1?紅外光的定義
1800年,英國科學(xué)家赫歇爾在實驗室發(fā)現(xiàn)了紅外光。它是一種波長比紅光長的電磁波,具有明顯的熱效應(yīng),使人們感覺到和看不見??茖W(xué)家發(fā)現(xiàn),當(dāng)某些金屬和其他材料的表面照射某些波長的光(可見光或不可見光)時,金屬和其他材料會發(fā)射電子流,稱為光電效應(yīng)。
紅外線,又稱紅外線,是一種波長比可見光長的電磁波(光),波長在770納米到1mm之間。通常,紅外線通常分為三個區(qū)域,接近紅外線區(qū)域(波長780nm~2500nm),中紅外區(qū)(波長25000nm~25000nm),遠紅外區(qū)(波長25μm~1000μm)。一般來說,近紅外光譜是由分子的倍頻和合頻產(chǎn)生的;中紅外光譜屬于分子的基頻振動光譜;遠紅外光譜屬于分子的旋轉(zhuǎn)光譜和某些基團的振動光譜。
由于絕大多數(shù)有機現(xiàn)了絕大多數(shù)有機物和無機物的基頻吸收帶,中紅外地區(qū)是研究和應(yīng)用最多的地區(qū),數(shù)據(jù)積累最多,儀器技術(shù)最成熟。紅外光譜通常是指中紅外光譜。
2?產(chǎn)生紅外光譜
2.1?紅外光譜的定義
光譜分析是一種識別物質(zhì)并確定其化學(xué)成分、結(jié)構(gòu)或相對含量的方法。根據(jù)分析原理,光譜技術(shù)主要分為吸收光譜、發(fā)射光譜和散射光譜;
根據(jù)被測位置的形式,光譜技術(shù)主要包括原子光譜和分子光譜。紅外光譜屬于分子光譜,包括紅外發(fā)射和紅外吸收光譜譜。
當(dāng)一束具有連續(xù)波長的紅外光通過物質(zhì)、振動頻率或旋轉(zhuǎn)頻率與紅外光頻率相同時,分子吸收能量從原基態(tài)振動(旋轉(zhuǎn))動能水平轉(zhuǎn)移到高能振動(旋轉(zhuǎn))動能水平,分子吸收紅外輻射振動和旋轉(zhuǎn)能水平,波長光被物質(zhì)吸收。
因此,紅外光譜本質(zhì)上是一種根據(jù)分子內(nèi)原子之間的相對振動和分子旋轉(zhuǎn)來確定物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)和識別化合物的分析方法。用儀器記錄分子吸收紅外光的情況,得到紅外光譜圖。
當(dāng)外部電磁波照射分子時,如果電磁波的能量等于分子的兩能級差,則該頻率的電磁波被分子吸收,導(dǎo)致分子對應(yīng)能級的跳躍,宏觀表現(xiàn)為透射光強度較小。電磁波能量與分子的兩能級差必須是產(chǎn)生紅外吸收光譜的條件之一,這決定了吸收峰的位置。
紅外光吸收光譜的第二個條件是紅外光與分子之間的偶合作用。為了滿足這種情況,分子振動時的偶極矩必須改變。這實際上保證了紅外光的能量傳遞給分子,通過分子振動偶極矩的變化來實現(xiàn)。
紅外光譜?(Infrared?Spectroscopy,?IR)?研究究開始?20?世紀(jì)初,自?1940?紅外光譜在有機化學(xué)研究中得到了廣泛的應(yīng)用?,F(xiàn)在一些新技術(shù)?(如發(fā)射光譜、光聲光譜、色譜-紅外聯(lián)用等。?紅外光譜技術(shù)的出現(xiàn)使紅外光譜技術(shù)更加蓬勃發(fā)展。
2.2?分子振動類型
伸縮振動和彎曲振動。前者是指原子沿鍵軸的往復(fù)運動,在振動過程中鍵長發(fā)生變化。后者是指垂直于化學(xué)鍵的原子的振動。不同的振動形式通常用不同的符號表示。例如,伸縮振動可分為對稱伸縮振動和反對稱伸縮振動?Vs?和Vas?表示。彎曲振動可分為面內(nèi)彎曲振動(δ)面外彎曲振動(γ)。
2.3?紅外光譜表示法
波長通常用于紅外光譜(λ)或波數(shù)(σ)用透光率表示吸收峰的位置(T%)或吸光度(A)為縱坐標(biāo),表示吸收強度。
l?峰位:吸收峰位(吸收頻率)
各種分子官能團的特征吸收峰只出現(xiàn)在紅外光譜的一定范圍內(nèi),如:C=O伸縮振動一般為1700cm-1范圍左右。
l?峰強:吸收峰強
峰的強度取決于分子振動時偶極矩的變化,偶極矩的變化越小,譜帶強度越弱。
l?峰形:吸收峰形(尖峰、寬峰、肩峰)
紅外吸收可能在同一頻率范圍內(nèi)被不同的基團吸收,如-OH、-NH伸縮振動峰為3400~3200?cm-1.但兩者的峰型形狀明顯不同,峰型的差異有助于識別官能團。
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