石河子大学化学化工学院 教案 开课单位：化学化工学院 课程名称：分析化学（二） 专业年级：药学、中药专业 任课教师：赵芳 教材名称：分析化学
石河子大学化学化工学院 教 案 开课单位：化学化工学院 课程名称：分析化学（二） 专业年级：药学、中药专业 任课教师： 赵 芳 教材名称： 分析化学
学年第学期 授课 内容 第四章红外吸收光谱法 课时安排6学时 教学 了解红外吸收光谱法的特点，掌握红外吸收光谱法的原理：分子的振动： 红外吸收光谱产生的条件和谱带强度：基团振动与红外光谱区域：影响基团 要求 频率位移的因素。了解红外光谱仪的构造及红外吸收法的应用。 教学 教学重点：红外吸收光谱法的原理：红外吸收光谱仪的基本原理及应用。 重点 难点 教学难点：红外吸收光谱法的原理。 教学 方 多媒体课件，以讲授为主 手段 第一节概述 一、红外光谱法特点 二、红外光谱图表示方法 第二节红外吸收基本理论 一、分子振动 学 二、红外吸收光谱产生的条件和谱带强度 内 三、基团振动与红外光谱区域 容 四、影响基团频率位移的因素 第三节红外吸收光谱仪 提 、红外光谱仪主要部件 纲 二、色散型红外光谱仪 三、傅里叶变换红外光谱仪 第四节红外吸收光谱分析 一、试样的制备 二、红外吸收光谱分析
2 学年第 学期 授课 内容 第四章 红外吸收光谱法 课时安排 6 学时 教学 目的 要求 了解红外吸收光谱法的特点, 掌握红外吸收光谱法的原理：分子的振动； 红外吸收光谱产生的条件和谱带强度；基团振动与红外光谱区域；影响基团 频率位移的因素。了解红外光谱仪的构造及红外吸收法的应用。 教学 重点 难点 教学重点：红外吸收光谱法的原理；红外吸收光谱仪的基本原理及应用。 教学难点：红外吸收光谱法的原理。 教学 方法 手段 多媒体课件，以讲授为主 教 学 内 容 提 纲 第一节 概述 一、红外光谱法特点 二、红外光谱图表示方法 第二节 红外吸收基本理论 一、分子振动 二、红外吸收光谱产生的条件和谱带强度 三、基团振动与红外光谱区域 四、影响基团频率位移的因素 第三节 红外吸收光谱仪 一、红外光谱仪主要部件 二、色散型红外光谱仪 三、傅里叶变换红外光谱仪 第四节 红外吸收光谱分析 一、试样的制备 二、红外吸收光谱分析
课外 学习 理解并掌握本章所讲内容，完成课后思考题2、5、7。 要求 红外吸收光谱法 第一节概述 1红外光谱法特点 1.1红外光谱不涉及分子的电子能级，主要是振动能级跃迁。 红外光谱波长范围约为0.78~1000um: (1)近红外光区(0.78~2.5um) (2)中红外光区(2.5~50μm) (3)远红外光区(50~1000m) 与紫外可见吸收光谱法比较，红外光谱法具有以下特点： (1)紫外可见吸收光谱是电子振转光谱，涉及主要是电子能级跃迁，常用于研究不饱 和有机物，特别是具有共轭体系的有机化合物：而红外光谱是振转光谱，涉及振动能级 的跃迁，几乎（除了单原子分析和同核双原子分子外）可用于所有化合物的研究。 (2)红外光谱法最重要和最广泛的用途是对有机化合物进行结构分析。 (3)物质对红外光谱的吸收强度与物质含量也符合郎伯比尔定律，也可用于定量分析 但干扰较大。 (4)可测定气体、液体、固体样品，并且试样用量少，分析速度快，不破坏样品。 2红外光谱图表示方法 红外光谱图一般用下。曲线或下入曲线来表示： 3
3 课外 学习 要求 理解并掌握本章所讲内容，完成课后思考题 2、5、7。 教学 后记 红外吸收光谱法 第一节 概 述 1 红外光谱法特点 1.1 红外光谱不涉及分子的电子能级，主要是振动能级跃迁。 红外光谱波长范围约为 0.78~ 1000µm： （1）近红外光区（0.78 ~ 2.5µm ） （2）中红外光区（2.5 ~ 50µm ） （3）远红外光区（50 ~ 1000 µm ） 与紫外-可见吸收光谱法比较，红外光谱法具有以下特点： （1）紫外-可见吸收光谱是电子-振-转光谱，涉及主要是电子能级跃迁，常用于研究不饱 和有机物，特别是具有共轭体系的有机化合物；而红外光谱是振-转光谱，涉及振动能级 的跃迁，几乎（除了单原子分析和同核双原子分子外）可用于所有化合物的研究。 （2）红外光谱法最重要和最广泛的用途是对有 机化合物进行结构分析。 （3）物质对红外光谱的吸收强度与物质含量也符合郎伯-比尔定律，也可用于定量分析， 但干扰较大。 （4）可测定气体、液体、固体样品，并且试样用量少，分析速度快，不破坏样品。 2 红外光谱图表示方法 红外光谱图一般用 T- 曲线或 T- λ曲线来表示 ：
10 (a)线形波长表示法 (b)线形波数表示法 第一节 红外吸收基本理论 1分子振动 1.1谐振子分子不是一个刚体，分子中的原子以平衡点为中心，以非常小的振幅（与原 子核之间的距离相比)作周期性的振动，最简单的双原子分子的振动，经典方法可以用 一个弹簧两端连结两个小球的谐振子来模拟。 谐振子对简单的双原子分子的振动可以用谐振子模型来模拟： (4-1) k:化学键力常数 μ为折合质量 可见分子振动频率与化学键的力常数、原子质量有关系。如果用量子力学 来处理，求解得到分子的振动能级EV与谐振子振动频率的关系为 E,=(±he6=(c±m 12非谐振子 实际上双原子分子并非理想的谐振子，比较双原子分子与谐振动位能曲线如图所示 a是谐振子振动位能曲线，bb是真实双原子振动位能曲线。随着v增大，能级间的间 隔逐渐减小：当ⅴ较小时，真实分子振动情况与谐振子振动比较近似。 解高能
4 （a）线形波长表示法 （b）线形波数表示法 第一节 红外吸收基本理论 1 分子振动 1.1 谐振子 分子不是一个刚体，分子中的原子以平衡点为中心，以非常小的振幅（与原 子核之间的距离相比）作周期性的振动，最简单的双原子分子的振动，经典方法可以用 一个弹簧两端连结两个小球的谐振子来模拟。 谐振子 对简单的双原子分子的振动可以用谐振子模型来模拟： 1 2 k v = （4－1） k:化学键力常数 μ 为折合质量 可见分子振动频率与化学键的力常数、原子质量有关系。如果用量子力学 来处理，求解得到分子的振动能级 EV 与谐振子振动频率的关系为 1 1 ( ) ( ) 2 2 E v he v hv v = = 1.2 非谐振子 实际上双原子分子并非理想的谐振子，比较双原子分子与谐振动位能曲线如图所示 aa′ 是谐振子振动位能曲线，bb′是真实双原子振动位能曲线。随着 增大，能级间的间 隔逐渐减小；当 较小时，真实分子振动情况与谐振子振动比较近似
双原子分子振动位能比较a'一谐振子振动位能曲线bb'一双原子振动位能曲线 1.3分子的振动形式 (1)伸缩振动 原子沿键轴方向伸缩，键长发生周期性变化而键角不变的振动称为伸缩振动，用符号 v表示。它又可以分为对称伸缩振动(ws,symmetrical)和不对称伸缩振动(vas, asymmetrical)。对同一基团，不对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动， (2)变形振动（又称弯曲振动或变角振动） 变形振动是指基团键角发生周期变化而键长不变的振动称为变形振动，用符号δ表 示。 变形振动又分为面内变形和面外变形振动。 面内变形振动又分为剪式（以δ表示）和平面摇摆振动（以p表示）。 面外变形振动又分为非平面摇摆（以▣表示）和扭曲振动（以τ表示）。 (3)振动自由度振动自由度，即独立振动数，用来描述多原子分子振动形式的多少 每个振动自由度相当于红外光谱图上一个基频吸收带。 即独立振动数，表示多原子分子振动形式的多少。 对非线性分子： 3n-6 n为原子数 对线性分子： 3n-5 3红外吸收光谱产的条件和谱带强度 3.1分子吸收红外辐射的条件 分子吸收红外辐射必须同时满足以下两个条件： (1)辐射应具有刚好满足振动跃迁所需的能量。 (2)只有能使偶极矩发生变化的振动形式才能吸收红外辐射。 3.2吸收谱带的强度 红外吸收谱带的强弱与分子偶极矩变化的大小有关，根据量子理论红外光谱 的强度与分子振动时偶极矩变化的平方成正比。 如：c=c双键和c-0双键的振动，由于c-0双键振动时，偶极矩变化较c=C双键大， 因此c0键的谱带强度比c=℃双大得多。 偶极矩的变化与固有偶极矩有关，一般极性比较强的分子或基团吸收强度都 比较大 3.3基团振动与红外光谱区域
5 双原子分子振动位能比较 aa′－谐振子振动位能曲线 bb′－双原子振动位能曲线 1.3 分子的振动形式 （1）伸缩振动 原子沿键轴方向伸缩，键长发生周期性变化而键角不变的振动称为伸缩振动，用符号 表示。它又可以分为对称伸缩振动 (s，symmetrical) 和不对称伸缩振动 (as， asymmetrical)。对同一基团，不对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动。 （2）变形振动（又称弯曲振动或变角振动） 变形振动是指基团键角发生周期变化而键长不变的振动称为变形振动，用符号 表 示。 变形振动又分为面内变形和面外变形振动。 面内变形振动又分为剪式（以 表示）和平面摇摆振动（以 表示）。 面外变形振动又分为非平面摇摆（以 表示）和扭曲振动（以 表示）。 （3）振动自由度 振动自由度，即独立振动数，用来描述多原子分子振动形式的多少。 每个振动自由度相当于红外光谱图上一个基频吸收带。 即独立振动数，表示多原子分子振动形式的多少。 对非线性分子： 3n − 6 n 为原子数 对线性分子： 3n − 5 3 红外吸收光谱产的条件和谱带强度 3.1 分子吸收红外辐射的条件 分子吸收红外辐射必须同时满足以下两个条件： （1）辐射应具有刚好满足振动跃迁所需的能量。 （2）只有能使偶极矩发生变化的振动形式才能吸收红外辐射。 3.2 吸收谱带的强度 红外吸收谱带的强弱与分子偶极矩变化的大小有关，根据量子理论红外光谱 的强度与分子振动时偶极矩变化的平方成正比。 如：c=c 双键和 c=0 双键的振动，由于 c=0 双键振动时，偶极矩变化较 c=c 双键大， 因此 c=0 键的谱带强度比 c=c 双大得多。 偶极矩的变化与固有偶极矩有关，一般极性比较强的分子或基团吸收强度都 比较大 3.3 基团振动与红外光谱区域