红外吸收光谱分析法课件
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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。
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。
v 1 1 k 1307 k 1307 9.6 1650cm1
应用：有机化合物的结构解析。 定性：基团的特征吸收频率； 定量：特征峰的强度；
第二节 红外吸收光谱仪器 Infrared absorption spectrophotometer
一、仪器类型与结构 Types and structure of instruments
两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
分子的振动能级（量子化）：
E振=（V+1/2）h V ：化学键的 振动频率； ：振动量子数。
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 中红外区 远红外区
任意两个相邻的能级间的能量差为：
E h h k 2
1 1 k 1307 k
C127H304cOm-1 O
1165cm-1
H
C
C
H
H 2720cm-1
H
（CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。 （CH3）2930 cm-1，2850cm-1。
四、红外吸收峰强度
Intensity of Infrared absorption bend
问题：C=O 强；C=C 弱；为什么？ 吸收峰强度跃迁几率偶极矩变化
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；
(2) 单色器
光栅；傅立叶变换红外光谱仪不需要分光；
(3) 检测器
真空热电偶；不同导体构成回路时的温差电现象
涂黑金箔接受红外辐射；
傅立叶变换红外光谱仪采用热释电(TGS)和碲镉 汞(MCT)检测器；
TGS：硫酸三苷肽单晶为热检测元件；极化效应 与温度有关，温度高表面电荷减少(热释电)；
2c
K化学键的力常数，与键能和键长有关，
为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）
发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的 折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。
表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型 力常数 峰位
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9
对称δs(CH3)1380㎝-1
不对称 υas(CH3) wk.baidu.com960㎝-1
不对称δas(CH3)1460㎝-1
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）。 例１ 水分子 （非对称分子）
(2)不需要分光，信号强，灵敏度很高； (3)仪器小巧。
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；
1. 内部结构
Nicolet公司的 AVATAR 360 FT-
IR
2. 傅里叶变换红外光谱仪结构框图
干涉仪
样品室
检测器
光源
计算机
显示器 绘图仪
干涉图 FTS
光谱图
3. 傅立叶变换红外光谱仪的原理与特点
光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光，通 过试样后，包含的光信息需要经过数学上的傅立 叶变换解析成普通的谱图。 特点：(1) 扫描速度极快(1s)；适合仪器联用；
第四节 红外光谱应用 Application of Infrared spectrograph
第五节 激光拉曼光谱 Laser Raman spectrometry
第一节 红外光谱分析基本原理 Basic principle of IR
一 分子振动方程式——弹簧谐振子模型 双原子分子的简谐振动及其频率
环境监测与分析之七—红外光谱
红外吸收光谱分析法
Infrared absorption spectroscopy (IR)
第一节 红外基本原理 Basic principle of IR
第二节 红外吸收光谱仪器 Infrared absorption spectrophotometer
第三节 红外光谱与分子结构 IR and molecular structure
（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。
（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；
例2 CO2分子 （有一种振动无红外
活性）
（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基 频峰； （5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰， 倍频峰；
非对称分子：有偶极矩，红 外活性。
偶极子在交变电场中的 作用示意图
三、分子中基团的基本振动形式 Basic vibration of the group in molecular
1．两类基本振动形式 伸缩振动 亚甲基：
变形振动 亚甲基
伸缩振动 甲基：
变形振动 甲基
对称 υs(CH3) 2870 ㎝-1
吸收峰强度 偶极矩的平方
偶极矩变化——结构对称性； 对称性差偶极矩变化大吸收峰强度大
符号：s(强)；m(中)；w(弱) 红外吸收峰强度比紫外吸收峰小2～3个数量级；
红外光谱与有机化合物结构
红外光谱图： 纵坐标为吸收强度，
横坐标为波长λ （ m ） 和波数1/λ 单位：cm-1
可以用峰数，峰位， 峰形，峰强来描述。
2c
12 / 2
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
二、红外吸收光谱产生的条件 Condition of Infrared absorption spectroscopy
满足两个条件： (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。
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。
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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。
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。
v 1 1 k 1307 k 1307 9.6 1650cm1
应用：有机化合物的结构解析。 定性：基团的特征吸收频率； 定量：特征峰的强度；
第二节 红外吸收光谱仪器 Infrared absorption spectrophotometer
一、仪器类型与结构 Types and structure of instruments
两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
分子的振动能级（量子化）：
E振=（V+1/2）h V ：化学键的 振动频率； ：振动量子数。
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 中红外区 远红外区
任意两个相邻的能级间的能量差为：
E h h k 2
1 1 k 1307 k
C127H304cOm-1 O
1165cm-1
H
C
C
H
H 2720cm-1
H
（CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。 （CH3）2930 cm-1，2850cm-1。
四、红外吸收峰强度
Intensity of Infrared absorption bend
问题：C=O 强；C=C 弱；为什么？ 吸收峰强度跃迁几率偶极矩变化
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；
(2) 单色器
光栅；傅立叶变换红外光谱仪不需要分光；
(3) 检测器
真空热电偶；不同导体构成回路时的温差电现象
涂黑金箔接受红外辐射；
傅立叶变换红外光谱仪采用热释电(TGS)和碲镉 汞(MCT)检测器；
TGS：硫酸三苷肽单晶为热检测元件；极化效应 与温度有关，温度高表面电荷减少(热释电)；
2c
K化学键的力常数，与键能和键长有关，
为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）
发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的 折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。
表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型 力常数 峰位
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9
对称δs(CH3)1380㎝-1
不对称 υas(CH3) wk.baidu.com960㎝-1
不对称δas(CH3)1460㎝-1
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）。 例１ 水分子 （非对称分子）
(2)不需要分光，信号强，灵敏度很高； (3)仪器小巧。
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；
1. 内部结构
Nicolet公司的 AVATAR 360 FT-
IR
2. 傅里叶变换红外光谱仪结构框图
干涉仪
样品室
检测器
光源
计算机
显示器 绘图仪
干涉图 FTS
光谱图
3. 傅立叶变换红外光谱仪的原理与特点
光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光，通 过试样后，包含的光信息需要经过数学上的傅立 叶变换解析成普通的谱图。 特点：(1) 扫描速度极快(1s)；适合仪器联用；
第四节 红外光谱应用 Application of Infrared spectrograph
第五节 激光拉曼光谱 Laser Raman spectrometry
第一节 红外光谱分析基本原理 Basic principle of IR
一 分子振动方程式——弹簧谐振子模型 双原子分子的简谐振动及其频率
环境监测与分析之七—红外光谱
红外吸收光谱分析法
Infrared absorption spectroscopy (IR)
第一节 红外基本原理 Basic principle of IR
第二节 红外吸收光谱仪器 Infrared absorption spectrophotometer
第三节 红外光谱与分子结构 IR and molecular structure
（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。
（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；
例2 CO2分子 （有一种振动无红外
活性）
（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基 频峰； （5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰， 倍频峰；
非对称分子：有偶极矩，红 外活性。
偶极子在交变电场中的 作用示意图
三、分子中基团的基本振动形式 Basic vibration of the group in molecular
1．两类基本振动形式 伸缩振动 亚甲基：
变形振动 亚甲基
伸缩振动 甲基：
变形振动 甲基
对称 υs(CH3) 2870 ㎝-1
吸收峰强度 偶极矩的平方
偶极矩变化——结构对称性； 对称性差偶极矩变化大吸收峰强度大
符号：s(强)；m(中)；w(弱) 红外吸收峰强度比紫外吸收峰小2～3个数量级；
红外光谱与有机化合物结构
红外光谱图： 纵坐标为吸收强度，
横坐标为波长λ （ m ） 和波数1/λ 单位：cm-1
可以用峰数，峰位， 峰形，峰强来描述。
2c
12 / 2
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
二、红外吸收光谱产生的条件 Condition of Infrared absorption spectroscopy
满足两个条件： (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。
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。