛音 (3)组频：如果分子吸收了一个红外光子，同时激发 了基频分别为ν1和 ν2的两种跃迁，此时所产生 的吸收频率应等于上述两种跃迁的吸收频率之 和，故称为组频。 σ ′ = σ ? 2σx 2. 振动类型 伸缩振动 伸缩振动指化学键两端的原于沿键轴方向作 来回周期运动，它又可分为对称与非对称伸缩 振动。 弯曲振动 弯曲振动指使化学键的键角发生周期性变化 的振动，它又包括剪式振动、平面摇摆、非平 面摇摆以及扭曲振动。 3. 振动自由度 3N-6 非线性分子 3N-5 线性分子 实际吸收峰数远小于理论计算的振动数 （1）某些振动方式为非红外活性，不伴随偶 极矩的变化； （2）振动方式的频率相同，发生简并现象； （3）若干振动频率十分接近，或吸收弱，仪 器难以检测； （4）有些吸收带落在仪器检测范围外。 4. 影响吸收峰强度的因素 跃迁概率 概率越大，峰越强 偶极矩 电负性相差越大，分子对称性越差，则 偶极矩变化越大，峰越强 反对称伸缩对称伸缩变形振动 5.1.3 红外吸收光谱图 5.2 基团频率和特征吸收峰 在红外光谱中，某些化学基团虽然处于 不同分子中，但它们的吸收频率总是出 现在一个较窄的范围内，吸收强度较 大，且频率不随分子构型变化而出现较 大的改变。这类频率称为基团频率，其 所在的位置一般又称为特征吸收峰。 5.2.1 官能团区和指纹区 官能团区 4000~1300cm-1是基团伸缩振动出现的区域，对 鉴定基团很有价值 指纹区 1300~600cm-1是单键振动和因变形振动产生的 复杂光谱区，当分子结构稍有不同时，该区的 吸收就有细微的差异，对于区别结构类似的化 合物很有帮助。 1300~900c