红外分光光度法

分析化学仪器分析部分，红外光谱的概念，测定原理，适用范围以及部分有机化合物的红外结构数据。

红外分光光度法

• 概述
  • 概念：研究物质在红外光区分子吸收光谱的分析方法。
  • 红外光区划分远红外光区：近红外光区、中红外光区。（0.76-1000μm）
  • 吸收光谱：T-σ曲线，波数相等，前疏后密
• 基本原理
  • 产生条件
    • 红外辐射的能量必须与分子振动能级差相等，EL=△v·hv
      • Ev=(V+1/2)·hv，νL=△Vhν
      • u=m1m2/（m1+m2）
      • σ=ν/c=1302√k╱μ
    • 红外辐射必须与物质间相互耦合作用，产生偶级距的变化。△μ≠0
      • 对称性分子和非对称性分子具有红外活性
  • 振动形式
    • 伸缩振动v
      • 对称伸缩振动S
      • 不对称伸缩振动As
    • 弯曲振动
      • 面内弯曲β
        • 面内摇摆ρ
        • 剪式
      • 面外弯曲γ
        • 面外摇摆w
        • 卷曲ζ
      • 卷曲振动δ
        • δs,δas
  • 振动自由度F
    • 振动自由度=分子总自由度-平动自由度-转动自由度=3N-3-转动自由度
    • 分子类型及振动自由度
      • 线性分子：f=3N-5
      • 非线性分子：f=3N-6
    • 吸收峰数目小于振动自由度的原因
      • 简并：振动形式不同，但v相同
      • 红外非活性振动，振动过程中分子偶极矩不发生变化。△μ=0
      • 峰太弱
      • 仪器分辨率太弱
  • 对红外光谱图的描述及影响因素
    • 峰数
      • 与振动自由度有关
    • 峰位
      • σ、λ、ν；σ=1302√k╱μ
        • 内部因素
          • 诱导效应：正相关。吸收峰向高波数移动
          • 共轭效应：负相关，吸收峰向地波数移动
          • 氢键
            • 分子内氢键：e→平均↑→ν↓
            • 分子外氢键：受浓度影响，随浓度的稀释，峰位发生变化
          • 杂化影响
            • 空间效应
              • 位阻↑→共轭↓→K↑→ν↑,向高波数移动
            • 互变异构
            • 费米共振
            • 振动耦合
        • 外部因素
          • 溶剂效应
          • 物态效应
    • 峰强
      • σ、λ、ν、ε
        • 偶极矩变化
        • 跃迁几率：基频峰跃迁几率大，泛频峰几率小
    • 峰形
      • 宽峰，尖锋，肩峰，双峰
    • 基频峰和泛频峰
      • 基频峰：v0→v1,特点，峰强s规律性
      • 泛频峰：峰强s特征性
        • 倍频峰
        • 合频峰
        • 差频峰
    • 特征峰和相关峰
      • 特征峰：凡可用于鉴别官能团存在的吸收峰
      • 相关峰：有一个官能团产生的一组相互依存的特征峰
• 总结
  • Chapter 13: Infrared absorption spectroscopy The principle of the mid-infrared absorption spectroscopy: vibration energy and modes of molecules. The generation of IR spectrum, intensity and frequency of a absorption band, characteristic absorption bands and correlative bands; typical IR spectrum for alkanes, aromatic compounds, phenols, ethers, carbonyl compounds and compounds containing nitrogen; elucidation of IR spectra.
  • 第13章 红外分光光度法： 红外吸收光谱的原理，分子的振动能量和模态、红外光谱的产生，吸收峰的强度和频率，特征峰和相关峰，烷烃，芳香烃类化合物，醇，酚，醚类化合物，羰基化合物以及含氮化合物的典型红外光谱，说明红外光谱。
• 有机物典型光谱
  • 烷 烃
    • 振动形式 波数范围 cm-1 νCH3-(as) 2960 νCH3-(s) 2870 δCH3-(as) 1450 δCH3-(s) 1380 νCH2-(as) 2920 νCH2-(s) 2850 ρCH2-(n>4) 720 νC-C(as) 1250 νC-C(s) 1000
  • 烯烃和炔烃
    • 振动形式 波数范围 cm-1 ν=C-H 3080(>3000) νC-C 1640（1675-1500） γ=C-H（端基烯烃） 1000-650（990-910） γ=C-H（反） 970 γ=C-H（顺） 690 νC≡C >3000（约3300） γ≡C-H（端基炔烃，不在端基无吸收峰） 1000-650（630） γC≡C 2400-2100
  • 芳 香 烃
    • 振动形式 波数范围 cm-1 νΦC-H >3000（3100-3000） νC-C 1600-1500 γφH 1000-650（910-650） γφH（单取代） 730、690（双峰） γφH（领双取代） 740 γφH（间双取代） 770、690（双峰） γφH（对双取代） 800
  • 醇、酚、醚
    • 振动形式 波数范围 cm-1 νO-H >3000 νC-O 1100左右 γΦc-H 3300
  • 羰基化合物
    • 振动形式 波数范围 cm-1 νC-H(醛基) 2800-2720
    • 振动形式 波数范围 cm-1 νC-O（酮） 1700
    • 振动形式 波数范围 cm-1 νC=O（COOH） 1700（宽而强） νO-H（COOH） 3300（宽而强） βO-H（COOH） 1420(二聚体) γO-H（COOH） 960
    • 振动形式 波数范围 cm-1 振动形式 波数范围 cm-1 νC=O（酰胺） 1680 νN-H（伯） 3350-3180（双） νC=O（伯胺） >3000（双峰） νN-H（仲） 3270 νC=O（仲胺） >3300 ΒN-H 1640-1550 νC=O（叔胺） >3000（无吸收峰） ν-C-N 1430-1020 νN-H 3500-3100 νC=O 1680-1630
    • 振动形式 波数范围 cm-1 νC=O（酯） 1740 νC-O（酯） 1150
    • 振动形式 波数范围 cm-1 νC=O（酸酐） 双峰 νC-O（酸酐） 1050
  • 含氮化合物
    • 振动形式 波数范围 cm-1 νC≡N 2240-2260 ν-NO2（as） 1600-1500 ν-NO2（s） 1390-1300 ν-N-N- 3500-3100 δ-N-N- 1640-1550 β-N-N- 1430-1020 γ-N-N- 900-650
• 结论
  • 溶剂极性增大，极性基团伸缩频率↓，因此红外光谱通常需要在非极性溶液中测量
  • 通常，物质由固态向气态变化，其波数将增加