1产生红外吸收光谱必备的条件

红外光谱实验报告一、实验原理：1、红外光谱法特点：由于许多化合物在红外区域产生特征光谱，因此红外光谱法广泛应用于这些物质的定性和定量分析，特别是对聚合物的定性分析，用其他化学和物理方法较为困难，而红外光谱法简便易行，特别适用于聚合物分析。

2、红外光谱的产生和表示红外光谱定义：分子吸收红外光引起的振动能级跃迁和转动能级跃迁而产生的吸收信号。

分子发生振动能级跃迁需要的能量对应光波的红外区域分类为：i.近红外区：10000-4000cm-1ⅱ.中红外区：4000-400cm-1——最为常用，大多数化合物的化键振动能级的跃迁发生在这一区域。

ⅲ.远红外区：400-10cm-1产生红外吸收光谱的必要条件：1）分子振动：只有在振动过程中产生偶极矩变化时才能吸收红外辐射。

ⅰ.双原子分子的振动：（一种振动方式）理想状态模型——把两个原子看做由弹簧连接的两个质点，用此来描述即伸缩振动；图1 双原子分子的振动模型ⅱ.多原子分子的振动：（简正振动，依据键长和键角变化分两大类）伸缩振动：对称伸缩振动反对称伸缩振动弯曲振动：面内弯曲：剪切式振动（变形振动）平面摇摆振动面外弯曲振动：扭曲振动非平面摇摆振动※同一种键型，不对称伸缩振动频率大于对称伸缩振动频率，伸缩振动频率大于弯曲振动频率。

※当振动频率和入射光的频率一致时，入射光就被吸收，因而同一基团基本上总是相对稳定地在某一特定范围内出现吸收峰。

ⅲ.分子振动频率：基频吸收（强吸收峰）：基态到第一激发态所产生分子振动的振动频率。

倍频吸收（弱吸收峰）：基态到第二激发态，比基频高一倍处弱吸收，振动频率约为基频两倍。

组频吸收（复合频吸收）：多分子振动间相互作用，2个或2个以上基频的和或差。

※由于E振动>E转动，分子吸收红外光，从低的振动能级向高的振动能级跃迁时，必然伴随着转动能级的跃迁，因此红外光谱图是正负效应叠加，呈曲线而非直线ⅳ.分子振动自由度：基本振动的数目称为振动自由度。

红外吸收光谱产生的条件
红外吸收光谱的产生需要满足分子具有振动模式和偶极矩，红外辐射的能量与分子振动能量匹配，分子与红外辐射发生相互作用等条件。

1.分子具有振动模式：红外吸收光谱是通过分子的振动模式来产生的，因此分子必须具有振动模式。

分子的振动模式包括伸缩振动、弯曲振动、扭转振动等，不同的振动模式对应不同的红外吸收峰。

2.分子具有偶极矩：红外吸收光谱是通过分子的偶极矩来产生的，因此分子必须具有偶极矩。

偶极矩是由分子中正负电荷分布不均引起的，具有偶极矩的分子可以吸收红外辐射。

3.红外辐射的能量与分子振动能量匹配：红外辐射的能量与分子振动能量之间必须存在匹配关系，才能产生红外吸收光谱。

红外辐射的能量通常在4000-400 cm-1范围内，对应着分子的不同振动模式。

4.分子与红外辐射的相互作用：分子必须与红外辐射发生相互作用，才能产生红外吸收光谱。

分子与红外辐射的相互作用通常是通过分子中的振动模式来实现的，分子吸收红外辐射后，分子的振动模式发生变化，产生红外吸收峰。

产生红外吸收光谱的条件是什么是否所有的分子振动都能引起红外吸收光谱为什么①分子中某官能团的振动频率与外界辐射频率相等②分子中有偶极矩的变化不是，物质吸收辐射能量的实质是外界辐射迁移它的能量到分子中去，而这种能量的转移是通过分子偶极矩变化来实现的，并非所有的振动都会产生红外吸收光谱，只有发生偶极矩变化的振动才能引起可观测的红外吸收谱带。

影响基团频率的因素有哪些外部因素：试样状态（气液固）、测试条件、溶剂极性内部因素：（1）电效应①诱导效应，电负性越大，基团的振动频率想高频移动②共轭效应，共轭效应使电子云密度平均化，振动频率降低③偶极场效应（2）氢键，使基团的频率降低（3）振动偶合（4）费米共振（5）立体障碍（6）环的张力以单聚焦质谱仪为例，说明组成仪器各个主要部分的作用及原理1、真空系统，质谱仪的离子源、质量分析器、检测器必须处于高真空状态。

2、进样系统将样品气化为蒸汽送入质谱仪离子源中。

样品在进样系统中被适当加热后转化为气体。

3、离子源，被分析的气体后蒸汽进入离子源后通过电子轰击（电子轰击离子源）、化学电离（化学电离源）等转化为碎片离子然后进入4、质量分析器，自离子源产生的离子束在加速电极电场作用下被加速获得一定的动能，再进入垂直于离子运动方向的均匀磁场中，由于受到磁场力的作用而改变运动方向做圆周运动，使不同质合比的离子顺序达到检测器差生检测信号而得到质谱图。

5、离子检测器，通常以电子倍增管检测离子流。

比较电子轰击离子源、场致电离源及场解析电离源的特点。

解：（1）电子轰击源，电子轰击的能量远高于普通化学键的键能，因此过剩的能量引起分子多个键的断裂，产生许多碎片离子，因而能够提供分子结构的一些重要的官能团信息，但对于相对分子质量较大、或极性大，难气化，热稳定性差的有机化合物，在加热和电子轰击下，分子易破碎，难以给出完整分子离子信息。

（2）在场致电离源的质谱图上，分子离子峰很清楚，但碎片峰则较弱，因而对于相对分子质量的测定有利，但缺乏分子结构信息。

第三章 红外吸收光谱法第二节 基本原理一、红外光谱产生的条件分子中的原子以平衡点为中心，作周期性的相对运动，这种运动方式称为振动。

不同的振动方式具有不同的能量，故分为若干振动能级。

同一振动能级又包含若干转动能级。

红外吸收光谱是由于物质吸收红外光的能量，引起分子中振动转动能级的跃迁而产生的。

物质的分子吸收红外光必须满足如下两个条件：（1）红外光辐射的能量应恰好能满足振动能级跃迁所需要的能量，也就是说红外光辐射的频率与分子中某基团的振动频率相同时，红外光辐射的能量才能被吸收，而产生吸收谱带。

（2）在振动过程中，分子必须有偶极矩的改变。

极性分子就整体而言是呈电中性的。

但由于构成分子的各原子电负性不同，分子呈不同的极性。

以偶极矩μ来衡量，μ＝q .d ，如图3－2。

偶极矩μ是分子中正、负电荷的大小q 与正、负电荷中心的距离d 的乘积。

分子具有确定的偶极矩变化频率。

因为分子中的原子在平衡位置不断地振动，在振动过程中，正、负电荷的大小q 不变，而正负电荷中心的距离d 呈周期性变化，引起偶极矩呈周期性的变化。

当红外光频率与分子的偶极矩变化频率一致时，由于振动偶合而增加振动能，使振幅增大。

如果振动时没有偶极矩的变化，不吸收红外辐射，就不能产生红外吸收光谱，如N 2，O 2，Cl 2等对称分子。

二、分子的振动形式与红外吸收光谱红外光谱图中吸收谱带的位置与强弱，是由分子中基团的振动方式决定的。

一般极性强的分子或基团，吸收谱带的强度都比较大，而极性比较弱的分子或基团吸收谱带的强度比较弱。

1、双原子分子的振动把双原子分子看作是质量为m 1与m 2的两个小球，把连接它们的化学键看作是质量可以忽略的弹簧，原子在平衡位置附近作伸缩振动，那么，双原子分子的伸缩振动，可以近似地看成是沿键轴方向的简谐振动，如图3－3。

双原子分子可以看成是谐振子，根据经典力学（胡克定律）得如下公式：σ＝――― ――式中：σ为简谐振动的波数；c 为光速；N A 为阿伏加德罗常数；K 是连结原子的化学键的力常数（单位为N/Cm ）。

简述红外吸收光谱产生的条件
红外吸收光谱是一种用于分析物质的非破坏性技术，它基于物质分子吸收红外辐射的特性。

产生红外吸收光谱需要满足以下条件：
1.源辐射：产生红外辐射的源，如红外灯或者激光等。

这些源产生的辐射通常在红外波段具有
强度和稳定性。

2.样品：样品应该是纯净、干燥、透明的，以保证所测得的吸收谱是样品本身的特征。

3.模拟：样品与红外辐射相互作用后，辐射会被吸收、散射或透射。

通过测量透射或吸收的辐
射强度，可以得到样品的红外吸收光谱。

4.检测：需要使用红外光谱仪进行测量。

红外光谱仪通常由光源、光栅或者干涉仪、检测器等
组成。

需要注意的是，红外吸收光谱产生的条件也受限于样品的性质和所研究的波长范围。

某些物质在红外波段吸收较弱或者不吸收，因此可能无法产生明显的红外吸收光谱。

此外，样品的形态、浓度、厚度等因素也会对红外吸收光谱的表现产生影响。

红外光谱分析法试题一、简答题1.产生红外吸收的条件是什么?是否所有的分子振动都会产生红外吸收光谱?为什么?2．以亚甲基为例说明分子的基本振动模式.3.何谓基团频率?它有什么重要用途?4．红外光谱定性分析的基本依据是什么？简要叙述红外定性分析的过程．5．影响基团频率的因素有哪些?6．何谓指纹区？它有什么特点和用途？二、选择题1.在红外光谱分析中，用 KBr制作为试样池，这是因为 ( )A KBr晶体在 4000～ 400cm -1 范围内不会散射红外光B KBr在 4000～ 400 cm -1 范围内有良好的红外光吸收特性C KBr在 4000～ 400 cm -1 范围内无红外光吸收D 在 4000～ 400 cm -1 范围内，KBr 对红外无反射2.一种能作为色散型红外光谱仪色散元件的材料为 ( )A 玻璃B 石英C 卤化物晶体D 有机玻璃3.并不是所有的分子振动形式其相应的红外谱带都能被观察到，这是因为 ( )A 分子既有振动运动，又有转动运动，太复杂B 分子中有些振动能量是简并的C 因为分子中有 C、H、O以外的原子存在D 分子某些振动能量相互抵消了4.下列四种化合物中，羰基化合物频率出现最低者为 ( )A IB IIC IIID IV5.在下列不同溶剂中，测定羧酸的红外光谱时，C＝O伸缩振动频率出现最高者为 ( )A 气体B 正构烷烃C 乙醚D 乙醇6.水分子有几个红外谱带，波数最高的谱带对应于何种振动? ( )A 2个，不对称伸缩B 4个，弯曲C 3个，不对称伸缩D 2个，对称伸缩7.苯分子的振动自由度为( )A 18B 12C 30D 318.在以下三种分子式中C＝C双键的红外吸收哪一种最强?(1) CH3－CH = CH2(2) CH3－CH = CH－CH3（顺式）(3) CH3－CH = CH－CH3（反式）( )A（1）最强 B (2)最强 C (3)最强 D 强度相同9.在含羰基的分子中，增加羰基的极性会使分子中该键的红外吸收带( )A 向高波数方向移动B 向低波数方向移动C 不移动D 稍有振动10.以下四种气体不吸收红外光的是( )A H2OB CO 2C HClD N211.某化合物的相对分子质量Mr=72,红外光谱指出,该化合物含羰基,则该化合物可能的分子式为( )A C4H8OB C3H4O 2C C3H6NOD (1) 或(2)12.红外吸收光谱的产生是由于( )A 分子外层电子、振动、转动能级的跃迁B 原子外层电子、振动、转动能级的跃迁C 分子振动-转动能级的跃迁D 分子外层电子的能级跃迁13. Cl2分子在红外光谱图上基频吸收峰的数目为( )A 0B 1C 2D 314.红外光谱法试样可以是( )A 水溶液B 含游离水C 含结晶水D 不含水15.能与气相色谱仪联用的红外光谱仪为( )A 色散型红外分光光度计B 双光束红外分光光度计C 傅里叶变换红外分光光度计D 快扫描红外分光光度计16.试比较同一周期内下列情况的伸缩振动(不考虑费米共振与生成氢键)产生的红外吸收峰,频率最小的是( )A C-HB N-HC O-HD F-H17.已知下列单键伸缩振动中C-C C-N C-O键力常数k/(N•cm-1) 4.5 5.8 5.0吸收峰波长λ/μm 6 6.46 6.85问C-C, C-N, C-O键振动能级之差⊿E顺序为( )A C-C > C-N > C-OB C-N > C-O > C-CC C-C > C-O > C-ND C-O > C-N > C-C18.一个含氧化合物的红外光谱图在3600～3200cm -1有吸收峰,下列化合物最可能的是( )A CH3－CHOB CH3－CO-CH3C CH3－CHOH-CH3D CH3－O-CH2-CH319.用红外吸收光谱法测定有机物结构时,试样应该是( )A 单质B 纯物质C 混合物D 任何试样20.下列关于分子振动的红外活性的叙述中正确的是( )A 凡极性分子的各种振动都是红外活性的,非极性分子的各种振动都不是红外活性的B 极性键的伸缩和变形振动都是红外活性的C 分子的偶极矩在振动时周期地变化,即为红外活性振动D 分子的偶极矩的大小在振动时周期地变化,必为红外活性振动,反之则不是三、填空题1．在分子的红外光谱实验中,并非每一种振动都能产生一种红外吸收带,常常是实际吸收带比预期的要少得多。

1 产生红外吸收光谱必备得条件？答:1 辐射后具有能满足物质产生振动跃迁所需得能量2分子振动有瞬间偶极距变化。

2 过度过冷现象对溶液得影响？避免过度过冷现象得方法？溶液中析出固相得纯溶剂之后,剩余得溶液浓度增加,而在计算机中使用得却就是原始浓度,从而引入误差,所以要避免过度得过冷现象。

避免过度过冷现象得方法:①加入少量得晶种作为晶核。

②增加搅拌速度。

4简答:红外区可分为哪几个区？答:①近红外区,②中红外区或基频红外区,③远红外区。

5 简述红外光谱,紫外光谱,核磁共振谱以及质谱各自得原理、答:1、当分子振动引起分子偶极矩变化时,就能形成稳定得交变电场,其频率与分子振动频率相同,可以与相同频率得红外辐射发生相互作用,使分子吸收红外辐射得能量跃迁到高能态,从而产生红外吸收光谱、2.紫外光谱就是分子中电子吸收得变化而产生得,当样品分子或原子吸收电子后外层电子由基态跃迁到激发态、不同结构得样品分子其跃迁方式不同,而且吸收光得波长范围不同,吸光得频率也不同,可根据波长范围吸光度鉴别不同物质结构方面得差异、3、当原子核吸收得辐射能量与核能级相等时,就发生能级跃迁,从而产生核磁共振信号、4、质谱分析法就是通过对样品离子得质量与强度得测定来进行成分与结构分析得一种方法、6简述几种主要因素影响差热分析仪所测结果答案:1、样品量:样品量少,样品分辨率高,但灵敏度下降,一般根据样品热效应大小调节样品量,一般为3~5mg。

2、升温速度,一般升温速度范围在每分钟5~20度。

3、气氛:一般使用惰性气体,如N2、Ar、He等,气流速度恒定,控制在10ml/min,否则会引起基线波动。

7、简述判断分子离子峰得方法、第一,瞧质谱中质量最大得峰,多数情况下质谱中高质量端得峰就就是分子离子峰;第二,最高质量得峰与临近碎片离子峰之间得质量差就是否合理;第三,根据氮规则判断第四,如果分子离子峰太弱,或经过判断后认为分子离子峰没有出现,可通过改进实验技术测定相对分子质量。

红外光谱的原理及应用红外光谱的原理及应用(一)红外吸收光谱的定义及产生分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。

当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动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（二）基本原理1产生红外吸收的条件(1)分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化。

对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。

如：N2、O2、Cl2 等。

非对称分子：有偶极矩，红外活性。

(2)只有当照射分子的红外辐射的频率与分子某种振动方式的频率相同时，分子吸收能量后，从基态振动能级跃迁到较高能量的振动能级，从而在图谱上出现相应的吸收带。

2分子的振动类型伸缩振动：键长变动，包括对称与非对称伸缩振动弯曲振动：键角变动，包括剪式振动、平面摇摆、非平面摇摆、扭曲振动3几个术语基频峰：由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；倍频峰：由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰；组频：如果分子吸收一个红外光子，同时激发了基频分别为v1和v2的两种跃迁，此时所产生的吸收频率应该等于上述两种跃迁的吸收频率之和，故称组频。

特征峰：凡是能用于鉴定官能团存在的吸收峰，相应频率成为特征频率。

相关峰：相互可以依存而又相互可以佐证的吸收峰称为相关峰4影响基团吸收频率的因素（1 外部条件对吸收峰位置的影响：物态效应、溶剂效应（2分子结构对基团吸收谱带的影响：诱导效应：通常吸电子基团使邻近基团吸收波数升高，给电子基团使波数降低。

共轭效应：基团与吸电子基团共轭，使基团键力常数增加，因此基团吸收频率升高，基团与给电子基团共轭，使基团键力常数减小，因此基团吸收频率降低。

偶极矩是描述分子极性的重要物理量之一，通过偶极矩的测量和分析，可以了解分子的结构和性质。

而红外吸收光谱是一种常用的分析方法，通过测量分子在红外光区的吸收情况，可以获取有关分子振动和旋转的信息。

在红外吸收光谱分析中，偶极矩的变化对于谱线的形成起着重要作用。

在这里，我们将探讨偶极矩对红外吸收光谱的影响，主要从以下几个方面展开讨论。

1. 偶极矩的物理意义偶极矩是描述分子极性的物理量，它可以用来表示分子内部正负电荷分布的不平衡情况。

当分子中正负电荷中心不重合时，就会产生偶极矩。

偶极矩的大小和方向可以影响分子与外部电场的相互作用，从而影响分子在外部电场中的取向。

这种取向的变化会引起分子内部的振动和旋转，从而产生红外吸收光谱。

2. 偶极矩与红外吸收当分子处于电场中时，偶极矩会向电场的方向取向。

在红外吸收光谱中，分子吸收红外光子的能量，会导致分子内部振动和旋转状态的变化。

这些变化所带来的谱线就是红外吸收光谱中的特征谱线。

而偶极矩的变化会影响分子在外部电场中的取向，进而影响分子的振动和旋转状态，从而影响产生的红外吸收光谱。

3. 偶极矩净变化不为0的必要性在分子的红外吸收光谱中，如果偶极矩的净变化为0，那么该分子将不会展现出红外吸收特征。

这是因为偶极矩的变化是红外吸收的必要条件，只有具有偶极矩变化的分子才能产生红外吸收光谱。

偶极矩净变化不为0是产生红外吸收光谱的前提条件。

4. 偶极矩与分子结构的关系分子的结构决定了分子的偶极矩大小和方向。

具有不同结构的分子会具有不同的偶极矩，进而会展现出不同的红外吸收光谱特征。

通过对分子结构和偶极矩的研究，可以更深入地理解分子的红外吸收行为。

总结而言，偶极矩净变化不为0是产生红外吸收光谱的必要条件。

偶极矩的变化会影响分子在外部电场中的取向，进而影响分子的振动和旋转状态，从而影响产生的红外吸收光谱。

通过对偶极矩和红外吸收光谱的研究，可以更好地理解分子的结构和性质，为实验和应用提供了重要参考。

1 产生红外吸收光谱必备的条件？答：1 辐射后具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量2分子振动有瞬间偶极距变化。

2 过度过冷现象对溶液的影响？避免过度过冷现象的方法？溶液中析出固相的纯溶剂之后，剩余的溶液浓度增加，而在计算机中使用的却是原始浓度，从而引入误差，所以要避免过度的过冷现象。

避免过度过冷现象的方法：①加入少量的晶种作为晶核。

②增加搅拌速度。

4简答：红外区可分为哪几个区？答：①近红外区，②中红外区或基频红外区，③远红外区。

5 简述红外光谱,紫外光谱,核磁共振谱以及质谱各自的原理.答:1.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.2.紫外光谱是分子中电子吸收的变化而产生的,当样品分子或原子吸收电子后外层电子由基态跃迁到激发态.不同结构的样品分子其跃迁方式不同,而且吸收光的波长范围不同,吸光的频率也不同,可根据波长范围吸光度鉴别不同物质结构方面的差异.3.当原子核吸收的辐射能量与核能级相等时,就发生能级跃迁,从而产生核磁共振信号.4.质谱分析法是通过对样品离子的质量和强度的测定来进行成分和结构分析的一种方法.6简述几种主要因素影响差热分析仪所测结果答案：1.样品量：样品量少，样品分辨率高，但灵敏度下降，一般根据样品热效应大小调节样品量，一般为3~5mg。

2.升温速度，一般升温速度范围在每分钟5~20度。

3.气氛：一般使用惰性气体，如N2、Ar、He等，气流速度恒定，控制在10ml/min,否则会引起基线波动。

7.简述判断分子离子峰的方法.第一，看质谱中质量最大的峰，多数情况下质谱中高质量端的峰就是分子离子峰；第二，最高质量的峰与临近碎片离子峰之间的质量差是否合理；第三，根据氮规则判断第四，如果分子离子峰太弱，或经过判断后认为分子离子峰没有出现，可通过改进实验技术测定相对分子质量。