红外光谱分析ppt
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红外光谱(最全最详细明了)课件
THANKS
感谢观看样ຫໍສະໝຸດ 制备固体样品液体样品
气体样品
注意事项
研磨成粉末，与KBr混合 压片或涂在ZnSe窗片上
。
稀释在适当的溶剂中， 涂在CaF2或ZnSe窗片
上。
通过干燥管进入光谱仪 。
避免样品中的水分和二 氧化碳干扰，确保样品
纯净。
实验操作
打开红外光谱仪电源，预热 稳定。
调整仪器至最佳状态，如光 路对中、调零等。
对实验操作的要求
总结词
红外光谱实验操作需要一定的技巧和经验，以确保结 果的准确性和可靠性。
详细描述
红外光谱实验涉及到样品的制备、仪器操作和谱图解析 等多个环节。每个环节都需要一定的技巧和经验，以确 保结果的准确性和可靠性。例如，在样品的制备过程中 ，需要选择合适的制样方法，以获得均匀、平整的样品 ；在仪器操作中，需要正确设置参数，以保证谱图的质 量；在谱图解析中，需要具备丰富的经验和专业知识， 以准确解析谱图特征。因此，进行红外光谱实验的人员 需要经过专业培训和实践经验的积累。
红外光谱(最全最详细 明了)课件
contents
目录
• 红外光谱基本原理 • 红外光谱与分子结构的关系 • 红外光谱的应用 • 红外光谱实验技术 • 红外光谱的局限性
01
红外光谱基本原理
红外光谱的产生
分子振动
分子中的原子或分子的振动，导致偶 极矩变化。
偶极矩变化
辐射吸收
分子吸收特定波长的红外光，导致振 动能级跃迁。
02
01 03
放入样品，记录光谱。
实验结束后，关闭仪器，清 理样品。
04
05
注意事项：保持室内温度和 湿度的稳定，避免仪器受到
红外光谱详解课件
06
习题与思考题
基础概念题
题目1
简述红外光谱的基本原理
答案1
红外光谱是利用物质对红外光的吸收特性来研究物质分子结构和组成的一种方法。当红 外光与物质分子相互作用时，某些波长的光被吸收，形成特定的光谱图，通过分析这些
光谱图可以了解物质分子的振动和转动能级。
基础概念题
要点一
题目2
列举红外光谱中的主要吸收区域
要点二
答案2
红外光谱主要分为四个吸收区域，分别是近红外区（ 12500-4000 cm^-1）、中红外区（4000-400 cm^-1） 、远红外区（400-10 cm^-1）和超远红外区（10-5 cm^-1）。其中中红外区是研究分子振动和转动能级的主 要区域。
光谱解析题
题目3
根据给定的红外光谱图，分析可能的物质组 成
分子转动
02
分子除了振动外，还会发生转动，转动也会产生能量变化，从
而吸收特定波长的红外光。
分子振动和转动与红外光谱的关系
03
分子振动和转动产生的能量变化与红外光的能量相匹配时，光
子会被吸收，形成红外光谱。
分子振动与转动
振动模式
分子中的原子或分子的振动模式决定 了其吸收特定波长的红外光。不同化 学键或基团具有独特的振动模式，形 成了特征的红外光谱。
镜反射后相干叠加。
检测器
检测器用于检测干涉仪产生的相干 光束，将光信号转换为电信号。
光谱采集系统
光谱采集系统负责收集检测器输出 的电信号，并将其转换为光谱数据 。
傅里叶变换红外光谱技术
傅里叶变换
傅里叶变换是一种数学方法，用于将干涉图转换为光谱图 。通过傅里叶变换，可以获得样品的红外光谱。
分辨率
《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）
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
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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。
2015年11月5日
16
广西大学16林学院 张一甫
2.3 红外光谱图的三要素
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。
收某些频率的辐射，并转化为分的振动或转动能量，引起
偶极矩的净变化，产生的分子振动和转动能级从基态到激
发态的跃迁，从而形成的分子吸收光谱称为红外光谱。又
2015年11月5日
5
广西大学林学院 张一甫
表1：红外光区的划分
区域名称
近红外区
泛频区
中红外区
基本振动区
波长(µm)
0.75-2.5 2.5-25
波数(cm-1)
13158-4000 4000-400
能级跃迁类型
OH、NH、CH键 的倍频吸收
分子振动/伴随转动
远红外区
分子转动区
25-300
400-10
分子转动
红外光区分成三个区:近红外区、中红外区、远红外区。
其中中红外区是研究和应用最多的区域，一般说的红外光谱就是指中红
外区的红外光谱。 波长与波数的关系：
(cm1)
正已烷的 红外光谱图
2015年11月5日
10
广西大学林学院 张一甫
2.2 多原子分子的振动
对于多原子分子，由于一个原子同时与几个其它原子形成化学键， 振动相互牵连,不易直观加以解释，但可以把它的振动分解为许多简单 的基本振动，即简正振动。一般分成两类：伸缩振动和变形振动。
a. 伸缩振动(νs νas ）
υC=O 1715 cm-1
2015年11月5日
υC=O 1780 cm-1
17
υC=O 1650 cm-1 广西大学林学院 张一甫
2.3 红外光谱图的三要素
2) 峰强
红外吸收峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，振动时分子偶极矩 的变化越小，谱带强度也就越弱。一般说来，极性较强的基团(如C=O,C-X) 振动，吸收强度较大；极性较弱的基团(如C=C,N-C等)振动，吸收强度较弱； 红外吸收强度分别用很强(vs)、强(s)、中(m)、弱(w)表示。
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。它又分为对称伸缩振动(νs ）和不对称伸缩振动(νas ） 。
b. 变形振动（又称弯曲振动或变角振动，用符号δ表示）
基团键角发生周期变化而键长不变的振动称为变形振动。变形振 动又分为面内变形振动和面外变形振动。
2015年11月5日
11
广西大学林学院 张一甫
2015年11月5日
7
广西大学林学院 张一甫
波数 C
1
2c
k
130k7
2015年11月5日
k为化学键的力常数 C为光速
8
广西大学林学院 张一甫
表2 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
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。
键类型:
—CC — > —C =C — > —C — C —
1 概述
2015年11月5日
电子跃迁中,辐射能量 E = hγ = hc/λ γ 辐射电磁波的频率 λ 辐射电磁波的波长 h —— 普朗克常量 c 真空中光速
3
广西大学林学院 张一甫
红外光谱分子运动的吸收光谱，也称为分子光谱。通常红外光谱系指波长 2-25μm之间的吸收光谱，这段波长范围反映出分子中原子间的振动和变角运 动，分子在振动的同时，还存在着转动运动，转动的能量变化较小，处在远红 外区，但转动运动影响到振动运动产生的偶极距变化，因此在红外光谱区测得 的吸收是转动与振动的加合表现，因此红外光谱又称为分子的转动光谱。
力常数:
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
2015年11月5日
9
广西大学林学院 张一甫
分子的振动频率有如下规律 1）力常数越大，红外频率越高，因此波数：叁键>双键>单键； 2）与碳原子成键的其它原子，随着其质量的增加，红外波数递减； 3）与氢原子相连的化学键质量较小，红外吸收在高波数区； 4）弯曲振动比伸缩振动容易，K值均较小，故在低波数区。
水分子
水分子是非线型分子，有3个振动形式，分别为不对称伸缩振动、 对称伸缩振动和变形振动。这三种振动皆有偶极矩的变化是红外活 性的。 如图所示:
2015年11月5日
νs365
2
ν 张一甫
CO2分子的振动
2015年11月5日
s=2368
δ668
13
广西大学林学院 张一甫
2015级研究生《材料现代研究方法》课程
红外光谱分析 Infrared spectroscopy
2015年11月5日
1
广西大学林学院 张一甫
Content s
1 概述 2 红外光谱的基本原理 3 红外光谱仪及样品制备技术 4 各类化合物的红外特征光谱 5 红外图谱解析
2015年11月5日
2
广西大学林学院 张一甫
变形振动
2015年11月5日
伸缩振动
14
广西大学林学院 张一甫
伸缩振动 变形振动
2015年11月5日
对称 υs(CH3) 2870 ㎝-1
不对称 υas(CH3) 2960㎝-1
对称δs(CH3)1380㎝-1
不对称δas(CH3)1460㎝-1
15
广西大学林学院 张一甫
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。
由于分子中，各个原子之间的振动形式十分复杂，即使简单的化合物，其 红外光谱也是有其特征的，因此可以通过分析化合物的红外光谱，获得分子结 构的信息，尤其是官能团的信息，是用于分析分子结构的有力工具。
2015年11月5日
4
广西大学林学院 张一甫
红外光谱的定义
▪ 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，样品分子会吸
104
(m)
2015年11月5日
6
广西大学林学院 张一甫
2 红外光谱的基本原理
2.1 双原子分子的振动方程
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧，将分子看成一个谐振子，简谐 振动遵循胡克定律，即作用的恢复力和伸展力是同等的，力的大小与位移成正 比，方向与位移方向相反。
双原子分子只有沿化学键的一种振动方式，当分子振动时，化学键的电荷 分布发生变化，若两个原子不同，分子的电荷中心与两个原子核同步振荡，仿 佛一个振荡的电偶极子。当偶极子受到波长连续的红外光照射时，分子可吸收 某一波长的红外光，增大分子的振动能量，所吸收的的红外光频率，与该分子 的振动频率一致。
非对称分子：有偶极矩，红外活性。
2015年11月5日
16
广西大学16林学院 张一甫
2.3 红外光谱图的三要素
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。
收某些频率的辐射，并转化为分的振动或转动能量，引起
偶极矩的净变化，产生的分子振动和转动能级从基态到激
发态的跃迁，从而形成的分子吸收光谱称为红外光谱。又
2015年11月5日
5
广西大学林学院 张一甫
表1：红外光区的划分
区域名称
近红外区
泛频区
中红外区
基本振动区
波长(µm)
0.75-2.5 2.5-25
波数(cm-1)
13158-4000 4000-400
能级跃迁类型
OH、NH、CH键 的倍频吸收
分子振动/伴随转动
远红外区
分子转动区
25-300
400-10
分子转动
红外光区分成三个区:近红外区、中红外区、远红外区。
其中中红外区是研究和应用最多的区域，一般说的红外光谱就是指中红
外区的红外光谱。 波长与波数的关系：
(cm1)
正已烷的 红外光谱图
2015年11月5日
10
广西大学林学院 张一甫
2.2 多原子分子的振动
对于多原子分子，由于一个原子同时与几个其它原子形成化学键， 振动相互牵连,不易直观加以解释，但可以把它的振动分解为许多简单 的基本振动，即简正振动。一般分成两类：伸缩振动和变形振动。
a. 伸缩振动(νs νas ）
υC=O 1715 cm-1
2015年11月5日
υC=O 1780 cm-1
17
υC=O 1650 cm-1 广西大学林学院 张一甫
2.3 红外光谱图的三要素
2) 峰强
红外吸收峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，振动时分子偶极矩 的变化越小，谱带强度也就越弱。一般说来，极性较强的基团(如C=O,C-X) 振动，吸收强度较大；极性较弱的基团(如C=C,N-C等)振动，吸收强度较弱； 红外吸收强度分别用很强(vs)、强(s)、中(m)、弱(w)表示。
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。它又分为对称伸缩振动(νs ）和不对称伸缩振动(νas ） 。
b. 变形振动（又称弯曲振动或变角振动，用符号δ表示）
基团键角发生周期变化而键长不变的振动称为变形振动。变形振 动又分为面内变形振动和面外变形振动。
2015年11月5日
11
广西大学林学院 张一甫
2015年11月5日
7
广西大学林学院 张一甫
波数 C
1
2c
k
130k7
2015年11月5日
k为化学键的力常数 C为光速
8
广西大学林学院 张一甫
表2 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
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。
键类型:
—CC — > —C =C — > —C — C —
1 概述
2015年11月5日
电子跃迁中,辐射能量 E = hγ = hc/λ γ 辐射电磁波的频率 λ 辐射电磁波的波长 h —— 普朗克常量 c 真空中光速
3
广西大学林学院 张一甫
红外光谱分子运动的吸收光谱，也称为分子光谱。通常红外光谱系指波长 2-25μm之间的吸收光谱，这段波长范围反映出分子中原子间的振动和变角运 动，分子在振动的同时，还存在着转动运动，转动的能量变化较小，处在远红 外区，但转动运动影响到振动运动产生的偶极距变化，因此在红外光谱区测得 的吸收是转动与振动的加合表现，因此红外光谱又称为分子的转动光谱。
力常数:
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
2015年11月5日
9
广西大学林学院 张一甫
分子的振动频率有如下规律 1）力常数越大，红外频率越高，因此波数：叁键>双键>单键； 2）与碳原子成键的其它原子，随着其质量的增加，红外波数递减； 3）与氢原子相连的化学键质量较小，红外吸收在高波数区； 4）弯曲振动比伸缩振动容易，K值均较小，故在低波数区。
水分子
水分子是非线型分子，有3个振动形式，分别为不对称伸缩振动、 对称伸缩振动和变形振动。这三种振动皆有偶极矩的变化是红外活 性的。 如图所示:
2015年11月5日
νs365
2
ν 张一甫
CO2分子的振动
2015年11月5日
s=2368
δ668
13
广西大学林学院 张一甫
2015级研究生《材料现代研究方法》课程
红外光谱分析 Infrared spectroscopy
2015年11月5日
1
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Content s
1 概述 2 红外光谱的基本原理 3 红外光谱仪及样品制备技术 4 各类化合物的红外特征光谱 5 红外图谱解析
2015年11月5日
2
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变形振动
2015年11月5日
伸缩振动
14
广西大学林学院 张一甫
伸缩振动 变形振动
2015年11月5日
对称 υs(CH3) 2870 ㎝-1
不对称 υas(CH3) 2960㎝-1
对称δs(CH3)1380㎝-1
不对称δas(CH3)1460㎝-1
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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。
由于分子中，各个原子之间的振动形式十分复杂，即使简单的化合物，其 红外光谱也是有其特征的，因此可以通过分析化合物的红外光谱，获得分子结 构的信息，尤其是官能团的信息，是用于分析分子结构的有力工具。
2015年11月5日
4
广西大学林学院 张一甫
红外光谱的定义
▪ 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，样品分子会吸
104
(m)
2015年11月5日
6
广西大学林学院 张一甫
2 红外光谱的基本原理
2.1 双原子分子的振动方程
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧，将分子看成一个谐振子，简谐 振动遵循胡克定律，即作用的恢复力和伸展力是同等的，力的大小与位移成正 比，方向与位移方向相反。
双原子分子只有沿化学键的一种振动方式，当分子振动时，化学键的电荷 分布发生变化，若两个原子不同，分子的电荷中心与两个原子核同步振荡，仿 佛一个振荡的电偶极子。当偶极子受到波长连续的红外光照射时，分子可吸收 某一波长的红外光，增大分子的振动能量，所吸收的的红外光频率，与该分子 的振动频率一致。