第3章 红外光谱和拉曼光资料

红外光谱与紫外光谱比较
共同点：都是吸收光谱
紫外-可见
紫外可见光 200 ~ 800 nm
红
外
吸收能量
红外光 800 nm ~ 1 mm 主要：中红外区 （2.5 ~ 25 µm）
跃迁类型
电子能级跃迁
振动与转动能级跃迁
3.1 引言
3.1.1Hale Waihona Puke Baidu红外光谱的发展
红外光谱(Infrared Spectroscopy, 简称IR)和拉曼
3.2 红外光谱基本原理
3.2.1 化学键的振动与频率
最简单的双原子分子中化学键的振动可按谐振子处理
原 子: 质量为m1和m2两个小球 化学键: 无重量的连接两个小球的弹簧 分子吸收红外光时，两个原子将在连接的轴线上
作振动。
虎克定律：振动频率、原子质量和键力常数
用波数取代振动频率
键力常数K: 两个原子由平衡位置伸长0.1 nm (l Å )后 的回复力(单位: 105 牛顿/cm 或 达因/cm)。
的红外光谱，红外光谱与分子结构间的特定联系才被
确认。 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，并且依据测得
的大量物质的红外光谱对吸收带中基频谱带的归属作
了研究。
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。
（1）依据样品在红外光区(一般指2.5 ~ 25μm波长区
间 )吸收谱带的位置、强度、形状、个数，来推测分
子的空间构型，求化学键的力常数、键长和键角，
推测分子中某种官能团的存在与否，推测官能团的
邻近基团，确定化合物结构。 （2） 红外光谱不破坏样品，并且对任何样品的存在 状态都适用，如气体、液体、可研细的固体或薄膜 似的固体都可以分析。测定方便，制样简单。
二十世纪五十年代初，相继发表了特征吸收谱带
频率表及《复杂分子的红外光谱》一书。
二十世纪六十年代，用光栅代替棱镜作分光器的
第二代红外光谱仪投入了使用。这种计算机化的光栅
为分光部件的第二代红外分光光度计仍然是应用很广
的机型。
立体光栅
七十年代后期，干涉型傅里叶变换红外光谱仪
(FT-IR) 投入了使用，这就是所谓的第三代红外分光 光度计。
H：普朗克常数； ：振动频率； V：振动量子数 (0, 1, 2……)
振动能级不止一种激发态
常温下分子处于最低振动 能级，即基态，V = 0
当分子收一定波长的红 外光后，从基态跃迁到第一 激 发 态 V=1 ， V0V1 的 跃 迁 产生的吸收带较强，叫基频 或基峰。
倍频吸收: 从基态跃迁到第二激发态V0V2, 第 三激发态 V0V3 跃迁产生的吸收带依次减弱 表示: 2 1, 2 2 ……
折合质量μ‫׳‬：
μ‫ = ׳‬m1m2 /（m1+m2） (m原子绝对质量)
原子质量用相对原子量代替 m1 = M1 / N, m2 = M2 / N
(M为原子量，N为阿佛加德罗常数) 将π、c和N的数值代入，并指定将键力常数中的 105 (表3-1)代入
105 N ≈1307 2c

≈1307
（3）红外光谱特征性高。由于红外光谱信息多，可以
对不同结构的化合物给出特征性的谱图，从“指纹区”
就可以确定化合物的异同。所以人们也常把红外光谱 叫“分子指纹光谱”。 （ 4 ）分析时间短。一般红外光谱做一个样可在 10 ~
30分钟内完成。如果采用傅里叶变换红外光谱仪在一
秒钟以内就可完成扫描。为快速分析的动力学研究提 供了十分有用的工具。 （5）所需样品用量少，且可以回收。红外光谱分析一
这种光度计灵敏度高，分辨率高，扫描速度很快，再加上
配合计算机的应用，使得红外光谱的应用越来越广，一些原来
无法研究的反应动力学课题有了解决的工具。
近来，已采用可调激光器作为光源来代替单色器，
研制成功了激光红外分光光度计，即第四代红外分光
光度计，它具有更高的分辨率和更广的应用范围，但 目前还未普及。
3.1.2 红外光谱法的特点
方也直接用υ表示), 单位是cm-1。
_
波数: 波长的倒数 单位长度(cm)光中所含光波的数目。


_
_
(cm-1) = 1/λ(cm) = 104 /λ(μm)
λ 2.5μm，对应的波数值：
= 104 / 2.5 (cm-1) = 4000 cm-1
一般扫描范围在4000 ~ 400 cm-1 近红外区 中红外区 远红外区 0.75 ~ 2.5μm 13333 ~ 4000 cm-1 2.5 ~ 25 μm 25 ~ 1000μm 4000 ~ 400 cm-1 400 ~ 10 cm-1
光谱(Raman) 都属于分子振动光谱。两者得到的信息
可以互补。 十九世纪初发现了红外线。 1892 年有人利用岩盐棱镜和测热辐射计(电阻温度
计)测定了20 多种有机化合物的红外光谱。
发现：含甲基的化合物在3.45 µm (2899 cm-1)都有 吸收。
此后，人们陆续测定了含羰基、羟基等官能团的 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
波谱原理及解析电子教案
第3章 红外光谱和拉曼光谱
本章概要
3.1 引言 3.2 红外光谱的基本原理 3.3 红外光谱仪 3.4 试样的调制
3.5 有机化合物基团的特征吸收
3.6 无机物及配位化合物的红外光谱
3.7 影响基团吸收频率的因素
3.8 红外定量分析 3.9 红外光谱图的解析 3.10 拉曼光谱法简介


(cm-1)
μ为折合原子量
μ=
M1 M 2 M1 M 2
表3-1 化学键的力常数
例: 已知羰基的键力常数K = l2×l05 达因/cm，求C=O 解:

12 =1307 12 16 =1725 (cm-1) 12 16
分子吸收红外光发生跃迁时要满足一定的选律， 即振动能级是量子化的，可能存在的能级要满足下式： E = (V+1/2)h
次用样量约1 ~ 5 mg，有时甚至可以只用几十微克。
3.1.3 红外光谱谱图
邻二甲苯的红外光谱图
辐射光透过样品的百分率
谱图纵坐标: 百分透过率T%
T % = I / I0×100%
I 辐射的透过强度 横坐标表示方法： 谱图的上方的横坐标是波长λ，单位μm I0为入射强度
谱图的下方的横坐标是波数(用 表示，不少地