红外吸收光谱法PPT课件
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中红外光区（又称红外光谱区）：绝大多数有机化 合物和无机离子的基频吸收带都出现在该区，由于 基频振动是最强的吸收，适宜进行定性、定量分析。
远红外光谱区：由于低频骨架振动能很灵敏地反应 出结构变化，所以对异构体的研究特别方便，还可 用于金属有机化合物的、氢键、吸附现象的研究， 但由于该光区弱，一般不在此范围内进行分析。
C2H4O
1730cm-1 1165cm--1
H
O
C
CH
H 2720cm-1
H
乙醛分子诸键 振动示意图
红外光谱区实际峰数少于基本振动数目原因：
➢ 当振动过程中分子不发生瞬间偶极矩变化时，不引起红 外吸收；
➢ 频率完全相同的振动彼此发生简并； ➢ 强宽峰往往要覆盖与它频率相近的弱而窄的吸收峰； ➢ 吸收峰有时落在中红外区域（4 000~250cm-1）以外； ➢ 吸收强度太弱，以致无法测定。
红外吸收光谱法
第一节 概述 第二节 红外吸收光谱法的基本理论 第三节 红外吸收光谱仪 第四节 红外吸收光谱分析
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总体概述
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2
第一节 概 述
分子吸收光谱后发生振动能级和转动能级的跃迁，红外 吸收光谱也称为分子振动-转动光谱。
（3）峰强：瞬间偶极矩变化大，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；
CO2分子振动情况
（4）基频峰：由基态跃迁到第一激发态，产生一个强 的吸收峰；
（5）倍频峰：由基态直接跃迁到第二激发态，产生一 个弱的吸收峰为一级倍频峰；
（6）合频峰：两个以上基频峰之和或差处出现的峰。 强度比基频峰弱得多。
（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
与紫外吸收光谱法、核磁共振波谱法及质谱法一起称为 四大谱学方法。
微观：分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级 跃迁时，不可避免地伴随有转动能级跃迁，所以无法测 得纯粹的振动能谱，而只能得到分子的振动—转动光谱。
宏观：以λ或σ为横坐标，以T或A为纵坐标所作的曲线， 为红外光谱图。
红外吸收光谱图
第二节 红外吸收光谱法的基本原理
一、红外吸收光谱产生条件 1.辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需能量。
当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中 某个基团的振动频率和外界红外辐射的频率一 致，就满足了第一个条件。 2.辐射与物质之间有偶合作用（相互作用）。 物质吸收辐射的第二个条件，实质上是外界辐 射迁移的能量到分子中去。而这种能量的转移 是通过偶极矩的变化来实现的。
偶极矩与红外活性
用分子偶极距μ来描述分子偶极距的大小。 μ=q.d
d：正负电荷中心距离；q：电荷 对称分子 μ＝0，但不一定无红外活性 固有偶极是红外光谱产生的必要条件 有偶极矩变化的振动可观测到红外吸收谱带，
这种振动称为红外活性振动
二、双原子分子的振动
把双原子分子看成质量分别为mA、mB的两个小球，其 间的化学键看作不计质量的弹簧。
又称弯曲振动或变角振动。
振动基本形式
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；反之，出现在低波数区。
（2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶 极矩变化时，无红外吸收。
非线性分子的振动自由度为3n-6；线性分子的 振动自由度为3n-5（n为原子数）
涉及对象：紫外研究对象是具有共轭体系的不 饱和化合物；红外几乎针对所有分子（除单原 子分子和同核双原子分子外）
功能：对物质组成、结构提供详细信息。 定量分析：可进行定量分析，但能量小，干扰
强。 样品类型：液体、固体和气体试样。
研究范围
近红外区：主要研究稀土和过渡金属离子的化合物， 水，含氢原子团化合物的定量分析。
红外光谱法的特点
红外光区的划分
λ（μm）
近红外（泛百度文库频区）
0.78-2.5
中红外（基 本振动区）
2.5—50
远红外（转 动区）
50—300
σ(cm-1)
12820-4000
4000-200 200—33
跃迁类型
O-H,N-H,C-H键 的倍频吸收
分子振动、转动
分子转动， 骨架振动
与紫外吸收光谱法比较：
6.0 m
C—C 4.5 5.6
7.0 m
三、多原子分子的振动
1、振动形式
多原子分子的振动可分解为多个简正振动来研究。 简正振动
整个分子质心不变、整体不转动、各原子在原地作简谐振动 且频率及位相相同。此时分子中的任何振动可视为所有上述简 谐振动的线性组合。 简正振动基本形式 伸缩振动：键长改变，键角不变。 变形振动：键角改变，键长不变。
3、振动频率
基团频率 红外光谱区可分成4000~1300cm-1和1300~400cm两
个区域。基团频率区在4000~1300cm-1之间，这一区域 称为基团频率区、官能团区或特征频率区。区内的峰 是由伸缩振动产生的吸收带，常用于鉴定官能团。 基团频率区又可分为三个区域： （1）4000~2500cm-1为O-H、N-H、C-H的伸缩振动。 （2）2 500~1 900cm-1为叁键和累计双键区 。 （3）1 900~1 300cm-1为双键伸缩振动区。
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)
当分子发生Δn=1的振动能级跃迁时，
吸收红外光的波数和频率分别为：
σ 1 k
2c
ν 1 k 2π μ
c光速；k化学键力常数（N·cm-1）；μ原子的折合质量μ ＝mA.mB/( mA+mB)
某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型 力常数 峰位
CC 15 17 4.5m
C =C 9.5 9.9
远红外光谱区：由于低频骨架振动能很灵敏地反应 出结构变化，所以对异构体的研究特别方便，还可 用于金属有机化合物的、氢键、吸附现象的研究， 但由于该光区弱，一般不在此范围内进行分析。
C2H4O
1730cm-1 1165cm--1
H
O
C
CH
H 2720cm-1
H
乙醛分子诸键 振动示意图
红外光谱区实际峰数少于基本振动数目原因：
➢ 当振动过程中分子不发生瞬间偶极矩变化时，不引起红 外吸收；
➢ 频率完全相同的振动彼此发生简并； ➢ 强宽峰往往要覆盖与它频率相近的弱而窄的吸收峰； ➢ 吸收峰有时落在中红外区域（4 000~250cm-1）以外； ➢ 吸收强度太弱，以致无法测定。
红外吸收光谱法
第一节 概述 第二节 红外吸收光谱法的基本理论 第三节 红外吸收光谱仪 第四节 红外吸收光谱分析
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2
第一节 概 述
分子吸收光谱后发生振动能级和转动能级的跃迁，红外 吸收光谱也称为分子振动-转动光谱。
（3）峰强：瞬间偶极矩变化大，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；
CO2分子振动情况
（4）基频峰：由基态跃迁到第一激发态，产生一个强 的吸收峰；
（5）倍频峰：由基态直接跃迁到第二激发态，产生一 个弱的吸收峰为一级倍频峰；
（6）合频峰：两个以上基频峰之和或差处出现的峰。 强度比基频峰弱得多。
（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
与紫外吸收光谱法、核磁共振波谱法及质谱法一起称为 四大谱学方法。
微观：分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级 跃迁时，不可避免地伴随有转动能级跃迁，所以无法测 得纯粹的振动能谱，而只能得到分子的振动—转动光谱。
宏观：以λ或σ为横坐标，以T或A为纵坐标所作的曲线， 为红外光谱图。
红外吸收光谱图
第二节 红外吸收光谱法的基本原理
一、红外吸收光谱产生条件 1.辐射应具有刚好能满足物质跃迁时所需能量。
当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中 某个基团的振动频率和外界红外辐射的频率一 致，就满足了第一个条件。 2.辐射与物质之间有偶合作用（相互作用）。 物质吸收辐射的第二个条件，实质上是外界辐 射迁移的能量到分子中去。而这种能量的转移 是通过偶极矩的变化来实现的。
偶极矩与红外活性
用分子偶极距μ来描述分子偶极距的大小。 μ=q.d
d：正负电荷中心距离；q：电荷 对称分子 μ＝0，但不一定无红外活性 固有偶极是红外光谱产生的必要条件 有偶极矩变化的振动可观测到红外吸收谱带，
这种振动称为红外活性振动
二、双原子分子的振动
把双原子分子看成质量分别为mA、mB的两个小球，其 间的化学键看作不计质量的弹簧。
又称弯曲振动或变角振动。
振动基本形式
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；反之，出现在低波数区。
（2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶 极矩变化时，无红外吸收。
非线性分子的振动自由度为3n-6；线性分子的 振动自由度为3n-5（n为原子数）
涉及对象：紫外研究对象是具有共轭体系的不 饱和化合物；红外几乎针对所有分子（除单原 子分子和同核双原子分子外）
功能：对物质组成、结构提供详细信息。 定量分析：可进行定量分析，但能量小，干扰
强。 样品类型：液体、固体和气体试样。
研究范围
近红外区：主要研究稀土和过渡金属离子的化合物， 水，含氢原子团化合物的定量分析。
红外光谱法的特点
红外光区的划分
λ（μm）
近红外（泛百度文库频区）
0.78-2.5
中红外（基 本振动区）
2.5—50
远红外（转 动区）
50—300
σ(cm-1)
12820-4000
4000-200 200—33
跃迁类型
O-H,N-H,C-H键 的倍频吸收
分子振动、转动
分子转动， 骨架振动
与紫外吸收光谱法比较：
6.0 m
C—C 4.5 5.6
7.0 m
三、多原子分子的振动
1、振动形式
多原子分子的振动可分解为多个简正振动来研究。 简正振动
整个分子质心不变、整体不转动、各原子在原地作简谐振动 且频率及位相相同。此时分子中的任何振动可视为所有上述简 谐振动的线性组合。 简正振动基本形式 伸缩振动：键长改变，键角不变。 变形振动：键角改变，键长不变。
3、振动频率
基团频率 红外光谱区可分成4000~1300cm-1和1300~400cm两
个区域。基团频率区在4000~1300cm-1之间，这一区域 称为基团频率区、官能团区或特征频率区。区内的峰 是由伸缩振动产生的吸收带，常用于鉴定官能团。 基团频率区又可分为三个区域： （1）4000~2500cm-1为O-H、N-H、C-H的伸缩振动。 （2）2 500~1 900cm-1为叁键和累计双键区 。 （3）1 900~1 300cm-1为双键伸缩振动区。
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)
当分子发生Δn=1的振动能级跃迁时，
吸收红外光的波数和频率分别为：
σ 1 k
2c
ν 1 k 2π μ
c光速；k化学键力常数（N·cm-1）；μ原子的折合质量μ ＝mA.mB/( mA+mB)
某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型 力常数 峰位
CC 15 17 4.5m
C =C 9.5 9.9