第六章红外吸收光谱法
第六章 红外吸收光谱分析
active) ；反之则为红外非活性（infrared inactive)。
9
二、 分子振动方程式
10
双原子分子可以看成是谐振子，根据经典力 学(胡克定律)，可导出如下公式：
1 v 2 k
k
m1 m2 m1 m2
1303 k
v
1 2 c
-1) ； k为力常 ν 为振动频率(Hz)， 用波数表示 (cm v 数，表示每单位位移的弹簧恢复力 (dyncm-1) ； μ 为折合质量(g)。
实验中观察到的C＝O伸缩振动频率都在1700cm－1附近。 值得注意的是：在弹簧和小球的体系中，其能量变化是 连续的，而真实分子的振动能量变化是量子化的。
13
三、 分子振动的形式
（一）分子的振动自由度
每个原子在空间的位置必须有三个坐标来确定，则由 N个原子组成的分子就有了3N个坐标，或称为有3N个运
动自由度。分子本身作为一个整体，有三个平动自由度
和三个转动自由度。
14
直线型分子的振动形式：3N - 5 非直线型分子的振动形式：3N -6
15
（二）分子的振动形式
a.直线型分子：3N-5
如CO2
16
b. 非线形分子： 3N – 6
如H2O
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分子的振动形式：
•化学键两端的原子沿键轴方向作来回周期运动 对称伸缩振动
11
可见，影响基本振动频率 (即基频峰位置 )的直接原因是原 子质量和化学键力常数。
表15－1 某些化学键的力常数
化 学 键 键 长(A) k(N· cm－1)
C－C C＝C 1.54 4.5 1.34 9.6
C≡C C－H O－H N－H C＝O 1.20 15.6 1.09 5.1 0.96 7.7 1.00 6.4 1.22 12.1
第六章 红外吸收光谱
二、分子振动方程式
h E h 2 k
k 1307 M
M 1M 2 M M1 M 2
沿轴振动，只改变键长，不改变键角 1 1 k
2c
K化学键的力常数，与键能和键长有关 M为双原子的折合质量 影响振动频率的因素：键两端原子的折合质量、键的力常数，即取 决于分子的结构特征。
包含C—X（X：O，H，N）单键的伸缩振动及各种面内弯曲振动
特点：吸收峰密集、难辨认→指纹
2、四分区（4000 670 cm-1）
(1)40002500 cm-1X—H伸缩振动区（X：O，N，C，S） (2)25001900 cm-1三键，累积双键伸缩振动区 (3)19001200 cm-1双键伸缩振动区 (4)1200670 cm-1X—Y伸缩，X—H变形振动区
醚：C－O－C伸缩振动位于 1250～1050 cm-1 ，确定醚类存在的唯一谱带
常见基团的红外吸收带
=C-H O-H
CC
C-H
C=C
C=O C-C，C-N，C-O C-X
O-H（氢键）
S-H
N-H
P-H CN
N-O N-N C-F C=N
C-H，N-H，O-H 3500 3000 2500 2000 1500 1000
§6.2 红外光谱分析基本原理
一、红外吸收光谱产生的条件
1、辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量 振= 红外光 2、分子要有偶极距
红外吸收是由于分子振动引起的偶极距和红外光束的振动相互作用产生的
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。
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。
PPT红外吸收光谱法PPT
2）变形振动：键长不变，键角变化旳 振动称为变形振动，又称变角振动。 a：面内变形振动 b：面外变形振动
图6~3
图：6~4亚甲基旳多种振动形式
2.分子振动旳自由度
N个原子构成份子。
有3N个独立运动＝平动数＋振动数＋转动数
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。
Z
即N个原子有3N个独立运动。
（振动能级差）
光子能量为：
E＝hvL＝ △E振 vL＝ △u • ν
1.产生红外吸收旳第一种条件
只有当红外辐射频率等于振动量子数
旳差值与分子振动频率旳乘积时，分子 才干吸收红外辐射，产生红外吸收光谱。
即 νL ＝ △υ × v
红外辐射频率
振动量数差值 分子振动频率
(1)基频峰 υ0＝0 υ ＝1 △υ=1
(HCl基频峰旳峰位为2886cm-1，HCl分子 旳振动频率为2886cm-1）
（2）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（υ =0），跃迁至第 二振动激发态（υ＝2），第三振动激发 态（ υ＝3）…..等等，所产生旳吸收峰。 这些吸收峰称为倍频峰。
二倍频峰：
υ0→2 νL=△u·v＝(2－0) ·v ＝2 v 三倍频峰:
中强峰（m） 10 L·mol-1·cm-1 ＜ε＜20 L·mol-1·cm-1
弱峰 1 L·mol-1·cm-1 ＜ ε＜10 L·mol-1·cm-1
影响原因 1.迁跃几率，基频峰最大 2.偶极矩旳变化 ε∝△μ2
极性分子△μ→大,ε→大,吸收峰强度越大 如： ＞c=o (vs) ＞c=c＜(ω)
所产生旳 吸收峰。 即 分子吸收红外辐射后，由基态振动能
级（υ＝0 ）跃迁至第一振动激发态
第六章 红外吸收光谱分析法
傅里叶变换红外光谱仪工作原理图
迈克尔干涉仪工作原理图
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；
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；
苯衍生物的C=C
苯衍生物在 1650 2000 cm-1 出现 C-H和C=C键的面内 变形振动的泛频吸收（强度弱），可用来判断取代基位置。
2000 1600
（3）C=O （1850 1600 cm-1 ） 碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。
饱和醛(酮)1740-1720 cm-1 ；强、尖；不饱和向低波移动；
O-H（氢键） S-H P-H CN
N-O N-N C-F C=N
N-H
C-H，N-H，O-H 3500 3000 2500 2000 1500 1000 指纹区 500
特征区
三、影响峰位变化的因素
化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部 结构和外部因素影响。相同基团的特征吸收并不总在一个固 定频率上。
—NH伸缩振动：
3500 3100 cm-1
（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
3000 cm-1 以下
—CH2—
—C—H
2930 cm-1 反对称伸缩振动
2850 cm-1 2890 cm-1 对称伸缩振动 弱吸收
（3）不饱和碳原子上的=C—H（ C—H ）
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。
第六章红外吸收光谱案例
第六章红外吸收光谱案例红外吸收光谱是一种用于识别化合物结构和检测分子之间相互作用的非常有用的分析技术。
在这一章中，我们将介绍三个不同的红外吸收光谱案例，包括有机物的结构确定、聚合物的研究以及生物大分子的分析。
1.有机物的结构确定红外光谱可以用来确定有机化合物的结构，因为不同的官能团和键会产生特定的红外吸收峰。
以苯酚为例，它含有一个羟基官能团和一个芳香环，所以它在红外光谱图中会有两个特征吸收峰。
苯酚的红外光谱图中，有一个峰在3400-3600 cm^-1的位置，这是羟基的伸缩振动所产生的吸收峰。
此外，还有一个峰在1600-1660 cm^-1的位置，这是芳香环的C-C伸缩振动所产生的吸收峰。
通过对红外光谱图的分析，我们可以确定苯酚的化学结构。
2.聚合物的研究红外光谱还可以用于研究聚合物的结构和性质。
聚合物中的不同官能团和键会产生特定的红外吸收峰，从而揭示聚合物的化学结构和分子链的排布。
以聚乙烯醇（PVA）为例，它是一种常用的聚合物材料。
在PVA的红外光谱图中，可以观察到羟基官能团的伸缩振动和C-O-C键的伸缩振动。
羟基官能团的峰位在3200-3500 cm^-1的位置，C-O-C键的峰位在1050-1150 cm^-1的位置。
通过对红外光谱图的分析，可以确定PVA的结构和键合方式。
此外，红外光谱还可以用于研究聚合物的有序性。
对于有序聚合物，如聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），其红外光谱图中的吸收峰会显示出比较明显的峰畸变。
通过对峰畸变的分析，可以了解聚合物的有序结构以及分子链的排布方式。
3.生物大分子的分析红外光谱还可以用来分析生物大分子，如蛋白质、核酸和多糖等。
这些生物大分子中的不同官能团和键也会产生特定的红外吸收峰，从而揭示其结构和功能。
例如，对于蛋白质而言，红外光谱可以用来研究其二级结构，如α-螺旋、β-折叠和无规卷曲等。
不同的二级结构会在红外光谱图中产生不同位置和强度的吸收峰。
通过对这些吸收峰的分析，可以确定蛋白质的二级结构。
红外吸收光谱法(IR)
• 3、红外吸收光谱与分子结构的关系 一、基团的特征峰与相关峰 1、特征峰与相关峰 特征峰——具有能代表某基团存在并有较高强 度的特征频率的吸收峰。可用以鉴定官能团。 相关峰——某基团的一组特征峰构成该基团的 相关峰。 2、红外光谱的分区 常见有机物基团在4000~670cm-1有特征基团频 率。红外光谱划分为6个区域：
有些因素使红外吸收峰增多 （1）倍频和组合频的出现 （2）振动耦合 （3）费米（Fermi）共振 振动耦合——当两个基团位置相邻，且振动频率相近，有一个 公用原子连接，相应的特征峰发生分裂形成两个峰。 费米共振——泛频峰与基频峰的耦合 影响吸收峰强弱的因素：分子在振动能级之间的跃迁概率和振 动过程中的偶极矩的变化。 A、分子由基态振动能级（0=0）向第一激发态（1=0）跃迁的 概率较大，因此基频峰较强，倍频峰较弱或很弱。 B、极性基团（O－H、C=O、N－H 等）振动时，偶极矩变化 较大，有较强的吸收峰； 非极性基团（C－C、C=C等）的吸收峰较弱；分子越对称， 吸收峰越弱。
偶极矩（） =分子所带电量（q）正负电荷中心距离（d） 非极性双原子分子（N2、O2、H2）： 分子完全对称（d=0），无红外吸收。 极性分子（ 0）： 由于分子中的振动使d的瞬时值不断变化，从而不 断变化，有一个固定的变化频率。当照射的红外光 的频率与分子的偶极矩的变化频率相匹配时，分子 的振动（红外活性振动）与红外光发生振动偶合而 增加振动能，振幅加大，即分子由振动基态跃迁到 激发态。——吸收红外光
• (2).傅里叶变换红外吸收光谱仪（FTIR）简介 原理：检测器得到一个干涉强度对光程差和红外光频率的函 数图，经过电子计算机进行复杂的傅立叶变换，得到普通的 吸光度或透光率随波数变化的红外光谱图。
（2）傅里叶变换红外光谱仪 （FTIR）
国标》直燃型溴化锂吸收式冷热水机组(完整版)
国标》直燃型溴化锂吸收式冷热水机组（完整版）(文档可以直接使用，也可根据实际需要修改使用,可编辑欢迎下载）J73JB/T 8055－96直燃型溴化锂吸收式冷、热水机组1996-09-03 发布1997-07-01实施中华人民共和国机械工业部发布目次前言1 范围 (1)2 引用标准 (1)3 定义 (2)4 型式与基本参数 (2)5 技术要求 (3)6 试验方法 (6)7 检验规则 (13)8 标志、包装和贮存 (14)附录A（标准的附录）附录B（标准的附录）附录C（标准的附录）污垢系数的影响 (16)溴化锂溶液技术要求 (17)本体散热损失系数计算方法 (18)I前言本标准非等效采用日本工业标准JIS B 8622—1986(1991年确认)《吸收式制冷机》。
本标准的附录A、附录B、附录C都是标准的附录。
本标准由机械工业部冷冻设备标准化技术委员会提出并归口。
本标准起草单位：江苏双良集团公司、机械工业部合肥通用机械研究所。
本标准主要起草人：刘晓立、江荣方、任金禄。
II中华人民共和国机械行业标准JB/T 8055－96直燃型溴化锂吸收式冷、热水机组1 范围本标准规定了直燃型溴化锂吸收式冷、热水机组(以下简称机组)的型式、基本参数、技术要求、试 验方法、检验规则、标志、包装和贮存。
本标准适用于以燃油、燃气为热源、水为制冷剂、溴化锂水溶液为吸收剂，交替制取空气调节用冷、 热水的机组。
同时制取空气调节和工艺用冷、热水的机组亦应参照执行。
2 引用标准下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。
本标准出版时，所示版本均 为有效。
所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。
轻柴油G B 252—87 G B 445—77(1988年确认) 重柴油优质碳素结构热轧厚钢板和宽钢带 制造锅炉用碳素钢及低合金钢钢板 拉制铜管流量测量节流装置 用孔板、喷嘴和文丘里管测量充满圆管的流体流量 低中压锅炉用无缝钢管碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带 声级计的电、声性能及测试方法 热交换器用铜合金管工业锅炉热工试验规范 锅炉大气污染物排放标准 标牌机电产品包装 通用技术条件 人工煤气 直联旋片式真空泵 技术条件 控制屏(台) 技术条件 PB 系列隔爆型屏蔽电动机 技术条件 直空阀门 技术条件 制冷用金属与玻璃烧结液位计和视镜 溴化锂吸收式冷水机组 制冷压缩机组电气控制设备 通用技术条件G B 711—88 G B 713—86 G B 1527—87 G B/T 2624— 93 G B 3087—82 G B 3274—88 G B 3785—83G B 8890—88G B 10180— 88 G B 13271— 91G B/T 13306—91 G B/T 13384—92 G B 13612— 92 JB/T 5281— 91 JB 5777.2— 91 JB 6217—92 JB/T 6446— 92 JB/T 6918— 93 JB/T 7247— 94 Z B J73 040—89Z B J78 004—87 Z B N04 009—88 XZ 型旋片式真空泵 工业自动化仪表盘 技术条件通用技术条件 机械工业部 1996-09-03 批准1997-07-01 实施1重油(燃料油)天然气SH 0356—92 SY 7514—90 3 定义直燃型溴化锂吸收式冷、热水机组：以燃油、燃气为热源，水为制冷剂、溴化锂水溶液为吸收剂，在真空状态下交替或者同时制取空气调节和工艺用冷、热水的设备。
红外光谱法
剪式（δ） 面内变形振动
2. 变形振动 （弯曲振动）
面外变形振动
平面摇摆振动（ρ）
面外摇摆振动（ω）
面外扭曲振动（τ）
（三）基本振动的理论数（振动自由度） 1. 振动自由度的计算公式 3N个自由度=平动自由度+振动自由度+转动自由度 振动自由度=3N-3-转动自由度 线性分子：振动自由度=3N-3-2=3N-5 非线性分子：振动自由度=3N-3-3=3N-6
=C-H
990-970 cm-1
=C-H
690 cm-1
P62表4.4典型有机化合物的基团频率（了解）
§ 6.4 红外光谱仪
色散型红外光谱仪 红外光谱仪 傅立叶(Fourier)变换红外光谱仪
一、色散型红外光谱仪
光源 → 样品池 →单色器→检测器 → 记录系统
样品池放在光源和单色器之间： 1. 红外辐射没有足够的能量引起试样的光化学分解 2. 可使抵达检测器的杂散辐射量（来自试样和吸收池）减至最小
基本振动频率公式 虎克定律
1 2
k
或
ῦ
1 2c
k
k - - - 化学键的力常数N cm-1
m1 m2 - - - 折合质量 m1 m2
c - - - 光速3.0 1010 cm s 1 M1 M 2 m1 m2 M1 M 2 1 NA NA M NA m1 m2 M 1 M 2 M 1 M 2 N A NA NA M 折合摩尔质量 N A Avogadro 常数6.022 10 23 mol 1 1 ῦ 2c kN A N A 2 M 2c
O-H：3700 – 3200 cm-1
红外吸收光谱法-光谱分析
二、分子的振动形式
（一）振动的基本类型 对称伸缩振动vs 伸缩振动 反对称伸缩振动vas 剪式振动δ 面内变形 变形振动 (弯曲振动) 面外变形 面外摇摆ω 伸缩振动——键长改变，出现在高频区 变形振动——键角改变，出现在低频区 面内摇摆ρ 扭曲变形τ
二、常见化合物的特征吸收峰 • • • • • • 烷烃类 烯烃类 炔烃类 芳香类 羰基化合物 羟基化合物
三、影响基团频率位移的因素
• 分子中化学键不是孤立的，受分子中相邻 基团的影响。 • 同一基团在不同的分子结构中受不同基团 的影响，其基团频率会有所改变，了解影 响基团频率的因素，对解析红外光谱和推 断分子结构非常有用。 • 影响基团频率的因素有内部结构和外部环 境的影响。
O-H,N-H及C-H键 0.78~2.5 12820~4000 的倍频吸收 2.5~25 4000~400 分子的基团振动、 分子转动 分子转动、 晶格振动
25~300
400~33
§6~2 红外吸收基本原理
红外光谱的产生
由分子振动能级跃迁产生。
定性分析—— 吸收峰的位置和形状 定量分析—— 吸收峰的强弱
1
2.非谐振子
• 双原子分子并非理想的谐振子，V较小时振动情况与谐振子 较为接近。 • V=0 → V=1 产生的吸收谱带称为基频峰，最强。 V=0 → V=2，3产生的吸收谱带倍频峰，弱的多。 倍频峰的频率并不是基频峰频率的整数倍，而是略小一 些。非谐振子的振动能量可用下式表示：
1 1 2 E v (V )h (V ) Xh 2 2
一、分子的振动方程式及振动能级
（一）分子的振动方程式
m1 m2
红外吸收光谱法原理
红外吸收光谱法原理
红外吸收光谱法是一种常见的分析技术，其原理是通过测量样品吸收红外辐射的能力来获得关于样品分子结构和化学性质的信息。
红外辐射是电磁波的一种，具有较长的波长，处于可见光和微波之间的频率范围。
红外吸收光谱法基于分子在红外辐射下的振动和旋转转换而产生的谱带。
分子的振动可以分为两种类型：拉伸振动和弯曲振动。
拉伸振动是指分子中化学键的伸缩运动，而弯曲振动是指分子中非线性结构的原子发生弯曲运动。
不同类型的振动将具有特定的频率和能量。
当红外辐射通过样品时，其中的特定波长将与样品中分子的振动频率相匹配，导致分子吸收光能量。
测量仪器将记录样品吸收的红外辐射强度，并以谱图的形式表现出来。
在谱图上，吸收强度以峰值的形式呈现，每个峰代表特定类型的化学键或功能基团。
通过与已知化合物的红外光谱进行比较，可以确定未知样品中存在的功能基团和化学键类型。
因此，红外吸收光谱法被广泛应用于有机化学、材料科学、环境分析等领域，用于物质的鉴定、定量分析以及结构表征。
总之，红外吸收光谱法利用分子对特定波长的红外辐射的吸收能力，探测样品中的振动和旋转转换过程，从而揭示样品分子结构和化学性质的信息。
红外吸收光谱法(重点难点讲解)
只有伴随有瞬间偶极矩变化的振动才能产生红外吸收
具有红外吸收的振动方式称为具有红外活性； 具有红外吸收的分子成为红外活性分子 分子是否有红外活性，与分子是否有永久偶极矩无关 如：CO2的永久偶极矩为0，但有红外活性 红外光谱研究的对象 ——振动中伴随有瞬间偶极矩变化的所有分子 除单原子分子和同核分子如H2等外的所有无机和有机物分子
红外吸收光谱法
Infrared spectroscopy
IR
1、红外光谱的基本原理
本 章 主 要 内 容
红外光谱产生的条件 分子的振动频率、振动类型及振动自由 度与红外光谱的关系 影响红外光谱强度及基团频率的因素
2、红外光谱仪
色散型红外光谱仪的结构及特点 傅立叶变换红外光谱仪的结构及特点 红外光谱仪的常用光源与检测器
二、双原子分子的振动
（2）基本振动公式
振动频率
——谐振子振动
化学键的键力常数（将两原子由平衡位置 伸长单位长度时的恢复力，单位为N· cm1）
k 与键的种类及成键原子有关
振动 频率 两原子的折合质量 单键：k = 4～6N· cm-1； 双键：k = 8～12N· cm-1 ； 叁键：k = 12～18N· cm-1；
3、红外光谱实验技术——样品制备
4、红外光谱法的应用
红外光谱解谱的一般步骤及方法 重要的基团频率
§10-1 引 言
一、红外吸收光谱法的定义
当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某 些频率的辐射，产生分子振动和转动能级从基态到激发态 的跃迁,从而进行定性、定量和结构分析的分子吸收光谱 方法。
O-H、N-H和C-H键等 某些物质的定量分 的倍频及合频吸收； 析（较少使用）， 特别适合原位、无 属于禁阻跃迁，吸收弱， 损及在线分析 峰重叠较明显 各种化学键的振动并伴 物质定性、定量及 随转动的基频吸收； 结构分子的主要光 谱区 强吸收度大。 分子的转动跃迁吸收； 无机物的结构分析 弱吸收。
第六章 红外吸收光谱法
m1m 2
(m1 m 2 )
分子振动的能量与振动频率之间的关系 E=（ +1/2）h=（ +1/2）hc 为振动量子数=0, 1, 2, 3
E振 h 2 k 1 （ ） 2
=0 → =1跃迁, 基态 → 第一激发态 即△ =1 振动能级跃迁的能量差为:
振动自由度= 3N-平动自由度-转动自由度
= 3N-6
= 3N-5
非线性分子
线性分子（所有分子在一条直线上）
如：H2O振动自由度 3×3 – 6 = 3三种基本振动形式
实际上红外谱图上峰的数目比理论值少得多
影响吸收峰数目的因素 (1)没有偶极矩变化的振动不产生红外吸收； (2)吸收频率相同，简并为一个吸收峰； (3)有时频率十分接近，仪器分辨不出，表现为一个吸收峰 (4)有些吸收程 度太弱，仪器检测不出
一、官能团区和指纹区
红外吸收光谱为了便于解析划分为两个区：
4000~1300cm-1 区域：是由伸缩振动产生的吸收
带，为化学键和基团的特征吸收峰，吸收峰较
稀疏，鉴定基团存在的主要区域——官能团区
1300~600cm-1 区域：吸收光谱较复杂，除单键
的伸缩振动外，还有变形振动。能反映分子结
构的细微变化——指纹区
§6-3 基团频率和特征吸收峰
基团的特征吸收峰——基团频率
• 组成分子的基团如：O-H、C=C、C=O等都有自 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。
• 通常把能代表某基团存在，并有较高强度的吸收 峰，称为特征吸收峰，所在的频率位置称为基团频 率。 • 基团频率——主要是一些伸缩振动引起的，用于 鉴定某官能团是否存在。基团不同，基团频率不同。
第六章红外吸收光谱
O
C CH3 CH3
H3C CH3
O C CH3 CH3
C=O /cm-1
1663
1668
1693
空间位阻使分子间不易形成氢键。下例中羟基伸缩振动随 着空间位阻变大向高波数位移。
OH CH3 CH3 OH CH3 C CH3 OH CH3 C CH3 CH3 C CH3 H3 C C CH3 CH3 CH3 H3C C CH3 CH3
有机化合物分子中常见基团吸收峰
1． X—H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ） （1）—O—H 3650 3200 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。
（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 3000 cm-1 以下 对称伸缩振动 弱吸收
O
O C CH3 1685 O CH CH C CH2 1665～1685
O C CH3
O C
C=O /cm
H3C C CH3 1715 O
-1
1680
1665
O CH CH C CH CH 1660～ 1670
C=O /cm
CH2 C CH2 1705～ 1725
-1
(3) 中介效应（M效应）
常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000 670 cm-1
依据基团的振动形式，分为四个区：
(1) 4000 2500 cm-1 X—H伸缩振动区（X=O，N，C，S） (2) 2500 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区 (3) 1900 1200 cm-1 ,双键伸缩振动区； (4) 1200 670 cm-1 X—Y型分子的伸缩振动区， X—H型分子的变形振动区；
仪器分析-红外吸收光谱法
第6章红外吸收光谱法6.1 内容提要6。
1.1 基本概念红外吸收光谱——当用红外光照射物质时，物质分子的偶极矩发生变化而吸收红外光光能，有振动能级基态跃迁到激发态(同时伴随着转动能级跃迁），产生的透射率随着波长而变化的曲线。
红外吸收光谱法——利用红外分光光度计测量物质对红外光的吸收及所产生的红外光谱对物质的组成和结构进行分析测定的方法，称为红外吸收光谱法.振动跃迁-—分子中原子的位置发生相对运动的现象叫做分子振动。
不对称分子振动会引起分子偶极矩的变化,形成量子化的振动能级。
分子吸收红外光从振动能级基态到激发态的变化叫做振动跃迁。
转动跃迁——不对称的极性分子围绕其质量中心转动时，引起周期性的偶极矩变化，形成量子化的转动能级.分子吸收辐射能（远红外光）从转动能级基态到激发态的变化叫做转动跃迁.伸缩振动—-原子沿化学键的轴线方向的伸展和收缩的振动。
弯曲振动——原子沿化学键轴线的垂直方向的振动，又称变形振动,这是键长不变，键角发生变化的振动。
红外活性振动—-凡能产生红外吸收的振动，称为红外活性振动,不能产生红外吸收的振动则称为红外非活性振动。
诱导效应——当基团旁边连有电负性不同的原子或基团时，通过静电诱导作用会引起分子中电子云密度变化，从而引起键的力常熟的变化，使基团频率产生位移的现象。
共轭效应——分子中形成大 键使共轭体系中的电子云密度平均化，双键力常数减小，使基团的吸收频率向低波数方向移动的现象。
氢键效应—-氢键使参与形成氢键的原化学键力常数降低，吸收频率将向低波数方向移动的现象。
溶剂效应—-由于溶剂(极性）影响,使得吸收频率产生位移现象.基团频率——通常将基团由振动基态跃迁到第一振动激发态所产生的红外吸收频率称为基团频率，光谱上出现的相应的吸收峰称为基频吸收峰,简称基频峰。
振动偶合——两个相邻基团的振动之间的相互作用称为振动偶合。
基团频率区—-红外吸收光谱中能反映和表征官能团（基团）存在的区域.指纹区——红外吸收光谱中能反映和表征化合物精细结构的区域。
第六章 红外吸收及拉曼光谱法
指纹区：波数范围为1300～600cm-1。 1300～900cm-1 C-O 、 C-N 、 C-S 、 C-F 、 C-P 、 Si-O 、 P-O 等键的伸缩振动；C=S、S=O等双键伸缩振动。
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900～600cm-1
无 取 代 的 苯 ： 6 个 C-H ， 670 ～ 680cm-1 ， 单 吸 收带；
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某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
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量子力学表明分子中的振动能级是量子化的， 而不是连续的。振动位能为:
E振
Ev
(
1 )hv 2
式中， 为振动量子数，取值0、1、2…，
为分子振动的频率。
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根据能级跃迁的光谱选律，△ =±1，即振动能
级跃迁时，允许的是相邻能级的跃迁，且主要是
根据经典力学虎克（Hook）定律，该体 系基本振动频率计算公式为：
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1 或 1
2
2 c
式中 、 分别为振动频率及波数，k为键
力常数（达因/厘米），c为光速（ 厘米/
秒），为两原子折合质量（克）。
m1m2
m1 m2
（m1和m2分别为两原子的质量）
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(cm1 ) 10 4 ( m)
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IR与UV的区别
IR
UV
起源 分子振动能级伴随转动能级跃迁 分子外层价电子能级跃迁
适用 所有红外吸收的有机化合物
具n-π*跃迁有机化合物
具π-π*跃迁有机化合物
特征性 特征性强
简单、特征性不强
用途 鉴定化合物类别 鉴定官能团 推测结构 非破坏性分析
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红外吸收光谱s
（2）分析时间短。 通过检索、与标准红外吸收谱图对照， 一般可在10～30min完成分析。若用计算机 检索标准谱图，可在几分钟内完成分析。 （3）所用试样量少。 对固体和液体试祥，进行常量定性分析 只需20mg，半微量分析约5mg，微量分析约 20μg。对气体试样约200mL。
这种能量通常可由照射体系的红外线供给。振动
能级是量子化的，分子振动只能吸收一定的能量 ★吸收的能量将取决于键力常数（k）与两端连接的 原子的质量，即取决于分子内部的特征。这就是 红外光谱可以测定化合物结构的理论依据。
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红外吸收光谱的术语：
基频峰：当分子吸收红外辐射后，振动能级从 基态跃迁到第一激发态时所产生的 吸收峰。
IR（远） IR(中)
UV-Vis
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2
分子振动能级差为0.05～1.0eV，比转动 能级差（0.0001 ～ 0.05 eV）大，因此分子 发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随转动 能级跃迁，红外光谱实际上是分子的振动转动光谱，即带状光谱。
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3
■红外光谱 当样品受到频率连续变化的红外光照射时， 分子吸收了某些频率的辐射，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，使相 应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录 红外光的百分透射比（T%）与波数（ζ）或 波长（λ）关系的曲线，就得到红外光谱。
如：醇类的OH基在四氯化碳溶剂中伸缩振 动的强度比在乙醚溶剂中弱得多。而在不同浓 度的四氯化碳溶液中，由于缔合状态不同，强 度也有很大差别。
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（3）谱带的强度与振动形式有关。
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于是可得产生红外吸收光谱的第一条件为：
EL =△Ev 即 L=△•
分子吸收红外辐射后，由基态振动能级（=0） 跃迁至第一振动激发态（=1）时，所产生的吸 收峰称为基频峰。因为△=1时，L=，所以 基频峰的位置（L）等于分子的振动频率。
在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能 级由基态（=0）跃迁至第二激发态（=2）、 第三激发态（=3），所产生的吸收峰称为倍 频峰。
键多、空间结构复杂），但可将其分解为多个 简正振动来研究，可分为两类： 1、伸缩振动（stretching vibration）， 2、弯曲振动（bending bibration），
3、基本振动的理论数
设分子的原子数为n， 1） 对非线型分子,理论振动数=3n-6
如H2O分子，其振动数为3×3-6=3
（3000-2800） -CH2(2930，2850)
C-H
3000 左右
不饱和=C-H 末端=CH（3085） （3010~3040）
不饱和C-H 较弱（2890）、较强（3300） (2890~3300)
ArC-H 比饱和 C-H 峰弱，但峰
(3030)
形却更尖锐
叁键及累积双键区（2500~1900cm-1）
较大；极性较弱的基团（如C=C、C-C、N=N等）振动，
吸收较弱。红外光谱的吸收强度一般定性地用很强
（vs）、强（s）、中（m）、弱（w）和很弱（vw）等 表示。按摩尔吸光系数的大小划分吸收峰峰（vs）
20< <100
强峰（s）
10< <20
中强峰（m）
1< <10
叁
CC，CN，C=C=C，C=C=O 等
键 RCCH
2100-2140
及 RCCR’ 2196-2260
R=R’则无红外吸收
累
2240-2260
分子中有 N，H，C，峰
积 CN
（非共轭） 强且锐；
双
2220-2230
有 O 则弱，离基团越近
键
（共轭） 则越弱。
双键伸缩振动区（1900~1200cm-1）
2. 辐射与物质之间有耦合作用
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； △=0的分子振动不能产生红外振动吸收，称为非红 外活性的。
二、分子的振动基频跃迁与峰位
（一）双原子分子的振动
影响基本振动频率的直接原因： 相对原子质量 化学键的力常数
三、多原子分子的振动类型和振动自由度 多原子分子的振动更为复杂（原子多、化学
指纹区（可分为两个区）
单、双键伸缩振动 1800-900 C-O（1300-1000）
（不含氢）
C-(N、F、P)，P-O，Si-O
面 外弯曲振动 900-650 用于顺反式结构、 取代类型的确定
在红外分析中，通常一个基团有多个振动形式，同时 产生多个谱峰（基团特征峰及指纹峰），各类峰之间相互 依存、相互佐证。通过一系列的峰才能准确确定一个基团 的存在。
第六章红外吸收光谱法
第二节 基本原理
一、产生红外吸收的条件
1 . 辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的跃迁能量 相等
E = （ +1/2）h （=0，1，2，） 式中为振动量子数（ =0，1，2，…）；E是与振动量 子数相应的体系能量； 为分子振动的频率。
△Ev = △•h
EL=h L
2） 对线型分子，理论振动数=3n-5 如CO2分子，其理论振动数为3×3-5=4
4、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，
而偶极矩与分子结构的对称性有关。振动的对称性越高，
振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。一般
地，极性较强的基团（如C=0，C-X等）振动，吸收强度
弱峰（w）
第四节 红外光谱中的重要区段
中红外光谱区可分成4000 cm-1 ~1300cm-1和 1300 cm-1 ~ 400 cm-1两个区域。 在4000 cm-1 ~ 1300 cm-1 之间，这一区域 称为基团频率区、官能团区或特征区。
1300 cm-1 ~400 cm-1 区域内，除单键的伸 缩振动外，还有因变形振动产生的谱带。这种 振动与整个分子的结构有关。当分子结构稍有 不同时，该区的吸收就有细微的差异，并显示 出分子特征。这种情况就像人的指纹一样，因 此称为指纹区。
苯衍生物的红外光谱图
影响峰位、峰强的因素
1）电子效应 2）空间效应 3）氢键的影响 4）振动耦合 5）Fermi共振 6）峰的对称性
第三节 红外光谱仪
Fourier变换红外光谱仪的特点
（1）扫描速度极快 Fourier变换仪器是在整扫描时间内同时测定所有
频率的信息，一般只要1s左右即可。因此，它可用于测定 不稳定物质的红外光谱。而色散型红外光谱仪，在任何一 瞬间只能观测一个很窄的频率范围，一次完整扫描通常需 要8、15、30s等。 （2）具有很高的分辨率
X-H伸缩振动区：4000-2500cm-1
醇、酚、酸等
O-H 3650~3200 3650~3580 低浓度（峰形尖锐）
3400~3200 高浓度（强宽峰）
N-H 3500~3100
胺、酰胺等，可干扰 O-H 峰
饱和（3000 以下）与不饱和（3000 以上）
饱和-C-H
-CH3(2960，2870)
C=O 1900-1650
C=OC 1680-1620
苯衍生
物 的 泛 2000-1650
频
强峰。是判断酮、醛、酸、酯及酸酐的 特征吸收峰，其中酸酐因振动偶合而具 有双峰。 峰较弱（对称性较高）。在 1600 和 1500 附近有 2-4 个峰（苯环骨架振动），用于 识别分子中是否有芳环。 C-H 面外、C=C 面内变形振动，很弱， 但很特征（可用于取代类型的表征）。
除此之外，还有光谱范围宽（1000~10 cm-1 ）；测 量精度高，重复性可达0.1%；杂散光干扰小；样品不受 因红外聚焦而产生的热效应的影响。
通常Fourier变换 红外光谱仪分辨率达0.1~0.005 cm-1，而一般棱镜型的仪器分辨率在1000 cm-1处有3 cm-1 ， 光栅型红外光谱仪分辨率也只有0.2cm-1。
（3）灵敏度高
因Fourier变换 红外光谱仪 不用狭缝和单色器， 反射镜面又大，故能量损失小，到达检测器的能量大， 可检测10-8g数量级的样品。