红外分光光度法-ppt分析化学PPT课件
化学分析和红外光谱的定性分析
应用范围比较
化学分析：适用于各种物质，特别 是金属和无机物的分析
优势比较：化学分析方法简单、快 速、准确；红外光谱法可以提供分 子结构和化学键的信息
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红外光谱法：适用于有机物和部分 无机物的分析，特别适合于高分子 化合物和有机化合物的分析
局限性比较：化学分析方法可能会 受到干扰，如杂质和共存物的干扰； 红外光谱法可能会受到样品状态和 制样方法的影响
步骤：选择适当的滴定剂、确定滴 定条件、进行滴定实验、记录滴定 数据并计算结果
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原理：根据化学反应的计量关系， 通过滴定剂的加入量计算被测物质 的含量
应用：适用于多种无机物和有机物 的定量分析，尤其在金属离子和酸 碱度的测定中应用广泛
重量分析法
定义：通过测量物质质量来确定其化学组成的分析方法 原理：根据化学反应后质量的增加或减少来计算反应物或生成物的质量 步骤：分离、干燥、称重、计算 优点：准确度高，可用于常量组分的分析
分光光度法
定义：利用物质对光的吸收特性进行定性、定量分析的方法
原理：不同物质对不同波长的光的吸收程度不同，通过测量物质对光的吸收程度，可以 确定物质的种类和含量
应用：在化学分析中广泛应用，可用于测定高、中、低浓度的物质
优点：操作简便、准确度高、灵敏度高
色谱分析法
简介：色谱分析法是一种分离和分析复杂样品中不同组分的方法，通过不同物质在固 定相和流动相之间的分配系数差异进行分离。
展望：随着分析科学的发展，化学 分析和红外光谱的定性分析将会更 加精准、快速和自动化。
04
化学分析和红外光谱定 性分析的实例
《分析化学》第二版、全册教材完整课件(905张PPT)
进展
2018/5/16
一、分析化学的分类
1. 按分析任务分类
(1) 定性 含何种元素，何种官能团 (2) 定量 含量 (3)结构 形态分析,立体结构,结构与活性
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2. 按分析对象分类
(1) 无机分析 (2) 有机分析 (3) 生物分析 (4) 药物分析
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3. 按分析方法分类
化学分析：
重量分析 容量分析（各种滴定分析）
仪器分析：
电化学分析
光化学分析
色谱分析 波谱分析
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4.按数量级分类
常量，微量，痕量（10-6），超痕量（10-9～10-12）
克 毫克 10-3 微克 10-6 ppm 纳克 10-9 ppt 皮克 10-12 ppb 飞克 10-15
1.由分析对象来看
无机物分析
有机物 分析
微量 痕量
生物活性物质
2.由分析对象的数量级来看
常量 分子水平
3.由分析自动化程度来看
手工操作
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仪器
自动
全自动
智能化仪器
第一个重要阶段：
◈20世纪二三十年代利用当时物理化学中的溶 液化学平衡理论，动力学理论，如沉淀的生成 和共沉淀现象，指示剂作用原理，滴定曲线和 终点误差，催化反应和诱导反应，缓冲作用原 理大大地丰富了分析化学的内容，并使分析化 学向前迈进了一步.
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第一章 绪 论
一、分析化学的定义
第一节 分析化学的作用
二、分析化学的特点 三、分析化学的作用
2018/5/16
一 、分析化学定义
红外分光光度法培训PPT课件-50页PPT精品文档
有机化合物的典型光谱
讨论典型光谱，可熟悉各种官能团的特征峰和相关峰及 其与分子结构的关系，便于解析，进行结构分析。
一、脂肪烃类
1 .烷烃 主要特征峰有： C-H: -CH3 as 2962±10cm-1(S) s 2872±10cm-1 (S) -CH2 as 2926±10cm-1(S) s 2853±10cm-1 (S) -CH 2890 ±10cm-1(m) 常被掩盖 C-H: -CH3 as 1450±20cm-1(S) s 1380~1370cm-1 (S) -CH2 1465±20cm-1(m) ~722cm-1 (m)(n4)
影响峰位的因素
1.分子内部结构因素 （1）电子效应
诱导效应---吸电子基团的诱导效应使吸收峰向高 频方向移动。例：
共轭效应---使吸收峰向低频方向移动。例：
（2）空间效应
环张力效应---当环有张力时，环内双键被消弱，其 伸缩振动频率降低； 而环外双键被增强，其伸缩振 动频率增加，峰强也增加。例：
如是线型分子，转动自由度为2（以键轴为轴的转动惯 量=0，不发生能量变化），则振动自由度为3N-5 由振动自由度可估计基频峰的可能数目。
例1：非线型分子----H2O 振动自由度=33-6=3 说明水分子有三种基本振动形
式，可能产生三个吸收峰。即
3652cm-1 3756cm-1
1595cm-1
C=O: 1623cm-1(芳酮）
分子间氢键---受浓度影响较大，随浓度变化
峰位发生变化，可利用稀释法判断分子间氢
键。
例： 醇与酚的羟基，在极稀溶液中呈游离状态。 随浓度增加分子间形成氢键而成二聚体或多 聚体。使 O-H 降低。 游离 （3640cm-1）
第八章 红外分光光度法.ppt
900~650 cm-1：C－H弯曲振动吸收。确定化合物的顺
反构型或苯环的取代类型。
2019/11/15
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第二节
二、影响基团频率的因素
内部因素
共轭效应： 共轭效应使共轭体系中电子云密度平均化，双
键强度，键力常数，双键的基团频率向低 波数方向移动
增大，谱带变宽。
RCOOH（游离） 1 760cm-1
O......H O
RC
C R(二聚体)
O H......O
1 700cm-1
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第二节
二、影响基团频率的因素
空间位阻：
空间位阻使共轭体系的共平面被偏离或破坏， 共轭效应强度降低，吸收频率向高波数移动
第八章
红外吸收光谱法
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第七章 红外吸收光谱法 学习要求
掌握红外吸收光谱法原理（红外吸收光谱的产生；多 原子分子的振动；基团频率与振动的关系）
理解红外吸收光谱的特征吸收频率及其与分子结构的 关系
理解红外吸收光谱仪（色散型红外分光光度计；傅里 叶变换红外分光光度计）
变形振动 （弯曲振动 或变角振动） （键长变化）
面内变形 面外变形
剪式振动（ ） 面内摇摆振动（ ρ ）
面外摇摆振动（ ω ）
扭曲振动（ τ ）
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第一节
二、红外吸收的基本原理
分子中基团的振动形式
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波数：频率，1cm中所含 T
2024版年度《分析化学》ppt课件
工业生产中的质量控制
原材料检测
对工业生产中使用的原材料进行化学分析，确保 其符合生产要求。
产品质量控制
通过化学分析对生产过程中的中间产品和最终产 品进行检测，保障产品质量和稳定性。
工业环境监测
对工业生产过程中的废气、废水、废渣等排放物 进行监测，确保其达到环保标准。
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THANKS
库仑分析法是电解分析法的特例，它通过精确 控制电解过程，使得电解反应完全按照法拉第 定律进行，从而得到更准确的分析结果。
电解分析法和库仑分析法具有准确度高、灵敏 度高等优点，但操作相对复杂。
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极谱法与伏安法
极谱法是通过测量电解过程中得到的极化电极的电流-电位曲线来进行分 析的方法。
伏安法是通过测量电解过程中电压与电流的关系来进行分析的方法。
《分析化学》ppt课件
2024/2/2
1
目 录
2024/2/2
• 引言 • 分析化学基础知识 • 滴定分析法 • 光谱分析法 • 电化学分析法 • 色谱分析法 • 分析化学在实际应用中的案例
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01 引言
2024/2/2
3
分析化学的定义与重要性
定义
分析化学是研究物质的组成、结构、 形态和变化规律的科学，是化学的一 个重要分支。
可用于测定酸、碱以及能与酸碱起反 应的物质的含量，如有机酸、无机酸、 碱金属氢氧化物等。
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氧化还原滴定法
2024/2/2
氧化还原滴定法的原理
01
利用氧化还原反应进行滴定分析，通过指示剂或电位变化来确
定滴定终点。
氧化还原滴定法的应用
02
可用于测定具有氧化性或还原性的物质的含量，如金属离子、
分析化学完整版ppt课件
环境污染物的分析方法
1 2 3
环境污染物的分类与特点
根据污染物的性质、来源和危害程度进行分类， 如有机污染物、无机污染物、放射性污染物等。
分析方法的选择原则
根据污染物的种类、浓度范围、样品基质等因素 ，选择合适的分析方法，确保分析结果的准确性 和可靠性。
常用分析方法介绍
包括光谱分析、色谱分析、质谱分析、电化学分 析等，以及这些方法在环境污染物分析中的应用 实例。
在线监测与实时分析
许多应用场景需要在线监测和实时分析结果，对分析化学的响应速度 和准确性提出了更高要求。
分析化学的未来发展方向
单细胞分析
单细胞分析能够揭示细胞间的异质性，为精准医疗和个性 化治疗提供重要依据。
无损分析和原位分析
无损分析和原位分析能够在不破坏样品的情况下获取分析 结果，对于文物保护、艺术品鉴定等领域具有重要意义。
以摩尔为单位计量物质的量，是国际 单位制中的基本单位。
物质的量浓度与质量浓度
物质的量浓度是单位体积溶液中所含 溶质B的物质的量，质量浓度则是单 位体积溶液中所含溶质B的质量。
摩尔质量与摩尔体积
摩尔质量是单位物质的量的质量，摩 尔体积是单位物溶液配制计算 、化学分析计算等，是分析化学的基 础。
有机化合物的合成与反应
合成方法
01
基本合成法、逆合成分析法、组合合成法等
反应类型
02
亲核反应、亲电反应、自由基反应等
反应条件
03
温度、压力、催化剂等
有机化合物的分析方法
分离方法
蒸馏、萃取、色谱法等
鉴定方法
红外光谱、核磁共振谱、质谱等
定量分析方法
重量分析法、滴定分析法等
06
分析化学--分光光度法
D。减少，不变
答案： A
3、下列表述不正确的是
A。吸收光谱曲线，表明了吸光度随波长的变化关系
B。吸收光谱曲线中,最大吸收处的波长为最大吸收波长
C。吸收光谱曲线，以波长为纵坐标,以吸光度为横坐标
D。吸收光谱曲线，表明了吸光物质的吸收特性
答案： C
4、影响有色物质摩尔吸收系数的因素是
1-2 光的吸收定律
一、朗伯-比尔定律
1、朗伯定律（Lambert’s Law）：
1760 Lambert通过实验发现电磁被物质吸 收时，透过能量呈指数减少。假定一辐射 能通过光路后被吸收25%，再通过下一个 光路时被吸收0.75×25%，剩56.25%,
依次类推，在无限大的光路中
有关。浓度愈大，颜色愈深。 因此，可以用比较颜色的深浅来测定物质的
浓度，这种测定分析方法称为比色析分法。
C
一、吸光光度法
1、定义：基于物质对光的选择性吸收而建立 起来的分析方法。它包括比色法，可见分光光 度法，紫外分光光度法及红外分光光度法。
2、特点：
（1）灵敏度高：常用于测量1%~1‰的微 量组分，还可测定10－4 ~10－6的痕量组分。
练习题
1、人眼能感觉到的光称为可见光，其波长范 围是
A。400-800nm
B。200-320nm
C。200-800nm
D。200-1000nm
答案： A
2 、符合比尔定律的一有色溶液，当其浓度 增大时，最大吸收波长和吸光度分别是
A。不变，增加
B。不变，减少
C。增加，不变
玻璃棱镜：400－700nm
石英棱镜：200－1000nm
c 光栅：利用光的衍射和干涉原
分析化学 第八章-分光光度法
∆E = E2 − E1 = hν
不同的物质由于其结构不同而具有不同的量子 化能级，其能量差也不相同，物质对光的吸收 具有选择性。
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吸收曲线（吸收光谱）： 测量溶液对不同波长光的吸收，以波长为横坐
标，吸光度为纵坐标作图，得到吸收曲线。 描述了物质对不同波长光的吸收能力。
吸收曲线
A ~ λ (nm) 最大吸收波长：λmax
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同一浓度，不同物质 不同浓度，同一物质
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吸收曲线的讨论：
（1）同一种物质对不同波长光的吸光度不同。 （2）吸收曲线可以提供物质的结构信息，并作为物 质定性分析的依据之一。也是定量分析中选择入射 光波长的重要依据。 （3）不同浓度的同一种物质，其吸收曲线形状相似。 在某一定波长下吸光度有差异，在λmax处吸光度的差 异最大，测定最灵敏，可用于物质定量分析。
3. 双波长型
λ1 λ2
通过波长选择可校正背景吸收：消除吸收光谱重 叠干扰，适合于混浊液和多组分分析。
只使用一个吸收池：参比溶液即被测溶液，避免 单波长法中因两种溶液组成、均匀性差异及吸收 池差异所引入的误差。
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8.3 显色反应及显色条件的选择
1. 显色反应的选择 2. 显色剂 3. 显色条件的选择
吸光物质在一定波长和溶剂条件下的特征常数；
不随浓度和光程长度的改变而改变。在温度和 波长等条件一定时，ε 仅与吸光物质本身的性质 有关；
可作为定性鉴定的参数；
同一吸光物质在不同波长下的ε不同。在λmax处 的ε常以εmax表示。εmax越大，该物质的吸光能力 越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。
分子内部三种 运动形式
电子相对于原子核的 运动
原子核在其平衡位置 附近的相对振动
分析化学基础知识——第七课红外分光光度法
分析化学基础知识——第七课红外分光光度法第七课红外分光光度法⼀、概述1.红外区波长范围及分区波长范围：0.76µm-1000µm分区：2.红外吸收光谱的表⽰⽅法3.IR的特点适⽤于⽓、液、固态样品、且样品⽤量少。
⼤多数化合物均有红外吸收，除了单原⼦分⼦和同核分⼦。
红外光谱中的吸收峰较多，特征性强，适合⽤于定性和结构解析。
红外光谱仪的价格相对低廉。
定量分析灵敏度差，准确度低，主要⽤于定性分析。
不适合作含⽔样品的分析。
⼆、基本原理分⼦振动和红外吸收吸收峰的位置吸收峰的强度1.分⼦振动和红外吸收双原⼦分⼦的振动与红外吸收分⼦振动简单的双原⼦A-B间的振动可近似地⽤谐振⼦模型来描述振动频率可由虎克定律和⽜顿定律推导出来A、B视为两个刚性⼩球化学键视为质量忽略不计的弹簧A、B间的振动视为简谐振动红外吸收⼊射光频率与分⼦振动频率相等时，分⼦将吸收⼊射光，振动振幅加⼤，产⽣吸收光谱，因此，所吸收光的频率为：多原⼦分⼦振动形式伸缩振动γ弯曲振动δ（1）伸缩振动键长变化但键⾓不变的振动它包括两种类型对称伸缩振动γs反称伸缩振动γas亚甲基的伸缩振动（2）弯曲振动键⾓发⽣周期性变化，但键长不变的振动。
它包括以下⼏种类型⾯内弯曲振动 AX2⾯外弯曲振动变形振动AX3⾯内弯曲振动（β）剪式振动（δ）⾯内摇摆振动（ρ）⾯外弯曲振动（γ）⾯外摇摆振动（ω）扭曲振动（τ）变形振动对称变形振动（δs）不对称变形振动（δas）（3）振动⾃由度双原⼦分⼦：⼀种振动形式多原⼦分⼦：振动形式复杂，可以分解为许多简单的基本振动。
基本振动的数⽬称为振动⾃由度，可以⽤作估计基频峰的可能数⽬。
振动⾃由度的计算分⼦的运动形式分为：平动、振动和转动，则：振动⾃由度=总⾃由度-平动⾃由度-转动⾃由度设：分⼦含有N个原⼦则：总⾃由度为3N,平动⾃由度为3转动⾃由度为3（对于⾮线形分⼦）或2（对于线形分⼦）振动⾃由度⾮线形分⼦线形分⼦3N-6 3N-5H2O分⼦的振动⾃由度3×3-6=3CO2的振动⾃由度3×3-5=4基频峰数⽬与振动⾃由度通常，基频峰数⽬<振动⾃由度原因：简并红外⾮活性振动仪器的分辨率或灵敏度不够⾼产⽣红外吸收峰的条件1.辐射恰好提供物质产⽣振动跃迁所需的能量。
《红外分光光度法》PPT课件
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HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science
红外光谱的吸收强度按摩尔吸光系数的大小划 分吸收峰的强弱等级：
>100
极强（vs）
20< <100
强（s）
10< <20
中强（m）
1< <10 < 1
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HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science
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。
7）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强
大的定性功能。
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二、红外光谱图 T-或T-曲线
波数：cm-1，线性波数表示法
透 射 比
波长、波数
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波长：m，线性波长表示法
（cm-1)=104/ (m)
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第二节 红外吸收基本理论
一、分子的振动
分子简谐振动方程式
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HEBEI NORMAL UNIVERSITY, College of Chemistry & Material Science
（二）非谐振子—双原子分子
基频峰：由 =0到 =1的跃迁产生的吸收
谱带。强度大
倍频峰
第一倍频峰：由 =0到 =2跃迁产生的
吸收谱带。弱，不是基频峰整数倍。
第二倍频峰：由 =0到 =3 ……
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考研分析化学红外分光光度法
第十四章红外分光光度法第一节概述（一）红外线的区划红外线：波长大于0.76μm，小于500μm（或1000μm）的电磁波称为~习惯上将红外线分为三个区域：近红外区（0.76μm~2.5μm），OH、NH、CH键的倍频吸收区中红外区（2.5μm~50μm），振动，伴随着转动（基本振动区）远红外区（50μm~5000（或1000μm）），转动三种波长范围的红外线，引起三种类型的能级跃迁红外光谱：由分子的振动、转动能级引起的光谱，称为中红外吸收光谱，简称红外吸收光谱或红外光谱远红外光谱及微波谱：由分子的纯转动能级跃迁所引起的光谱称为~红外吸收光谱法：利用样品的红外吸收光谱进行定性、定量分析及测定分子结构的方法，或称红外分光光度法，简称红外光谱法（二）红外吸收光谱的表示方法T-λ曲线，T-σ曲线T-λ曲线“前密后疏”T-σ曲线“前疏后密”这是因为前者是波长等距，后者是波数等距目前的红外光谱采用波数为横坐标波数为波长的倒数，在红外光谱中波长的单位用微米（μm），波数的单位用cm-1，1μm=10-4cmσ（cm-1）=104/λ（μm）波数：表示每1cm距离内包含多少个波长（三）红外吸收光谱与紫外吸收光谱的区别1 起源不同紫外光谱与红外光谱都属于分子吸收光谱，但起源不同1 电子能级跃迁紫外线波长短、频率高、光子能量大，能引起分子外层电子的能级跃迁，虽伴有振动及转动能级跃迁，因能级差较小，常被淹没，除某些化合物（苯）蒸汽的紫外光谱，会显现振动能级跃迁外，一般不显现因此紫外吸收光谱属电子光谱2 振动-转动能级跃迁红外线的波长比紫外线长，光子能量比紫外线小得多，只能引起分子的振动能级并伴随转动能级的跃迁因而中红外光谱是振动-转动光谱2 适用范围不同1 紫外吸收光谱法：只是用于研究芳香族或具有共轭结构的不饱和芳香族化合物及某些无机物，不适用于饱和有机化合物红外吸收光谱法：不受此限，在中红外区，能测得所有有机化合物的特征红外光谱，红外光谱还可以用于研究某些无机物2 紫外分光光度法：测定对象的物态为溶液及少数物质的蒸汽红外分光光度法：测定气、液及固体样品，并以固体样品最为方便3紫外分光光度法：用于定量分析及测定某些化合物的类别红外分光光度法：用于定性鉴别及测定有机化合物的分子结构3 特征性不同红外光谱的特征性比紫外光谱强紫外光谱主要是分子的π电子或n电子跃迁所产生的吸收光谱，因此多数紫外光谱比较简单，特征性较差红外吸收光谱是振动-转动光谱，每个官能团都有几种振动形式，在中红外区相应产生几个吸收峰，光谱复杂，特征性强，除了个别化合物外，每个化合物都有其特征红外光谱，因而红外光谱是定性鉴别的有力手段（四）用途红外分光光度法的用于可概括为：定性鉴别、定量分析、结构分析等可提供化合物具有什么官能团、化合物类别（脂肪族、芳香族）、结构异构、氢键、某些链状化合物的链长等信息，是分子结构研究的主要手段之一第二节基本原理一条红外吸收曲线，可由吸收峰的位置（λmax或σmax）及吸收强度（ξ）来描述一、振动能级与振动光谱由于分子的振动能级差大于转动能级差，因此在分子发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随着转动能级的跃迁，因而无法测得纯振动光谱由于振动能级是量子化的，则所吸收的光子的能量hνL必须恰等于振动能级的能量差，即hνL=△EvνL=ν·△V σL=σ·△V若把双原子分子视为谐振子，吸收红外线而发生能级跃迁时所吸收的红外线频率（νL），只能是谐振子振动频率（ν）的△V倍二、振动形式双原子分子只有一类振动形式：伸缩振动多原子分子有两类振动形式：伸缩振动、弯曲振动振动形式可以了解吸收峰的起源振动形式的数目，有助于了解基频峰的可能数目（一）伸缩振动伸缩振动：键长沿键轴方向发生周期性的变化称为~多原子分子（或基团）的每个化学键可以近似地看做一个谐振子伸缩振动的振动形式可分为两种：1 对称伸缩振动2 不对称伸缩振动或称反称伸缩振动除CH2及CH3以外，凡含有两个或两个以上相同键的基团也都有对称及反称两种伸缩振动形式化合物中含有两个相邻相同的官能团，也有对称伸缩振动和反称伸缩振动两种形式（二）弯曲振动弯曲振动：使键角发生周期性变化的振动称为~（或称为变形振动）弯曲振动分为：面内、面外、对称弯曲振动、不对称弯曲振动1 面内弯曲振动：在由几个原子所构成的平面内进行的弯曲振动，称为~按振动形式，面内弯曲振动可以分为：剪式振动、面内摇摆振动两种组成为AX2的基团或分子易发生此类振动（1）剪式振动：在振动过程中键角的变化类似剪刀“开”“闭”的振动（2）面内摇摆振动：基团作为一个整体，在平面内摇摆2 面外弯曲振动：在垂直于由几个原子所组成的平面外进行的而弯曲振动称为~（1）面外摇摆振动：两个X同时向面上或向面下的振动（2）蜷曲振动：一个X向面上，另一个X向面下的振动3 变形振动AX3基团或分子的弯曲振动分为两种：（1）对称变形振动在振动过程中，三个AX键与轴线组成的夹角α对称的缩小或增大（2）不对称变形振动在振动过程中，二个α角缩小，一个α角增大，或相反的振动（三）振动自由度双原子分子只有一种振动形式——伸缩振动基本振动的数目称为振动自由度，即分子的独立振动数在中红外区，光子的能量较小，不足以引起分子的电子能级跃迁只需考虑分子中三种运动形式的能量变化：平动、振动、转动的能量变化分子的平动能改变，不产生光谱转动能级跃迁产生远红外光谱，不在中红外光谱的讨论范围，因此应扣除这两种运动形式N个原子有3N个独立运动方向，分子有三个平动自由度在非线性分子中，分子由三个转动自由度，剩下3N-6个振动自由度在线性分子中，分子有两个转动自由度，剩下3N-5个振动自由度由振动自由度数可以估计基频峰的可能数目三、基频峰与泛频峰在红外光谱上，从吸收峰的峰位（即所吸收红外线的频率）与基团的振动频率（或称基本振动频率）之间的关系，可以分为基频峰和泛频峰（一）基频峰基频峰是红外光谱上最重要的一类吸收峰1 简并某些振动虽然振动形式不同，但是振动频率相等2 红外非活性振动红外非活性振动：不能吸收红外线发生能级跃迁的振动称为~，反之称为红外活性振动红外非活性振动的原因：振动过程中分子的偶极矩不变只有偶极矩有变化的振动过程，才能吸收红外线而发生能级跃迁这是因为红外线是具有交变电场和磁场的电磁波，不能与非电磁分子或基团发生振动耦合（共振）的缘故红外线不能将振动过程中无偶极矩变化的分子或基团激发3 仪器的分辨率不高，一些弱峰仪器检测不出来等原因某基团和或分子的基本振动吸收红外线而发生能级跃迁，必须满足两个条件：1振动过程△μ≠02 必须服从νL=ν·△V的关系（二）泛频峰倍频峰：在红外吸收光谱上，除基频峰外，还有振动能级由基态（V=0）跃迁至第二振动激发态（V=2）、第三激发态（V=3）....等现象，所产生的吸收峰称为~二倍频峰、三倍频峰等统称为倍频峰三倍频峰及三倍以上，因跃迁几率很小，一般都很弱，常观测不到由于分子的非谐振性质，位能曲线中的能稽查并非等距，V越大，间距越小倍频峰的频率并非是基频峰的整数倍，而是略小一些倍频峰、合频峰、差频峰统称为泛频峰取代苯的泛频峰出现在2000~1667cm-1（5~6μm）的区间，主要由苯环上碳-氢面外弯曲的倍频峰等构成，特征性很强，可用于鉴别苯环上的取代位置四、特征峰与相关峰（一）特征峰（特征频率）官能团的存在与吸收峰的存在相对应，因此可用一些易辨认、有代表性的吸收峰来确认官能团的存在凡是可用于鉴别官能团存在的吸收峰，称为特征吸收峰，简称特征峰或特征频率（二）相关峰多数情况一个官能团有数种振动形式，而每一种红外活性振动，一般相应产生一个吸收峰，有时还能观测到泛频峰，因而常常不能由单一特征峰肯定官能团的存在相关峰：由一个官能团，所产生的一组相互依存的特征峰，可称为相关吸收峰，简称~相关峰的数目与基团的活性振动数及光谱的波数范围有关用一组相关吸收峰确定一个官能团的存在，是光谱解析的一条重要原则五、吸收峰的位置吸收峰的位置或称峰位通常用σmax（或νmax、λmax）表示，即前述振动能级跃迁时所吸收的红外线的波数σL（或频率νL、波长λL）对基频峰而言，σmax=σ，基频峰的峰位即基团或分子的基本振动频率其他峰，σmax=σ△V每种基频峰都在一段区间内出现，这是因为虽是同一种基团、同一种振动形式的跃迁，但在不同的化学环境中所受的影响不同，而使吸收峰的位置有所改变基频峰的位置主要由四方面因素所决定：化学键两端原子的质量、化学键力常数、内部影响因素、外部影响因素（一）基本振动频率1 基本振动频率的计算公式：K为化学键力常数，是将化学键两端的原子由平衡位置拉长0.1nm后的恢复力称为~化学键力常数越大，表明化学键的强度越大K越大，折合质量越小，谐振子的振动频率越大双原子基团的基本振动频率与化学键力常数及折合质量有关，即基频峰的峰位与K和u有关同类原子组成的化学键，力常数越大，则基本振动频率越大比较不同原子组成的化学键，则需看力常数与折合质量哪一个是主要矛盾由于氢原子的原子量最小，故所有含氢原子单键的基频峰，都出现在中红外光谱上的高频区2 基频峰的分布图1）折合质量越小，伸缩频率越高2）折合质量相同的基团，伸缩力常数越大，伸缩振动基频峰的频率越高3）折合质量相同时，ν>β>γ，因为它们的力常数依次减小（二）影响因素1 内部因素主要是结构因素，如相邻基团的影响及空间效应1）诱导效应吸电子的诱导效应，常使吸收峰向高频方向移动2）共轭效应共轭效应的存在使吸收峰向低频方向移动3）氢键氢键的形成使伸缩振动频率降低分子内氢键缔合作用的一种形式，由于分子内氢键的形成，往往对谱带位置有极明显的影响，但它不受浓度的影响，有助于结构分析分子间氢键受浓度的影响较大，随浓度的稀释吸收峰位置改变可观测稀释过程峰位是否变化，来判断是分子间氢键还是分子内氢键4）杂化影响在碳原子的杂化轨道中s成分增加，键能增加，键长变短，C-H伸缩振动频率增加碳-氢伸缩振动频率是判断饱和氢与不饱和氢的重要依据，不饱和碳氢的伸缩振动频率大于3000cm-12 外部因素主要是溶剂、仪器色散元件、温度的影响溶剂影响：极性基团的伸缩频率，常随溶剂的极性增大而降低通常是因为极性基团与溶剂间生成氢键的缘故，形成氢键的能力越强，降低越多（三）特征区和指纹区1 特征区特征区：习惯上把4000~1250cm-1(2.5~8.0μm)区间称为特征频率区，简称~特征区的吸收峰较疏，易辨认主要包括：1 含有氢原子的单键2 各种三键及双键的伸缩振动的基频峰3 含氢单键的面内弯曲振动的基频峰羰基峰时红外吸收光谱上最受重视的吸收峰之一2 指纹区指纹区：1250~200cm-1（8.0~50μm）的低频区称为~指纹区的红外线的能量比特征频率区低所出现的谱带起源于：各种单键的伸缩振动、多数基团的弯曲振动两个结构相近的化合物的特征频率区可能大同小异，只要它们的化学结构上存在着微小差别，指纹区一般就有较明显的不同但是含碳较多的直链烷烃，碳数差别较小时，指纹区也无明显差别六、吸收峰的强度吸收峰的强度：是讨论一条吸收曲线上吸收峰（谱带）的相对强度或摩尔吸光系数与什么有关的额问题，而不是讨论浓度与吸光度之间的关系在红外分光光度法中，浓度与吸光度的关系与可见-紫外吸收光谱法一致，仍然服从Lambert-Beer定律1跃迁几率：跃迁过程中激发态分子占总分子的百分数，称为~谱带的强度即跃迁几率的量度跃迁几率与振动过程中偶极矩的变化有关，偶极矩变化越大，跃迁几率越大，谱带强度越大偶极矩的变化与键的偶极矩及振动形式有关在一定测定条件下，一个化合物的各基团的各种振动能级的跃迁几率恒定在不考虑相邻基团的相互抵消前提下，键的偶极矩越大，伸缩振动过程偶极矩变化越大振动过程偶极矩的变化还与分子结构的对称性有关，对称性越强，变化越小，完全对称，变化为零2谱带强度的划分：红外吸收光谱上的吸收峰高、矮，可以说明相对吸光强度谱带的绝对强度，需用摩尔吸光系数来描述用ε将红外吸收光谱的谱带强度区分为五级：非常强谱带（vs）ε>100强谱带(s) 20~100中等强度谱带(m) 10~20弱谱带(w) 1~10非常弱谱带(vw) <1第四节红外分光光度计及制样分光器：将复光分解为单色光的仪器称为~光度计：测量光强的仪器分光光度计：兼有分光器和光度计两种性能的仪器称为~按工作波长范围的不同，分为：紫外-可见、红外分光光度计仪器发展大体历经三个阶段：主要区别是单色器第一代仪器为棱镜红外分光光度计第二代仪器为光栅红外分光光度计第三代仪器为干涉调频分光傅里叶变换红外分光光度计一、光栅红外分光光度计光栅红外分光光度计，属于色散型一起，其色散元件为光栅按仪器的平衡原理可以分为：光学平衡式、电学平衡式红外分光光度计由：光源、吸收池（或固体样品框）、单色器、检测器、记录装置五个基本部分组成1 辐射源（光源）凡能发射连续波长的红外线，强度能满足需要的物体，均可为红外光源一般分为：碳硅棒、Nernst灯、特殊线圈Nernst灯低温时不导电2 色散元件目前多用反射光栅当红外线照射至光栅表面时，由反射线间的干涉作用而形成光栅光谱，各级光谱相互重叠，为了获得单色光，必须滤光由于一级光谱最强，故常滤去二级、三级光谱3 检测器常用检测器为：真空热电偶、Golay池热电偶：是利用不同导体构成回路时的温差现象，将温差转变为电位差的装置4 吸收池分为：液体池、气体池，分别用于液体样品与气体样品为了使红外线能透过，吸收池都具有岩盐窗片吸收池不用时需在保干器中保存(1)液体池分为固定池、密封池、可拆卸池可拆卸池：只能用于定性分析（2）气体池可用减压法将气体装入样品池中测定，气体池常用的光径为50mm及100mm多次反射气体池：测量低浓度、弱吸收气体样品，沸点较低的液体样品气体池在药物分析中很少应用二、干涉分光型红外分光光度计检测器多用热电型硫酸三甘肽（TGS）、光电导型检测器三、仪器性能红外分光光光度计的性能指标有分辨率、波数的准确度与重复性、透过率或吸光度的准确度与重复性仪器的最主要指标：I0线的平直度，检测器的满度能量输出1 分辨率（分辨本领）：在某波数处恰能分开两个吸收峰的波数差为指标2 波数准确度与重复性波数准确度：仪器测定所得波数与文献值比较之差称为~波数重复性：多次重复测量同一样品，所得同一吸收峰波数的最大值与最小值之差称为~波数准确性关系测得光谱峰位的正确性，直接影响光谱解析四、制样气、液、固态样品皆可测定其红外光谱，但以固态样品最方便对样品的主要要求：1样品的纯度需大于98%，以便于纯化合物光谱对照2 样品应不含水分，若含水（结晶水、游离水）则对羟基峰有干扰样品更不得是水溶液若制成溶液，需用符合光谱波段要求的溶剂配制（一）固态样品固体样品可用三种方法制样：压片法、糊剂法、薄膜法（二）液态样品可用夹片法、液体池法粘度大的样品可用涂片法第五节应用与示例一、光谱解析方法红外吸收光谱是定性分析的有力工具（一）样品的来源和性质、1 来源、纯度、灰分来源可帮助估计样品及杂质的范围纯度需大于98%，若不符合要求则需精制混合物，需经色谱分离，而后再用红外定性有灰分则含无机物2 物理化学常数样品的沸点、熔点、折光率、旋光度等，作为光谱解析的旁证3 分子式不饱和度：分子结构中达到距离饱和时所缺一价元素的“对”数每缺二个一价元素时，不饱和度为一个单位（U=1）不饱和度公式：（二）光谱解析的几种情况1 若要求判定样品是否是某物质，可采用1 已知物对照法2 对照标准光谱法3 简单化合物一般进行红外光谱解析即可判定2 新发现化合物待定结构或化合物的结构复杂，或标准光谱尚未收载，则需要进行综合光谱解析综合光谱解析：包括元素分析、UV、IR、NMR、MS(三)光谱解析程序两区域法：将光谱划分为特征区及指纹区两个区域进行解析解析方法：四先、四后、相关法遵循：先特征区、后指纹区，先最强峰、后次强峰，先粗查、后细找，先否定、后肯定的顺序以及由一组相关峰确认一个官能团存在的原则。
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第二节 基本原理
例1已知C－H键(看作双原子分子)的力常数为 K＝5N.cm-1，求C－H键的振动频率。 解：C原子和H原子的折合质量为：
代入公式，得：
第十四章
答：C－H键的振动频率为3030cm-1。
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第二节 基本原理
第十四章
由于有机化合物的结构不同，化学键连接 的两原子折合质量和化学键的力常数各不相同， 就会出现不同的吸收频率，因此，不同的化合 物各有其特征的红外光谱。
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第二节 基本原理
第十四章
2.多原子分子的振动
伸缩振动
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第二节 基本原理
第十四章
（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。
分为对称伸缩振动 (s) 和不对称伸缩振动 (as)。 对同一基团， as频率稍高于s
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第十四章
弯曲振动 面内弯曲振动
弯曲振动 面外弯曲振动
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第二节 基本原理
第十四章
（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。
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第二节 基本原理
第十四章
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
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。
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第一节 概述
第十四章
例如λ＝50μm的红外光，用波数表示为：
(104)cm 1 20c0m 1
50
即在1cm的长度内，波长为50μm的红外光波的数 量为200个。
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第一节 概述
红外光谱图表示法
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第一节 概述
第十四章
红外光谱的表示方法
纵坐标为吸收强度，
横坐标为波长λ（ μm ）和波数1/λ (cm-1)
可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。
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Hale Waihona Puke 第一节 概述第十四章
如果波长以μm为单位，而1μm＝10-4cm，波
长与波数的关系为：
/cm1 /1cm1/04m
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）。
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第二节 基本原理
第十四章
(三)分子振动形式与红外吸收 实际观察到的红外吸收峰的数目，往往
少于振动形式的数目，减少的原因主要有：
(1)不产生偶极矩变化的振动没有红外吸收，不 产生红外吸收峰。
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第二节 基本原理
第十四章
（二）分子的振动形式 1.双原子分子的振动
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第二节 基本原理
第十四章
（二）分子的振动形式
1.双原子分子的振动 双原子分子可以看成是谐振子，根据胡克定律：
1 k 1302k
2c
m1 m2
m1 m2
k 化学键力常数,μ分子折合质量
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红外吸收光谱法的特点及用途
第十四章
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. 红外光谱可用于定量分析，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。
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第二节 基本原理
第十四章
(一)红外吸收光谱产生的条件
2.5~50 4000~200
OH NH及CH键 倍频吸收区 振动,转动
远红外 50～1000 200~10 骨架振动
转动
最常用 2.5～15 4000~670
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第一节 概述
第十四章
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。
第十四章
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红外吸收光谱法的特点及用途
第十四章
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，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；而红外光谱是分子振-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。
(1) 辐射应具有刚好能满足物质产生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
对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外
活性。如：N2、O2、Cl2 等。 非对称分子：有偶极矩，红外活性。
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第二节 基本原理
第十四章
IR谱带的强度用 s(strong，强)、m(middle，中等)、 w(weak，弱)、vw(very weak，极弱) 表示。
N个原子中每个原子都能向X，Y，Z三
个坐标方向独立运动。
即N个原子有3N个独立运动。
Z
3个平动自由度
y
X
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第二节 基本原理
第十四章
转动：非线性：3个转动自由度 线 性：2个转动自由度，键轴为轴的转 动原子的位置没有改变。不形成转动的
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第二节 基本原理
第十四章
(2)有的振动形式不同，但振动频率相同，吸 收峰在红外光谱图中同一位置出现，只观察 到一个吸收峰，这种现象称为简并。
(3)吸收峰太弱，仪器不能分辨，或者超过了 仪器可以测定的波长范围。
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第二节 基本原理
第十四章
分子振动的自由度
N个原子组成分子。
有3N个独立运动＝平动数＋振动数＋转动数
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第一节 概述
第十四章
红外光区的划分： 红外光谱在可见光区和微波光区
之间，其波长范围约0.75～1000μm。 习惯上将红外光区划分为三个区域。
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第一节 概述
第十四章
区域
红外光谱区 λ(μm) σ(cm-1 ) 能级跃迁类型
近红外 中红外
0.75～2.5 13000 ~4000
第十四章 红外分光光度法
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第一节 概述
第十四章
红外吸收光谱又称红外分光光度法。 它是利用物质对红外电磁辐射的选择 性吸收特性来进行结构分析、定性和 定量分析的一种分析方法。
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第一节 概述
第十四章
原理： 当分子中某个基团的振动频率和红外
光的频率一致时，分子就吸收红外光的能 量，从原来的基态振动能级跃迁到能量较 高的振动能级。物质对红外光的吸收曲线 称为红外吸收光谱。