红外吸收的产生条件和原理
仪器信息网 · 2010-07-25 09:47 · 18103 次点击
1、产生红外吸收的条件
红外吸收光谱是由于分子振动能级(同时伴随转动能级)跃迁而产生的。分子必须同时满足以下两个条件。
1分子振动时,必须伴随有瞬时偶极矩的变化
2辐射光子具有的能量与产生振动跃迁所需的跃迁能量相等
2、分子的振动
1、双原子分子的振动
从经典力学的观点,采用谐振子模型研究双原子分子的振动,即化学键相当于无质量的弹簧,连接连两个刚性小球,质量分别等于两个原子的质量。
2、多原子分子的振动
①简正振动:分子质心保持不变,整体不转动,每个原子都在其平衡位置附近作简谐振动,其振动频率和位相都相同,即每个原子在同一瞬间通过其平衡位置,而且同时达到最大值。
分为两类:伸缩振动--原子沿键轴方向伸缩,键长变而键角不变的振动
弯曲振动--基团键角发生周期性变化而键长不变的振动,包括面内弯曲振动和面外弯曲振动
②基本振动理论数
简正振动的数目称为振动自由度,每个振动自由度对应红外光谱上一个基频吸收带。理论上,每种简正振动都有其特定的振动频率,似乎都应有相应的红外吸收带。但红外谱图上实际出现的吸收峰数目远小于理论振动数,原因是:一些振动没有引起偶极矩的变化,不产生红外吸收;相同频率的振动吸收重叠,即简并;仪器不能区别频率十分相近的振动或吸收带很弱,仪器无法检测;有些吸收带落在仪器检测之外。
③基频、倍频和组频
基频:分子由基态向第一激发态跃迁(基本跃迁)的吸收频率
倍频:禁阻跃迁中吸收频率为基频倍数的吸收频率
组频:激发了两种基频的不同跃迁,吸收频率为两跃迁吸收频率之和,称为组频
3、吸收光谱带的强度
吸收强度的表示方法:很强(vs)、强(s)、中(m)、弱(w)、很弱(vw)。
吸收光谱带的强度的影响因素有
1振动的对称性越高,振动中分子偶极矩变化越小,谱带强度越弱
2对于同一化学键,谱带强度与化学键所连接的分子结构密切相关
3振动能级的跃迁概率是影响吸收峰强度的另一主要因素
4、特征频率及影响因素
1、特征频率区和指纹区
按照吸收的特征,红外光谱区分为4000~1250cm-1和1250~400cm-1两个区域,分别称为特征频率区和指纹区。
①特征频率区:包含H的各种单键、双键和三键的伸缩振动及面内弯曲振动
②指纹区:包含C?X(X:O,H,N)单键的伸缩振动及各种面内弯曲振动
2、影响特征频率的因素
①内部因素:诱导效应、共轭效应、空间位阻效应、氢键效应、振动偶合效应、费米共振
②外部因素:样品测定状态的影响、溶剂的影响