傅里叶红外光谱分析解析

化时，无红外吸收。
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峰位、峰数与峰强
（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； 例2 CO2分子 （有一种振动无红外 活性）
(动画)
（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基 频峰；
（5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰， 倍频峰；
傅里叶变换红外光谱仪工作原理图
（动画）
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迈克尔干涉仪工作原理图
（动画）
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2.2.4. 色散型红外光谱仪主要部件 (1) 光源
能斯特灯：氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结制成 的中空或实心圆棒，直径1-3 mm，长20-50mm； 室温下，非导体，使用前预热到800 C； 特点：发光强度大；寿命0.5-1年；
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不对称 υ as(CH3) 2960㎝-1
不对称δ
as(CH3)1460㎝
-1
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）。 例１ 水分子 （非对称分子）
(动画)
（2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变
1
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
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1.3、分子中基团的基本振动形式
basic vibration of the group in molecular
1．两类基本振动形式
伸缩振动 亚甲基：
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变形振动 亚甲基
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甲基的振动形式
伸缩振动 甲基： 对称 υ s(CH3) 2870 ㎝-1 变形振动 甲基 对称δ s(CH3)1380㎝-1
问题：C=O 强；C=C 弱；为什么？
吸收峰强度跃迁几率偶极矩变化 吸收峰强度 偶极矩的平方 偶极矩变化——结构对称性； 对称性差偶极矩变化大吸收峰强度大
符号：s(强)；m(中)；w(弱)
红外吸收峰强度比紫外吸收峰小2～3个数量级；
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2、仪器类型与结构
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2.1、仪器类型与结构
types and structure of instruments
两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）
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2.1.1. 内部结构
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2.2.2. 傅里叶变换红外光谱仪结构框图 （动画）
干涉仪 样品室 检测器 显示器 光源 计算机 绘图仪
干涉图
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C2H4O
O
1730cm-1
1165cm-1
H H H
C
H
C
2720cm-1
（CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。 （CH3）2930 cm-1，2850cm-1。
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1.4、红外吸收峰强度
intensity of Infrared absorption bend
傅里叶红外光谱分析
德国布鲁克TENSOR27 程德军
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•时间安排 总共1小时 •理论25分钟 •操作讲解10分钟 •学生实验25分钟
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傅里叶红外光谱原理 德国布鲁克TENSOR27 红外制样 结构分析初步知识
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1 傅里叶红外光谱原理
k

1307 k

K化学键的力常数，与键能和键长有关，
为双原子的折合质量 =m1m2/（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 折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。
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表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型 力常数 峰位
—CC — > —C =C — > —C — C — 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6 4.5m 6.0 m 7.0 m
化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量 越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。
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例题: 由表中查知C=C键的K=9.5 9.9 ,令其为
9.6, 计算波数值。
1 k k 9.6 v 1307 1307 1650cm 1 2c 12 / 2
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1.2、红外吸收光谱产生的条件
condition of Infrared absorption spectroscopy
满足两个条件： (1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2)辐射与物质间有相互偶合作用。 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。 偶极子在交变电场中的作用示 意图
硅碳棒：两端粗，中间细；直径5 mm，长2050mm；不需预热；两端需用水冷却；
(2) 单色器
光栅；傅立叶变换红外光谱仪不需要分光；
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(3) 检测器
真空热电偶；不同导体构成回路时的温差电现象 涂黑金箔接受红外辐射； 傅立叶变换红外光谱仪采用热释电(TGS)和碲镉 汞(MCT)检测器； TGS：硫酸三苷肽单晶为热检测元件；极化效应 与温度有关，温度高表面电荷减少(热释电)；
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(动画)
分子振动方程式
双原子分子的简谐振动及其频率
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
分子的振动能级（量子化）： E振=（V+1/2）h
V ：化学来自百度文库的 振动频率；
：振动量子数。
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任意两个相邻的能级间的能量差为：
h E h 2 1 2c 1 k
FTS
光谱图
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2.2.3. 傅立叶变换红外光谱仪的原理与 特点
光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光，通
过试样后，包含的光信息需要经过数学上的傅立
叶变换解析成普通的谱图。 特点：(1) 扫描速度极快(1s)；适合仪器联用； (2)不需要分光，信号强，灵敏度很高； (3)仪器小巧。
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1.1、概述
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱 辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构 近红外区 中红外区 远红外区
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红外光谱与有机化合物结构
红外光谱图： 纵坐标为吸收强度， 横坐标为波长λ （ m ） 和波数1/λ 单位：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；