Phương pháp xác định cấu trúc chất bằng phổ hồng ngoại

PHỔ HỒNG NGOẠI


Giới thiệu sách
 Tài liệu học chính thức :
1/ Nguyễn Đình Triệu
Các phương pháp phổ trong hóa hữu cơ và hóa sinh
NXB ĐHQG Hà nội ,2007
2/ Nguyễn Đình Triệu
Bài tập và thực tập phổ
NXB ĐHQG Hà nội 2007 ( in lần 2)
3/ Nguyễn Đình Triệu
Các phương pháp vật lý ứng dụng trong hóa học
NXB ĐHQG Hà nội ,2006 ( in lần 3 )
4/ Nguyễn Đình Triệu
Các phương pháp phân tích vật lý và hóa lý
Tập 1 , NXB Khoa hoc & Kỹ thuật ,Hà nội 2001, tập 2 - 2006


Ý nghĩa chung
Ngày nay hóa học đang phát triển mạnh
mẽ cả lý thuyết và ứng dụng,hàng năm có
hàng vạn chất mới được tổng hợp hoặc
tách từ thiên nhiên ra do đó yêu cầu tách
tinh khiết và xác minh cấu tạo của chúng
là rất cần thiết,nó địi hỏi phải nhanh và
chính xác.


Ý nghĩa chung
 Xưa kia để chứng minh cấu tạo một chất

có thể mất hàng năm hoặc có khi kéo dài
cả chục năm thì nay có thể thực hiện
được sau vài giờ
Vấn đề cấu tạo các hợp chất hữu cơ
được giải quyết nhanh chóng nhờ các
phương pháp phổ


Ý nghĩa chung
Công thức cấu tạo benzen C6H6 được đề
xuất trước đây

(a)

(b)

(c)

(d)


Ý nghĩa chung
 Cấu tạo vòng benzen hiên nay

(a)

(b)

(c)

(d)


Chương 1

Đại cương về các phương
pháp phổ


Các phương pháp phổ
Phổ hồng ngoại
Phổ Raman
Phổ tử ngoại và khả kiến
Phổ cộng hưởng từ hạt nhân
Phổ khối lượng


Cơ sở của các phương pháp phổ
 Các phương pháp phổ dựa trên cơ sở lí ng pháp phổ dựa trên cơ sở lí dựa trên cơ sở lí a trên cơng pháp phổ dựa trên cơ sở lí sở lí lí
thuyết về sự tương tác của các bức xạ điện t về sự tương tác của các bức xạ điện sựa trên cơ sở lí tương pháp phổ dựa trên cơ sở lí ng tác của các bức xạ điện a các bức xạ điện c xạ điện điện iện n
từ đối với các phân tử. Quá trình tương tác điện ối với các phân tử. Quá trình tương tác i với các phân tử. Quá trình tương tác i các phân tử. Quá trình tương tác . Quá trình tương pháp phổ dựa trên cơ sở lí ng tác
điện ó dẫn đến sự hấp thụ và phát xạ năng n điện ết về sự tương tác của các bức xạ điện n sựa trên cơ sở lí hấp thụ và phát xạ năng p thụ và phát xạ năng và phát xạ năng phát xạ điện năng ng
lượng và có liên quan chặt chẽ đến cấu trúc ng và phát xạ năng có liên quan chặt chẽ đến cấu trúc t chẽ đến cấu trúc điện ết về sự tương tác của các bức xạ điện n cấp thụ và phát xạ năng u trúc
của các bức xạ điện a phân tử. Quá trình tương tác , do điện ó người ta có thể sử dụng i ta có thể sử dụng sử. Quá trình tương tác dụ và phát xạ năng ng
các phương pháp phổ dựa trên cơ sở lí ng pháp phổ dựa trên cơ sở lí điện ể sử dụng xác điện ịnh cấu trúc nh cấp thụ và phát xạ năng u trúc
của các bức xạ điện a chúng.


Bức xạ điện từ
Bức xạ điện từ bao gồm một vùng sóng

rất rộng từ tia X đến súng vụ tuyến .




Các đại lượng đặc trưng của bức xạ điện từ
Bước sóng λ – khoảng cách hai đầu mút
Chu kì T – thời gian ngắn nhất truyền 1 bước sóng
qua 1 điểm trong không gian
Tần số ν ν = 1/T
Năng lượng :
E = hν = hc/λ
Số sóng = 1/λ , đơn vị là cm-1
h - hằng số Planck , c-tốc độ ánh sáng ,ν - tần số ,
λ - bước sóng


Các đại lượng đặc trưng của bức xạ điện từ
c
E h h hc




gọi là bước sóng

 h – hằng số Plank
 Năng lượng E được đo bằng đơn vị eV (electron von),
kcal/mol, cal/mol.
 h = 6,626.10-34J.s = 6,59 eV.s

 1kcal/mol = 103 cal/mol = 4,34.10-2eV


Các đại lượng đặc trưng của bức xạ điện từ
 Giữa các đơn vị năng lượng, chiều dài bước sóng và số
sóng liên hệ với nhau qua các biểu thức dưới đây:
nm

107
28591,2
1239,81
1

cm 
kcal / mol 
eV

E
E

ν ( cm-1) = 0,349758.103.E (kcal/mol )

= 8,06575.103.E (eV)

=

107
nm

E(kcal/mol) = 23,0609.E eV = 2,85912.10-3 ν cm-1 = 28591,2 / λnm

Ví dụ: λ = 400nm, tính E?

E

28591,2
1239,81
kcal / mol 71,5kcal / mol 
eV 3,1eV
400
400


n v ca cỏc i lng bc x in t
Đơn vị năng lợng: thờng dùng eV, kcal/mol, kJ/mol
1 eV=23 kcal/mol~96,5 kJ/mol
Đơn vị bc sóng (): m, cm, m(micromet), nm
(nanomet), A (angstrôm)
1cm =104m = 107nm = 108 A
Đơn vị tần số (): CPS , Hz (Hertz ), KHz (kilohertz ),
MHz (megahertz ).
1 CPS (cycle per second) =1Hz (Hertz)
1MHz=103KHz=106Hz.


Vùng bức xạ điện từ
Phân loại các vùng bức xạ điện từ
Bức xạ
λ, cm
E, eV



 Tia
 Tia Röntgen
 Tử ngoại và khả kiến
 Hồng ngoại
 Vi sóng
 Sóng vơ tuyến

10-11 – 10-8
10-8 – 10-6
10-6 – 10-4
10-4 – 10-2
10-1 – 10
> 100

~ 107
~ 105
~ 10
~ 10-1
~ 10-3
< 10-6


Bức xạ điện c xạ điện điện iện n từ đối với các phân tử. Quá trình tương tác kích thích phân tử
••
Khi các phân tử hấp thụ năng lượng từ bên
ngoài, dẫn đến quỏ trỡnh kớch thớch phõn tử.
••

Tùy theo năng lượng kích thích lớn hay nhỏ có
thể xảy ra q trình quay, dao động hay kích thích
electron .
••
Để kích thích q trình dao động trên có thể sử
dụng tia sáng vùng hồng ngoại (phổ hồng ngoại).
••
Phổ hồng ngoại viết tắt là IR (Infrared).

quay

dao ®éng

kÝch thÝch ®iƯn tö


Kích thích phân tử

Kích thích các q trình quay, dao động
và kích thích electron là bức xạ nằm trong
vùng quang phổ gồm phổ vi sóng (MW), phổ
hồng ngoại (IR), phổ khả kiến (VIS) và tử
ngoại (UV) .

Năng lượng cần thiết cho quá trình quay
nhỏ hơn quá trình dao dộng và q trình kích
thích electron .
 Vùng phổ quang học: UV-VIS-IR –MW

Vùng phổ quang học
Vùng phổ quang học bao gồm từ vùng
phổ tử ngoại (UV),
khả
kiến(VIS),hồng ngoại(IR)
Bước sóng :
50 nm đến 1 mm



nh lut Lambert-Beer
Khi chiếu một chùm tia sáng đơn sắc đi qua một môi tr
ờng vật chất thì cờng độ của tia sáng ban đầu (I0) sẽ bị
giảm đi chỉ còn là I (hình 1.3).
Tỷ số I/I0.100%=T đợc gọi là độ truyền qua.
Tỷ số (I0-I)/Io.100%=A đợc gọi là độ hấp thơ.
 H×nh 1.3 ( d - chiều dày lớp mỏng )

I0

I

d