单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第三章,红外吸收光谱(,IR),Infrared Spectroscopy,第三章,1,1.光谱分析概述,在辐射中(光波),就会吸收某些波长,的光子.从一个能级跳到另一个能级形成,吸收光谱.,从,分子总能量:,E,总=,E,平动,+,E,转,+,E,振,+,E,电子自旋,+,E,电子,+,E,核,构成物质的每一种基本体系:分子,原子,核,电子.都具有一定数量的特定能,级(量子化).当它们高能态跳回到低能态,时就发射相应辐射形成发射光谱,1.光谱分析概述 在辐射中(光波),就会吸收某些波长从,2,(1)各个波谱区的光谱分析,发射和吸收 射线,穆斯堡尔谱,A),射线辐射:,波长 310,-11,cm,波数 3.310,10,cm,-1,频率,10,21,HZ.,能量4.110,6,(,ev),(1)各个波谱区的光谱分析发射和吸收 射线穆斯堡尔谱,3,B)X,射线:,波长 310,-9,cm,波数 310,8,cm,-1,频率 ,10,19,HZ,能量 4.110,4,ev,内层电子跃迁,发射和吸收,X,光,XRD,和,X,射线荧光分析,B)X射线:波长 310-9cm波数 ,4,C),紫外可见光谱区:,波长 310,-5,cm,波数 3.310,4,cm,-1,频率 10,15,HZ,能量 4.1,ev,原子和分子外层电子跃迁产生(吸收和发射),紫外,原子吸收光谱等,C)紫外可见光谱区:波长 310-5cm波数,5,D),红外光谱区:,波数 3.3,10,2,cm,-1,波长 310,-3,cm,频率 10,13,HZ,能量 ,4.110,-2,ev,分子振动,转动能级,红外吸收光谱,D)红外光谱区:波数 3.3 102cm-,6,E),微波光谱区,:（,分两个波段区）,1,0.051.5cm.,分子转动能级之间跃迁,2,波长1,3,cm.,它与在外磁场作用下未成,对电子的自旋分裂成不同能量的能级有,关.电子在这些能级之间的跃迁将吸收一,定波长电磁波,形成电子自旋共振吸收,波谱,E)微波光谱区:（分两个波段区）1 0.051.5c,7,F),无线电波区:,波长 1,300,m,频率 1300兆赫,核自旋能级之间跃迁会吸收一定波长的无线电波,核磁共振吸收谱,F)无线电波区:波长 1300m 频率,8,(2)光的表征及某些基本定律,三个参数：,C,(2)光的表征及某些基本定律三个参数：C,9,(3)光谱分析中常用名词,入射光强度,I,0,透射光强度,I,透射率,T,百分透射率,吸收系数 :透射率倒数的自然对数,(3)光谱分析中常用名词入射光强度,10,光密度,D,它又称作消光(,E),或吸收率(,A),消光系数,A:,单位长度的光密度,比消光系数,E,光密度D它又称作消光(E)或吸收率(A)消光系数A:单位长,11,(4)基本定律,A),兰勃脱(,Lambert),吸收定律,(4)基本定律A)兰勃脱(Lambert)吸收定,12,B),比尔兰勃脱(,Beer-Lambert),定律,Beer,分析各种无机盐水溶液对,光吸收数据发现消光系数,A,与溶液,的浓度成正比:,A=EC,B)比尔兰勃脱(Beer-Lambert)定律,13,若,C=1,则,A=E,就是比消光系数,两定律合并:,若 C=1则 A=E 就是比消光系数两定律合并:,14,若,C,以摩尔(克分子/升)表示,根据光密度定义:,D=C l,若C以摩尔(克分子/升)表示根据光密度定义:D,15,C)Snell(,斯涅尔)折射定律,n,2,sin r,2,=n,1,sin i,1,I,1,入射角,r,2,折射角,n,1,n,2,折射指数,C)Snell(斯涅尔)折射定律n2sin r2=,16,反射定律:,反射定律:,17,2.红外光谱概述,红外光谱指的是具有连续波长的红,外光照射到物质时,该物质的分子吸收了,一部分一定波长（或频率）的红外光并,激发分子的振动或转动能级跃迁。其余,未被吸收的红外光将透过该物质，把透,过的红外经单色器分光之后，扫描并以,波长（或波数）为横坐标，吸收强度为,纵坐标作图，得红外吸收光谱图。即物,质吸收红外光的强度随波长（或波数）,的分布曲线。,2.红外光谱概述 红外光谱指的是具有连续波长,18,(1)双原子分子的振动,虎克定律:,f=-Kr,(1)双原子分子的振动虎克定律:f=-Kr,19,催化实验方法ppt课件第三章,20,(2)双原子分子的转动,(2)双原子分子的转动,21,(3)多原子分子振动转动,每个原子看作一个质点，则多原子分子的,振动方式就是一个质点组的振动。要描述多原,子分子的各种可能的振动方式必须确定各原子,的相对位置。要确定质点在空间的位置要三个,坐标（,x,y,z.）。,即每个原子在空间的运动有三,个自由度。若分子有,n,个原子就要3,n,个坐标确,定，要有3,n,个自由度。分子作为整体有三个平,动自由度和三个转动自由度（线性分子只有二,个转动自由度有3,n-5）。,剩下3,n-6,才是分子振,动自由度。,特征频率。,(3)多原子分子振动转动 每个原子看作一个质点，,22,选律,对,多原子分子振动,只有振动过程中偶,极矩发生变化的那种振动方式才能吸收红,外光即在红外光谱中有吸收带.这种振动方,式称为红外活性的振动,选律 对多原子分子振动,只有振动过程中偶,23,简并,有些对称性很高的分子两个或多个振,动频率完全相同称“简并”,产生一个吸收频,带,减少了观察到的特徵频率吸收带数目,CO,2,分子 33-5=4振动频率,例,简并 有些对称性很高的分子两个或多个振CO2,24,3.振动类型及频带名称,(1),伸缩振动,-化学键伸长缩短振动变化,分 对称,反对称,3.振动类型及频带名称(1)伸缩振动-化学键伸长缩短振动,25,(2)弯曲振动:,面内弯曲-剪切(对称).摇摆(反对称),面外弯曲-摇摆(对称).扭曲(反对称),(2)弯曲振动:面内弯曲-剪切(对称).摇摆(反对称)面,26,(3)频带名称:,基频:0,1,倍频:0,2,.0,3,组合频：,m n,(3)频带名称:基频:01倍频:,27,4.化学键(基团)与振动频率关系,特徵吸收带大量实验结果表明,相同化,学键或基团的振动频率.它有其特定值,虽受,周围环境的影响,但不随分子构型作大改变,这一频率称为某一键或基团的,特征振动频,率,.其吸收谱带称为,特征吸谱带,.,4.化学键(基团)与振动频率关系特徵吸收带大量实验结果,28,-,CH,2,波数 29702850,-,CC-22602100,C-H 33103200,醛 1735171,酮 1720 1710,如,-CH2 波数 29702850如,29,(2)影响基团频率和吸收带的因素,A,试样的物理状态,B,C,振动的偶合(偶合效应),电效应化学键的力常数决定于,分子中电子的分布的影响,(2)影响基团频率和吸收带的因素A试样的物理状态BC振动的偶,30,共轭效应,使共轭体系中的,电子云密度趋于平均化使,双键略有伸长，单键略有,缩短.,共轭效应使共轭体系中的,31,诱导效应,由于取代基具有不同的电负性，,通过静电诱导作用引起分子中电子,云分布的变化,而改变键或官能团的,特征频率。称为,诱导效应,。,诱导效应 由于取代基具有不同的电负性，,32,中介效应,当含有孤对电子的原子连接,到羰基上时，由于有孤对电子作,用使双键性减弱、,K,力常数降低，,使波数向低波数侧位移。,中介效应 当含有孤对电子的原子连接,33,氢键效应,有氢键引后，使,X-H,的伸缩,振动频率往低波数侧移动且吸收,谱带强度增大，谱带变宽。但其,弯曲振动频率向高波数侧位移。,而不明显，影响较小。（见后例）,氢键效应 有氢键引后，使X-H的伸缩,34,例,乙醇在浓度小于,o.o1M(CCl,4,),稀,溶液中,分子间不形成氢键其,O-H,的,伸缩振动波数为3640,cm,-1,当乙醇浓度,为0.1,M,时形成氢键生成缔合体,其波,数移向低波数为3515,cm,-1,和3350,cm,-1,例 乙醇在浓度小于o.o1M(CCl4)稀,35,5.,仪器简介,光源,样品池单色器(色散元件),检测器放大器记录器,分为：,单光束红外光谱,和,双光源红外光谱,5.仪器简介光源样品池单色器(色散元件)分为：单光束,36,色散元件:,分辨率,(,R),指分开两条邻近谱线能力,A),棱镜型:,t,棱镜有效边长,n,材质折射率,B),衍射光栅型:,R=mN,m,光谱的级数,N,光栅的刻线总数,C),干涉型红外光谱仪傅里叶变换红外分光光度计,色散元件:分辨率(R)指分开两条邻近谱线能力A)棱镜型,37,傅里叶变换红外分光光度计:,光源,干涉仪样品探测器放大器,滤光器,A/D,计算机,D/A,光谱图,傅里叶变换红外分光光度计:光源干涉仪样品探测器放大器,38,6.红外光谱定性,定量分析,定性分析,定量分析,6.红外光谱定性,定量分析定性分析定量分析,39,定性分析,利用基团振动频率与分子结构的关系来确,分子中所含基团或键,根据特征振动频率,位移,推定分子结构,定性分析利用基团振动频率与分子结构的关系来确,40,解图分两步:,(1)确定所含基团或键类型,(2)推定分子结构,解图分两步:(1)确定所含基团或键类型(2)推定分子结构,41,定量分析,利用比尔兰勃脱定律:,D=ECl,定量分析利用比尔兰勃脱定律:D=ECl,42,E:,对不同浓度同一物质在相同波长(或波数)其,E,值相同,根据红外光谱受周围分子的影响很小.混合,物的光谱是其各成分光谱的简单算术加和,E:对不同浓度同一物质在相同波长(或波数)其E值相,43,如,:,n,个成分体系的溶液其某一波长,(波数)的光密度,D,可表示为:,选,n,个分析波长,n,个方程介,n,方程得,n,个浓度,如:n个成分体系的溶液其某一波长选n个分析波长n个方程介,44,分析波长的选择,选 在组分1有最大吸收,其它组分很小,选 在组分2有最大吸收,其它组分很小,选 -,n-,D,1,=E,11,lC,1,D=E,22,lC,2,-D=E,nn,lC,分析波长的选择选 在组分1有最大吸收,其它组分很小选,45,比消光系数,E,的测定,测,D,E,比消光系数E的测定测DE,46,7.衰减全反射技术(,ATR),Attenuated Total Reflectance,根据,Snell,折射定律,n,1,sini,1,=n,2,sini,2,sini,1,则产生全反射,7.衰减全反射技术(ATR)Attenuated Tot,47,衰减全反射,若入射光在样品的吸收区(如某分子,红外话性区)有部分入射光吸收.则所,得“全反射”是被“衰减”,应用:,(1)金属-聚合物界面反应.(2)表面涂层和薄膜的研究,衰减全反射若入射光在样品的吸收区(如某分子应用:,48,红外光在催化研究中应用,(1)催化剂表面生成的吸附态或中间体,的结构和特性,(2)催化剂表面性质研究,(3)催化反应机理研究,红外光在催化研究中应用(1)催化剂表面生成的吸附态或中间体(,49,