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红外光谱的基础知识(一)

发布时间:2018-12-23 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:7406

一、红外光谱区的划分

习惯上,按红外光波长的不同,往往将红外吸收光谱划分为3个区域,即近红外区(12800~4000cm-1, 0.78~2.5um),为分子化学键振动的倍频和组频;中红外区(4000~400cm-1, 2.5~25um),为化学键振动的基频;远红外区(400~10cm-1,25~1000um),为骨架的振动和转动。化学药品的定性鉴别、晶型分析和定量测定主要采用的是中红外区。

二、红外光谱的表示方法

红外光谱的表示方法常采用百分透光率(T%)为纵坐标、线性波数(v,单位cm-1)或线性波长(λ,单位um)为横坐标进行描述,较少采用吸光度(A)为纵坐标。因此,T-v或T-λ曲线上的“谷”即是红外光谱的吸收峰,这两种表示方法的曲线形状略有差异,T-v曲线“前疏后密”,T-λ曲线“前密后疏”,这是因为T-v曲线是波数等距,T-λ曲线是波长等距。目前的红外光谱多采用T-v曲线描述,即波数等距。但为了防止红外吸收曲线在高波数区过于稀疏,在低波数区又太过密集,一般横坐标会采用两种比例尺,常以2000cm-1为界,见图19-1和图19-2。

图19-1 聚苯乙烯薄膜的红外光谱图(一种比例尺)

图19-2 聚苯乙烯薄膜的红外光谱图(两种比例尺)

二、红外光谱产生的条件

物质分子吸收红外光发生振动和转动能级跃迁,必须满足以下两个条件:一是红外辐射光量子具有的能量等于分子振动能级能量差,二是分子振动时必须伴随偶极矩的变化,具有偶极矩变化的分子振动是红外活性振动,否则为红外非活性振动。

由经典力学或量子力学均可以推出双原子分子振动频率(v)的计算公式为:

用波数作单位时:

式中,k为化学键力常数,单位为达因/厘米(dyn/cm); u为折合质量,单位为克(g),u=其中m1和m2分别为两原子的质量;c为光速(3×1010cm/s)。

若化学键力常数k的单位用N/cm,折合质量u采用原子质量单位m=1.65×10-24g,式(19-2)可以简化为:

由式19-3可知,由分子的基本振动产生的基频峰的波数与化学键力常数(k)的平方根成正比,与折合质量(u)的平方根成反比,即化学键越强,以摩尔原子量表示的折合质量越小,其振动波数就越大。

相关链接:紫外-可见分光光度法应用实例

文章来源:《实用化学药品检验检测技术指南》

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