第二章 红外光谱原理PPT课件
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红外光谱基本原理课件
红外光谱仪的性能指标
波长范围
表示仪器能够测量的红外 光波长范围，常用的波长 范围有近红外、中红外和 远红外。
分辨率
表示仪器能够分辨的最小 波长差，分辨率越高，仪 器性能越好。
信噪比
表示仪器输出信号与噪声 的比值，信噪比越高，仪 器性能越好。
扫描速度
表示仪器完成一次光谱扫 描所需的时间，扫描速度 越快，仪器性能越好。
谱带形状
不同化学键或基团的红外 光谱谱带形状也不同，谱 带形状与分子内部的对称 性和振动模式有关。
02
红外光谱仪器
红外光谱仪的基本构造
光源
发射一定波长的红外 光，常用光源有碘钨 灯和溴钨灯。
干涉仪
将光源发出的红外光 变成干涉光，常用的 干涉仪有迈克尔逊干 涉仪和马赫-曾德尔干 涉仪。
检测器
检测干涉光的强度， 常用的检测器有热电 堆检测器和量子化能 检测器。
在生物学中的应用
生物大分子结构研究
红外光谱可以用于研究蛋白质、核酸等生物大分子的结构和构象 变化。
生物活性物质分析
红外光谱可以用于分析生过红外光谱研究药物与靶点分子间的相互作用，有助于药物设计 和筛选过程的优化。
在环境科学中的应用
有机污染物分析
红外光谱可以用于检测和鉴定水 体、土壤等环境样品中的有机污
染物，如农药、石油烃等。
气体分析
红外光谱可以用于分析大气中的气 体成分，如二氧化碳、甲烷等，有 助于监测和评估大气环境质量。
地质样品分析
红外光谱可以用于分析岩石、矿物 等地质样品，通过分析其成分和结 构，有助于地质学研究和矿产资源 勘探。
04
数据处理系统
对检测器输出的信号 进行处理，计算出光 谱图。
波谱分析课件—红外光谱
用“η”表示
基团的键角不 发生变化，基 基团的键角交替 团只是作为一 发生变化 个整体在分子 的对称平面内 左右摇摆
两个H原子核 在垂直于纸面 的方向上振动， 两个H原子核 且运动方向相 运动方向相反 同---同时向纸 面的同一侧运 动
3
骨架 振 动
定义
多原子分子的骨架振动产生，
如苯环的骨架振动。
晶格振动。
振动频率
以双原子为例，在双原子作伸缩振动时，可以 将其视为一个简单的谐振子。根据经典力学原理， 简谐振动遵循胡克定律：
m1
m2
1 2
K m
式中： ν ----振动频率 K ----化学键的力常数（N· -1） m
对于双原子分子来讲，可
用折合质量 μ（Kg）代替 m：
1 2
红外光谱的发展历史
在十九世纪初就发现了红外线,到1892年有人利 用岩盐棱镜和测热幅射计(电阻温度计)测定了20多 种有机化合物的红外光谱 1905年科伯伦茨发表了128种有机和无机化合物 的红外光谱，红外光谱与分子结构间的特定联系才被 确认。 到1930年前后，随着量子理论的提出和发展，红 外光谱的研究得到了全面深入的开展，并且测得大量 物质的红外光谱。 1947年第一台实用的双光束自动记录的红外分光光 度计问世。这是一台以棱镜作为色散元件的第一代红外 分光光度计。
产生红外吸收峰。而
， C
O
， N C
，H O
NH2 等强极性基团的伸缩振动吸收均为强吸收。
2
诱导效应
使基团极性降低的诱导效应导致基团的吸收
强度减小； 使基团极性升高的诱导效应导致基团的吸收 强度增加。 例如：
C N 为强极性基团，其
C N 吸收带尖
基团的键角不 发生变化，基 基团的键角交替 团只是作为一 发生变化 个整体在分子 的对称平面内 左右摇摆
两个H原子核 在垂直于纸面 的方向上振动， 两个H原子核 且运动方向相 运动方向相反 同---同时向纸 面的同一侧运 动
3
骨架 振 动
定义
多原子分子的骨架振动产生，
如苯环的骨架振动。
晶格振动。
振动频率
以双原子为例，在双原子作伸缩振动时，可以 将其视为一个简单的谐振子。根据经典力学原理， 简谐振动遵循胡克定律：
m1
m2
1 2
K m
式中： ν ----振动频率 K ----化学键的力常数（N· -1） m
对于双原子分子来讲，可
用折合质量 μ（Kg）代替 m：
1 2
红外光谱的发展历史
在十九世纪初就发现了红外线,到1892年有人利 用岩盐棱镜和测热幅射计(电阻温度计)测定了20多 种有机化合物的红外光谱 1905年科伯伦茨发表了128种有机和无机化合物 的红外光谱，红外光谱与分子结构间的特定联系才被 确认。 到1930年前后，随着量子理论的提出和发展，红 外光谱的研究得到了全面深入的开展，并且测得大量 物质的红外光谱。 1947年第一台实用的双光束自动记录的红外分光光 度计问世。这是一台以棱镜作为色散元件的第一代红外 分光光度计。
产生红外吸收峰。而
， C
O
， N C
，H O
NH2 等强极性基团的伸缩振动吸收均为强吸收。
2
诱导效应
使基团极性降低的诱导效应导致基团的吸收
强度减小； 使基团极性升高的诱导效应导致基团的吸收 强度增加。 例如：
C N 为强极性基团，其
C N 吸收带尖
《红外光谱》PPT课件
HC=C
U 1
例3 某未知物分子式为C10H12O, 试根据其IR数 据3020(w)、2820、2720、1700、1610、1575、
1390、1365、830cm-1，推测其结构。
1
1
Ω 2 (2n4 n3 n1 2) 2 (210 12 2) 5
H3C
O
CHO
CH
CH
C3H7
H3C
1. 否定法
如果某个基团的特征频率 吸收区，找不到吸收峰，我们就判断 样品中部不存在该基团。 2. 肯定法
3. 否定法与肯定法结合
C9H10O
IR主要吸收峰：3060，3030，
2980，2920，1700，1600，
1580，
690cm-1。150120(，214935，1013720，) 7550，
Therefore, n = 8, m = 8
(2n 2) m 8 8 1 5
2
2
U 1 (2 8 8 2) 5 2
Compound A, with molecular formula C6H10, reacts with H2/Ni to give compound B, with molecular formula C6H12. The IR spectrum of compound A is provided. From this
Infrared Spectrometry
红外光谱
UV-Vis
IR
讲义P10-12
1 K 130.2 K (cm1) m1m2
2c
ห้องสมุดไป่ตู้
m1 m2
K：化学键的力常数（键能和键长） ：双原子的折合质量；m：相对原子质量；
红外光谱谱图解析ppt课件
29
1、烷烃（CH3，CH2，CH）(C—C,C—H )
3000cm-1
CH3
δ as1460 cm-1 δ s1380 cm-1
重 叠
CH2 δ s1465 cm-1
CH2 r 720 cm-1（水平摇摆）
CH2 对称伸缩2853cm-1±10 CH3 对称伸缩2872cm-1±10 CH2不对称伸缩2926cm-1±10 CH3不对称伸缩2962cm-1±10
12:59:55
14
1、红外光谱信息区
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 2000 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区
(3)2000 1500 cm-1 双键伸缩振动区
1170cm-1
1391-1381cm-1 1368-1366cm-1
4:5 1195 cm-1
1405-1385cm-1 1372-1365cm-1
1:2 1250 cm-1
31
c) CH2面外变形振动—(CH2)n—，证明长碳链的存在。
n=1 770~785 cm-1 （中 ） n=2 740 ~ 750 cm-1 （中 ）
正溴丁烷的波谱解析 troscopy，IR
12:59:55
1
概述 introduction
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：低能电子 跃迁、含氢原子团伸 缩振动的合频吸收； 稀土、过渡金属
中红外区： 远红外区：纯转动能 级跃迁，变角、骨架 振动；异构体、金属 有机物、氢键
第 二 章 红外光谱(PPT文档)
O
O
C NH R NH C O R1 O n
异氰酸酯 O=C=N-R-N=C=O
H-O-R1-O-H 多元醇
O
O
CN R NC
+
-O-R1-O-
对反应过程的分析聚氨酯合成
4 对材料二级结构的分析
• 聚氨酯分子内氢键缔合的情况。
Hale Waihona Puke 温度对聚氨酯分子间氢键作用的影 响
ATR全反射光谱的原理
5. ATR（衰减全反射）法在聚合物鉴定中的 应用
-（CH2）nn
分子式为C6H8N2，其红外图如下图所示，试推 其结构。
2.2 红外谱图的制样方法
• 薄膜法 热压成膜 乳液干燥成膜 稀溶液成膜
• 制成（10-30um）的薄膜
薄膜厚度超过30um容易造成红外峰形模糊， 丢失信息
100 90 80 70 60 50 40
%T
30 20 10
• 悬浮法 把50mg样品与石蜡油及全卤代烃 混合、研成糊状，然后放在两片氯化钠晶 片中测量
2.3 红外光谱的应用
• 官能团定性及定量的分析 • 物质的鉴定 • 反应过程的分析 • 官能团的相互作用关系
实例1. 简单化合物鉴定 未知物分子式为C3H6O， 其红外图如下图所示，试推其结构。
1.由其分子式可计算出该化合物不饱和度为1。
第二章 红外光谱
2.1 红外光谱特点
• 中红外区（基本振动－转动区）：波长 2.5～25μm，波数4000～400 cm-1，研究 应用最多的领域，其吸收主要是由分子的 振动能级和转动能级跃迁引起的。故IR光谱 又叫振转光谱。
分子的基本振动形式为：
对称伸缩振动 γs 伸缩振动
不对称伸缩振动γas 剪式振动δs
红外光谱解析PPT课件
综上，该化合物为CH2=CHCH2OH.
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
(8)未知物分子式为C6H8N2，其红外图如下图所 示，试推其结构。
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
解：（1）不饱和度Ω=1+6+0.5（2-8）=4 3030.70cm-1，1592.66cm-1，1502.26cm-1的峰 表明含有苯环。
（3）3095cm-1，1649cm-1表明含有碳碳双键。
综上，可能为乙酸乙烯酯或丙烯酸甲酯。
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
(10) 分子式为 C6H14 ，红外光谱如下，试推其结构。
C
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
（1）不饱和度Ω=1+6+0.5（0-14）=0，所以 C6H14 为饱和烃。
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
解：（1）不饱和度Ω=1+4+0.5（0-8）=1 1740cm-1表示含有C=O。高频区没有出现宽的强 吸收峰，表明没有-OH，又因为1740cm-1的峰位 于相对高频峰。因此，该化合物为酯类化合物。
（2）3000~2800cm-1的峰为νCH(-CH3,-CH2-)， 1380cm-1处孤峰表明有孤立-CH3，1460cm-1说 明含有-CH2-。因此，含有孤立-CH3和
根据（2）得苯环结构和817cm-1强峰，表明该物 质为苯的对二取代物。
（4）1380cm-1的单峰和2920cm-1表明含有CH3，则不含有碳碳三键。
根据（4）和2217cm-1处强峰，显示含有碳氮三 键。
综上，该化合物为对甲基苯甲氰。
第二章 红外光谱
（4）推测C4H8O2的结构
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
(8)未知物分子式为C6H8N2，其红外图如下图所 示，试推其结构。
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
解：（1）不饱和度Ω=1+6+0.5（2-8）=4 3030.70cm-1，1592.66cm-1，1502.26cm-1的峰 表明含有苯环。
（3）3095cm-1，1649cm-1表明含有碳碳双键。
综上，可能为乙酸乙烯酯或丙烯酸甲酯。
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
(10) 分子式为 C6H14 ，红外光谱如下，试推其结构。
C
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
（1）不饱和度Ω=1+6+0.5（0-14）=0，所以 C6H14 为饱和烃。
第二章 红外光谱
有机化合物波谱分析
解：（1）不饱和度Ω=1+4+0.5（0-8）=1 1740cm-1表示含有C=O。高频区没有出现宽的强 吸收峰，表明没有-OH，又因为1740cm-1的峰位 于相对高频峰。因此，该化合物为酯类化合物。
（2）3000~2800cm-1的峰为νCH(-CH3,-CH2-)， 1380cm-1处孤峰表明有孤立-CH3，1460cm-1说 明含有-CH2-。因此，含有孤立-CH3和
根据（2）得苯环结构和817cm-1强峰，表明该物 质为苯的对二取代物。
（4）1380cm-1的单峰和2920cm-1表明含有CH3，则不含有碳碳三键。
根据（4）和2217cm-1处强峰，显示含有碳氮三 键。
综上，该化合物为对甲基苯甲氰。
第二章 红外光谱
（4）推测C4H8O2的结构
红外吸收光谱ppt课件
OHNH 游 离1690
R
R
3500 1620-1590
HH NO 氢 键1650 3400 1650-1620
HO
O
C
OC3H HO
H3C
ppt课件完整
18
OH - 伸缩 2835
3705-3125
❖ （2）外部因素 ❖ 外部因素主要指测定时物质的状态以及溶剂效应等
因素。 ❖ 分子在气态时，其相互作用力很弱，此时可以观察
347.3
610.9
836.8
力常数 k(N.cm-1)
4.5
9.6
15.6
波数范围 (cm-1) 700～1200
1620～1680
2100～2600
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。
ppt课件完整
11
一些常见化学键的力常数如下表所示：
① 不饱和碳原子上的=C-H（ C-H ）
苯环上的-C-H
3030 cm-1
=C-H
3100 3000 cm-1
末端= CH2 3085 cm-1附近
C-H 3300 cm-1
3000 cm-1 以上
② 饱和碳原子上的－C－H
-CH3 -CH2-C-H
2960 cm-1 反对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动 2930 cm-1 反对称伸缩振动 2850 cm-1 对称伸缩振动 2890 cpmpt课-1件完整弱吸收
由于偶极子具有一定的原有振动 频率，只有当辐射频率与偶极子 频率相匹配时，分子才与辐射发 生相互作用而增加它的振动能， 使振幅加大，即分子由原来的基 态振动跃迁到较高的振动能级。
第二章红外吸收光谱法PPT课件
z 2．简谐振动的数目
对于由N个原子组成的分子：
3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度 y
x
振动自由度= 3N-平动自由度-转动自由度
由N个原子组成的分子：平动自由度=3
由N个原子组成的线形分子：转动自由度=2 由N个原子组成的非线形分子：转动自由度=3
线 形 分 子：振动自由度= 3N-5 非线形分子：振动自由度= 3N-6
μ 1.008 35.45 0.98
1.008 35.45
μ相同:
k相近:
C-C 1429 cm-1
C=C k 增大
1667 cm-1 v 增大
C≡C
C-C
C-N
μ增大
2222cm-1
1429 cm-1
第7页/共85页
1330 cm-1 v 减少
C-O 1280cm-1
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 和键力常数，即取决于分子的结构特征。
一、红外光的分区
红外线：波长在0.76~500μm (1000μm) 范围内的电磁波称为红外线。
近红外区：0.78~2.5μm （12820----4000cm-1 ） —OH和—NH倍频吸收区
中红外区：2.5~25μm （4000----400cm-1 ） 基团的基频振动、伴随转动光谱
远红外区：25~500μm （400----20cm-1 ） 纯转动光谱
对称性伸缩振动 V S 反对称性伸缩振动 V aS
面内变形振动 剪式振动δ S 平面摇摆ρ
面外变形振动
非平面摇摆ω 扭曲振动τ
伸缩振动的k比变形振动k大；因此伸缩振动出现在红外吸收
光谱的高波数区，变形振动出现在红外吸收光谱的低波数区。
红外光谱课件PPT
傅里叶变换红外光谱仪具有高分辨率、高灵敏度、高信噪比等优点，广泛应用于 化学、物理、生物等领域。
红外光谱仪的实验操作
实验前准备
检查仪器是否正常， 确保电源连接稳定， 准备好样品和实验器 材。
光路调整
调整分束器、干涉仪 和检测器的位置，确 保光路畅通无阻。
参数设置
根据实验需求设置扫 描范围、扫描次数、 分辨率等参数。
转动模式
分子转动模式可以分为刚性转子 和弹性转子。刚性转子的转动能 级是量子化的，而弹性转子的转
动能级则是连续的。
振动与转动的耦合
在某些情况下，分子的振动和转 动模式之间会发生耦合，从而影
响红外光谱的形状和位置。
红外光谱的吸收峰
01 02
特征峰与泛峰
红外光谱中的吸收峰可以按照其特征分为特征峰和泛峰。特征峰是指与 特定振动或转动模式相关的吸收峰，而泛峰则是由于多个振动或转动模 式的相互作用而产生的吸收峰。
峰的形状分析
03
峰的形状可以反映分子中对应化学键或基团周围环境的对称性、
氢键等相互作用，有助于深入了解分子结构。
谱图解析实例
解析有机化合物结构
通过红外光谱解析，可以确定有机化合物中存在的官能团和化学 键类型，进而推断其可能的结构。
解析无机物和配合物结构
红外光谱在无机物和配合物结构解析中也有广泛应用，可以用于确 定离子和分子的振动模式。
辐射与物质的相互作用
当红外辐射与物质相互作用时，如果辐射的能量与分子振 动或转动能级差相匹配，则会引起分子振动或转动能级跃 迁，从而产生红外吸收。
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 可以分为伸缩振动和弯曲振动。 伸缩振动是指原子间的距离发生 变化，而弯曲振动则是指原子围
红外光谱仪的实验操作
实验前准备
检查仪器是否正常， 确保电源连接稳定， 准备好样品和实验器 材。
光路调整
调整分束器、干涉仪 和检测器的位置，确 保光路畅通无阻。
参数设置
根据实验需求设置扫 描范围、扫描次数、 分辨率等参数。
转动模式
分子转动模式可以分为刚性转子 和弹性转子。刚性转子的转动能 级是量子化的，而弹性转子的转
动能级则是连续的。
振动与转动的耦合
在某些情况下，分子的振动和转 动模式之间会发生耦合，从而影
响红外光谱的形状和位置。
红外光谱的吸收峰
01 02
特征峰与泛峰
红外光谱中的吸收峰可以按照其特征分为特征峰和泛峰。特征峰是指与 特定振动或转动模式相关的吸收峰，而泛峰则是由于多个振动或转动模 式的相互作用而产生的吸收峰。
峰的形状分析
03
峰的形状可以反映分子中对应化学键或基团周围环境的对称性、
氢键等相互作用，有助于深入了解分子结构。
谱图解析实例
解析有机化合物结构
通过红外光谱解析，可以确定有机化合物中存在的官能团和化学 键类型，进而推断其可能的结构。
解析无机物和配合物结构
红外光谱在无机物和配合物结构解析中也有广泛应用，可以用于确 定离子和分子的振动模式。
辐射与物质的相互作用
当红外辐射与物质相互作用时，如果辐射的能量与分子振 动或转动能级差相匹配，则会引起分子振动或转动能级跃 迁，从而产生红外吸收。
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 可以分为伸缩振动和弯曲振动。 伸缩振动是指原子间的距离发生 变化，而弯曲振动则是指原子围
第2章-红外光谱PPT课件
-
15
2.1.3 红外光谱的吸收强度
红外光谱的吸收强度可用于定量分析，也是化合物定性分析 的重要依据。用于定量分析时，吸收强度在一定浓度范围内 符合朗伯一比尔定律，其定量计算可参考紫外光谱的定量分 析方法。用于定性分析时，根据其摩尔吸光系数可区分吸收子振动过程中偶极矩变化有关，只有在振动中伴
—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。
-
10
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。
-
5
红外光谱的表示方法
红外光谱是研究波数在4000-400cm-1范围内不同 波长的红外光通过化合物后被吸收的谱图。谱图以波 长或波数为横坐标，以透光度为纵坐标而形成。
透光度以下式表示：
T% I 100% I0
I：表示透过光的强度； I0：表示入射光的强度。
-
6
横坐标：波数(v )400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。
响有关，如果诱导效应使基团极性降低，则吸收强度降低；反之，
则强度增加。
氢键作用大大提高了化学键的极化程度，因此伸缩振动吸收峰
加宽、增强。
分子内有近似相同振动频率且位于相邻部位（两个振动共用一
个原子或振动基团有一个公用键）的振动基团，产生两种以上的基
团参加的混合振动，称为振动偶合。振动偶合有对称和不对称之分。
（2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变 化时，无红外吸收。
第二章 红外光谱原理PPT课件
并非每一谱带都与化合物中的官能团有对应关系特别是指纹区的吸收谱带1000650cm1烯烃ch的面外弯曲振动rchch990910cm1rchchr顺690cm1中至强rchchr反970cm1中至强890cm1中至强cchr840790cm1中至强芳烃arch的面外弯曲振动取代类型ch面外弯曲振动吸收峰位置cm1670单取代770730vs710690s二取代12770735vs13900860810750s72568014833810vs三取代123780760745705124885870825805135865810730675四取代123481080012358508401245870855五取代870用于判断苯环取代类型770730vs710690s770735vs900860810750s725680833810vs780760s745705885870825805s一脂肪烃类化合物一烷烃ch伸缩振动ch饱和
50
二、红外光谱中的八个重要区段
d Win-IR O-H、N-H
3750-3000
1 20
1 00
=CH
C CC N
C=O C=C C=N
3300-3000
2400--2100
1900-1650 1680-1500
=C-H Ar-H 弯曲振动 1000-650
C-H弯曲振动 1475-1300
7 57 1 50 0
O Br
同电荷反拨，C=O双键性↑
1728cm-1 31
2）空间位阻
32
3）跨环共轭效应
空间电子效应，由于空间位置接近产生跨环共轭效应
33
4）环张力： 环外双键随环的减小，频率增加
环内双键随环的减小，频率降低
O
50
二、红外光谱中的八个重要区段
d Win-IR O-H、N-H
3750-3000
1 20
1 00
=CH
C CC N
C=O C=C C=N
3300-3000
2400--2100
1900-1650 1680-1500
=C-H Ar-H 弯曲振动 1000-650
C-H弯曲振动 1475-1300
7 57 1 50 0
O Br
同电荷反拨，C=O双键性↑
1728cm-1 31
2）空间位阻
32
3）跨环共轭效应
空间电子效应，由于空间位置接近产生跨环共轭效应
33
4）环张力： 环外双键随环的减小，频率增加
环内双键随环的减小，频率降低
O
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T% = I / I。X100%
百分透光率（T%）越小，吸收峰越强。 也可以用摩尔吸光系数ε 表示绝对峰强
很强峰 ε a﹥100 vs
强峰 εa= 20~100 s
中强峰 ε a= 10~20 m
弱峰 ε a= 1~10 w
极弱峰 ε a< 1
vw
19
2. 决定峰强的因素
（1）振动过程中偶极矩的变化
4
（一）红外光谱的表示法
1.光谱图
横坐标：波长(m,2.5-25), 或波数(cm-1,4000-400) 纵坐标：可以用A(吸光度),T透光率或透过率表示 吸收强度：A ,吸收强度 ； ,吸收强度 ; T ,吸收强度
透 光 率 T
a
波数(cm-1)
小5
2. IR数据表示法
常见于文献中,一般报道主要吸收波数（cm -1）： IR (KBr): max = 3375, 1754, 1720, 1700, 1365, 1320, 1077, 898 cm-1
z y
x
12
2.多原子分子的振动类型
(1) 伸缩振动（stretching vibration）：表示 沿键轴振动，只改变键长，不改变键角
对称伸缩振动（s） 不对称伸缩振动（as） 13
常见的两种伸缩振动
对称伸缩振动(symmetry stretching vibration)： 键长沿键轴方向的运动同时发生
2πc μ
μ m1m2 m1 m2
谐振子能级跃迁（基频峰）吸收红外光的频率等于 谐振子的振动频率，方程式与上相同：
1 K
2πc μ
μ m1m2 m1 m2
：折合质量
k：力常数，与键长、键能有关：键能↑（大），键
长 ↓(短)，k↑。
9
从基态跃迁到第一激发态，产生的谱带称为基频 峰（fundamental bands），特点是峰较强。
6
（二）红外光的分区
红外光可分为三个区:
近红外区：12500-4000 cm-1，分子中O-H, N-H, C-H键 在此
区发生倍频振动，属于泛频区。
中红外区：4000-400 cm-1，绝大部分有机化合物在此区 域
发生基频振动，属于基本振动区。
远红外区：400-25 cm-1，在此区发生分子的转动光谱和 重原子成键的振动，属于转动区。
剪式振动（s） 面内摇摆振动（） 面外摇摆振动（） 扭式振动（）
面内弯曲振动（ i.p ）
面外弯曲振动（ o.o.p ）
能量： as s s o.o.p
高频
低频16常见Fra bibliotek两种弯曲振动剪式振动δs：振动中键角的变化类似剪刀的开闭
AX2型分子
δs CH2
～
1465+20
cm -1
面外摇摆ω：两个X原子同时向面下或面上的振动
基频峰的强度主要取决于振动过程中偶极矩变化的大小， 红外吸收峰的强度与分子振动时偶极矩变化的平方成正比。
振动时偶极矩变化越大，吸收强度越强。
红外活性振动：分子振动产生偶极矩的变化， 从而产生红外吸收
红外非活性振动：分子振动不产生偶极矩的变 化，不产生红外吸收
20
影响偶极矩变化大小的因素：
1）原子电负性
AX2型分子
υ
～ s
CH2
2850
cm
-1
AX3型分子
υ
～ s
CH3
2870
cm
-1
14
反称伸缩振动(asymmetry stretching vibration)： 键长沿键轴方向的运动交替发生
AX2型分子
υ
～ as
CH2
2925
cm
-1
AX3型分子
υ
～ as
CH3
2960
cm
-1
15
(2) 弯曲振动（bending vibration）：表示 只改变键角，不改变键长
第二章 红外光谱（IR）
Chapter 2 Infrared spectra
基础知识介绍 红外光谱的重要区段 红外光谱在结构分析中的应用
1
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2
第一节 红外光谱基本原理
一、分子的能级和吸收光谱
电负性差别↑， 偶极矩变化 ↑，峰↑
如： C=O> C=C ； O-H> C-H > C-C 2）分子的对称性
结构对称，振动对称，偶极矩不变，无吸收峰
红外非活性。 如：CO2的s=0
3）振动形式
H
Cl
CC
Cl
H
s C=C ＝0
as > s； >
21
（2）能级的跃迁几率 基态跃迁到第一激发态几率大，所以基频谱带 强度大。 基态跃迁到第二激发态几率小，所以倍频谱峰 强度弱。
从基态跃迁到第二激发态，产生的谱带称为倍频 峰（overtone bands），特点是峰较弱。
真实分子的化学键并非理想谐振子，其倍频峰频 率稍小于基频峰的2倍。 红外光谱主要研究化学键的基频峰。
10
（二）多原子分子的振动
1. 多原子分子的振动自由度与峰数
振动自由度: 指分子独立的振动数目，或基本的振 动数目。
7
二、分子化学键的振动与能级
红外光谱是由于分子的振动能级跃迁产生的，分子的 振动能级与分子的化学键有关。
分子中两个原子之间形成的化学键是有一定弹性的， 可以在一定范围之内振动而不引起化学键的断裂。
（一）双原子分子的振动
相当于一个谐振子：
8
根据Newton定律和Hoocke定律：
振动方程： 1 K
世界是运动的。世界上任何物质中的分子都 处于不停的运动中，分子运动总能量可表示为：
能量量子化 E=E激发态-E基态
＋ E平
平动能
能量非量子化
对分子吸收光谱无意义 3
当红外线能量与分子振动能级差相当时，发生分 子的振动能级跃迁而获得红外光谱。
因红外光在引起分子振动的同时也能引起分子的转动能 级的跃迁,故红外光谱又叫做振—转光谱.
双原子分子振动只有伸缩振动一种振动方式， 多原子分子比较复杂，有不同的振动形式，简称 分子自由度。
11
分子中每一个原子可以沿X,Y,Z轴方向运动，有 三个自由度。如果分子由N个原子组成，应有3N 个自由度。
振动自由度反映吸收峰数量，分子振动自由度 数目越多，在红外光谱中出现的峰数就越多，但吸 收峰数常少于振动自由度数。
AX2型分子
ω CH2
～
1300
cm
-1
17
注意：
不是所有的振动都能引起红外吸收，只有偶极矩
(μ)发生变化的，才能有红外吸收。
H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外 吸收。
H―C≡C―H、R―C≡C―R，其C≡C（三键）振动 也不能引起红外吸收。
18
三、峰强及影响因素
1. 峰强的表示方法
百分透光率（T%）越小，吸收峰越强。 也可以用摩尔吸光系数ε 表示绝对峰强
很强峰 ε a﹥100 vs
强峰 εa= 20~100 s
中强峰 ε a= 10~20 m
弱峰 ε a= 1~10 w
极弱峰 ε a< 1
vw
19
2. 决定峰强的因素
（1）振动过程中偶极矩的变化
4
（一）红外光谱的表示法
1.光谱图
横坐标：波长(m,2.5-25), 或波数(cm-1,4000-400) 纵坐标：可以用A(吸光度),T透光率或透过率表示 吸收强度：A ,吸收强度 ； ,吸收强度 ; T ,吸收强度
透 光 率 T
a
波数(cm-1)
小5
2. IR数据表示法
常见于文献中,一般报道主要吸收波数（cm -1）： IR (KBr): max = 3375, 1754, 1720, 1700, 1365, 1320, 1077, 898 cm-1
z y
x
12
2.多原子分子的振动类型
(1) 伸缩振动（stretching vibration）：表示 沿键轴振动，只改变键长，不改变键角
对称伸缩振动（s） 不对称伸缩振动（as） 13
常见的两种伸缩振动
对称伸缩振动(symmetry stretching vibration)： 键长沿键轴方向的运动同时发生
2πc μ
μ m1m2 m1 m2
谐振子能级跃迁（基频峰）吸收红外光的频率等于 谐振子的振动频率，方程式与上相同：
1 K
2πc μ
μ m1m2 m1 m2
：折合质量
k：力常数，与键长、键能有关：键能↑（大），键
长 ↓(短)，k↑。
9
从基态跃迁到第一激发态，产生的谱带称为基频 峰（fundamental bands），特点是峰较强。
6
（二）红外光的分区
红外光可分为三个区:
近红外区：12500-4000 cm-1，分子中O-H, N-H, C-H键 在此
区发生倍频振动，属于泛频区。
中红外区：4000-400 cm-1，绝大部分有机化合物在此区 域
发生基频振动，属于基本振动区。
远红外区：400-25 cm-1，在此区发生分子的转动光谱和 重原子成键的振动，属于转动区。
剪式振动（s） 面内摇摆振动（） 面外摇摆振动（） 扭式振动（）
面内弯曲振动（ i.p ）
面外弯曲振动（ o.o.p ）
能量： as s s o.o.p
高频
低频16常见Fra bibliotek两种弯曲振动剪式振动δs：振动中键角的变化类似剪刀的开闭
AX2型分子
δs CH2
～
1465+20
cm -1
面外摇摆ω：两个X原子同时向面下或面上的振动
基频峰的强度主要取决于振动过程中偶极矩变化的大小， 红外吸收峰的强度与分子振动时偶极矩变化的平方成正比。
振动时偶极矩变化越大，吸收强度越强。
红外活性振动：分子振动产生偶极矩的变化， 从而产生红外吸收
红外非活性振动：分子振动不产生偶极矩的变 化，不产生红外吸收
20
影响偶极矩变化大小的因素：
1）原子电负性
AX2型分子
υ
～ s
CH2
2850
cm
-1
AX3型分子
υ
～ s
CH3
2870
cm
-1
14
反称伸缩振动(asymmetry stretching vibration)： 键长沿键轴方向的运动交替发生
AX2型分子
υ
～ as
CH2
2925
cm
-1
AX3型分子
υ
～ as
CH3
2960
cm
-1
15
(2) 弯曲振动（bending vibration）：表示 只改变键角，不改变键长
第二章 红外光谱（IR）
Chapter 2 Infrared spectra
基础知识介绍 红外光谱的重要区段 红外光谱在结构分析中的应用
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2
第一节 红外光谱基本原理
一、分子的能级和吸收光谱
电负性差别↑， 偶极矩变化 ↑，峰↑
如： C=O> C=C ； O-H> C-H > C-C 2）分子的对称性
结构对称，振动对称，偶极矩不变，无吸收峰
红外非活性。 如：CO2的s=0
3）振动形式
H
Cl
CC
Cl
H
s C=C ＝0
as > s； >
21
（2）能级的跃迁几率 基态跃迁到第一激发态几率大，所以基频谱带 强度大。 基态跃迁到第二激发态几率小，所以倍频谱峰 强度弱。
从基态跃迁到第二激发态，产生的谱带称为倍频 峰（overtone bands），特点是峰较弱。
真实分子的化学键并非理想谐振子，其倍频峰频 率稍小于基频峰的2倍。 红外光谱主要研究化学键的基频峰。
10
（二）多原子分子的振动
1. 多原子分子的振动自由度与峰数
振动自由度: 指分子独立的振动数目，或基本的振 动数目。
7
二、分子化学键的振动与能级
红外光谱是由于分子的振动能级跃迁产生的，分子的 振动能级与分子的化学键有关。
分子中两个原子之间形成的化学键是有一定弹性的， 可以在一定范围之内振动而不引起化学键的断裂。
（一）双原子分子的振动
相当于一个谐振子：
8
根据Newton定律和Hoocke定律：
振动方程： 1 K
世界是运动的。世界上任何物质中的分子都 处于不停的运动中，分子运动总能量可表示为：
能量量子化 E=E激发态-E基态
＋ E平
平动能
能量非量子化
对分子吸收光谱无意义 3
当红外线能量与分子振动能级差相当时，发生分 子的振动能级跃迁而获得红外光谱。
因红外光在引起分子振动的同时也能引起分子的转动能 级的跃迁,故红外光谱又叫做振—转光谱.
双原子分子振动只有伸缩振动一种振动方式， 多原子分子比较复杂，有不同的振动形式，简称 分子自由度。
11
分子中每一个原子可以沿X,Y,Z轴方向运动，有 三个自由度。如果分子由N个原子组成，应有3N 个自由度。
振动自由度反映吸收峰数量，分子振动自由度 数目越多，在红外光谱中出现的峰数就越多，但吸 收峰数常少于振动自由度数。
AX2型分子
ω CH2
～
1300
cm
-1
17
注意：
不是所有的振动都能引起红外吸收，只有偶极矩
(μ)发生变化的，才能有红外吸收。
H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外 吸收。
H―C≡C―H、R―C≡C―R，其C≡C（三键）振动 也不能引起红外吸收。
18
三、峰强及影响因素
1. 峰强的表示方法