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[理学]第四章 红外吸收光谱分析
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3秒自动关闭窗口第4章 红外吸收光谱分析_百度文库
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第4章 红外吸收光谱分析
红​外​光​谱
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你可能喜欢如何从分子振动方式判断极化率的变化以二氧化碳分子为例,其对称伸缩振动会引起极化率的改变,而非对称伸缩振动则不会,为什么会这样?对于其他分子,又该如何判断?谢谢1L的回答，但是跟_作业帮
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如何从分子振动方式判断极化率的变化以二氧化碳分子为例,其对称伸缩振动会引起极化率的改变,而非对称伸缩振动则不会,为什么会这样?对于其他分子,又该如何判断?谢谢1L的回答，但是跟
如何从分子振动方式判断极化率的变化以二氧化碳分子为例,其对称伸缩振动会引起极化率的改变,而非对称伸缩振动则不会,为什么会这样?对于其他分子,又该如何判断?谢谢1L的回答，但是跟书上说的好像不一样。二氧化碳的对称伸缩振动是有Raman活性，而非红外活性。二氧化碳对称伸缩振动极化率是变化的，但是偶极矩不变，非对称才变。因此非对称伸缩振动有红外活性而没有Raman活性。1L表达的意思会不会是指偶极矩呢？
这是一个统计的问题.对称与非对称,就两个原子而言,其极化率都会变化.假设左边的碳氧原子变化是A,右边的碳氧原子变化是B.那整个原子的极化率变化是多少呢?是A还是B呢?显然这是一个统计的问题.如果是对称,则A和B的变化是相等的.于是整个分子的极化率就是A了.于是变发生了改变.如果是不对称的话.就是一边极化率减小的同时,另一边也增加了.于是两者的统计平均值就可以相互抵消,于是对整个分子而言,其极化率就没有变化了.那这两部分是不是要正好相等,才算极化率没变呢,这与分辨率有关.如果分辨率分辨不出前后极化率的变化.那对仪器来说,自然就是没有变化了.所以并不需要严格要求两者相等.所以关键是要看整个分子的极化率是怎么表示的.它不是其中任意一个的极化率,而是所有的统计平均值.当然,上述表达并不严谨.具体准确的你还得查查文献.只提供你一个想法而已.仅供参考.17实验一 红外光谱分析实验
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17实验一 红外光谱分析实验
实验一红外光谱分析实验；一、学时：2学时；二、实验类型：演示性实验；三、实验目的：；1.了解傅立叶变换红外光谱仪的基本构造及工作原理；2.学习高分子聚合物红外光谱测定的制样方法；3.学会用傅立叶变换红外光谱仪进行样品测试；4.掌握几种常用的红外光谱解析方法；四、实验原理；红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波；红外及拉曼光谱都是分子振动光谱；红外光
实验一 红外光谱分析实验一、学时：2学时二、实验类型：演示性实验三、实验目的：1.了解傅立叶变换红外光谱仪的基本构造及工作原理2.学习高分子聚合物红外光谱测定的制样方法3.学会用傅立叶变换红外光谱仪进行样品测试4.掌握几种常用的红外光谱解析方法四、实验原理红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在0.78～300μm。通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在0.78～2.5μm（波数在1cm-1），又称泛频区；中红外区：波长在2.5～25μm（波数在cm-1），又称基频区；远红外区：波长在25～300μm（波数在400～33cm-1），又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。红外及拉曼光谱都是分子振动光谱。通过谱图解析可以获取分子结构的信息。作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为&分子指纹&。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸气压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具-红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜。因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。红外光谱仪主要有两种类型：色散型和干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）。色散型红外光谱仪是以棱镜或光栅作为色散元件，这类仪器的能量受到严格限制，扫描时间慢，且灵敏度、分辨率和准确度都较低。随着计算方法和计算技术的发展，20世纪70年代出现新一代的红外光谱测量技术及仪器――傅立叶变换红外光谱仪。它具有以下特点：一是扫描速度快，可以在1s内测得多张红外谱图；二是光通量大，可以检测透射较低的样品，可以检测气体、固体、液体、薄膜和金属镀层等不样品；三是分辨率高，便于观察气态分子的精细结构；四是测定光谱范围宽，只要改变光源、分束器和检测器的配置，就可以得到整个红外区的光谱。一、Fourier变换红外光谱仪（FTIR）Fourier变换红外光谱仪没有色散元件，主要由光源（硅碳棒、高压汞灯）、Michelson干涉仪、检测器、计算机和记录仪组成。核心部分为Michelson干涉仪，它将光源来的信号以干涉图的形式送往计算机进行Fourier变换的数学处理，最后将干涉图还原成光谱图。它与色散型红外光度计的主要区别在于干涉仪和电子计算机两部分。这种新技术具有很高的分辨率、波数精度高、扫描速度极快（1秒内可完成）、光谱范围宽、灵敏度高等优点。Fourier变换红外光谱仪工作原理： 工作原理：光源发出的红外辐射，经干涉仪转变成干涉图，通过试样后得到含试样信息的干涉图，由电子计算机采集，并经过快速傅立叶变换，得到吸收强度或透光度随频率或波数变化的红外光谱图。干涉图从数学观点讲，就是傅立叶变换，计算机的任务是进行傅立叶逆变换。Michelson干涉仪工作原理： 仪器的核心部分是Michelson干涉仪，如图：M1和M2为两块平面镜，它们直互垂直直放置，固定不动，则可沿图示方向作微小的移动，称为动镜。在和之间放置一呈45度角的半透膜光束分裂器BS（beam-splitters），可使50%的入射光透过，其余部分被反射。当光源发出的入射光进入干涉仪后就被光束分裂器分成两束光――透射光1和反射光2，其中透射光1穿过BS被动镜反射，沿原路回到BS并被反射到达探测器D，反射光2则由固定镜沿原路反射回来通过BS到达D。这样，在探测器D上所得到的1光和2光是相干光。1光和2光的光程差为波长的整数倍时，为相长干涉；分数倍时为相消干涉，动镜连继转动获得干涉图。(1) 由于分子吸收了红外线的能量，导致分子内振动能级的跃迁，从而产生相应的吸收信号――红外光谱（Infrared SPectroscoPy，简记IR）。根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振动的形式。因此，特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度取决于分子中各基团（化学键）的振动形式和所处的化学环境。只要掌握了各种基团的振动频率（基团频率）及其位移规律，即可利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收谱带的归属，确定分子中所含的基团或键，并进而由其特征振动频率的位移、谱带强度和形状的改变，来推定分子结构。 在分子中存在着许多不同类型的振动，其振动自由度与原子数有关。含N个原子的分子有3N个自由度，除去分子的平动和转动自由度以外，振动动自由度应为3N―6(线性分子是3N―5）这些振动可分两大类：一类是沿键轴方向伸缩使键长发生变化的振动，称为为伸缩振动，用V表示。这种振动又分为对称伸缩振动用V表示和非对称伸缩震动用Vas表示；另一类原子垂直于价键方向振动；此类振动会引起分子内键角发生变化称为弯曲(或变形)振动，用δ表示，这类振动又可分为面内弯曲振动(包括平面及剪式两种振动)，面外弯曲振动(包括非平面摇摆及弯曲摇摆两种振动)。分子振动能与振动频率成反比。为计算分子振动频率，首先研究各个孤立的振动，即双原子分子的伸缩振动。可用弹簧模型来描述最简单的双原子分子的简谐振动。把两个原子看成质量分别为m1和m2的钢性小球，化学键好似一根无质量的弹簧在原子分子中有多种振动形式，每一种简正振动都对应一定的振动频率，但并不是每一种振动都会和红外辐射发生相互作用而产生红外吸收光谱，只有能引起分子偶极矩变化的振动(称为红外活性振动)，才能产生红外吸收光谱。也就是说，当分子振动引起分子偶极矩变化时，就能形成稳定的交变电场，其频率与分子振动频率相同，可以和相同频率的红外辐射发生相互作用，使分子吸收红外辐射的能量跃迁到高能态，从而产生红外吸收光谱。在正常情况下，这些具有红外活性的分子振动大多数处于基态，被红外辐射激发后，跃迁到第一激发态。这种跃迁所产生的红外吸收称为基频吸收。在红外吸收光谱中大部分吸收部属于这一类型。除基频吸收外还有倍频和合频吸收，但这两种吸收都较弱。红外吸收谱带的强度与分子数有关，但也与分子振动时偶极矩变化率有关。变化率越大，吸收强度也越大，因此极性基团如碳基、胺基等均有很强的红外吸收带。(2) 如果红外光去照射样品，并将样品对每一种单色的吸收情况记录，就得到红外光谱。双原子分子的红外吸收频率分子振动可以近似地看作是分子中原子心平衡点为中心，以很小的振幅做周期性的振动。这种振动的模型可以用经典的方法来模拟。如图1所示，m1和m2分别代表两个小球的质量，即两个原子的质量，弹簧的长度就是化学键的长度。这个体系的振动频率取决于弹簧的强度，即化学键的强度和小球的质量。其振动是在连接两个小球的键轴方向发生的。 图1 双原子分子的振动模型用经典力学的方法可以得到如下的计算公式：??12?k?或
?1k 2?c?k可简化为：
?1304?式中，?是频率，Hz；是波数，cm-1；k是化学键的力常数，g/s2；c是光速(3×1010cm/s)；?是原子的折合质量(?=m1m2/(m1+m2)。一般来说，单键的k=4×105～6×105 g/s2；双键的k=8×105～12×105 g/s2；叁键的k=12×105～20×105 g/s2。(3) 多原子分子的吸收频率双原子分子振动只能发生在联接两个原子的直线上，并且只有一种振动方式，而多原子分子振动则有多种振动方式。假设由n个原子组成，每一个原子在空间都 有3个自由度，则分子有3n个自由度。非线性分子的转动有3个自由度，线性分子则只有2个转动自由度，因此非线性分子有3n-6种基本振动，而线性分子有3n-5种基本振动。以H2O分子为例，其各种振动如图所示，水分子由3个原子组成并且不在一条直线上，其振动方式应有3×3－6＝3个，分别是对称和非对称伸缩振动和弯曲振动。O－H键长度改变的振动称为伸缩振动，键角小于HOH改变的振动称为弯曲振动。通常键长的改变比键角的改变需要更大的能量，因此伸缩振动出现在高波数区，弯曲振动出现在低波数区。(4) 红外光谱及其表示方法红外光谱所研究的是分子中原子的相对振动，也可归结为化学键的振动。不同的化学键或官能团，其振动能级从基态跃迁到激发态所需要的能量不同，因此要吸收不同的红外光。物理吸收不同的红外光，将在不同波长上出现吸收峰。红外光谱就是这样形成的。红外光谱的表示方法如下图所示：包含各类专业文献、中学教育、应用写作文书、高等教育、幼儿教育、小学教育、外语学习资料、文学作品欣赏、各类资格考试、17实验一 红外光谱分析实验等内容。　
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