第二章 红外光谱原理PPT课件
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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
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
常见的两种弯曲振动
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
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
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。
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。
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。
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
ຫໍສະໝຸດ Baidu-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
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.
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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前言
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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
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
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。
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
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
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
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。
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
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
常见的两种弯曲振动
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
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
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。
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。
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。
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
ຫໍສະໝຸດ Baidu-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
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.
第二章 红外光谱（IR）
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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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第一节 红外光谱基本原理
一、分子的能级和吸收光谱
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
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。
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
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
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
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。