一 红外吸收光谱的定义及产生
分子的振动能量比转动能量大,当发生振动能级跃迁时,不可避免地伴随有转动能级的跃迁,所以无法测量纯粹的振动光谱,而只能得到分子的振动-转动光谱,这种光谱称为红外吸收光谱
红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时,分子吸收了某些频率的辐射并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化,产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线,就得到红外光谱。
二 基本原理
1.产生红外吸收的条件
(1)分子振动时,必须伴随有瞬时偶极矩的变化。
对称分子:
没有偶极矩,辐射不能引起共振,无红外活性,如,N2、O2、Cl2等。
非对称分子:
有偶极矩,红外活性。
(2)只有当照射分子的红外辐射的频率与分子某种振动方式的频率相同时,分子吸收能量后,从基态振动能级跃迁到较高能量的振动能级,从而在图谱上出现相应的吸收带。
2.分子的振动类型
伸缩振动:
键长变动,包括:对称与非对称伸缩振动;
弯曲振动:
键角变动,包括剪式振动、平面摇摆、非平面摇摆、扭曲振动;
3.几个术语
基频峰:
由基态跃迁到第一激发态,产生一个强的吸收峰,基频峰;
倍频峰:
由基态直接跃迁到第二激发态,产生一个弱的吸收峰,倍频峰;
组频:
如果分子吸收一个红外光子,同时,激发了基频分别为v1和v2的两种跃迁,此时所产生的吸收频率应该等于上述两种跃迁的吸收频率之和,故称组频;
特征峰:
凡是能用于鉴定官能团存在的吸收峰,相应频率成为特征频率;
相关峰:
相互可以依存而又相互可以佐证的吸收峰称为相关峰;
4.影响基团吸收频率的因素
(1)外部条件对吸收峰位置的影响:
物态效应、溶剂效应;
(2)分子结构对基团吸收谱带的影响:
诱导效应:
通常吸电子基团使邻近基团吸收波数升高,给电子基团使波数降低。
共轭效应:
基团与吸电子基团共轭,使基团键力常数增加,因此,基团吸收频率升高,基团与给电子基团共轭,使基团键力常数减小,因此,基团吸收频率降低。
当同时存在诱导效应和共轭效应,若两者作用一致,则两个作用互相加强,不一致,取决于作用强的作用。
(3)偶极场效应:
互相靠近的基团之间通过空间起作用。
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