红外光谱

两个原子之间的共价键可以被认为是具有质量的两个对象, m₁和m₂与弹簧连接。自然, 这种键的拉伸和压缩具有一定的振动频率。此频率由公式 1给出, 其中 k是弹簧的力常数, c是光速, µ是减少的质量 (公式 2)。频率通常以 wavenumbers 表示, 以相反的厘米 (cm^-1) 表达。

从公式 1中, 频率与弹簧的强度成正比, 与物体的质量成反比。因此, 由于氢是一个轻原子, 因此, c h、N h 和 o h 键的拉伸频率比 c-c 和 c o 键高。双和三重键可以被认为是更强的弹簧, 所以一个 c o 双键有一个更高的拉伸频率比一个 c o 单键。红外线是电磁辐射, 波长从 700 nm 到1毫米不等, 这与相对的键强度一致。当一个分子吸收红外光的频率等于共价键的固有振动频率时, 辐射产生的能量会增加键振动的振幅。如果电 (吸引电子的倾向) 在共价键中的两个原子是非常不同的, 电荷分离发生, 结果在一个偶极矩。例如, 在一个 C O 双键 (羰基) 中, 电子比碳原子花费更多的时间在氧原子上, 因为氧比碳更具负电。因此, 有一个净偶极矩, 导致在氧气部分负电荷和部分正电荷碳。另一方面, 对称炔烃没有一个净偶极矩, 因为两个单独的偶极矩在两边相互抵消。当键拉伸或压缩时, 红外吸收的强度与偶极矩的变化成正比。因此, 一个羰基的拉伸将在 IR 中显示一个强波段, 对称的内部炔烃将显示一个小的, 如果不是隐形的, 用于拉伸 c-c 三重键的带 (图 1)。表 1显示了一些特征的吸收频率。图 2显示了 Hantzsch 酯的红外光谱。请注意, 对于羰基基团, 在3343厘米^-1处的峰值为 n-H 单键, 峰值为1695厘米^-1 。在这个实验中, 使用 atr 取样技术, 其中红外光反射的样品与 atr 晶体多次接触。通常使用高折射率的材料, 如锗和硒化锌。这种方法使人能够直接检查固体或液体分析, 无需进一步的准备。

图1。图中显示了 c-O 双和 c-C 三键拉伸和在偶极矩中产生的变化.

表1。有机分子中存在共价键的红外频率特征。

图2。Hantzsch 酯的红外光谱。

表 2: 所列化合物的外观和观察到的 IR 频率图 3。

复合编号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
外观	清液	白色固体	清液	清液	清液	清液	黄色液体	白色固体	白色固体	清液
观察到的频率 (cm-1)	1691, 1601, 1450, 1368, 1266	2773, 2730, 1713, 1591, 1576	2940, 2867, 1717, 1422, 1347	3026, 2948, 2920, 1605, 1496	2928, 2853, 1450, 904, 852	3926, 3315, 2959, 2120, 1461	3623, 3429, 3354, 2904, 1601	3408, 3384, 3087, 1596, 1496	3226, 2966, 1598, 1474, 1238	3340, 2959, 2861, 1468, 1460

在这个实验中, 我们已经证明了如何识别一个未知的样本基于其特征的红外光谱。不同的功能组给出不同的伸展频率, 这使得功能基团的识别成为现实。

如本实验所示, IR 光谱学是有机化学家识别和表征分子的有用工具。除了有机化学之外, 红外光谱在其他领域也有很好的应用。在制药工业中, 该技术用于药物的定量和定性分析。在食品科学中, 红外光谱用于研究脂肪和油脂。最后, 红外光谱用于测量温室气体的组成,即、co₂、co、CH₄和 N₂O, 以了解全球气候变化。