第三讲 红外振动光谱VIP免费

第二章光谱分析SpectroscopyAnalysis(IR&RamanSpectra)第一节振动光谱的基本原理第二节红外光和红外光谱第三节红外光谱的应用第四节拉曼光谱振动光谱第一节振动光谱的基本原理一、定义及分类所谓振动光谱是指物质分子或原子基团的振动所产生的光谱。如果将透过物质的电磁辐射用单色器加以色散，使波长按长短依次排列，同时测量在不同波长处的辐射强度，得到的是吸收光谱。如果用的光源是红外光谱范围，即0.78-1000µm，就是红外吸收光谱。如果用的是强单色光，例如激光，产生的是激光拉曼光谱。电磁波与物质的作用：E=hν=hc/λ电磁波的产生与两个能态上粒子的跃迁有关。在不同能量电磁波作用下,物质的不同状态将出现共振吸收(Resonance),形成共振谱。物质的能量状态与对应的共振谱状态电磁波λ对应光谱核能级γ〈0.01nm)Mossbauer谱电子K、L层X0.1nmX-射线谱（XPS）原子的次外电子层，晶体场分裂UV，V10nm紫外-可见（UV-V）谱分子振动IR，500nm红外（IR），Raman谱电子自旋亚能级Micro-wave100um电子自旋共振（EPR）核自旋Radio10cm核磁共振（NMR）谱二、分子振动模型1、双原子分子振动模型双原子分子是很简单的分子，其振动形式是很简单的，如HCl分子，它只有一种振动形式，即伸缩振动。双原子分子的振动可以近似地看作为简谐振动，由经典力学的HOOK定律可以推导出该体系的振动频率公式：式中：v~为振动波数；K为化学键的键力常数（达因/厘米）；C为光速；M为两原子的折合质量（克）；m1m2为两个原子的质量=——2CKM1~vm1m2m1+m2M=2、多原子分子振动模型（1）简正振动多原子分子的振动是复杂的，但可以把它们的振动分解成许多简单的基本振动单元，这些基本振动称为简正振动。简正振动具有以下特点：1）振动的运动状态可以用空间自由度（坐标）来表示，体系中的每一质点具有XYZ三个自由度；2）振动过程中，分子质心保持不变，分子整体不转动；3）每个原子都在其平衡位置上作简谐振动，各原子的振动频率及位相相同，即各原子在同一时间通过其平衡位置，又在同一时间达到最大的振动位移；4）分子中任何一个复杂振动都可以看成这些简正振动的线性组合。（2）简正振动的基本类型（3）简正振动的数目简正振动的数目称为振动自由度。每个振动自由度对应于IR谱图上的一个基频吸收带。分子的总自由度取决于构成分子的原子在空间中的位置。每个原子空间位置可以用直角坐标系中x、y、z三个坐标表示，即有三个自由度。显然，由n个原子组成的分子，具有3n个总自由度，即有3n种运动状态，而3n种运动状态包括了分子的振动、平动和转动。即:3n=振动自由度+平动自由度+转动自由度振动自由度=3n-平动自由度-转动自由度对于非线性分子，振动自由度=3n-6对于线性分子，振动自由度=3n-5例1：H2O（非线性分子）振动自由度=3*3-6=3振动形式：吸收峰波数:例2：CO2（线性分子）振动自由度=3*3-5=4振动形式：振动相同，简并状态Vs振动为非活性振动，振动波数1388cm-1，但不吸收红外光。注:+表示垂直屛面向内移动，-表示垂直屛面向外移动。三、振动吸收的条件1、振动的频率（IR）与光谱中某段频率相同，或者说，IR光的某些光子能量要与振动能相吻合。——必要条件2、振动必须引起偶极矩变化，才是IR活性的。即正负电荷中心的间距发生变化。——IR活性振动。3、如果振动引起极化率变化，才是Raman活性的。在电磁波的作用下，正负电荷出现诱导偶极矩，有些振动是红外活性的，但非拉曼活性，有些相反。有些是双活性的，有些是双非活性的。第二节红外光和红外光谱1800年英国天文学家Hershl发现红外光（又称红外辐射或红外线）。物质因受红外光的作用，引起分子或原子基团的振动（热振动），从而产生对红外光的吸收。利用物质对不同波长红外光的吸收程度进行研究物质分子的组成和结构的方法，称为红外吸收光谱法，常以IR表示。1、红外光红外光是一种电磁波，它的波长介于可见光、红色光和微波的波长之间的一段电磁辐射区，波长在0.77-1000µm，并可按波长不同划分三个区域：1.近红外（NIR）区：0.75～2.5μm（13300...