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红外吸收光谱法的基本原理

来源:http://www.run-qee.com/   作者:紫外可见分光光度计    更新日期:2016-07-26 10:19:39    点击:397

红外吸收光谱法的基本原理

 

 

1. 分子振动与红外吸收峰
在分子中,原子的运动方式有三种,即平动、转动和振动。实验证明,当分子间的振动能产生偶极矩周期性的变化时,对应的分子才有红外活性。因此,这里主要讨论分子的振动。简单的双原子化合物如A-B的振动方式是A和B两个原子沿着键的方向作简谐运动,因此可以把质量为m1的A原子和质量为m2的B原子看作是两个刚性小球,连接两个原子的化学键设想为无质量的弹簧,弹簧长度即为化学键的长度,弹簧力常数就是化学键的键力常数。
2. 多原子分子的振动
1)振动形式
双原子分子只有一种振动方式,即沿键轴方向的伸缩振动,而多原子分子则有多种振动方式,不仅有伸缩振动,还有基团键角发生周期性变化的弯曲振动。
(1)伸缩振动
原子沿化学键的轴线方向作周期性的伸缩,键长改变而键角不变的振动称为伸缩振动。伸缩振动又分为对称伸缩振动和不对称伸缩振动两种。
在环状化合物中,还有一种完全对称的伸缩振动叫骨架振动。
(2)弯曲振动
又称变形振动,是指基团的键角发生周期性变化而键长不变的振动。弯曲振动分为面内弯曲振动和面外弯曲振动两种,面内弯曲振动又分为剪式振动和面内摇摆振动;面外弯曲振动又分为面外摇摆和扭曲振动。
同等原子之间键的伸缩振动所需能量远比弯曲振动的能量高,因此伸缩振动的吸收峰波数比相应键的弯曲振动峰波数高。
2)基本振动的理论数
从理论上讲,分子的每一种振动形式,都会产生一个吸收峰(基频峰),即一个多原子分子所产生的基频峰的数目应该等于分子所具有的振动形式的数目(即振动自由度f)。显然,在空间确定一个原子的位置,需要3个坐标(x、y和z)。
实际上,绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数远小于理论上计算的振动数,这是由于以下原因引起的:
①没有偶极矩变化的振动,不产生红外吸收;
②相同频率的振动吸收重叠,即简并;
③仪器不能区别频率十分接近的振动,或吸收带很弱,仪器无法检测;
④仪器仪器测量波长范围窄,有些基频不在测定波长范围内。

 

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