第二章-红外光谱.ppt

高分子研究方法主讲教师：杨素文第一篇波谱分析吸收光谱分类及基本原理红外光谱引起分子中成键原子振动能级的跃迁而产生的吸收光谱；紫外光谱如吸收的能量引起分子中价电子跃迁而产生的吸收光谱；核磁共振谱引起分子中核自旋能级跃迁而产生的光谱。第二章红外光谱IR—InfraredSpectroscopy

FTIR—FourierTranslationInfraredSpectroscopy红外光谱仪的进展色散型红外光谱仪：棱镜单色器→光栅单色器，提高了分辨率，扩展了测量波段由4000~600cm-1→4000~600cm-1。时间响应长；傅里叶变换红外光谱仪（上世纪60末70年代初）：迈克尔逊（Michelson）干涉仪，光通量大，速度快，检测精度高、灵敏度高。2.1基本概念红外光谱在聚合物研究中占有十分重要的位置，能对聚合物的化学性质、立体结构、构象、序态、取向等提供定性和定量的信息。在鉴定聚合物的主链结构、取代基位置、双键位置、侧链结构及老化和降解机理的研究中得到广泛应用。2.1.1各种光谱区域按波长范围红外光可分为三个区域：近红外光λ=0.75~2μm；中红外光λ=2.0~25μm；远红外光λ=25~1000μm通常所说的红外光谱主要在中红外区。红外吸收光谱是分子吸收红外光引起的振动和转动能级跃迁产生的吸收信号。2.1.2红外光谱的表示方法如果红外光去照射样品，并将样品对每一种单色的吸收情况记录，就得到红外光谱。如图：透光度式中，I0—入射光强度；I—入射光被样品吸收后透过的光强度。吸光度横坐标表示波长或波数，波数是波长的倒数。2.2红外光谱法的基本原理2.2.1红外吸收的本质物质总是处于不停的运动状态之中，当分子经光照射吸收了光能后，运动状态将从基态跃迁到高能量的激发态。被分子吸收的光子，其能量必须等于分子动能的两个能量级之差。光子的能量与频率成正比。分子吸收光子后，依光子能量的大小可引起转动、振动和电子能阶的跃迁等。红外光谱就是由于分子的振动和转动引起的。分子吸收能量后引起的基本振动方式A、双原子分子：分子的振动只产生键长的变化B、多原子分子：分子的振动分为伸缩振动和弯曲振动（1）伸缩振动(υ):改变瞬间化学键键长（2）弯曲振动(δ):改变瞬间化学键的键角注：每种分子可能有几种不同的振动方式，当入射光的频率与分子的振动频率一致，且分子的振动能引起分子的瞬间偶极矩变化时，分子即吸收红外光，在红外光谱上有反映。当分子振动引起分子偶极矩变化时，就能形成稳定的交变电场，其频率与分子振动频率相同，可以和相同频率的红外辐射发生相互作用，使分子吸收红外辐射的能量跃迁到高能态，从而产生红外吸收光谱。2.2.2化学键的振动频率虎克定律：说明：（1）化学键的振动频率或波数与其力常数k的平方根成正比，k愈大，振动频率亦愈大。而化学键的键能越大，键长越短，其力常数越大。键能大小顺序：C-C＜C=C＜C≡CC-C吸收出现在较低的波数区，1200-700cm-1；C=C在1700-1450cm-1；C≡C在2300-2100cm-1。（2）振动频率或波数与原子的折合质量m1?m2/(m1+m2)的平方根成反比。当两个振动原子中有一个为氢原子时，m1?m2/(m1+m2)就很小，振动频率或波数就大。振动频率或波数就大。如C-H，O-H，N-H键的伸缩振动吸收出现在高波数区(3000cm-1左右）。2.2.3红外光谱提供的主要信息基团的信息（1）谱带位置基团的特征吸收频率是红外光谱法的最重要的数据，是定性鉴别和结构分析的依据。（2）谱带强度谱带强度常用来做定量计算，有时也可以用来指示某个官能团的存在。例如C-H附近有氯原子时，强度增加；对称性越高，谱带强度越弱；极性较强的基团在振动时偶极矩的变化大，因此都有很强的吸收。（3）谱带形状基团的特征吸收峰与特征吸收频率比较各种化合物的光谱发现，具有相同官能团的一系列化合物近似地有一个共同的吸收频率范围，通常把这种能代表某种基团存在并有较高强度的吸收峰，称为基团的特征吸收峰，这个峰所在的频率称为基团的特征吸收频率。2.3基团特征频率2.3.14000~1500cm-1为特征谱带区（官能团区）4000~2500cm-1为含氢基团的伸缩振动区，通常称为“氢键区”。OH、NH、CH、SH等基团的伸缩振动都出现在这一区域中。2500~2000cm-1为叁键和累积双键区。各种叁键基团如C≡C、C≡N以及累积双键如C=C=C、N=C=O(异腈酸