华工红外光谱IR课件
合集下载
第三章红外光谱IR
• 杂散光不影响检测。 • 对温度湿度要求不高。
红外样品的制备
• 固体样品：溴化钾压片法 、糊状法 、溶 液法 、薄膜法 、显微切片 、热裂解法
• 液体样品的制备：溶液法、成膜法 • 气体样品的制备：充入气体样品槽。
气体样品槽
各种化学键的红外吸收位置
六、各种有机化合物的红外光谱
• 饱和烃 • 不饱和烃 • 醇、酚和醚 • 含羰基化合物 • 含氮化合物 • 其他含杂原子有机化合物 • 金属有机化合物 • 高分子化合物 • 无机化合物
环的张力增大时, 环上有关官能团的吸收频率逐 渐升高。 环内双键的C=C伸缩振动吸收频率随环的减小而降低。
VC=C 1645
1610 1560
H
H
H
υ C=C υ =C H
1645cm-1 3017cm-1
1610cm-1 3040cm-1
1565cm-1 3060cm-1
5、空间位阻
一般共轭使振动频率降低
• 含有若干个相同的化学键的振动频率发生 分裂的现象称为耦合效应。当一个化学键 的伸缩振动与另一个化学键的振动吸收频 率很接近时，就会发生振动耦合。
• 一个化学键的某一种振动的基频和他自己 或另一个连在一起的化学键的某一种振动 的倍频或组频很接近时，可以发生耦合， 这种耦合成为费米共振。
五. 红外吸收峰的强度
1、烷烃
• C-H伸缩振动：对称伸缩振动（ν s）和反对称 伸缩振动（ν as） ，在2800-3000cm-1之间， ν as较ν s在较高频率。
• C-H弯曲振动：1475-700 cm-1 ，甲基的对称变 形振动出现在1375 cm-1处 ，对于异丙基和叔 丁基，吸收峰发生分裂。
• 碳碳骨架振动：750-720cm-1为-(CH2)2-的骨架 振动，1253-1000cm-1为分叉甲基的骨架振动。
红外样品的制备
• 固体样品：溴化钾压片法 、糊状法 、溶 液法 、薄膜法 、显微切片 、热裂解法
• 液体样品的制备：溶液法、成膜法 • 气体样品的制备：充入气体样品槽。
气体样品槽
各种化学键的红外吸收位置
六、各种有机化合物的红外光谱
• 饱和烃 • 不饱和烃 • 醇、酚和醚 • 含羰基化合物 • 含氮化合物 • 其他含杂原子有机化合物 • 金属有机化合物 • 高分子化合物 • 无机化合物
环的张力增大时, 环上有关官能团的吸收频率逐 渐升高。 环内双键的C=C伸缩振动吸收频率随环的减小而降低。
VC=C 1645
1610 1560
H
H
H
υ C=C υ =C H
1645cm-1 3017cm-1
1610cm-1 3040cm-1
1565cm-1 3060cm-1
5、空间位阻
一般共轭使振动频率降低
• 含有若干个相同的化学键的振动频率发生 分裂的现象称为耦合效应。当一个化学键 的伸缩振动与另一个化学键的振动吸收频 率很接近时，就会发生振动耦合。
• 一个化学键的某一种振动的基频和他自己 或另一个连在一起的化学键的某一种振动 的倍频或组频很接近时，可以发生耦合， 这种耦合成为费米共振。
五. 红外吸收峰的强度
1、烷烃
• C-H伸缩振动：对称伸缩振动（ν s）和反对称 伸缩振动（ν as） ，在2800-3000cm-1之间， ν as较ν s在较高频率。
• C-H弯曲振动：1475-700 cm-1 ，甲基的对称变 形振动出现在1375 cm-1处 ，对于异丙基和叔 丁基，吸收峰发生分裂。
• 碳碳骨架振动：750-720cm-1为-(CH2)2-的骨架 振动，1253-1000cm-1为分叉甲基的骨架振动。
红外光谱学习课件之红外光谱IR
13-9
The diatomic molecule can absorb IR radiation having a frequency that is exactly the same as the molecule's vibrational frequency. When the molecule absorbs energy, the atoms are displaced by a greater distance, but the vibrational frequency remains unchanged.
13-26
Carbon-Carbon Bond Stretching
Stronger
bonds absorb at higher frequencies:
• C-C
• C=C • CC
1200 cm-1
1660 cm-1 2200 cm-1 (weak or absent if internal)
Bonds with more s character absorb at a higher
frequency.
• sp3 C-H, just below 3000 cm-1 (to the right) • sp2 C-H, just above 3000 cm-1 (to the left) • sp C-H, at 3300 cm-1
Conjugation
lowers the frequency:
1640-1680 cm-1
• isolated C=C
• conjugated C=C
• aromatic C=C
1620-1640 cm-1
approx. 1600 cm-1
IR课件2011(1)
3N=平动自由度十转动自由度十振动自由度
(a)
(b)
(c)
转动自由度是由原子围绕着一个通过其质心的轴转 动引起的。只有原子在空间的位置发生改变的转动才能形 成一个自由度 。
振动自由度=3N －（转动自由度+平动自由度）
z y x
图
线性分子转动形式
基本振动类型（Modes of vibration） （1）伸缩振动： k较大，吸收峰频率高 对称伸缩振动 symmetrical stretching（s） 不对称伸缩振动 asymmetrical（ as）
特征基团频率和指纹频率的分界线
常见基团的振动吸收频率范围
红外光谱的分区
4000-2500cm-1:这是X-H单键的伸缩振动区。 2500-2000cm-1:此处为叁键和累积双键伸缩振动区 2000-1500cm-1:此处为双键伸缩振动区 1500-600cm-1:此区域主要提供C-H弯曲振动的信息
伸缩振动耦合
振动偶合
弯曲振动耦合 伸缩与弯曲振动偶合
例如 异丙基
CH3 C CH3
O
在IR光谱中由于-CH3的弯曲振动发生裂分 在1385cm-和1375cm-出现两个峰 羰基C=O的伸缩振动发生裂分， 在1820cm-，1760cm-出现两个峰
酸酐
O
C C O
费米共振
当弱的倍频(或组合频)峰位于某强的基频吸收峰附近时,它 们的吸收峰强度常常随之增加或发生谱峰分裂。这种倍频（或 组合频）与基频之间的振动偶合,称为费米共振。
红外光区分三个区段： 近红外区：0. 8~2.5 m，13333~4000/cm-1,
(用于研究 O-H,N-H等单键的倍频、组频吸收）
中红外区：2.5~25 m，4000~400/cm-1, 基频振动区
《红外光谱》PPT课件
）
(cm-1) = 104 / λ (μ m)
纵坐标：吸光度（A）或透光率（T） 多以百分透光率T%来表示
*
T = I / I0 （遵守Lambert-Beer定律
）
A = lg (1 / T)
IR中，“谷”越深（T越小），吸光 度越大，吸收强度越强。
*
二、红外光谱基本原理
满足两个条件： (1)辐射能满足物质产生振动能级跃迁所需的能量； (2)伴随净的偶极矩的变化。
*
对称伸缩振动s 非对称伸缩振动as 剪式振动
面内摇摆
*
面外摇摆
扭曲振动
分子振动自由度
研究多原子分子时，常把复杂振动分解为许多简单的基本振动， 这些基本振动数目称为分子的振动自由度，简称分子自由度。
原子在三维空间的位置可用x，y，z表示，即3个自由度。
含N个原子的分子，分子自由度的总数为3N个。
分子总的自由度3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度
非线性分子：3N-6 （平动3、转动3） 线性分子：3N-5 （平动3、转动2）
*
峰位、峰数与峰强
（1）峰位 化学键的力常数K越大，原子折合质量越小，键的
振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之， 出现在低波数区（高波长区）。
（2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极距变化时， 无红外吸收。
（3）瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越 大（极性越大），吸收峰越强。
（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强吸收峰，基频峰。
（5）由基态跃迁到第二激发态或更高激发态，产生的弱的吸收 峰，倍频峰。
*
影响吸收谱带位置的主要因素（内部因素）
1. 诱导效应（I效应）
(cm-1) = 104 / λ (μ m)
纵坐标：吸光度（A）或透光率（T） 多以百分透光率T%来表示
*
T = I / I0 （遵守Lambert-Beer定律
）
A = lg (1 / T)
IR中，“谷”越深（T越小），吸光 度越大，吸收强度越强。
*
二、红外光谱基本原理
满足两个条件： (1)辐射能满足物质产生振动能级跃迁所需的能量； (2)伴随净的偶极矩的变化。
*
对称伸缩振动s 非对称伸缩振动as 剪式振动
面内摇摆
*
面外摇摆
扭曲振动
分子振动自由度
研究多原子分子时，常把复杂振动分解为许多简单的基本振动， 这些基本振动数目称为分子的振动自由度，简称分子自由度。
原子在三维空间的位置可用x，y，z表示，即3个自由度。
含N个原子的分子，分子自由度的总数为3N个。
分子总的自由度3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度
非线性分子：3N-6 （平动3、转动3） 线性分子：3N-5 （平动3、转动2）
*
峰位、峰数与峰强
（1）峰位 化学键的力常数K越大，原子折合质量越小，键的
振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之， 出现在低波数区（高波长区）。
（2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极距变化时， 无红外吸收。
（3）瞬间偶基距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越 大（极性越大），吸收峰越强。
（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强吸收峰，基频峰。
（5）由基态跃迁到第二激发态或更高激发态，产生的弱的吸收 峰，倍频峰。
*
影响吸收谱带位置的主要因素（内部因素）
1. 诱导效应（I效应）
仪器分析课件红外光谱IR
31.12.2020
h
7
红外光谱的基本概念
振动的基本形式
分子振动一般分为伸缩振动和弯曲振动两大类。 伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角 不变的振动称为伸缩振动。用符号v表示。它又分为对称 （vs）和不对称（vas）伸缩振动。对同一基团来说，不对 称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动。
1. 辐射光具有的能量与发生振动跃迁时所需的能量相等 2. 辐射与物质之间有偶合作用。红外跃迁是偶极矩诱导
的，分子由于构成它的各原子的电负性的不同而显示不同 的极性，通常用分子的偶极矩（）来描述分子极性的大 小。只有发生偶极矩变化（△≠0）的振动才能引起可观 测的红外吸收光谱，该分子称之为红外活性的,如CO2分子； △=0的分子振动不能产生红外振动吸收，称为非红外活 性的, 如O2分子
31.12.2020
h
11
红外光谱的三要素
1.峰位 分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光
波谱的一定范围，如：C=O的伸缩振动一般在1700 cm-1左右。
υC=O 1715 cm-1 υC=O 1780 cm-1 υC=O 1650 cm-1
313.11.21.22.0220020
《红外h光谱 》
➢ 由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固 体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快， 不破坏样品的特点。因此，红外光谱法不仅能进 行定性和定量分析，而且是鉴定化合物和测定分 子结构最有用的方法之一。
31.12.2020
h
6
红外光谱的基本概念
产生红外吸收的条件
红外光谱是由于分子振动能级（同时伴随转动能级） 跃迁而产生的，物质吸收红外辐射应满足两个条件：
➢ 除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之 外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。 除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子 量上只有微小差异的化合物外，凡是具有结构不同 的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。源自31.12.2020h
《红外光谱IR》课件
CHAPTER
在化学中的应用
化合物鉴定
通过红外光谱的特征峰，可以确定化 合物的官能团和化学键，进而确定化 合物的结构。
反应机理研究
红外光谱可以监测化学反应过程中分 子振动模式的改变，从而揭示反应机 理。
混合物分析
通过分析混合物中各组分的红外光谱 ，可以确定混合物中各组分的含量。
化学键常数测定
通过分析红外光谱的峰位和强度，可 以计算化学键的力常数和键长等参数 。
《红外光谱IR》PPT课件
目录
CONTENTS
• 红外光谱的基本原理 • 红外光谱的应用 • 红外光谱实验技术 • 红外光谱的局限性 • 未来展望
01 红外光谱的基本原理
CHAPTER
红外光谱的产生
分子振动
01
分子中的原子或分子的振动会产生能量变化，当这种变化与入
射光的能量相匹配时，就会产生光的吸收。
打开红外光谱仪，预热并 校准仪器。
将样品放置在样品槽中， 确保样品平整且无气泡。
根据实验需求，设置合适 的扫描范围和分辨率。
开始扫描，记录红外光谱 数据。
实验数据处理与分析
01
数据整理
将实验获得的红外光谱数据进行整 理，去除异常值和噪声。
谱峰识别与归属
根据谱峰的位置和形状，识别并归 属相应的官能团或化学键。
在生物医学中的应用
药物研究
红外光谱可以用于研究药物分子的结构和活 性，以及药物与生物分子的相互作用。
医学诊断
通过分析生物样品的红外光谱，可以检测生 物体内的代谢产物和异常生理状态。
生物分子结构研究
红外光谱可以用于研究生物大分子的结构和 振动模式，如蛋白质、核酸等。
生物组织研究
红外光谱可以用于研究生物组织的结构和组 成，如皮肤、肌肉等。
在化学中的应用
化合物鉴定
通过红外光谱的特征峰，可以确定化 合物的官能团和化学键，进而确定化 合物的结构。
反应机理研究
红外光谱可以监测化学反应过程中分 子振动模式的改变，从而揭示反应机 理。
混合物分析
通过分析混合物中各组分的红外光谱 ，可以确定混合物中各组分的含量。
化学键常数测定
通过分析红外光谱的峰位和强度，可 以计算化学键的力常数和键长等参数 。
《红外光谱IR》PPT课件
目录
CONTENTS
• 红外光谱的基本原理 • 红外光谱的应用 • 红外光谱实验技术 • 红外光谱的局限性 • 未来展望
01 红外光谱的基本原理
CHAPTER
红外光谱的产生
分子振动
01
分子中的原子或分子的振动会产生能量变化，当这种变化与入
射光的能量相匹配时，就会产生光的吸收。
打开红外光谱仪，预热并 校准仪器。
将样品放置在样品槽中， 确保样品平整且无气泡。
根据实验需求，设置合适 的扫描范围和分辨率。
开始扫描，记录红外光谱 数据。
实验数据处理与分析
01
数据整理
将实验获得的红外光谱数据进行整 理，去除异常值和噪声。
谱峰识别与归属
根据谱峰的位置和形状，识别并归 属相应的官能团或化学键。
在生物医学中的应用
药物研究
红外光谱可以用于研究药物分子的结构和活 性，以及药物与生物分子的相互作用。
医学诊断
通过分析生物样品的红外光谱，可以检测生 物体内的代谢产物和异常生理状态。
生物分子结构研究
红外光谱可以用于研究生物大分子的结构和 振动模式，如蛋白质、核酸等。
生物组织研究
红外光谱可以用于研究生物组织的结构和组 成，如皮肤、肌肉等。
红外吸收光谱(IR) ppt课件
50年代初期，商品红外光谱仪问世。 70年代中期，红外光谱已成为有机化 合物结构鉴定的最重要的方法。 近十年来，傅里叶变换红外的问世以 及一些新技术的出现，使红外光谱得到更 加广泛的应用。
PPT课件
3
红外光谱法的特点
任何气态、液态、固态样品均可进行红外
光谱测定； 不同的化合物有不同的红外吸收，由红外
PPT课件
20
分子的振动方式
对称伸缩PP振T课动件
伸 缩 振动 改 变 键 长
21
分子的振动方式
不对称伸缩振动 PPT课件
伸 缩 振动 改 变 键 长
22分子的振动方式来自平面剪式弯曲振动 PPT课件弯 曲 振动 改 变 键 角
23
分子的振动方式
平面摇摆弯曲振动 PPT课件
弯 曲 振动 改 变 键 角
IR
PPT课件
S0
10
5. 红外光谱图
PPT课件
11
6. 红外谱图的峰数
由n个原子组成的分子有3n-6个(线性分子为3n-5)振动模 式, 即有3n-6个吸收带。
例：HCl 自由度=3×2-5=1 只有一个伸缩振动 H2O 自由度=3×3-6=3 有三个基本振动模式 C6H6 自由度=3×12-6=30 有30个基本振动模式
第五章 红外吸收光谱(IR)
Infrared Absorption Spectroscopy
PPT课件
1
本章主要内容
1.1红外光谱的基本原理 1.2红外谱图的峰数、峰位与峰强（难点） 1.3红外光谱特征基团的吸收频率（重点） 1.4红外光谱在结构分析中的应用（重点）
PPT课件
2
红外光谱法发展历程
分子中任何一个复杂振动都可以看成这些简 正振动的线性组合。
PPT课件
3
红外光谱法的特点
任何气态、液态、固态样品均可进行红外
光谱测定； 不同的化合物有不同的红外吸收，由红外
PPT课件
20
分子的振动方式
对称伸缩PP振T课动件
伸 缩 振动 改 变 键 长
21
分子的振动方式
不对称伸缩振动 PPT课件
伸 缩 振动 改 变 键 长
22分子的振动方式来自平面剪式弯曲振动 PPT课件弯 曲 振动 改 变 键 角
23
分子的振动方式
平面摇摆弯曲振动 PPT课件
弯 曲 振动 改 变 键 角
IR
PPT课件
S0
10
5. 红外光谱图
PPT课件
11
6. 红外谱图的峰数
由n个原子组成的分子有3n-6个(线性分子为3n-5)振动模 式, 即有3n-6个吸收带。
例：HCl 自由度=3×2-5=1 只有一个伸缩振动 H2O 自由度=3×3-6=3 有三个基本振动模式 C6H6 自由度=3×12-6=30 有30个基本振动模式
第五章 红外吸收光谱(IR)
Infrared Absorption Spectroscopy
PPT课件
1
本章主要内容
1.1红外光谱的基本原理 1.2红外谱图的峰数、峰位与峰强（难点） 1.3红外光谱特征基团的吸收频率（重点） 1.4红外光谱在结构分析中的应用（重点）
PPT课件
2
红外光谱法发展历程
分子中任何一个复杂振动都可以看成这些简 正振动的线性组合。
红外光谱（IR）（InfraredSpectroscopy）
红外光谱（IR）（InfraredSpectroscopy）红外光谱（I R）（Infrared Spectroscopy）第一节：概述1、红外吸收光谱与紫外吸收光谱一样是一种分子吸收光谱。
红外光的能量（△E=0.05-1.0ev）较紫外光（△E=1-20ev）低，当红外光照射分子时不足以引起分子中价电子能级的跃迁，而能引起分子振动能级和转动能级的跃迁，故红外吸收光谱又称为分子振动光谱或振转光谱。
2、红外光谱的特点：特征性强、适用范围广。
红外光谱对化合物的鉴定和有机物的结构分析具有鲜明的特征性，构成化合物的原子质量不同、化学键的性质不同、原子的连接次序和空间位置不同都会造成红外光谱的差别。
红外光谱对样品的适用性相当广泛，无论固态、液态或气态都可进行测定。
3、红外光谱波长覆盖区域：0.76 mm ~ 1000mm.红外光按其波长的不同又划分为三个区段。
（1）近红外：波长在0.76-2.5mm之间（波数12820-4000cm-1）（2）中红外：波长在2.5-25mm（在4000-400 cm-1）通常所用的红外光谱是在这一段的（2.5-15mm，即4000-660 cm-1）光谱范围，本章内容仅限于中红外光谱。
（3）远红外：波长在25~1000mm（在400-10 cm-1）转动光谱出现在远红外区。
4、红外光谱图：当物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一样时，分子就要吸收能量，从原来的振动能级跃迁到能量较高的振动能级，将分子吸收红外光的情况用仪器记录，就得到红外光谱图。
5、红外光谱表示方法：（1）红外光谱图红外光谱图以透光率T％为纵坐标，表示吸收强度，以波长l ( mm)或波数s (cm-1)为横坐标，表示吸收峰的位置，现主要以波数作横坐标。
波数是频率的一种表示方法（表示每厘米长的光波中波的数目）。
通过吸收峰的位置、相对强度及峰的形状提供化合物结构信息，其中以吸收峰的位置最为重要。
（2）将吸收峰以文字形式表示：如下图可表示为，3525cm-1（m)，3097cm-1(m)，1637cm-1(s)。
【课件】红外光谱(IR)的原理及其谱图的分析
C≡C
键长 （nm）
0.154
0.134
0.116
键能 （KJ mol-1）
347.3
610.9
836.8
力常数 k（N.cm-1）
4.5
9.6
15.6
波数范围 （cm-1） 700～1200
1620～1680
2100～2600
一些常见化学键的力常数如下表所示：
键型 O H N H C H C H C H C N C C C O C C C O C C k /N.cm-1 7.7 6.4 5.9 5.1 4.8 17.7 15.6 12.1 9.6 5.4 4.5
红外光谱
一、基本原理 二、红外光谱仪及样品制备技术 三、影响振动频率的因素 四、各类有机化合物的红外特征吸收 五、红外谱图解析及应用
一、 基本原理
1.1 近红外、中红外和远红外
波段名称 波长 μ
波数（cm-1）
近红外 0.75—2.5
13300－4000
中红外 2.5－25
4000－400
远红外
25－1000
2.制样方法
(1) 固体样品的制备 a.压片法: 将1~2mg固体试样与200mg纯KBr研细混合，
研磨到粒度小于2μm，在油压机上压成透明薄片， 即可用于测定。
b.糊状法: 研细的固体粉末和石蜡油调成糊状，涂在两盐 窗上，进行测试，此法可消除水峰的干扰。
液体石蜡本身有红外吸收，此法不能用来研究 饱和烷烃的红外吸收。
3000-3600cm-1
μ：12/13=0.92
14/15=0.93 16/17=0.94
X-H键伸缩振动频率（cm-1）
C-H 2900 Si-H 2150 Ge-H 2070 Sn-H 1850
键长 （nm）
0.154
0.134
0.116
键能 （KJ mol-1）
347.3
610.9
836.8
力常数 k（N.cm-1）
4.5
9.6
15.6
波数范围 （cm-1） 700～1200
1620～1680
2100～2600
一些常见化学键的力常数如下表所示：
键型 O H N H C H C H C H C N C C C O C C C O C C k /N.cm-1 7.7 6.4 5.9 5.1 4.8 17.7 15.6 12.1 9.6 5.4 4.5
红外光谱
一、基本原理 二、红外光谱仪及样品制备技术 三、影响振动频率的因素 四、各类有机化合物的红外特征吸收 五、红外谱图解析及应用
一、 基本原理
1.1 近红外、中红外和远红外
波段名称 波长 μ
波数（cm-1）
近红外 0.75—2.5
13300－4000
中红外 2.5－25
4000－400
远红外
25－1000
2.制样方法
(1) 固体样品的制备 a.压片法: 将1~2mg固体试样与200mg纯KBr研细混合，
研磨到粒度小于2μm，在油压机上压成透明薄片， 即可用于测定。
b.糊状法: 研细的固体粉末和石蜡油调成糊状，涂在两盐 窗上，进行测试，此法可消除水峰的干扰。
液体石蜡本身有红外吸收，此法不能用来研究 饱和烷烃的红外吸收。
3000-3600cm-1
μ：12/13=0.92
14/15=0.93 16/17=0.94
X-H键伸缩振动频率（cm-1）
C-H 2900 Si-H 2150 Ge-H 2070 Sn-H 1850
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
⑤ 偶合作用
两个频率相同或相近的基团联结在一起时，会发生偶合作用，使原来的吸收 带分裂成两个吸收带。
O
1820cm-1 O 中的两个C=O基发生偶合，谱带分裂为双峰 如： 1750cm-1 R—C CH3 1383cm-1 O 异丙基 —CH 也发生偶合，而使CH3分裂 1365cm-1 CH
R—C
(ΔE=0.05～1ev； 2 =1.25－125μm)
(ΔE=1～20ev； =0.06－1.25μm)
远红外
(ΔE=0.05～0.005ev； =25－250μm)
红外光谱区
区域 近红外 中红外 远红外 λ(μm) 0.75～2.5 2.5~50 50～1000 σ(cm-1 ) 13000 ~4000 4000~200 200~10 ν (Hz) 4.0×1014 ～ 1.2×1014 1.2×1014 ～ 6.0×1012 6.0×1012 ～ 3.0×1011 能级跃迁类型
5、偶合效应 两个频率相同或相近的基团联结在一起时，会发生偶合作用，使原来的吸收带 分裂成两个吸收带。
6、费米共振 7、物态变化及溶剂的影响
18
2.2 聚合物的红外光谱
聚合物中各基团与低分子化合物的基团有相似的红外光谱吸收带： 如： C=O 的特征吸收频率 均在 1720cm-1 附近
PE
第二章 红外光谱法
2.1 红外光谱基本知识
组成物质的原子和分子都以各种不同的形式运动着。 红外光谱属于 分子吸收光谱。 原子或分子从低能级被激发到高能级时，必须吸收相应于两能级差 ΔE的能量；而从高能级跃迁到低能级时要放出相应于ΔE的能量。这一 能级差相应于电磁辐射的波长为： c E hc △E c λ= 或 ν= △E h h 波长：m，cm；h－普朗克常数 波数：σ ＝1/ ——横坐标 红外吸收谱带的强度——纵坐标 E分子＝E电子运动＋E原子间的振动＋E分子的转动 紫 外 红外
16
2.1.5 影响谱带位移的因素
⑦ 物态变化及溶剂的变化 气态：距离远，不受周围分子影响。 液态：分子间作用强，易产生位移。尤其是强的氢键，使频率降低 结晶固体：相互作用加强，使谱带分裂 （如无规PE的CH2面内摇摆在720cm-1
而结晶态PE的CH2分裂为两个：720，731cm-1） 溶液状态：除了氢键外，溶剂的极性也有影响 （IR测试中尽量不用溶剂或用非极性溶剂）
空 间 位 阻
—C—CH3 O
（A）
环张力
—C—CH3 O CH3
（B）
<
<
1745 cm-1 1784 cm-1
Vc=o：1715 cm-1
Vc=o： 1663 cm-1 <
1686 cm-1环张源自越大，振动频率越高空间位阻增大，共轭效应受到限制，双键性增加
12
空间位阻效应妨碍共轭
13
④ 氢键效应(hydrogen bond effects)
d2 x = - kx 则m d t2 x = A cos (2πv t + Ф) 1 2πc k m
v= v（波数）与K成正比； 与原子质量成反比
v=
c
1 2π
k m
用波数表示 v =
c 对双原子分子来说，约合质量μ=
m1 m2代替m： m1+m2
1 2πc
k μ
单键：k = 4~6×10 2 N/m
OH、NH及CH键
倍频吸收区 振动,转动 骨架振动 转动
最常用
2.5～15
4000~670
1.2×1014 ～ 2.0×1013
绝大多数有机物和无机离子的化学键基频吸收都出现 在中红外区。通常说的红外光谱实指中红外光谱区。 3
2.1
分子振动和红外吸收
N个原子组成分子，所有原子自由度3n 分子振动自由度：3n－6（除去3个平动自由度和3个转动自由度基本振动数） 直线型分子的振动自由度：3n－5
不同分子中，特定的基团频率相近，只在小范围内随所处的化学环境而改变。
特征频率区：4000－1300cm-1区域的谱带归属明确， 主要为含氢基团或多键原子的伸缩振动谱带 指 纹 区：1300－400cm-1的区域谱带繁多，较难做出明确归属， 但每个化合物都有不同，即使一些同系物或结构相近的化合物
20
为了便于记忆和查找方便，按照聚合物的最 强谱带位置，把1800~600cm-1分成六个区：
实验测得C=O的实际波数在1850~1650 cm-1之间（随所处的化学环境而变）
8
2.1.3 影响分子振动波数的因素
1） 影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化学键力常数 k 和原子质量。
k 大，化学键的振动波数高 。
1 2c
K
如：K值：单键4－6×102N/m < 双键8－10×102N/m < 叁键12－18×102 N/m
kCC(2222cm-1) > kC=C(1667cm-1) > kC-C(1429cm-1)（质量相近）
如:
质量m大， μ增大，化学键的振动波数低 。
C-C(1430cm-1) < C-N(1330cm-1) < C-O(1280cm-1)(力常数相近） O-H的伸缩振动= 3700cm-1> O-D的 =2600cm-1
负电性原子 有未共用电子对原子
R-X-H ...... Y-R’
氢 键
可形成氢键的原子：O、N、F、S、P等原子，Cl 原子极性强，但体积大，所以氢键弱
伸缩振动：氢键弱 弯曲振动：氢键强
谱带变宽，吸收强度大，向低频移动 使谱带变窄，向高频移动
分子内氢键：取决于分子内部结构，不受溶剂种类、浓度和温度变化的影响 可 区 别 两 种 氢 键 （ 溶 液 稀 释 ） 如：邻羟基苯甲酸（分子内氢键）： O-H伸缩： 3000cm-1
波数：v =
如：C=O
1 2πc
k μ
但同一化学键或基团的特征吸收频率，在不同分子 和外界环境中有所不同，存在一定的频率范围。
在COCl中：1790cm-1 在CONH2中：1680cm-1
影响位移的因素有内部结构因素和外部因素：
① 诱导效应(Inducement effects)
在具有一定极性的共价键中，取代基的电负性不同而产生不同程度的静电诱导作用， 引起分子中电荷分布的变化，从而改变键力常数，使振动频率发生变化.
14
空间位阻效应
分子内含有体积较大的基团时，立体效应影响氢键的形成。
X——叔丁基
OH CH3 OH X X OH CH3
OH
X
X
X
CH3
CH3
酚羟基伸缩振动频率： 3300cm-1
CH3
3540cm-1
3580cm-1
3630cm-1
空间位阻效应，影响了氢键的形成，振动频率向高频方向移动。
15
2.1.5 影响谱带位移的因素
共轭效应， 双键振动频率减小
11
2.1.5 影响谱带位移的因素
③ 键力常数和空间效应的影响 直链分子：
C
正四面体，键角 109º 28 ′
键 力 常 数
但有时，因结合条件不同，键角改变，引起键能改变，导致频率位移。 如 环丙烷： 键角60º 109º 28 ′，其C-H伸缩振动频率提高为 ，< 3030cm-1, 而且，环张力越大，频率越高： O O O
十二烷 CH2的面内摇摆振动 C-H的伸缩振动 C-H的弯曲振动
聚乙烯和十二烷的IR谱图，PE是结晶聚合物，C区有两个峰，其中731cm-1是结晶峰 19
2.3 基团频率及聚合物红外光谱
1、基团频率
定义：具有相同化学键或官能团的一系列化合物有近似的共同 的红外吸收频率。
如：含-OH的低分子和高分子化合物都在 3000-3700cm-1产生红外吸收谱带；
H2O
对称伸缩振动vs 不对称伸缩振动vas 弯曲振动δ 对称伸缩振动vs 伸缩振动v 不对称伸缩振动vas 剪式振动 平面摇摆振动r 扭绞振动t 面外摇摆振动w
分子振动方式
键长变，键角不变 面内弯曲振动β 弯曲振动δ
面外弯曲振动γ
键长不变，键角变
4
2.1.1 分子吸收红外辐射的条件及吸收强度
分子吸收红外辐射须满足两个条件：
Ⅰ区：1800-1700cm-1（聚酯、聚羧酸和聚酰亚胺类）
Ⅱ区：1700-1500cm-1（聚酰胺类、聚脲和天然多肽）
Ⅲ区：1500-1300cm-1（饱和聚烃和有极性基团取代的聚烃类） Ⅳ区：1300-1200cm-1（芳香族聚醚、聚砜和含氯化合物）
Ⅴ区：1200-1000cm-1（脂肪族聚醚类、醇类和含硅、氟的聚合物）
极性较弱的分子或基团其吸收强度较弱：如C=C，S=S，N=N等
对苯分子来说，几乎无偶极矩变化，吸收很弱； 但氢原子被取代后，对称性被破坏，在1600cm－1处有较强谱带。
b. 分子或基团的浓度：浓度越高，吸收强度就越大
5
举例
聚乙烯PE的红外光谱
Vs（CH2 Vas （CH2） ：2925cm－1
）：2850cm－1
其中，键力常数k与键能有关
双键：k = 8~10×10 2 N/m 叁键：k =12~18×10 2 N/m
7
例如： 羰基C=O的伸缩振动键 K≈12×102 N/m， μ=
m1 m2 1 10 3 = 1.14×10-26 (kg) m1 m2 N
1 2c
K
则
Vc=o = 1722 (cm-1)
C-Cl的 ＝800－600cm-1> C-Br的 ＝600－500cm-1> C-I的 ＝530－470cm-1
两个频率相同或相近的基团联结在一起时，会发生偶合作用，使原来的吸收 带分裂成两个吸收带。
O
1820cm-1 O 中的两个C=O基发生偶合，谱带分裂为双峰 如： 1750cm-1 R—C CH3 1383cm-1 O 异丙基 —CH 也发生偶合，而使CH3分裂 1365cm-1 CH
R—C
(ΔE=0.05～1ev； 2 =1.25－125μm)
(ΔE=1～20ev； =0.06－1.25μm)
远红外
(ΔE=0.05～0.005ev； =25－250μm)
红外光谱区
区域 近红外 中红外 远红外 λ(μm) 0.75～2.5 2.5~50 50～1000 σ(cm-1 ) 13000 ~4000 4000~200 200~10 ν (Hz) 4.0×1014 ～ 1.2×1014 1.2×1014 ～ 6.0×1012 6.0×1012 ～ 3.0×1011 能级跃迁类型
5、偶合效应 两个频率相同或相近的基团联结在一起时，会发生偶合作用，使原来的吸收带 分裂成两个吸收带。
6、费米共振 7、物态变化及溶剂的影响
18
2.2 聚合物的红外光谱
聚合物中各基团与低分子化合物的基团有相似的红外光谱吸收带： 如： C=O 的特征吸收频率 均在 1720cm-1 附近
PE
第二章 红外光谱法
2.1 红外光谱基本知识
组成物质的原子和分子都以各种不同的形式运动着。 红外光谱属于 分子吸收光谱。 原子或分子从低能级被激发到高能级时，必须吸收相应于两能级差 ΔE的能量；而从高能级跃迁到低能级时要放出相应于ΔE的能量。这一 能级差相应于电磁辐射的波长为： c E hc △E c λ= 或 ν= △E h h 波长：m，cm；h－普朗克常数 波数：σ ＝1/ ——横坐标 红外吸收谱带的强度——纵坐标 E分子＝E电子运动＋E原子间的振动＋E分子的转动 紫 外 红外
16
2.1.5 影响谱带位移的因素
⑦ 物态变化及溶剂的变化 气态：距离远，不受周围分子影响。 液态：分子间作用强，易产生位移。尤其是强的氢键，使频率降低 结晶固体：相互作用加强，使谱带分裂 （如无规PE的CH2面内摇摆在720cm-1
而结晶态PE的CH2分裂为两个：720，731cm-1） 溶液状态：除了氢键外，溶剂的极性也有影响 （IR测试中尽量不用溶剂或用非极性溶剂）
空 间 位 阻
—C—CH3 O
（A）
环张力
—C—CH3 O CH3
（B）
<
<
1745 cm-1 1784 cm-1
Vc=o：1715 cm-1
Vc=o： 1663 cm-1 <
1686 cm-1环张源自越大，振动频率越高空间位阻增大，共轭效应受到限制，双键性增加
12
空间位阻效应妨碍共轭
13
④ 氢键效应(hydrogen bond effects)
d2 x = - kx 则m d t2 x = A cos (2πv t + Ф) 1 2πc k m
v= v（波数）与K成正比； 与原子质量成反比
v=
c
1 2π
k m
用波数表示 v =
c 对双原子分子来说，约合质量μ=
m1 m2代替m： m1+m2
1 2πc
k μ
单键：k = 4~6×10 2 N/m
OH、NH及CH键
倍频吸收区 振动,转动 骨架振动 转动
最常用
2.5～15
4000~670
1.2×1014 ～ 2.0×1013
绝大多数有机物和无机离子的化学键基频吸收都出现 在中红外区。通常说的红外光谱实指中红外光谱区。 3
2.1
分子振动和红外吸收
N个原子组成分子，所有原子自由度3n 分子振动自由度：3n－6（除去3个平动自由度和3个转动自由度基本振动数） 直线型分子的振动自由度：3n－5
不同分子中，特定的基团频率相近，只在小范围内随所处的化学环境而改变。
特征频率区：4000－1300cm-1区域的谱带归属明确， 主要为含氢基团或多键原子的伸缩振动谱带 指 纹 区：1300－400cm-1的区域谱带繁多，较难做出明确归属， 但每个化合物都有不同，即使一些同系物或结构相近的化合物
20
为了便于记忆和查找方便，按照聚合物的最 强谱带位置，把1800~600cm-1分成六个区：
实验测得C=O的实际波数在1850~1650 cm-1之间（随所处的化学环境而变）
8
2.1.3 影响分子振动波数的因素
1） 影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化学键力常数 k 和原子质量。
k 大，化学键的振动波数高 。
1 2c
K
如：K值：单键4－6×102N/m < 双键8－10×102N/m < 叁键12－18×102 N/m
kCC(2222cm-1) > kC=C(1667cm-1) > kC-C(1429cm-1)（质量相近）
如:
质量m大， μ增大，化学键的振动波数低 。
C-C(1430cm-1) < C-N(1330cm-1) < C-O(1280cm-1)(力常数相近） O-H的伸缩振动= 3700cm-1> O-D的 =2600cm-1
负电性原子 有未共用电子对原子
R-X-H ...... Y-R’
氢 键
可形成氢键的原子：O、N、F、S、P等原子，Cl 原子极性强，但体积大，所以氢键弱
伸缩振动：氢键弱 弯曲振动：氢键强
谱带变宽，吸收强度大，向低频移动 使谱带变窄，向高频移动
分子内氢键：取决于分子内部结构，不受溶剂种类、浓度和温度变化的影响 可 区 别 两 种 氢 键 （ 溶 液 稀 释 ） 如：邻羟基苯甲酸（分子内氢键）： O-H伸缩： 3000cm-1
波数：v =
如：C=O
1 2πc
k μ
但同一化学键或基团的特征吸收频率，在不同分子 和外界环境中有所不同，存在一定的频率范围。
在COCl中：1790cm-1 在CONH2中：1680cm-1
影响位移的因素有内部结构因素和外部因素：
① 诱导效应(Inducement effects)
在具有一定极性的共价键中，取代基的电负性不同而产生不同程度的静电诱导作用， 引起分子中电荷分布的变化，从而改变键力常数，使振动频率发生变化.
14
空间位阻效应
分子内含有体积较大的基团时，立体效应影响氢键的形成。
X——叔丁基
OH CH3 OH X X OH CH3
OH
X
X
X
CH3
CH3
酚羟基伸缩振动频率： 3300cm-1
CH3
3540cm-1
3580cm-1
3630cm-1
空间位阻效应，影响了氢键的形成，振动频率向高频方向移动。
15
2.1.5 影响谱带位移的因素
共轭效应， 双键振动频率减小
11
2.1.5 影响谱带位移的因素
③ 键力常数和空间效应的影响 直链分子：
C
正四面体，键角 109º 28 ′
键 力 常 数
但有时，因结合条件不同，键角改变，引起键能改变，导致频率位移。 如 环丙烷： 键角60º 109º 28 ′，其C-H伸缩振动频率提高为 ，< 3030cm-1, 而且，环张力越大，频率越高： O O O
十二烷 CH2的面内摇摆振动 C-H的伸缩振动 C-H的弯曲振动
聚乙烯和十二烷的IR谱图，PE是结晶聚合物，C区有两个峰，其中731cm-1是结晶峰 19
2.3 基团频率及聚合物红外光谱
1、基团频率
定义：具有相同化学键或官能团的一系列化合物有近似的共同 的红外吸收频率。
如：含-OH的低分子和高分子化合物都在 3000-3700cm-1产生红外吸收谱带；
H2O
对称伸缩振动vs 不对称伸缩振动vas 弯曲振动δ 对称伸缩振动vs 伸缩振动v 不对称伸缩振动vas 剪式振动 平面摇摆振动r 扭绞振动t 面外摇摆振动w
分子振动方式
键长变，键角不变 面内弯曲振动β 弯曲振动δ
面外弯曲振动γ
键长不变，键角变
4
2.1.1 分子吸收红外辐射的条件及吸收强度
分子吸收红外辐射须满足两个条件：
Ⅰ区：1800-1700cm-1（聚酯、聚羧酸和聚酰亚胺类）
Ⅱ区：1700-1500cm-1（聚酰胺类、聚脲和天然多肽）
Ⅲ区：1500-1300cm-1（饱和聚烃和有极性基团取代的聚烃类） Ⅳ区：1300-1200cm-1（芳香族聚醚、聚砜和含氯化合物）
Ⅴ区：1200-1000cm-1（脂肪族聚醚类、醇类和含硅、氟的聚合物）
极性较弱的分子或基团其吸收强度较弱：如C=C，S=S，N=N等
对苯分子来说，几乎无偶极矩变化，吸收很弱； 但氢原子被取代后，对称性被破坏，在1600cm－1处有较强谱带。
b. 分子或基团的浓度：浓度越高，吸收强度就越大
5
举例
聚乙烯PE的红外光谱
Vs（CH2 Vas （CH2） ：2925cm－1
）：2850cm－1
其中，键力常数k与键能有关
双键：k = 8~10×10 2 N/m 叁键：k =12~18×10 2 N/m
7
例如： 羰基C=O的伸缩振动键 K≈12×102 N/m， μ=
m1 m2 1 10 3 = 1.14×10-26 (kg) m1 m2 N
1 2c
K
则
Vc=o = 1722 (cm-1)
C-Cl的 ＝800－600cm-1> C-Br的 ＝600－500cm-1> C-I的 ＝530－470cm-1