红外光谱法的基本原理PPT学习教案.pptx

红外光谱法是一种重要的分析技术，它基于分子对红外光的吸收特性来研究物质的结构和性质。在化学和物理学领域，尤其是分析化学和材料科学中，红外光谱被广泛应用于鉴定化合物、确定化学键的存在以及研究分子的振动模式。 红外光谱的基本原理源于分子振动。分子是由原子通过化学键连接的，这些化学键可以视为具有特定弹性的“弹簧”。对于双原子分子，假设原子质量分别为m1和m2，它们沿着化学键的轴线进行简谐振动。分子的振动能量是量子化的，也就是说，只能取一系列离散的能级。能级之间的能量差取决于化学键的力常数K和分子的折合质量μ。折合质量是两个原子质量的乘积除以它们的和，即μ = m1m2/(m1 + m2)。分子吸收红外光并跃迁到更高能级时，所需能量与折合质量和力常数密切相关，这使得红外光谱能够揭示分子的结构信息。 不同类型的化学键具有不同的力常数，因此对应的振动频率和吸收峰位置也不同。例如，C=C双键的力常数通常在9.5至9.9毫达因/埃之间，对应的吸收峰在大约6.0微米的波长。更强的键会有更高的振动频率，吸收峰出现在较高的波数区域。 多原子分子的振动更为复杂，包括伸缩振动（键长沿键轴变化，键角不变）和弯曲振动（键长不变，键角变化）。每个振动模式对应一个特征频率，称为基频，基频峰是红外光谱中的主要吸收峰。此外，还有倍频峰和组合峰，它们由分子吸收更高能量的光子引起的振动跃迁产生，通常强度较弱。 红外光谱仪是实现这些分析的关键工具，分为色散型和傅立叶变换型（FTIR）两大类。色散型红外光谱仪类似于紫外可见分光光度计，由光源、样品池、参比池、光栅和检测器等组件构成。光源通常采用能斯特灯或硅碳棒，提供红外光辐射。吸收池有多种类型，如气体池、液体池和固体样品的压片法或浆糊法处理。光度计通过比较通过样品和参比池的光强度差异来测量吸收，最终绘制出红外光谱图。 傅立叶变换型红外光谱仪通过干涉法获取光谱，它提供了更快速、更精确的光谱数据，并且适用于更广泛的波长范围。这种仪器在现代科学研究和工业应用中非常常见，因为它的性能优越且易于操作。 红外光谱法是利用分子振动特性来鉴定物质的重要方法，通过分析吸收光谱，我们可以深入了解分子结构，这对于化学合成、药物研发、材料科学和环境分析等领域具有重大意义。