一 紅外吸收光譜的定義及產生
分子的振動能量比轉動能量大,當發生振動能級躍遷時,不可避免地伴隨有轉動能級的躍遷,所以無法測量純粹的振動光譜,而只能得到分子的振動-轉動光譜,這種光譜稱為紅外吸收光譜
紅外吸收光譜也是一種分子吸收光譜。當樣品受到頻率連續變化的紅外光照射時,分子吸收了某些頻率的輻射并由其振動或轉動運動引起偶極矩的凈變化,產生分子振動和轉動能級從基態到激發態的躍遷,使相應于這些吸收區域的透射光強度減弱。記錄紅外光的百分透射比與波數或波長關系曲線,就得到紅外光譜。
二 基本原理
1.產生紅外吸收的條件
(1)分子振動時,必須伴隨有瞬時偶極矩的變化。
對稱分子:
沒有偶極矩,輻射不能引起共振,無紅外活性,如,N2、O2、Cl2等。
非對稱分子:
有偶極矩,紅外活性。
(2)只有當照射分子的紅外輻射的頻率與分子某種振動方式的頻率相同時,分子吸收能量后,從基態振動能級躍遷到較高能量的振動能級,從而在圖譜上出現相應的吸收帶。
2.分子的振動類型
伸縮振動:
鍵長變動,包括:對稱與非對稱伸縮振動;
彎曲振動:
鍵角變動,包括剪式振動、平面搖擺、非平面搖擺、扭曲振動;
3.幾個術語
基頻峰:
由基態躍遷到第一激發態,產生一個強的吸收峰,基頻峰;
倍頻峰:
由基態直接躍遷到第二激發態,產生一個弱的吸收峰,倍頻峰;
組頻:
如果分子吸收一個紅外光子,同時,激發了基頻分別為v1和v2的兩種躍遷,此時所產生的吸收頻率應該等于上述兩種躍遷的吸收頻率之和,故稱組頻;
特征峰:
凡是能用于鑒定官能團存在的吸收峰,相應頻率成為特征頻率;
相關峰:
相互可以依存而又相互可以佐證的吸收峰稱為相關峰;
4.影響基團吸收頻率的因素
(1)外部條件對吸收峰位置的影響:
物態效應、溶劑效應;
(2)分子結構對基團吸收譜帶的影響:
誘導效應:
通常吸電子基團使鄰近基團吸收波數升高,給電子基團使波數降低。
共軛效應:
基團與吸電子基團共軛,使基團鍵力常數增加,因此,基團吸收頻率升高,基團與給電子基團共軛,使基團鍵力常數減小,因此,基團吸收頻率降低。
當同時存在誘導效應和共軛效應,若兩者作用一致,則兩個作用互相加強,不一致,取決于作用強的作用。
(3)偶極場效應:
互相靠近的基團之間通過空間起作用。
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