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红外光谱-全..ppt

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第三章 红外光谱,红外光谱的发展历史 红外光谱的特点 红外光谱基本原理 红外光谱的基本概念 影响红外光谱吸收频率的因素 红外光谱仪及样品制备技术 各类化合物的红外光谱 红外图谱解析 红外光谱的应用,红外光谱的发展历史,在十九世纪初就发现了红外线,到1892年有人利用岩盐棱镜和测热幅射计(电阻温度计)测定了20多种有机化合物的红外光谱,1905年科伯伦茨发表了128种有机和无机化合物的红外光谱,红外光谱与分子结构间的特定联系才被确认。 到1930年前后,随着量子理论的提出和发展,红外光谱的研究得到了全面深入的开展,并且测得大量物质的红外光谱。,1947年第一台实用的双光束自动记录的红外分光光度计问世。这是一台以棱镜作为色散元件的第一代红外分光光度计。,到了六十年代,用光栅代替棱镜作分光器 的第二 代红外光谱仪投入了使用。这种计算机化的光栅为分光部件的第二代红外分光光度计仍在应用。七十年代后期,干涉型傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)投入了使用,这就是第三代红外分光光度计。近来,已采用可调激光器作为光源来代替单色器,研制成功了激光红外分光光度计,即第四代红外分光光度计,它具有更高的分辨率和更广的应用范围,但目前还未普及。,红外光谱的特点,(1)红外光谱是依据样品 吸收谱带的位置、强度、形状、个数,推测分子中某种官能团的存在与否,推测官能团的邻近基团,确定化合物结构。 (2)红外光谱不破坏样品,并且对任何样品的存在状态都适用,如气体、液体、可研细的固体或薄膜似的固体都可以分析。测定方便,制样简单。(3)红外光谱特征性高。由于红外光谱信息多,可以对不同结构的化合物给出特征性的谱图,从“指纹区”就可以确定化合物的异同。所以人们也常把红外光谱叫“分子指纹光谱”。,(4)分析时间短。一般红外光谱做一个样可在10~30分钟内完成。如果采用傅里叶变换红外光谱仪在一秒钟以内就可完成扫描。为快速分析的动力学研究提供了十分有用的工具。(5)所需样品用量少,且可以回收。红外光谱分析一次用样量约1~5mg,有时甚至可以只用几十微克。,红外光谱基本原理,化学键的振动与频率:双原子分子中化学键的振动可按谐振子处理。,用虎克定律来表示振动频率、原子质量和键力常数之间的关系:,υ=,若用波数取代振动频率,则有下式:,K为键力常数,其含义是两个原子由平衡位置伸长 0.1nm(lǺ)后的回复力,单位是 dyn/cm。,μ’ 为折合质量。μ’=m1m2/(m1+m2) (m为原子质量),原子质量用相对原子量代替: m1=M1/N, m2=M2/N 。M1、M2为原子量,N为阿佛加德罗常数。,μ为折合原子量,,μ=,将π、c和N的数值代入上式,并指定将键力常数中的105代入,1dyn/cm = 1mN/m 1N=105dyn,≈1307,≈1307,(cm-1),例:已知羰基C=O的键力常数K=12×l05dyn/cm,求,解: =1307 =1725 (cm-1),化学键的力常数,1dyn/cm = 1mN/m,红外光谱的基本概念,,各种振动方式及能量,分子振动方式分为:伸缩振动  -----对称伸缩振动 s -----反对称伸缩振动 as弯曲振动  -----面内弯曲振动 -----剪式振动 σ -----平面摇摆 ρ-----面外弯曲振动 ----面外摇摆 ----面外扭曲  按能量高低为: as s 高频区   低频区 红外光谱的选律:使分子偶极矩发生改变的振动是红外活性的.,振动自由度和峰数,含n个原子的分子,自由度为:线性分子有 3n-5 个非线性分子有 3n-6 个理论上每个自由度在IR中可产生1个吸收峰,实际上IR光谱中的峰数少于基本振动自由度,原因是:1 振动过程中,伴随有偶极矩的振动才能产生吸收峰2 频率完全相同的吸收峰,彼此发生简并(峰重叠)3 强、宽峰覆盖相近的弱、窄峰4 有些峰落在中红外区之外5 有些吸收峰太弱,检测不出来,,1-己烯的红外光谱图 ~3080cm-1: 烯烃C—H伸缩振动;~1820:910cm-1倍频; ~1650cm-1: C=C伸缩振动;~993,910cm-1: C=CH2 非平面摇摆振动,IR光谱表示法:横坐标为吸收波长(m),或吸收频率(波数/cm)纵坐标常用百分透过率T%表示 从谱图可得信息: 1 吸收峰的位置(吸收频率)2 吸收峰的强度 ,常用 vs (very strong), s (strong), m (medium), w (weak), vw (very weak), b (broad) ,sh (sharp),v (variable) 表示3 吸收峰的形状 (尖峰、宽峰、肩峰
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