紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件和表示方法

紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件和表示方法儀器分析知識點唐學紅副教授主要內(nèi)容振動能級的躍遷產(chǎn)生紅外吸收光譜的條件紅外吸收光譜的表示紅外吸收光譜的應(yīng)用一、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件1、振動能級的躍遷按照量子力學的Born-Oppenheimer近似，分子運動的能量由平動能、轉(zhuǎn)動能、振動能和電子能四部分組成。因此，分子運動的能量E可以表示為：分子的平移運動可以連續(xù)變化，不是量子化的。分子的電子運動、振動和轉(zhuǎn)動都是量子化的。分子從較低能級，吸收一個能量為hν的光子，可以躍遷到較高的能級，需滿足以下能量守恒關(guān)系式：E2、E1:能級2和能級1的能量；h:普朗克常數(shù)；ν:光的頻率。分子的轉(zhuǎn)動能級之間比較接近，也就是能級差較小。分子吸收能量低的低頻光產(chǎn)生轉(zhuǎn)動躍遷，低頻光在紅外波段屬于遠紅外區(qū)。所以，分子的純轉(zhuǎn)動光譜出現(xiàn)在遠紅外區(qū)。振動能級間隔比轉(zhuǎn)動能級間隔大得多，所以，振動能級的躍遷頻率比轉(zhuǎn)動能級的躍遷頻率高得多。分子中原子之間振動所吸收的紅外光頻率處于中紅外區(qū)。電子能級之間的間隔比振動能級間隔大得多，電子能級之間的躍遷頻率已經(jīng)超出紅外區(qū)，電子光譜落在紫外-可見區(qū)。2、產(chǎn)生紅外吸收光譜的條件

分子必須同時滿足以下兩個條件時，才能產(chǎn)生紅外吸收。（1）輻射光子具有的能量與發(fā)生振動躍遷所需的躍遷能量相等。

即只有當照射分子的紅外輻射頻率與分子某種振動方式的頻率相同時，分子吸收能量后，從基態(tài)振動能級躍遷到較高能量的振動能級，從而在圖譜上出現(xiàn)相應(yīng)的吸收帶。（2）分子振動時，必須伴隨有偶極矩的變化

一個分子有多種振動方式，只有使分子偶極矩發(fā)生變化的振動方式，才會吸收特定頻率的紅外輻射,這種振動方式具有紅外活性。

分子是否顯示紅外活性，與分子是否有永久偶極矩無關(guān)。只有同核雙原子分子（H2、N2等）才顯示非紅外活性。1、紅外光區(qū)的劃分紅外光，是波長范圍約0.75～1000μm的電磁波。區(qū)域λ(μm)σ(cm-1)ν(Hz)能級躍遷類型近紅外0.75～2.513000~40004.0×1014

～1.2×1014O-HN-H及C-H鍵倍頻吸收區(qū)中紅外2.5~504000~2001.2×1014～6.0×1012化學鍵振動的基頻遠紅外50～1000200~106.0×1012～

3.0×1011

骨架振動轉(zhuǎn)動最常用2.5～154000~6701.2×1014～2.0×1013二、紅外吸收光譜的表示方法2、紅外吸收光譜樣品的紅外吸收曲線稱為紅外吸收光譜。橫坐標：波長λ或波數(shù)σ縱坐標：吸光度A或透光率T中紅外區(qū)波長2.5~50μm，波數(shù)200~4000cm-1。波數(shù)σ＝1/λ（cm）＝ν/c＝104/λ(μm)一般用T-λ或T-σ曲線表示紅外吸收光譜法基本原理曲線上的“谷”是吸收峰。前密后疏前疏后密3、紅外光譜的應(yīng)用紅外吸收光譜法基本原理紅外光譜的應(yīng)用大致分為兩個方面：(1)分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)研究。應(yīng)用紅外光譜可以測定分子的鍵長、鍵角，以此推斷出分子的立體構(gòu)型；根據(jù)所得的力常數(shù)可以知道化學鍵的強弱；由簡正頻率來計算熱力學常數(shù)。（2）化學組分的分析。紅外光譜最廣泛的應(yīng)用在于對物質(zhì)的化學組成進