红外光谱
红外光区划分:通常将红外波谱区分为近红外(near-infrared),中红外(middle-infrared)和远红外(far-infrared)。
区域
波长范围(mm)
波数范围(cm-1)
频率(Hz)
近红外
0.78-2.5
12800-4000
3.8´1014-1.2´1014
中红外
2.5-50
4000-200
1.2´1014-6.0´1012
远红外
50-1000
200-10
6.0´1012-3.0´1011
常用
2.5-15
4000-670
1.2´1014-2.0´1013
当样品受到频率连续变化的红外光照射时,分子吸收某些频率的辐射,产生分子振动能级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。 物质的红外光谱是其分子结构的反映,谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。 通过比较大量已知化合物的红外光谱,发现:组成分子的各种基团,如O-H、N-H、C-H、C=C、C=O和CºC等,都有自己的特定的红外吸收区域,分子的其它部分对其吸收位置影响较小。通常把这种能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率,其所在的位置一般又称为特征吸收峰。 分子吸收红外辐射后,由基态振动能级(n=0)跃迁至**振动激发态(n=1)时,所产生的吸收峰称为基频峰。因为(振动量子数的差值) △n=1时,nL=n,所以 基频峰的位置(nL)等于分子的振动频率。 在红外吸收光谱上除基频峰外,还有振动能级由基态( n=0)跃迁至**激发态( n=2)、第三激发态( n=3)¼,所产生的吸收峰称为倍频峰。 由n = 0跃迁至n = 2时, △n = 2,则nL = 2n,即吸收的红外线谱线( nL )是分子振动频率的二倍,产生的吸收峰称为二倍频峰。 下图是双原子分子的能级示意图,图中EA和EB表示不同能量的电子能级,在每个电子能级中因振动能量不同而分为若干个n = 0、1、2、3……的振动能级,在同一电子能级和同一振动能级中,还因转动能量不同而分为若干个J = 0、1、2、3……的转动能级。 由于分子非谐振性质,各倍频峰并非正好是基频峰的整数倍,而是略小一些。以HCl为例:基频峰(n0→1) 2885.9 cm-1 *强二倍频峰( n0→2 ) 5668.0 cm-1 较弱三倍频峰( n0→3 ) 8346.9 cm-1 很弱四倍频峰( n0→4 ) 10923.1 cm-1 极弱五倍频峰( n0→5 ) 13396.5 cm-1 极弱除此之外,还有合频峰(n1+n2,2n1+n2,¼),差频峰( n1-n2,2n1-n2,¼ )等,这些峰多数很弱,一般不容易辨认。倍频峰、合频峰和差频峰统称为泛频峰。 红外光谱特点1)红外吸收只有振-转跃迁,能量低;2)应用范围广:除单原子分子及单核分子外,几乎所有有机物均有红外吸收;3)分子结构更为精细的表征:通过红外光谱的波数位置、波峰数目及强度确定分子基团、分子结构;4)定量分析;5)固、液、气态样均可用,且用量少、不破坏样品;6)分析速度快;7)与色谱等联用(GC-FTIR)具有强大的定性功能。