第4章 红外吸收光谱分析
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红外吸收光谱分析
基团频率区旳划分
分区根据：因为有机物数目庞大，而构成有
机物旳基团有限；基团旳振动频率取决于K 和
m，同种基团旳频率相近。
划分措施
氢键区 ❖基团特征频率区 叁键区和累积双键区
双键区
❖指纹区
单键区
区域名称 频率范围
基团及振动形式
氢键区 4000～2500cm-1 O－H、C－H、N－H
等旳伸缩振动
叁键和
溶剂效应，极性基团旳伸缩振动频率随溶剂旳极性增 大而降低，但其吸收峰强度往往增强，一般是因为极 性基团和极性溶剂之间形成氢键旳缘故，形成氢键旳 能力越强吸收带旳频率就越低。如丙酮在环己烷中νC=O 为1727cm-1 ，在四氯化碳中为1720cm-1 ，在氯仿中为 1705cm-1 。
分子振动旳自由度
• 电子效应
①诱导效应 ②共轭效应
• 空间效应
①空间位阻 ②环张力
• 氢键
• 二.外部原因
• ①物态效应 • ②溶剂效应
❖电子效应
（1）诱导效应 经过静电诱导作用使分子中 电子云分布发生变化引起K旳变化，从而影 响振动频率。 如 C＝O
吸电子诱导效应使羰基双键性增长，振动频 率增大。
（2）共轭效应 共轭效应使共轭体系中
Varian 680-IR
• 日本岛津： • 傅立叶变换红外光谱仪 IRAffinity-1 • 高信噪比：30,000:1 以上；配置自动除湿装
置，易于维护；外形小巧，占地面积小；标配 杂质分析程序；多种附件能够选择。 • 傅立叶变换红外光谱仪 IRPrestige-21 • 研究级傅立叶红外光谱仪。 • 岛津红外显微镜系统 AIM-8800 • 具有AIM VIEW先进控制系统；具有高敏捷度 旳不需维护旳MCT检测器；多种附件使应用范 围进一步扩展。
第四章 红外光谱
一、波长和波数
电磁波的波长（ ）、频率（ v）、能量（E）之间的关系：
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二、红外光谱的表示方法
红外光谱是研究波数在4000-400cm-1范围内不同
波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。谱图以波 长或波数为横坐标，以透过率为纵坐标而形成。
横坐标：波长/λ或波数/cm-1。 纵坐标：吸光度A或透过率T，
N为分子中成键原子的个数。
例1： H O H 为非线状分子，应有3N－6＝9－6＝3个峰。
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例2：O＝C＝O为线状分子，便有3N－5＝9－5＝ 4个峰。
Why? ①νs O＝C＝O 不改变分子的偶极矩； ②δs O＝C＝O 与δw + O＝C＝O + 简并。
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1900～2500 cm-1，主要是：C≡C、C≡N 三键和 C＝C＝C、C＝N＝O 等累积双键的伸缩振动吸收峰。
(3) Y＝Z双键伸缩振动区（第三峰区） ：
1500～1900 cm-1，主要是：C＝O、C＝N、C＝C等双 键存在。
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2）指纹区：
＜1500 cm-1的低频区，主要是：C－C、C－N、 C－O等单键和各种弯曲振动的吸收峰，其特点是谱带 密集、难以辨认。
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4.1 基本原理
红外光谱就是当红外光照射有机物时，用仪器记录 下来的吸收情况（被吸收光的波长及强度等），用来进行 分析的方法。红外线可分为三个区域：
红外光谱法主要讨论有机物对中红区的吸收（振动能 级跃迁）。
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红外光谱的基本原理:
用不断改变波长的红外光照射样品，当某一波长的频 率刚好与分子中某一化学键的振动频率相同时，分子就会 吸收红外光，产生吸收峰。用波长（λ）或波长的倒数波 数（cm-1）为横坐标，百分透光率（T％）或吸收度（A） 为纵坐标做图，得到红外吸收光谱图（IR）。分子振动所 需能量对应波数范围在400 cm-1～4000 cm-1。
电磁波的波长（ ）、频率（ v）、能量（E）之间的关系：
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二、红外光谱的表示方法
红外光谱是研究波数在4000-400cm-1范围内不同
波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。谱图以波 长或波数为横坐标，以透过率为纵坐标而形成。
横坐标：波长/λ或波数/cm-1。 纵坐标：吸光度A或透过率T，
N为分子中成键原子的个数。
例1： H O H 为非线状分子，应有3N－6＝9－6＝3个峰。
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例2：O＝C＝O为线状分子，便有3N－5＝9－5＝ 4个峰。
Why? ①νs O＝C＝O 不改变分子的偶极矩； ②δs O＝C＝O 与δw + O＝C＝O + 简并。
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1900～2500 cm-1，主要是：C≡C、C≡N 三键和 C＝C＝C、C＝N＝O 等累积双键的伸缩振动吸收峰。
(3) Y＝Z双键伸缩振动区（第三峰区） ：
1500～1900 cm-1，主要是：C＝O、C＝N、C＝C等双 键存在。
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2）指纹区：
＜1500 cm-1的低频区，主要是：C－C、C－N、 C－O等单键和各种弯曲振动的吸收峰，其特点是谱带 密集、难以辨认。
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4.1 基本原理
红外光谱就是当红外光照射有机物时，用仪器记录 下来的吸收情况（被吸收光的波长及强度等），用来进行 分析的方法。红外线可分为三个区域：
红外光谱法主要讨论有机物对中红区的吸收（振动能 级跃迁）。
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红外光谱的基本原理:
用不断改变波长的红外光照射样品，当某一波长的频 率刚好与分子中某一化学键的振动频率相同时，分子就会 吸收红外光，产生吸收峰。用波长（λ）或波长的倒数波 数（cm-1）为横坐标，百分透光率（T％）或吸收度（A） 为纵坐标做图，得到红外吸收光谱图（IR）。分子振动所 需能量对应波数范围在400 cm-1～4000 cm-1。
第四章 傅里叶红外光谱
4
10 ―――波数（cm-1）
―――波长 (µm)
(11)
1 2 )
4.2 润滑油的傅里叶红外光谱分析
4.2.2 红外光谱定量分析原理
分子基团对红Biblioteka 辐射的特征吸收是进行定量分析的基础
样品的吸光性通过分光计进行间接的测量
红外光照射样品后到达分光检测器的光强 强度 之比称为透过率 ，即：
子基团的特征吸收谱带也叫特征峰。吸收谱带极大值的波数位置 称为特征频率。进行基团定性时，是根据基团特征吸收峰来判断 基团的存在与否
(10)
4.2 润滑油的傅里叶红外光谱分析
波数是红外吸收光谱图横坐标常用的物理量之一，单位为cm-1。它 是描述红外线振动特性的物理量。波数与波长的换算关系是：
式中：
(22)
4.3 在用油红外光谱参数的识别
通常表征润滑油硝化的峰位在～1630 cm-1附近；典型值则为20A·cm-1，高值 ＞40 A·cm-1
图为新油和深度硝化在用油的红外光谱 对比（上谱线为深度硝化在用油，下谱 线为新油），硝化深度的急剧增加，意 味着因高温和燃烧条件恶化而生成了大 量的氮氧化物
(3)
4.1 傅里叶红外光谱仪法
4.1.1 傅里叶红外光谱仪的工作原理 红外光谱仪（FT-IR）主要由红外光源、 吸收池、分光系统、检测 系统等几部分组成 检测时，从光源发出的红外光，经过迈克尔逊干涉仪变成干涉光 （消除杂光），再让干涉光经过样品，到探测器，探测器检测到透 过油样的红外线强度，并将其转换成与油样成分、含量相对应的电 压值，然后利用计算机系统把干涉图进行数字变换，最后得到光谱 图 FT－IR光谱仪的核心光学部件为迈科尔逊干涉仪，干涉仪的使用， 提高了红外光谱仪的灵敏度和准确性
红外吸收光谱分析 - 红外吸收光谱分析
归属
CH 3 | CH3 — C — | CH 3
吸收峰 3360 1195
振动形式
OH
COHale Waihona Puke 归属 —OH可能结构为
CH 3 | CH 3 — C — OH |
CH 3
例2 C10H10O4
U 2 210 10 6 (可能有苯环） 2
峰位 1727cm-1 1288 1126
第四节 红外吸收光谱分 析
一、试样的制备（样品纯度＞98%）
1.固体试样：KBr压片法
2.液体试样：夹片法（液体试样滴在一片KBr
窗片上，用另一片KBr窗片夹住后测定）
知识点12：红外光谱解析方法
二、IR光谱解析方法
1．计算不饱和度
U 2 2n4 n3 n1 2
意义：
U 0 无双键或环状结构 U 1 可能含一个双键或一个环 U 2 含两个双键，或一个双键 环，或一个叁键 U 4 苯环 U 5 苯环 一个双键
• 3．某未知物的沸点202℃，分子式为 C8H8O，试判断其结构。
4．某化合物的分子式为C8H10O2， 试推断其结构式。
• 5．已知未知物的分子式为C7H9N， 推出其结构。
6．已知某化合物的分子式为 C9H10O2，试推断结构式。
O
CH2OCCH3
CH3 NH2
O C CH3
答案!
OH OH CH CH2
2.确定官能团或结构碎片
3.推出可能的结构 4.核对分子式和不饱和度 5.和Saltler标准光谱对照
例1 C4H10O
U 2 8 10 （0饱和脂肪族化合物） 2
吸收峰 2970cm-1 2874 1476 1395 1363
红外吸收光谱分析法
红外吸收光谱分析法
一、红外吸收光谱分析法概述
红外吸收光谱分析法是一种利用物质的红外光吸收能力来探测它们的物质组成的技术。
它特别适用于有机化合物和无机化合物的光谱分析。
通过分析红外吸收光谱，可以检测物质中的有机键、C-H键、C-O键或N-H 键的存在和位置，从而鉴定出物质的化学结构和性质。
红外光吸收法的原理是，物质中的分子、晶体或其他结构会在不同的波长处吸收光，产生光谱，这些吸收光谱是物质的独特特征，反映出物质的特性。
根据这种特性，分析用不同波长的光照射样品，并从所得到的光谱中提取出电子激发、分子振动等信息，从而得到物质的结构和性质。
二、红外吸收光谱分析法基本原理
红外吸收光谱分析法的原理是，当物质受到红外幅射的照射时，它的分子会产生振动和旋转，这些振动和旋转的能量会转化为更高能量的电子跃迁。
这些电子跃迁会引起物质材料吸收一些具有特定波长的红外光，从而产生在不同波长的吸收光谱，通过分析这些吸收光谱，就可以求取物质分子的结构和性质。
红外吸收光谱法
图4.3 聚苯乙烯红外光谱图
四、紫外吸收光谱与红外吸收光谱的区别
1. 光谱产生的机制不同 紫外：电子光谱； 红外：振－转光谱
2. 研究对象和使用范围不同 紫外：研究不饱和化合物，具有共轭体系； 红外：凡是在振动中伴随有偶极矩变化的化合
物都是红外光谱研究的对象。可研究几乎所有的有 机物。
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二、红外光区的划分
表4.1 红外光谱区划分
区
域
/m
/cm-1
能级跃迁类型
近红外(泛频区)
0.78～2.5
12820～4000
O-H、N-H和C-H键的 倍频吸收区
中红外(基本振动区) 2.5～50 4000～00～10
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红外光谱的表示方法
红外光谱图：纵坐标为透光率（或吸光度），横坐标为波长 λ（ m ）和波数1/λ ，单位：cm-1。 / cm1 104
/ m
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图4.1 苯酚的IR吸收光谱
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图4.2乌桕油的IR光谱
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分子的转动，骨架振 动
最常用的
2.5～15 4000～650
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3. 红外光谱特点 1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低； 2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有
机物均有红外吸收； 3）分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、波峰
数目及强度确定分子基团、分子结构； 4）定量分析； 5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品； 6）分析速度快。
五、红外光谱法的特点和应用
特点：与紫外-可见吸收光谱比较 (1) 除了单原子分子和同核双原子分子等少数 分子外，几乎所有化合物均可用红外吸收光谱法 进行研究。适用范围广。 （2）红外光谱可对物质的组成和结构特征提供 十分丰富的信息。其最重要和最广泛的用途是对 有机化合物进行结构分析。
红外吸收光谱分析
最常见的溶剂效应：极性基团的伸缩振动频率随溶剂极
性的增大而向低波数方向位移—红移，吸收峰往往增强， 原因：极性基团和极性溶剂分子之间形成氢键。 消除溶剂效应方法：采用非极性溶剂，如CCl4,CS2 等， 并以稀溶液来获得红外吸收光谱。
（四）红外光谱仪
色散型IR谱仪：利用单色器作为色散元件 傅立叶IR谱仪：利用光的干涉作用进行测定， 没有色散元件 1.色散型IR谱仪
• •
光电导检测器
• •
•
•
碲镉汞检测器（ HgTe－CdTe ， MCT) 等 材料:光电导检测器采用半导体材料薄膜， 如Hg-Cd-Te或PbS或InSb，将其置于非 导电的玻璃表面密闭于真空舱内。 原理:吸收辐射后,非导电性的价电子跃迁 至高能量的导电带，从而降低半导体的 电阻，产生信号。 应用: 比热电检测器灵敏，在FT-IR及 GC/F400附近
中强
中强
④
⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨
700附近
2247 3090附近 1639 990 909
弱
中强 弱 中强 中强 中强
影响谱带位置（位移）的因素
①内部因素
(1)诱导效应：力常数变大时，吸收峰发生紫移。
(2)共轭效应：由于分子中形成大Π键所引起的效应， 称为共轭效应。它使电子云密度平均化，造成双键略 有伸长，键的力常数变小，吸收峰红移。 (3)空间效应：张力大伸缩频率高。
C-H键的倍频吸收 分子中原子的 振动及分子转动 分子转动
晶格振动
如果波长以μm为单位，而1μm＝10-4cm，波长与波数的 关系为： 4 1
/ cm
1 10 / cm / m
波数是波长的倒数，常用单位是cm-1，它表示1cm的距离 内光波的数目。 例如λ＝50μm的红外光，用波数表示为：
仪器分析 第四章--红外吸收光谱法
章节重点：
分子振动基本形式及自由度计算；
红外吸收的产生2个条件；
各类基团特征红外振动频率；
影响红外吸收峰位变化的因素。
第八章 红外吸收光谱分 析法
第三节 红外分光光度计
1. 仪器类型与结构
2. 制样方法
3. 联用技术
1. 仪器类型与结构
两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）
弯曲振动：
1.4 振动自由度
多原子分子振动形式的多少用振动自由度标示。
三维空间中，每个原子都能沿x、y、z三个坐标方向独 立运动，n个原子组成的分子则有3n个独立运动，再除 掉三个坐标轴方向的分子平移及整体分子转动。
非线性分子振动自由度为3n-6，如H2O有3个自由度。 线性分子振动自由度为3n-5，如CO2有4个自由度。
某些键的伸缩力常数：
键类型: 力常数: 峰位:源自-CC15 2062 cm-1
-C=C10 1683 cm-1
-C-C5 1190 cm-1
-C-H5.1 2920 cm-1
化学键键强越强（即键的力常数K越大），原子折合 质量越小，化学键振动频率越大，吸收峰在高波数区。
1.2 非谐振子
实际上双原子分子并非理想的谐振子！随着振动量子 数的增加，上下振动能级间的间隔逐渐减小！
（1）-O-H，37003100 cm-1，确定醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐 ，强吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
注意区分： -NH伸缩振动：3500 3300 cm-1 峰型尖锐
（2）饱和碳原子上的-C-H -CH3 2960 cm-1 2870 cm-1 反对称伸缩振动 对称伸缩振动
仪器分析 第4章 红外吸收光谱法
4.2 基本原理
4.2.3 多原子分子的振动类型(P56)
伸缩振动 (υ)：键长发生变化 1.简正振动基本形式 变形振动 (δ)：键角发生变化
伸缩振动（υ）
对称伸缩振动（υs）
不对称伸缩振动（υas）
变形振动（δ）
面内变形振动（β）
面外变形振动（γ）
亚甲基的各种振动形式
2. 基本振动的理论数（分子振动自由度）
4.4 试样的处理和制备
4.4 试样的处理和制备
4.4.1 红外光谱法对试样的要求 （1）单一组分纯物质，纯度 > 98%； （2）样品中不含游离水； （3）要选择合适的浓度和测试厚度， 使大多数吸收峰透射比处于10%～80%。
4.4 试样的处理和制备
4.4.2 制样方法 1.气体样品的制备 2.液体和溶液样品的制备 3.固体样品的制备
分子振动自由度：多原子分子的基本振动
数目，也就是基频吸收峰的数目。
基频吸收峰：分子吸收一定频率的红外光后，
其振动能级由基态跃迁到第一
激发态时所产生的吸收峰。
2. 基本振动的理论数
线型分子振动自由度 = 3N – 5(如CO2)
非线型分子振动自由度 = 3N – 6(如H2O)
图5.12 CO2分子的简正振 动形式
来指导谱图解析。
基本概念
基团频率区： 在4000～1300cm-1 范围内的吸收峰，有一 共同特点：既每一吸收峰都和一定的官能 团相对应，因此称为基团频率区。
在基团频率区，原则上每个吸收峰都可以找到归属。
基本概念
指纹区： 在1300～400cm-1范围内，虽然有些吸收也对应 着某些官能团，但大量吸收峰仅显示了化合物 的红外特征，犹如人的指纹，故称为指纹区。
分析化学(仪器分析)第四章-仪器分析(IR)
30
第二节 红外吸收基本理论
振动过程中偶极矩发生变化（△≠0） 的分子振动能引起可观测的红外吸收光谱， 称之为红外活性的。 振动过程中偶极矩不发生变化（△=0） 的分子振动不能产生红外吸收光谱，称为非 红外活性的。
31
第二节 红外吸收基本理论
绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数远 小于理论上计算的振动数，这是由如下原因引起的： （1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收； （2）相同频率的振动吸收重叠，即简并； （3）仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带 很弱，仪器无法检测； （4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。
33
第二节 红外吸收基本理论
(二）吸收谱带的强度
红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩 的变化，红外光谱的强度与分子振动时偶极矩变 化的平方成正比。 偶极矩的变化与分子的极性以及分子结构的对 称性，也就是固有偶极矩有关。极性较强的基团 （如C=O，C-X等）吸收强度较大，极性较弱的 基团（如C=C、C-C、N=N等）吸收较弱。分子 的对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱 带强度也就越弱。
28
第二节 红外吸收基本理论
在倍频峰中，二倍频峰还比较强。三倍频峰以 上，因跃迁几率很小，一般都很弱，常常不能测到。 除此之外，还有合频峰（1+2，21+2， ），差频峰（ 1-2，21-2， ）等，这些 峰多数很弱，一般不容易辨认。倍频峰、合频峰和 差频峰统称为泛频峰，泛频峰一般都很弱。
11
第二节 红外吸收基本理论
根据Hooke定律，分子 简谐振动的频率的计算 公式为
12
第二节 红外吸收基本理论
式中k为化学键的力常数，定义为将两原子由 平衡位置伸长单位长度时的恢复力（单位为Ncm -1）单键、双键和三键的力常数分别近似为 5、 1 0和15 Ncm-1；c为光速（2.9981010cm s-1）， 为折合质量，单位为g，且 影响分子振动频率的直接原因是原子质量和 化学键的力常数。
红外分光光度法
CH 2 909cm1
七、吸收峰峰位及影响因素
1、吸收峰峰位（位置） 即振动能级跃迁所吸收红外线的波长（T-）或波数（T-） ， 是红外光谱鉴定中的主要依据。
max , max 或 max
1）基本振动频率
√ 1
= 2
k
√ √ 1
= 2C
k
’
= 1302
k
’
(cm-1)
C、氢键效应：使伸缩振动频率降低
分子内氢键：对峰位的影响大，不受浓度影响
七、吸收峰峰位及影响因素
C、氢键效应：使伸缩振动频率降低
分子间氢键：受浓度影响较大，稀释后，吸收峰位发生变化
七、吸收峰峰位及影响因素
D、杂化的影响
杂化轨道中s 轨道成分↑，键能↑，键长↓，↑
饱和C 原子 sp3杂化 CH（饱和） 3000cm1 不饱和C 原子 sp2或sp杂化 CH（不饱和） 3000cm1
• 特征峰仅代表基团的一种振动形式 • 相关峰的数目与基团的活性振动及光谱的波数范围有关 • 用一组相关峰才可以确定一个官能团的存在 • 用一组相关峰鉴定一个基团的存在，是解析IR图谱的原则
图示
CN 2247cm1
as CH 2
3090cm1
CC 1639cm1
CH 990cm1
ΔV 2 νL 2ν
V 3 L 3
泛频峰跃迁几率小，强度较弱， 难辨认→却增加了光谱特征性
2、特征峰（特征频率）与相关峰 （根据吸收峰的频率与基团结构之间的关系区分）
1）特征峰 可用于鉴别官能团存在、又容易辨认的吸收峰
2）相关峰 由一个官能团所产生的一组具有相互依存、相互佐证关 系的特征峰
红外光谱分析
红外光谱分析一．基本原理红外吸收光谱(Infrared Absorption Spectrum，IR)是利用物质的分子吸收了红外辐射后，并由其振动或转动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，得到分子振动能级和转动能级变化产生的振动-转动光谱，因为出现在红外区，所以称之为红外光谱。
利用红外光谱进行定性、定量分析及测定分子结构的方法称为红外吸收光谱法。
当分子受到红外光的辐射，产生振动能级的跃迁，在振动时伴有偶极矩改变者就吸收红外光子，形成红外吸收光谱。
若用单色的可见光照射(今采用激光，能量介于紫外光和红外光之间)，入射光被样品散射，在入射光垂直面方向测到的散射光，构成拉曼光谱。
通常将红外光谱区按波长分为3个区域，即近红外区、中红外区、远红外区，如下表所示：1. 分子振动类型有机分子中诸原子通过各类化学键联结为一个整体，当它受到光的辐射时，发生转动和振动能级的跃迁。
简单的双原子化合物如A-B 的振动方式是A 和B 两个原子沿着键的方向作节奏性伸和缩的运动，可以形象地比作连着A、B 两个球的弹簧的谐振运动。
为此A-B 键伸缩振动的基频可用胡克定律推导的公式计算其近似值式中，f 是键的振动基频，单位为cm-1；c 是光速；k 是化学键力常数，相当于胡克弹簧常数，是各种化学键的属性，代表键伸缩和张合的难易程度，与原子质量无关；m 是原子的折合质量，即m=m1·m2/(m1+m2)。
上式表明键的振动基频与力常数成正比，力常数越大，振动的频率越高。
振动的基频与原子质量成反比，原子质量越轻，连接的键振动频率越高。
上述是双原子化合物。
多原子组成的非线型分子的振动方式就更多。
含有n 个原子就得用3n 个坐标描述分子的自由度，其中3 个为转动、3 个为平动、剩下3n-6 个为振动自由度。
每一种振动按理在红外光谱中都应该有其吸收峰，但是事实上只有在分子振动时有偶极矩的改变才会产生明显的吸收峰。
第四章 红外光谱分析法
第四章红外光谱分析法§4—1红外光谱简介红外辐射泛指位于可见光和微波段之间的那一部分电磁波谱．对有机化学家最有实际用处的是只限于4000—666厘米-1(2．5-15.0微米)之间的范围．最近，对近红外区14290—4000(0.7一2.5微米)和远红外区700—200厘米-1(14.3—50微米)的兴趣正在增加．在红外光谱分析中,一个十分简单的分子也可以给出一个非常复杂的红外光谱图．有机化学家就是利用这种光谱图的复杂性，将一个未知化合物的光谱图与一个可靠的标准品的光谱图相互比较，两张光谱图中峰对峰的完全一致对于鉴定就是最好的证据．除了光学对映体外的任何两个化合物均不可能给出相同的红外光谱图．虽然，红外光谱图是整个分子的特性，但是不管分子其余部分的结构如何，结果是某一特定的原子基团总是在相同的或者几乎是相同的频率处产生吸收谱带．正是这种特征谱带的不变性使化学家可以，通过简单的观察并参考有关特征基团频率的综合图嵌来获得有用的结构信息．我们将主要依靠这些特征基团频率．由于我们并不单纯依靠红外光谱图进行鉴定，因此，并不需要对红外光谱图进行详细的分析．根据我们的总的计划，在这里将提出为达到下列目的，所必需的理论：即把红外光谱图与其它的光谱数据一起用来确定分子结构．因为大多数大学的和工业的实验室都把红外分光光度计作为有机化学家的一种常备的基本工具，在这一章中将比其它各章较详细地叙述仪器和样品制备．红外光谱法作为实用有机化学家的一种工具，从已经出版书籍的数目可以明显地看到．在这些书中，有的是全部地、有的是部分地讨论了红外光谱法的应用。
.一、红外光的表征近红外（泛频区）0.75-2.5微米；13334-4000波数中红外（基频区） 2.5 -25 微米4000-400 波数远红外（转动区）25-1000微米400-10 波数由于中红外区能最深刻地反映分子内部所进行的各种物理过程以及分子结构方面的各种特性，对于解决分子结构和化学组成各种问题最为有效。
红外光谱基本原理
特征峰可用以鉴定官能团的存在，但必须用一 组相关峰来作为旁证。
22
二、红外光谱的分区
常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000 600 cm-1 可分为：4000-1300cm-1的高波数段官能团区，以及1300cm-1 以下的低波数段指纹区。
官能团区的峰是由伸缩振动产生的，基团的特征吸收峰一般位于该区， 分布较稀疏，容易分辨。
6
红外光谱的表示方法
红外光谱图：
纵坐标为透光率T％，横坐标为波长λ(m )或波数1/λ(cm-1) 可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。 应用：有机化合物的结构解析。 定性：基团的特征吸收频率； 定量：特征峰的强度；
7
第一节 红外光谱法的基本原理 一、产生红外吸收的条件
满足两个条件： (1)红外辐射光子的能量与分子振动能级跃迁所需能量相同。 (2)辐射与物质间有相互耦合作用（偶极距有变化）。
5
红外光谱与紫外可见光谱的区别
1.光谱产生的机制不同
分子振动和转动能级的跃迁；价电子和分子轨道上的电子在电子能级
上的跃迁。
2. 研究对象不同
在振动中伴随有偶极矩变化的化合物；不饱合有机化合物特别是具有 共轭体系的有机化合物。
3.可分析的试样形式不同，使用范围不同
气、液、固均可，既可定性又可定量，非破坏性分析；既可定性又可 定量，有时是试样破坏性的。
12
/ cm1 1 1 k 1307 k'
2c
Ar
k单位：dyn·cm-1；k’单位：N·cm-1，与键能和键长有关，
为双原子的原子质量折合质量： ＝m1·m2 /（m1＋m2），
Ar为双原子的原子量的折合质量：Ar ＝M1·M2/ M1＋M2 发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的
22
二、红外光谱的分区
常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000 600 cm-1 可分为：4000-1300cm-1的高波数段官能团区，以及1300cm-1 以下的低波数段指纹区。
官能团区的峰是由伸缩振动产生的，基团的特征吸收峰一般位于该区， 分布较稀疏，容易分辨。
6
红外光谱的表示方法
红外光谱图：
纵坐标为透光率T％，横坐标为波长λ(m )或波数1/λ(cm-1) 可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。 应用：有机化合物的结构解析。 定性：基团的特征吸收频率； 定量：特征峰的强度；
7
第一节 红外光谱法的基本原理 一、产生红外吸收的条件
满足两个条件： (1)红外辐射光子的能量与分子振动能级跃迁所需能量相同。 (2)辐射与物质间有相互耦合作用（偶极距有变化）。
5
红外光谱与紫外可见光谱的区别
1.光谱产生的机制不同
分子振动和转动能级的跃迁；价电子和分子轨道上的电子在电子能级
上的跃迁。
2. 研究对象不同
在振动中伴随有偶极矩变化的化合物；不饱合有机化合物特别是具有 共轭体系的有机化合物。
3.可分析的试样形式不同，使用范围不同
气、液、固均可，既可定性又可定量，非破坏性分析；既可定性又可 定量，有时是试样破坏性的。
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/ cm1 1 1 k 1307 k'
2c
Ar
k单位：dyn·cm-1；k’单位：N·cm-1，与键能和键长有关，
为双原子的原子质量折合质量： ＝m1·m2 /（m1＋m2），
Ar为双原子的原子量的折合质量：Ar ＝M1·M2/ M1＋M2 发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的
第四章红外吸收
二是用于化学组成的分析
红外光谱最广泛的应用在于对物质的化学 组成进行分析，用红外光谱法可以根据光 谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物结 构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物 中各组分的含量，它已成为现代结构化学、 分析化学最常用和不可缺少的工具。
2 红外光区的划分
习惯上按红外线波长，将红外光谱分成三个区域： （1）近红外区：0.78～2.5μm（12 820～4 000cm-1），
电磁辐射范围：射线～无线电波所有范围； 相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干 涉、衍射等； 光分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方 面具有其他方法不可区代的地位；
三个基本过程：
（1）能源提供能量； （2）能量与被测物之间的相互作用； （3）产生信号。
基本特点：
（1）所有光分析法均包含三个基本过程； （2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）； （3）涉及大量光学元器件。
电子能级间跃迁的同时，总伴随有振动和 转动能级间的跃迁（图10-1所示）. 即电子光 谱中总包含有 振动能级和转动能级间跃迁 ， 因而产生的谱线呈现宽谱带。所以分子光谱 是一种带状光谱，它包含若干谱带系，一个 谱带系含有若干谱带，同一谱带内又含有若 干光谱线.
4.1 红外吸收光谱分析概述
红外吸收光谱法：
第四章
红外吸收光谱
（Infrared absorption spectroscopy, IR）
一、光分析法及其特点
optical analysis and its characteristics
光分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后 所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析 方法；
主要用于研究分子中的O—H、N—H、C—H键的振动 倍频与组频。
红外吸收光谱分析(共27张PPT)
这里弹簧的k值就的原子不是静止不动的，原子在其平衡位置做相 对运动，从而产生振动！原子与原子之间的相对运动无非有 两种情况，即：键长发生变化（伸缩振动），键角发生变化 （弯曲振动）
对于双原子分子：没有弯曲振动，只有一个伸缩振动
对于多原子分子来说，包括伸缩振动和弯曲振动。 伸缩振动有对称和不对称伸缩以亚甲基－CH2为例
苯，3N－6＝30种，实际上苯的红外谱图上只有几个吸收峰！ 说明：不单苯，许多化合物在红外谱图上的吸收峰数目要远 小于其振动自由度（理论计算值）。
原因:(1)相同频率的峰重叠（2）频率接近或峰弱，仪器检测
不出（3）有些吸收峰落在仪器的检测范围之外（4）并不是
（2）对于基频峰：偶极矩变化越大的振动，吸收峰越强
②液体试样：溶液法和液膜法。溶液法是将液体试样溶在适当的红 外溶剂中（CS2，CCl4，CHCl3等）然后注入固定池中进行测定。液 膜法是在可拆池两窗之间，滴入几滴试样使之形成一层薄的液膜。
③固体试样：压片法、糊状法和薄膜法。压片法通常按照固体样品和 KBr为1：100研磨，用高压机压成透明片后再进行测定。糊状法就是把 试样研细滴入几滴悬浮剂（石蜡油），继续研磨成糊状然后进行测定 。薄膜法主要用于高分子化合物的测定，通常将试样溶解在沸点低易 挥发的溶剂中，然后倒在玻璃板上，待溶剂挥发成膜后再用红外灯加 热干燥进一步除去残留的溶剂，制成的膜直接插入光路进行测定。
（3）组频峰：振动之间相互作用产生的吸收峰
（4）泛频峰：倍频峰＋组频峰
（5）特征峰：可用于鉴别官能团存在的吸收峰。 （6）相关峰：由一个官能团引起的一组具有相互依存关系 的特征峰
红外光谱可分为基频区和指纹区两大区域
（1）基频区(4000～1350cm-1)又称为特征区或官能团区，其
对于双原子分子：没有弯曲振动，只有一个伸缩振动
对于多原子分子来说，包括伸缩振动和弯曲振动。 伸缩振动有对称和不对称伸缩以亚甲基－CH2为例
苯，3N－6＝30种，实际上苯的红外谱图上只有几个吸收峰！ 说明：不单苯，许多化合物在红外谱图上的吸收峰数目要远 小于其振动自由度（理论计算值）。
原因:(1)相同频率的峰重叠（2）频率接近或峰弱，仪器检测
不出（3）有些吸收峰落在仪器的检测范围之外（4）并不是
（2）对于基频峰：偶极矩变化越大的振动，吸收峰越强
②液体试样：溶液法和液膜法。溶液法是将液体试样溶在适当的红 外溶剂中（CS2，CCl4，CHCl3等）然后注入固定池中进行测定。液 膜法是在可拆池两窗之间，滴入几滴试样使之形成一层薄的液膜。
③固体试样：压片法、糊状法和薄膜法。压片法通常按照固体样品和 KBr为1：100研磨，用高压机压成透明片后再进行测定。糊状法就是把 试样研细滴入几滴悬浮剂（石蜡油），继续研磨成糊状然后进行测定 。薄膜法主要用于高分子化合物的测定，通常将试样溶解在沸点低易 挥发的溶剂中，然后倒在玻璃板上，待溶剂挥发成膜后再用红外灯加 热干燥进一步除去残留的溶剂，制成的膜直接插入光路进行测定。
（3）组频峰：振动之间相互作用产生的吸收峰
（4）泛频峰：倍频峰＋组频峰
（5）特征峰：可用于鉴别官能团存在的吸收峰。 （6）相关峰：由一个官能团引起的一组具有相互依存关系 的特征峰
红外光谱可分为基频区和指纹区两大区域
（1）基频区(4000～1350cm-1)又称为特征区或官能团区，其
04 红外光谱分析
红外光谱又称为分子振动转动光谱，也是 一种分子吸收光谱。 红外光照射时，分子吸收某些频率的辐射， 并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化， 产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃 迁。
E E2 E1 光子 hv Ee Ev E j
分子的三种能级跃迁示意图
一、红外光区的划分
不饱和度: =1+n4+(n3-n1)/2 式中n4、n3、n1、分别为分子中所含的四价、 三价和一价元素原子的数目。 二价原子如S、O 等不参加计算。 =0时，表示分子是饱和的，不含双键; =1时，可能有一个双键或脂环； =2时，可能有两个双键和脂环，也可能有一 个叁键； =4时，可能有一个苯环等。
红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长 范围约为 0.75 ~ 1000µ m。
红外光谱的三个波区
区域 近红外区（泛频区） 波长/nm 0.75~2.5 波数/cm-1 13158~4000 4000~400 400~10 能级跃迁类型 键的倍频吸收 分子振动，伴 随转动 分子转动
中红外区（基本振动区） 2.5~25 远红外区（转动区） 25~1000
硅碳棒
投射样品池 检测器：对红外光响应 真空热电偶：温差转变为电势 热释电检测器（硫酸三苷肽TGS）： 温度升高释放电荷，响应速度快 碲镉汞（MCT）检测器： 灵敏度高，响应速度快
二、Fourier变换红外光谱仪（FTIR） 与色散型红外光度计的主要区别在于干涉仪和 电子计算机两部分。 Fourier变换 红外光谱仪 没有色散元件，主
色散型红外光谱仪的组成部件与紫外-可见分 光光度计相似，但每一个部件的结构、所用的材 料及性能不同。 红外光谱仪的样品是放在光源和单色器之间； 而紫外-可见分光光度计是放在单色器之后。
E E2 E1 光子 hv Ee Ev E j
分子的三种能级跃迁示意图
一、红外光区的划分
不饱和度: =1+n4+(n3-n1)/2 式中n4、n3、n1、分别为分子中所含的四价、 三价和一价元素原子的数目。 二价原子如S、O 等不参加计算。 =0时，表示分子是饱和的，不含双键; =1时，可能有一个双键或脂环； =2时，可能有两个双键和脂环，也可能有一 个叁键； =4时，可能有一个苯环等。
红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长 范围约为 0.75 ~ 1000µ m。
红外光谱的三个波区
区域 近红外区（泛频区） 波长/nm 0.75~2.5 波数/cm-1 13158~4000 4000~400 400~10 能级跃迁类型 键的倍频吸收 分子振动，伴 随转动 分子转动
中红外区（基本振动区） 2.5~25 远红外区（转动区） 25~1000
硅碳棒
投射样品池 检测器：对红外光响应 真空热电偶：温差转变为电势 热释电检测器（硫酸三苷肽TGS）： 温度升高释放电荷，响应速度快 碲镉汞（MCT）检测器： 灵敏度高，响应速度快
二、Fourier变换红外光谱仪（FTIR） 与色散型红外光度计的主要区别在于干涉仪和 电子计算机两部分。 Fourier变换 红外光谱仪 没有色散元件，主
色散型红外光谱仪的组成部件与紫外-可见分 光光度计相似，但每一个部件的结构、所用的材 料及性能不同。 红外光谱仪的样品是放在光源和单色器之间； 而紫外-可见分光光度计是放在单色器之后。
红外光谱谱图分析
C H 3080 cm-1
H
C
3030 cm-1
3080-3030 cm-1
C H 变形
振动
H C CH 2
CH
3080 cm-1 3030 cm-1 3300 cm-1
3000 cm-1 2900-2800 cm-1
2023/10/15
bC=C 伸缩振动1680-1630 cm-1
反式烯
R1
H
CC
2023/10/15
第四节 有机化合物红外谱图解析
analysis of infrared spectrograph
1．烷烃
CH3,CH2,CHC—C,C—H 3000cm-1
CH3
CH2 CH2
δas1460 cm-1
重
δs1380 cm-1
叠
δs1465 cm-1
r 720 cm-1面内摇摆
CH2 对称伸缩2853cm-1±10 CH3 对称伸缩2872cm-1±10 CH2不对称伸缩2926cm-1±10 CH3不对称伸缩2962cm-1±10
H 990 cm-1
H 910 cm-1 （强） H 2：1850-1780 cm-1
H 890 cm-1（强）
2：1800-1780 cm-1
R2
2023/10/15
1-己烯谱图
2023/10/15
对比
烯烃顺反异构体
2023/10/15
壬烯
2023/10/15
3.醇—OH
a-OH 伸缩振动 b碳氧伸缩振动
55
50
45
2928
40
35
30
纤维素
25
3406
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有些振动没造成偶极矩的变化； 相同频率的振动吸收发生重叠(简并)；
很弱的吸收带和频率很接近的吸收带不能被仪器检
测； 吸收带落在跃迁检测范围之外。
以CO2为例 理论振动数3×3－5＝4；分别对应于下列振动：
现 代 仪 器 分 析
在红外光谱图上仅有667cm－1和2349cm－1两个吸收峰。
O
化 合 物 位 置
CH CH3
O
3
O
CH
3
O
CH
3
C CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
1686
1693
16801700
1710
现 代 仪 器 分 析
当碳碳双键或苯环与羰基共轭时，羰基吸收峰频率比丙酮低30～35
27
W C G
(3)环大小的影响(从三原环(1800)起，环上每增加 一个碳原子，波数降低30～35)
23
W C G
(5)酸：
2500-2700，强而宽(如在1715附近有羰基峰，可确定为酸) 2250-2700强峰
(6)铵盐：
酸与铵盐的区别：羰基吸收峰
现 代 仪 器 分 析
24
W C G
第二组： 1900～2300
(1)炔氢
R
C
C
R
C
C
H ：2100～2140 R' ：2190～2260(弱)
19
W C G
二、红外光谱的分区
红外光谱的整个范围可分成4000～1300cm1(官能团区)与1300～600cm-1(指纹区)两个区域。 官能团区
频率范围：4000～1300cm－1
现 代 仪 器 分 析
波 长 范 围
3750 ～ 3000
O-H N-H
3300～ 2900
3000～ 2700
现 代 仪 器 分 析
RCOF：1850 RCOCl：1795 RCOBr：1810)
酸酐：向高频移动； 双峰
30
W C G
第四组：1550～1680 烯烃 1620～1680 双取代反式不明显 苯环 1600、1580、1500有两～三个中等强 度峰
现 代 仪 器 分 析
17
W C G
§5 红外光谱的吸收强度
强度等级的划分(ε为摩尔吸光系数）
ε>100 非常强峰(vs) 20<ε<100 强 峰(s) 10<ε<20 中强峰(m) 1<ε<10 弱 峰(w)
影响吸收峰强度的因素 振动的跃迁几率大小
现 代 仪 器 分 析
基频吸收峰>倍频吸收峰
振动中偶极矩改变的大小 化学键两端原子的电负性差别越大，吸收峰越强； 分子的对称性越差，吸收峰越强。
W C G
第四章 红外吸收光谱分析
W C G
§1 红外吸收光谱分析概述
红外吸收光谱又称为分子的振转光谱，在化学领域，主要 用于
分子结构的研究(键长、键角) 化学组成的分析(根据红外吸收峰的位置和强度推测为织物结 构)Biblioteka 现 代 仪 器 分 析
虽然分子的转动能级低于振动能级，但两者相差不大，一 般伴随出现，所形成的吸收相互连接形成谱带而不是谱线 红外光谱分析中一般以波数表示光的频率
现 代 仪 器 分 析
21
W C G
(2)N-H
频率范围：3500~3300:
单取代：双峰 双取代：单峰 三取代：无峰
RR’N-H与R-OH的区别：
现 代 仪 器 分 析
前者有N－C的1200～ 1300，后者有C－O的 1150～1040 无取代：等强度双峰； 单取代：单峰或不等强 度多峰； 三取代：无峰 酰胺与胺的区分：前者 有羰基吸收
31
W C G
第五组(指纹区)：1500～625
1300～600cm－1 划分 意义 1300～900cm－1 1 C－O、C－N、C－F、C－P、C－S、 P－O、Si－O伸缩振动 2 C＝S、S＝O、P＝O伸缩振动
900～600cm－1
应用：
1 (CH2)n：n≥4，722；n减小，吸收峰红移； 2 烯烃
RCH＝CH2 890(较强)
CH3
现 代 仪 器 分 析
RHC＝CHR
顺式 690(弱) 反式 970(强)
3
C CH3
：(1370～1380)+(1380~1385)双峰
32
W C G
4 苯环取代情况 苯环：1600、1580、1500cm-1处、两 到三个峰
当C＝C与C＝O共轭时，吸收强度较低； 苯环取代情况主要看700～900(强)和 1660～2000cm－1(弱)
位置
化 合物
1715
1735
1740
~1680
1775
~1700
现 代 仪 器 分 析
位置
1805
~1740
~1770
1710
1750
1750～ 1800
29
W C G
羧酸、酰卤、酸酐、 酰亚胺
羧酸与羧酸盐： 2700～3300、双峰 (1550～ 1620)+(1330～1420) 酰卤： 向高频移动
现 代 仪 器 分 析
C=C=C C=C=O C=N=N
O=C=O
RN=C=O
2349
2275~2250
26
W C G
第三组(羰基)：1600-1800 (1)基本位置(丙酮)：1710-1720 C=O:1700; C-C:1100 (2)当羰基与双键共振时，单键成分增加，向低波数移动
C=O > C=C (如反对称伸缩振动吸收峰比对称伸缩振动吸收峰强)
其他外在因素
18
W C G
§6 红外光谱的特征性，基团频率
概念
现 代 仪 器 分 析
物质的红外光谱，是其分子结构的反映。谱图 中的吸收峰，与分子中各基团的振动形式相对 应。实验表明，组成分子的各种基团，都有自 己特定的红外吸收区域，分子的其它部分对其 吸收位置影响较小。通常把这种能代表基团存 在，并有较高强度的吸收谱带称为基团频率。 其所在位置一般又称为特征吸收峰。
3
W C G
§2 红外吸收光谱的产生
物质对电磁辐射的吸收必须满足的两个条件
辐射能具有刚好能满足物质跃迁时所需要的能量
只有与分子中某个基团的振动频率一致的红外辐射方可被物质 吸收 红外辐射的能量是通过辐射与物质间有耦合作用传递给物质的。 基团的振动类似于偶极子的振动，只有发生偶极矩变化的振动 才能引起可观测的红外吸收谱带；这种振动称为红外活性
单取代：～710和～750双强峰 四个相邻氢：770～735强峰 三个相邻氢：810～750强峰 两个相邻氢：860～800强峰 单独的氢 ：900～800弱峰
现 代 仪 器 分 析
C＝N：1630～1690，强度不定 硝基化合物：～1350 与 ～1560 两强峰 C－O键(1070~1150，强)判断醚、醇、 酯：
8
面外摇摆振动：
W C G
(1)分子的振动方式
现 代 仪 器 分 析
伸 缩 振 动 改 变 键 长
对称伸缩振动
9
W C G
现 代 仪 器 分 析
不对称伸缩振动
伸 缩 振 动 改 变 键 长
10
W C G
现 代 仪 器 分 析
弯 曲 振 动 改 变 键 角
平面箭式弯曲振动
11
W C G
一级醇：1050 与 1350～1260 二级醇：1100 与 1350～1260
三级醇：1100 与 1310～1410
33
W C G
§7 影响基团频率的因素
一 内部因素
1 电子效应(electrical effects)
A 诱导效应(I, inductive effect)
由于取代基具有不同的电负性，通过静电诱导效应， 将引起分子中电子分布的变化，从而改变键的力常数， 使键或基团的特征频率发生位移。
由基态跃迁到第二、第三等激发态时所产生的吸收峰； 它不是基频的整数倍，发生的几率也小微弱峰。 组合频 一种频率的红外光被两个振动吸收； 倍频与组合频统称泛频。 振动耦合 当两个基团相邻、且振动频率相近，会发生振动耦合裂分，使吸收 频率偏离基频，一个向高频移动、一个向低频移动。 如当两个甲基连接在一个碳原子上时，其基频1380会消失，而在 1385和1375附近各出现一个吸收峰:
现 代 仪 器 分 析
平面摇摆弯曲振动
弯 曲 振 动 改 变 键 角
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W C G
现 代 仪 器 分 析
弯 曲 振 动 改 变 键 角
平面外摇摆弯曲振动
13
W C G
现 代 仪 器 分 析
弯 曲 振 动 改 变 键 角
平面外扭曲弯曲振动
14
W C G
基频外的其他几种红外吸收
倍频
现 代 仪 器 分 析
1 104 / cm1 / cm / m
2
W C G
红外光谱的分区
近红外区 波长 范围 0.78~2.5 (μm) 中红外区 2.5~25 (μm) 远红外区 25~300 (μm)
很弱的吸收带和频率很接近的吸收带不能被仪器检
测； 吸收带落在跃迁检测范围之外。
以CO2为例 理论振动数3×3－5＝4；分别对应于下列振动：
现 代 仪 器 分 析
在红外光谱图上仅有667cm－1和2349cm－1两个吸收峰。
O
化 合 物 位 置
CH CH3
O
3
O
CH
3
O
CH
3
C CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
1686
1693
16801700
1710
现 代 仪 器 分 析
当碳碳双键或苯环与羰基共轭时，羰基吸收峰频率比丙酮低30～35
27
W C G
(3)环大小的影响(从三原环(1800)起，环上每增加 一个碳原子，波数降低30～35)
23
W C G
(5)酸：
2500-2700，强而宽(如在1715附近有羰基峰，可确定为酸) 2250-2700强峰
(6)铵盐：
酸与铵盐的区别：羰基吸收峰
现 代 仪 器 分 析
24
W C G
第二组： 1900～2300
(1)炔氢
R
C
C
R
C
C
H ：2100～2140 R' ：2190～2260(弱)
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W C G
二、红外光谱的分区
红外光谱的整个范围可分成4000～1300cm1(官能团区)与1300～600cm-1(指纹区)两个区域。 官能团区
频率范围：4000～1300cm－1
现 代 仪 器 分 析
波 长 范 围
3750 ～ 3000
O-H N-H
3300～ 2900
3000～ 2700
现 代 仪 器 分 析
RCOF：1850 RCOCl：1795 RCOBr：1810)
酸酐：向高频移动； 双峰
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W C G
第四组：1550～1680 烯烃 1620～1680 双取代反式不明显 苯环 1600、1580、1500有两～三个中等强 度峰
现 代 仪 器 分 析
17
W C G
§5 红外光谱的吸收强度
强度等级的划分(ε为摩尔吸光系数）
ε>100 非常强峰(vs) 20<ε<100 强 峰(s) 10<ε<20 中强峰(m) 1<ε<10 弱 峰(w)
影响吸收峰强度的因素 振动的跃迁几率大小
现 代 仪 器 分 析
基频吸收峰>倍频吸收峰
振动中偶极矩改变的大小 化学键两端原子的电负性差别越大，吸收峰越强； 分子的对称性越差，吸收峰越强。
W C G
第四章 红外吸收光谱分析
W C G
§1 红外吸收光谱分析概述
红外吸收光谱又称为分子的振转光谱，在化学领域，主要 用于
分子结构的研究(键长、键角) 化学组成的分析(根据红外吸收峰的位置和强度推测为织物结 构)Biblioteka 现 代 仪 器 分 析
虽然分子的转动能级低于振动能级，但两者相差不大，一 般伴随出现，所形成的吸收相互连接形成谱带而不是谱线 红外光谱分析中一般以波数表示光的频率
现 代 仪 器 分 析
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W C G
(2)N-H
频率范围：3500~3300:
单取代：双峰 双取代：单峰 三取代：无峰
RR’N-H与R-OH的区别：
现 代 仪 器 分 析
前者有N－C的1200～ 1300，后者有C－O的 1150～1040 无取代：等强度双峰； 单取代：单峰或不等强 度多峰； 三取代：无峰 酰胺与胺的区分：前者 有羰基吸收
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W C G
第五组(指纹区)：1500～625
1300～600cm－1 划分 意义 1300～900cm－1 1 C－O、C－N、C－F、C－P、C－S、 P－O、Si－O伸缩振动 2 C＝S、S＝O、P＝O伸缩振动
900～600cm－1
应用：
1 (CH2)n：n≥4，722；n减小，吸收峰红移； 2 烯烃
RCH＝CH2 890(较强)
CH3
现 代 仪 器 分 析
RHC＝CHR
顺式 690(弱) 反式 970(强)
3
C CH3
：(1370～1380)+(1380~1385)双峰
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W C G
4 苯环取代情况 苯环：1600、1580、1500cm-1处、两 到三个峰
当C＝C与C＝O共轭时，吸收强度较低； 苯环取代情况主要看700～900(强)和 1660～2000cm－1(弱)
位置
化 合物
1715
1735
1740
~1680
1775
~1700
现 代 仪 器 分 析
位置
1805
~1740
~1770
1710
1750
1750～ 1800
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W C G
羧酸、酰卤、酸酐、 酰亚胺
羧酸与羧酸盐： 2700～3300、双峰 (1550～ 1620)+(1330～1420) 酰卤： 向高频移动
现 代 仪 器 分 析
C=C=C C=C=O C=N=N
O=C=O
RN=C=O
2349
2275~2250
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W C G
第三组(羰基)：1600-1800 (1)基本位置(丙酮)：1710-1720 C=O:1700; C-C:1100 (2)当羰基与双键共振时，单键成分增加，向低波数移动
C=O > C=C (如反对称伸缩振动吸收峰比对称伸缩振动吸收峰强)
其他外在因素
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W C G
§6 红外光谱的特征性，基团频率
概念
现 代 仪 器 分 析
物质的红外光谱，是其分子结构的反映。谱图 中的吸收峰，与分子中各基团的振动形式相对 应。实验表明，组成分子的各种基团，都有自 己特定的红外吸收区域，分子的其它部分对其 吸收位置影响较小。通常把这种能代表基团存 在，并有较高强度的吸收谱带称为基团频率。 其所在位置一般又称为特征吸收峰。
3
W C G
§2 红外吸收光谱的产生
物质对电磁辐射的吸收必须满足的两个条件
辐射能具有刚好能满足物质跃迁时所需要的能量
只有与分子中某个基团的振动频率一致的红外辐射方可被物质 吸收 红外辐射的能量是通过辐射与物质间有耦合作用传递给物质的。 基团的振动类似于偶极子的振动，只有发生偶极矩变化的振动 才能引起可观测的红外吸收谱带；这种振动称为红外活性
单取代：～710和～750双强峰 四个相邻氢：770～735强峰 三个相邻氢：810～750强峰 两个相邻氢：860～800强峰 单独的氢 ：900～800弱峰
现 代 仪 器 分 析
C＝N：1630～1690，强度不定 硝基化合物：～1350 与 ～1560 两强峰 C－O键(1070~1150，强)判断醚、醇、 酯：
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面外摇摆振动：
W C G
(1)分子的振动方式
现 代 仪 器 分 析
伸 缩 振 动 改 变 键 长
对称伸缩振动
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W C G
现 代 仪 器 分 析
不对称伸缩振动
伸 缩 振 动 改 变 键 长
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W C G
现 代 仪 器 分 析
弯 曲 振 动 改 变 键 角
平面箭式弯曲振动
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W C G
一级醇：1050 与 1350～1260 二级醇：1100 与 1350～1260
三级醇：1100 与 1310～1410
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W C G
§7 影响基团频率的因素
一 内部因素
1 电子效应(electrical effects)
A 诱导效应(I, inductive effect)
由于取代基具有不同的电负性，通过静电诱导效应， 将引起分子中电子分布的变化，从而改变键的力常数， 使键或基团的特征频率发生位移。
由基态跃迁到第二、第三等激发态时所产生的吸收峰； 它不是基频的整数倍，发生的几率也小微弱峰。 组合频 一种频率的红外光被两个振动吸收； 倍频与组合频统称泛频。 振动耦合 当两个基团相邻、且振动频率相近，会发生振动耦合裂分，使吸收 频率偏离基频，一个向高频移动、一个向低频移动。 如当两个甲基连接在一个碳原子上时，其基频1380会消失，而在 1385和1375附近各出现一个吸收峰:
现 代 仪 器 分 析
平面摇摆弯曲振动
弯 曲 振 动 改 变 键 角
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现 代 仪 器 分 析
弯 曲 振 动 改 变 键 角
平面外摇摆弯曲振动
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现 代 仪 器 分 析
弯 曲 振 动 改 变 键 角
平面外扭曲弯曲振动
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基频外的其他几种红外吸收
倍频
现 代 仪 器 分 析
1 104 / cm1 / cm / m
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红外光谱的分区
近红外区 波长 范围 0.78~2.5 (μm) 中红外区 2.5~25 (μm) 远红外区 25~300 (μm)