第十二章 红外吸收光谱
红外吸收光谱原理
红外吸收光谱原理
红外吸收光谱原理是一种分析技术，用于研究物质的结构、组成和化学性质。
它基于物质分子对红外光的吸收特性进行分析。
红外光谱是由红外辐射区域的电磁波组成的。
红外光的频率范围通常从1×10^12 Hz到3×10^14 Hz，对应的波长范围从0.8
微米到1000微米。
物质分子在这个频率范围内对特定波长的
红外光有吸收的能力，这与分子结构和化学键的特性有关。
原理上，红外吸收光谱是通过测量红外光通过待测物质后的强度变化来进行的。
当红外光通过物质时，分子会吸收与其振动和转动相对应的能量。
物质中的不同化学键和功能团会产生不同的吸收峰，这样就能通过红外光谱图谱来确定物质的结构和组成。
红外光谱仪通常由光源、样品室、光谱仪和检测器组成。
光源产生红外光束，经过样品室后，光束中的红外光被样品吸收或透射，然后进入光谱仪。
光谱仪将红外光根据其波长分解成不同的频率，并将其转换为电信号。
最后，检测器测量电信号的强度，形成红外光谱图。
红外吸收光谱原理的优势在于其非破坏性和高分辨率的特点。
它可以应用于各种领域，如化学、材料科学、生物科学等。
通过对物质的红外吸收光谱进行分析，可以快速得到物质的结构信息和组成成分，为研究和实际应用提供有价值的信息。
红外吸收光谱法-基本原理
基本原理
红外光谱的发展
Discovery of infrared Light
William Herschel
红外吸收光谱法
▪ 在未知物结构解析中有重要应用 ▪ “四大波谱”技术之一 ▪ 利用物质分子对红外辐射(0.78-40 μm)的特征吸收鉴别物质分子结构或定量分析
分子振动 分子转动
O=C=O
不对称伸缩振动
分子的振动类型
分子基团的振动频率（双原子分子）
1 k 2
虎克定律
伸缩振动频率的计算
▪ H-Cl为例
1 k 2
k 5.1N / cm
m1 m2 35.51.0 0.97
m1 m2 35.5 1.0
H Cl
1
2
k
2993 cm1
基频吸收峰
红外振动频率的分类
分子的振动类型
分子振动方式
伸缩振动 变形振动
对称伸缩振动 不对称伸缩振动 面内变形振动
面外变形振动
剪式振动 面内摇摆振动 面外摇摆振动 面外扭曲振动
伸缩振动
对称伸缩振动 Symmetric stretching
不对称伸缩振动 Asymmetric stretching
弯曲振动
剪式振动 Deformation
面外摇摆振动 Wagging
面内摇摆振动 Rocking
扭Hale Waihona Puke 振动 Twisting分子的振动自由度
N个原子组成的分子，3N个自由度 3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度
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
红外吸收光谱法一文稿演示
2、特征峰与相关峰
（1）特征峰（characteristic absorption band）：next 可用于鉴别官能团存在的吸收峰，称~
（2）相关峰（correlative absorption band）：next
由一个官能团引起的一组具有相互依存关系的特征峰，称 ~
ü 注： • 相关峰的数目与基团的活性振动及光谱的波数范
围有关 • 用一组相关峰才可以确定一个官能团的存在
CN 224c7m1
as CH2
309c0m1
C sC163c9m1
CH2 990cm1
CH 909cm1
返回
三、吸收峰的峰位及影响因素
（二）吸收峰的位置（峰位）
即振动能级跃迁所吸收的红外线的波长或波数
1．基本振动频率
EEL
1h h 2 2
k 1302K
2）泛频峰
倍频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、
第三振动激发态等高能态时所产生的吸收峰（即 V=0→V=2，3……产生的峰）
即L V
泛 倍频峰 二倍频峰（V=0→V=2）
频
三倍频峰（V=0→V=3）
峰 合频峰
差频峰（即V=1→V=2，3 ……产生的峰）
注：泛频峰强度较弱，难辨认→却增加了光谱特征性
特征性 特征性强
简单、特征性不强
用途
鉴定化合物类别 鉴定官能团
推测结构
定量 推测有机化合物共轭骨架
第十三章 红外分光光
度法
第二节 基本原理
一、分子振动能级和 振动形式
二、吸收峰位置及其 影响因素
三、吸收峰强度
一、分子振动能级和振动形式
1．双原子分子的简谐振动及其频率
第十一章,第十二章,第十三章,第十四章有机化学名词解释
名词解释第十一章1.振动光谱——分子振动能级间的能量差比同一振动能级中转动能级之间能量差大100倍左右，他们大多在近红外区域内，因此称为红外光谱。
2.转动光谱——分子转动能级之间的能量差很小，转动光谱位于电磁波谱中的远红外及微波区域内。
3.红外吸收峰的位置——分子振动的频率决定分子所吸收的红外光频率。
4.红外吸收光谱——分子吸收红外光引起的振动和转动能级跃迁产生的信号。
5.红外光谱产生的条件——当一定频率的红外光照射物质时，如果分子中某一基团的振动频率正好与其相同，物质就能吸收这一频率的红外光从低能级跃迁到较高的能级，产生红外吸收光谱。
6.叁键和累积双键区——2500~2000 cm-1各种叁键基团和累积双键的伸缩振动区域7.氢键区——4000~2500cm-1含氢基团的伸缩振动区。
8.双键区——2000~1500 cm-1各种双键基团包括共轭双键以及苯基伸缩振动区域。
9.特征吸收峰——用于鉴定官能团存在的吸收峰。
10.特征谱带区——氢键，双键，叁键区的特征性强，所以4000~1500 cm-1的区域称为官能团特征频率区。
11.核磁共振谱——记录原子核对射频区电磁波的吸收，简称NMR。
12.质子磁共振谱——氢原子核共振谱，简称PMR。
13.化学位移——由于化学环境所引起的核磁共振信号位置的变化。
14.自旋偶合——相邻碳上氢核的相互影响。
15.硝基化合物的还原——硝基苯在强酸介质中，用金属还原时，总是得到苯胺，用催化加氢也可得到同样的结果。
16.胺的碱性——胺与氨相似，氮原子上的未共用电子对能与质子结合，形成带正电的铵离子。
17.胺——可看作氨的衍生物，即氨分子中的氢原子被烃基取代的产物。
18.胺的烃基化——与卤代烃（通常为伯卤代烃和具有活泼卤原子的芳卤化物），醇等烃基化试剂作用，胺基上的氢原子被烃基取代。
19.胺的酰基化——伯胺和仲胺作为亲核试剂可与酰卤，酸酐等酰基化试剂反应，生成N-取代酰胺和N,N-二取代酰胺。
红外吸收光谱讲课文档
CH
NH OH
2800-3000cm-1
3000-3600cm-1
第十二页，共72页。
分子中基团的基本振动形式
伸缩振动 亚甲基：
弯曲振动
亚甲基
第十三页，共72页。
影响峰位变化的因素
❖ (1) 内部因素
❖ ① 电子效应 ❖ 1）诱导效应：由于取代基具有不同的电负性，通过静电诱导
作用，引起分子中电子分布的变化，从而引起键力常数的变化， 改变了基团的特征频率，这种效应通常称为诱导效应。
（3）炔烃
❖ 末端炔烃的C-H伸缩振动一般在3300 cm-1处出现
强的尖吸收带。
❖
一取代：2150～2100cm-1
❖ C≡C伸缩振动
❖
二取代：2270～2150cm-1
第二十九页，共72页。
（4）芳烃
❖ vC-H：3100～3000cm-1 ❖ γC-H：面外弯曲振动在900～650cm-1，反映苯环上取代
动光谱，简称振转光谱。
❖ 分子在未受光照射之前，能量处于最低能级， 称之为基态。
❖ 当分子受到红外光的辐射，产生振动能级的跃迁， 在振动时伴有偶极矩改变者就吸收红外光子，形 成红外吸收光谱。
第三页，共72页。
区域 λ(μm)
σ(cm-1 )
能级跃迁类型
近红外 0.ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ5～2.5 13330~4000 OH 、NH及CH键倍频吸收区
❖ (2) 照射分子的红外光的频率与分子某种振动的频率相 同时（红外=振），分子吸收能量后，才能产生跃迁，在 红外谱图上出现相应的吸收带。
第五页，共72页。
❖ 已知任何分子就其整个分子而言，是呈电中性 的，但由于构成分子的各原子因价电子得失的 难易，而表现出不同的电负性，分子也因此而 显示不同的极性。
第十二章IR药学2009
红外夜视仪 红外摄像机
野外遥感和工业用傅立叶 变换热红外光谱辐射仪
遥控红外感应报警器
红外吸收光谱法：利用物质对红外光区电磁 辐射的选择性吸收的特性来进行结构分析、定 性和定量分析方法，又称红外分光光度法。
一、红外光的划分
红外线：波长在0.76 ~ 1000μm 内的电磁波
近红外区：0.76 ~ 2.5μm -OH和-NH倍频吸收区 中红外区：2.5 ~ 25μm 振动、伴随转动光谱 远红外区：25 ~ 1000μm 纯转动光谱
杂化轨道中s轨道成分↑，键能↑，K↑→ς↑
CH （饱和） CH CH （不饱和）
sp 杂化
3
sp 杂化
2
sp杂化
νCH—判断饱和H与不饱和H的依据
1
饱和H原子 C H （饱和） 3000cm 1 不饱和H原子 C H （不饱和） 3000cm
分子光谱→带状光谱
第十二章
红外吸收光谱法（IR）
第一节
概述
红外线：众多不可见光线中的一种，由德 国科学家霍胥尔于1800年发现，又称为红外 热辐射。 红外线是不可见光线。所有高于绝对零度 （－273℃）的物质都可以产生红外线。现 代物理学称之为热射线。 生活中红外线的应用
高温杀菌，红外线夜视仪，红外线透视，监 控设备，手机的红外口，宾馆的房门卡，汽 车、电视机的遥控器、洗手池的红外感应
（2）共轭效应： 使振动频率移向低波数区
共轭效应使 电子离域，双键性
，K
注意： 诱导效应与共轭效应共存时，优先 考虑影响更大者 如：杂原子取代基 1）卤素原子及O原子诱导效应占优 2）N、S原子共轭效应占优
（3）环张力效应（键角效应）
红外吸收光谱峰位的影响因素
红外吸收光谱峰位的影响因素光谱峰位的影响因素分子内基团的红外吸收会受到邻近基团及整个分子其他部分的影响，也会因测定条件及样品的物理状态而改变。
所以同一基团的特征吸收会在一定范围内波动。
影响因素有： 1. 化学键的强度一般地说化学键越强，则力常数K 越大，红外吸收频率ν 越大。
如碳碳三键，双键和单键的伸缩振动吸收频率随键强度的减弱而减小。
伸缩振动频率 (cm -1) 2150 1715 1200 2. 诱导效应诱导效应可以改变吸收频率。
如羰基连有拉电子基团可增强碳氧双键，加大C=O 键的力常数K ，使C=O 吸收向高频方向移动。
C=O 伸缩振动频率（cm -1 ） 1715 1815 ~ 17853. 共轭效应共轭效应常使C =O 双键的极性增强，双键性降低，减弱键的强度使吸收向低频方向移动。
例如羰基与α、β不饱和双键共轭，从而削弱了碳氧双键，使羰基伸缩振动吸收频率向低波数位移。
C=O 伸缩振动频率（cm -1） 1715 1685 ~ 16704. 成键碳原子的杂化状态一般化学键的原子轨道s 成分越多，化学键力常数K 越大，吸收频率越高。
sp sp 2 sp 3C?H伸缩振动频率（cm-1）3300 3100 29005. 键张力的影响主要是环状化合物环的大小不同影响键的力常数，使环内或环上基团的振动频率发生变化。
具体变化在不同体系也有不同。
例如：环丙烷的C-H伸缩频率在3030 cm-1，而开链烷烃的C-H伸缩频率在3000 cm-1以下。
6．氢键的影响氢键的形成使电子云密度平均化，从而使伸缩振动频率降低。
形成氢键后基团的伸缩频率都会下降。
游离羧酸的C=O键频率出现在1760 cm-1 左右，在固体或液体中，由于羧酸形成二聚体，C=O键频率出现在1700 cm-1 。
分子内氢键不受浓度影响，分子间氢键受浓度影响较大。
例如：乙醇的自由羟基的伸缩振动频率是3640 cm-1，而其缔合物的振动频率是3350 cm-1。
第十二章红外
亚甲基：
2)面外弯曲γ：垂直几个原子构成的平面方向上的弯曲振动 面外摇摆ω：两个原子同时向面下或面上的振动
蜷曲振动η：一个原子在面上，一个原子在面下的振动
ω:
3)变形振动：多个化学键端的原子相对于其它部分的弯曲振动
对称的变形振动δs：三个键与轴线的夹角同时变大或变小， 形似花瓣开放。 不对称的变形振动δas：三个键与轴线的夹角交替变大或减小
(7)费米共振 频率相近的泛频峰与基频峰的相互作用使 泛频峰强度增加或分裂
νC-H 2800 2δ C-H 2780
(8)振动偶合效应 指分子中两个或两个以上相同的基团靠的很近时， 相同基团之间发生偶合，使其相应特征吸收峰发生 分裂。
2．外部因素：
1）物态效应
气态：低压气体，分子间作用力小，峰窄
红外光能量较低，只能引起分子的振动能级跃迁， 振动能级跃迁时会伴随转动能级的跃迁。 红外吸收光谱法（IR）:是以连续波长的红外光为光源 照射样品引起分子振动能级之间的跃迁，而产生红外吸 收光谱，根据化合物的红外吸收光谱进行定性、定量及 结构分析的方法。
红外吸收光谱：分子振-转光谱 红外吸收光谱—T%为纵坐标，ζ或λ为横坐标。
C C
K 15 N / cm K 10 N / cm K 5 N / cm
~ 2060cm 1 ~ 1650cm1 ~ 1190cm1
不同类原子： K 影响大，K L ， ，（光谱区左端） u影响大，u L ， ，（光谱区右端）
（一）烷烃 1 1. C-H伸缩振动 C H （饱和） 3000 ~ 2850 cm （强）
as 1 s 1 CH ~ 2960 cm ( 很强） ~ 2870 cm （很强） CH 3 3 as 1 CH ~ 2925 cm （强） 2 s 1 CH ~ 2850 cm （强） 2
红外光谱的吸收
红外光谱的吸收第六章红外吸收光谱法基本要点:1. 红外光谱分析基本原理；2. 红外光谱与有机化合物结构;3. 各类化合物的特征基团频率;4. 红外光谱的应用；5. 红外光谱仪.学时安排：3学时第一节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的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。
红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。
当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。
记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。
一、红外光区的划分红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为0.75〜1 000叩，根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分为三个区：近红外光区(0.7 5 ~ 2. 5卩m )，中红外光区(2. 5 ~ 25 u m )，远红外光区(25 ~ 10 00卩m )。
近红外光区(0.75 ~ 2.5u m )近红外光区的吸收带主要是由低能电子跃迁、含氢原子团 (如O —H、N —H、C —H )伸缩振动的倍频吸收等产生的。
该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析。
中红外光区(2.5 ~ 25u m )绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在该光区。
由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。
同时，由于中红外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量的数据资料，因此它是应用极为广泛的光谱区。
通常，中红外光谱法又简称为红外光谱法。
远红外光区 (25 ~ 10 00 u m )该区的吸收带主要是由气体分子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起的。
《分析化学》第十二章 红外吸收光谱法
第十二章红外吸收光谱法- 经典习题1．下列叙述不正确的是（D）A．共轭效应使红外吸收峰向低波数方向移动B．氢键作用使红外吸收峰向低波数方向移动C．诱导效应使红外吸收峰向高波数方向移动D．氢键作用使红外吸收峰向高波数方向移动2．在红外光谱上νC-H发生在（高波数）区间，大体以（3000cm-1）为界，νC-H（>3000cm-1）时，连接氢的碳原子是不饱和的；νC-H（<3000cm-1）时，连接氢的碳原子是饱和的。
烷烃、烯烃、炔烃νC-H峰位由高到低的顺序为（ν≡C-H >ν=C-H>νC-H）。
3．某化合物在4000～600cm-1区间的红外吸收光谱如下图，试推断其为下列化合物中的哪一个？为什么？（A）CH3(CH2)5OH （B）（C）（D）（E）解：此题为已知范围的未知物，故不需按光谱解析程序解析。
（1）3060、3040、3020cm-1为芳香族的ν=C-H峰；1600、1584、1493cm-1为芳香族νC=C 峰；756、702cm-1为芳香族γ=C-H峰，A、B无上述峰。
否定A、B。
（2）图中无～2200cm-1峰，否定D。
（3）图中无～3300cm-1峰，否定C。
应为E。
综上所述，其峰归属：3060cm-1、3040cm-1、3020cm-1（苯环ν=C-H）、1600cm-1、1584cm-1、1493cm-1（苯环νC=C ）、756cm-1、702cm-1（单取代苯γ=C-H）、2938cm-1、2918cm-1、2860cm-1（亚甲基νCH ）、1452cm-1（亚甲基δCH2）。
4．某未知化合物的分子式为C14H14，测得其红外光谱如下图，试通过光谱解析推断其分子结构式。
解：（1）计算不饱和度：u=(2+2×14-14)/2=8，说明可能含有两个苯环、或一个苯环及两个叁键、或一个苯环及四个双键。
但由上图显示，2400～2100cm-1区间没有吸收峰，即结构中不含-C≡C-及-C≡N键；分子式中不含氧原子，1700cm-1左右也没有νC=O峰，即结构式中也不含C=O基。
2014第十二章红外
谱解析的一条重要原则。而用光谱中不存在某官
能团的特征峰来否定官能团的存在，也是一个实 用的方法。
31
红外光谱中的重要区段
4000~2500 cm1 氢键区 νO-H νN-H νC-H
2500~2000 cm1 叁键区 νCC νCN
2000~1500 cm1 双键区 νC=C νC=N νC=O
1640cm-1与1613cm-1出现两个强的吸收带.
26
6. 物质的状态以及溶剂的影响
气态：相互作用很弱，可观察到伴随振动光谱的
转动精细结构
液态和固态：相互作用较强，导致吸收带频率、 强度和形状有较大改变 极性溶剂：溶质分子的极性基团的伸缩振动频率 随溶剂极性的增加而向低波数方向移动，并且强 度增大
第十二章 红外吸收光谱法
1
利用物质的分子对红外辐射的吸收，得到与分 子结构相应的红外光谱图，从而来鉴别分子结 构的方法，称为红外吸收光谱法（IR）。 近红外 0.76 ~ 2.5 um
中红外 2.5 ~ 25 um 远红外 25 ~ 1000 um
2
（4000 ~ 670 cm-1，即2.5 ~ 15 um 最广泛）
4000~2500 cm1 氢键区 νO-H νN-H νC-H 2500~2000 cm1 叁键区 νCC νCN
2000~1500 cm1 双键区 νC=C νC=N νC=O
1500~1000 cm1 单键区 νC-C νC-N νC-O
18
规 律
~
1 2c
k
k ~ 1302
24
4. 振动偶合
分子中的基团或键的振动并不是孤立进行的。 如果两个振子属同一分子的一部分，而且相距很近， 一个振子的振动会影响另一振子的振动，并组合成 同相（对称）或异相（不对称）两种振动状态，其 前者的频率低于原来振子频率，后者的频率高于原 来振子频率，造成原来频率的分裂。
红外吸收光谱法原理
红外吸收光谱法原理
红外吸收光谱法是一种常见的分析技术，其原理是通过测量样品吸收红外辐射的能力来获得关于样品分子结构和化学性质的信息。
红外辐射是电磁波的一种，具有较长的波长，处于可见光和微波之间的频率范围。
红外吸收光谱法基于分子在红外辐射下的振动和旋转转换而产生的谱带。
分子的振动可以分为两种类型：拉伸振动和弯曲振动。
拉伸振动是指分子中化学键的伸缩运动，而弯曲振动是指分子中非线性结构的原子发生弯曲运动。
不同类型的振动将具有特定的频率和能量。
当红外辐射通过样品时，其中的特定波长将与样品中分子的振动频率相匹配，导致分子吸收光能量。
测量仪器将记录样品吸收的红外辐射强度，并以谱图的形式表现出来。
在谱图上，吸收强度以峰值的形式呈现，每个峰代表特定类型的化学键或功能基团。
通过与已知化合物的红外光谱进行比较，可以确定未知样品中存在的功能基团和化学键类型。
因此，红外吸收光谱法被广泛应用于有机化学、材料科学、环境分析等领域，用于物质的鉴定、定量分析以及结构表征。
总之，红外吸收光谱法利用分子对特定波长的红外辐射的吸收能力，探测样品中的振动和旋转转换过程，从而揭示样品分子结构和化学性质的信息。
第十二章 红外吸收光谱法
第十二章 红外吸收光谱法一、选择题1．中红外区的特征区是指( )cm -1范围内的波数。
A 、4000～200B 、4000～1250C 、1250～200D 、10 000～102．已知CO 2的结构式为O=C=O ，请推测其红外光谱中，基本振动数为( )。
A 、4个B 、3个C 、2个D 、1个3．红外光谱中，不是分子的所有振动形式的相应红外谱带都能被观察到，这是因为（）A 、分子中既有振动运动，又有转动运动B 、分子中有些振动能量是简并的C 、因为分子中有C 、H 、O 以外的原子存在D 、分子中有些振动能量相互抵消4．关于红外光谱的吸收峰，下列叙述不正确的是（ ）A 、共轭效应使红外吸收峰向低波数方向移动B 、诱导效应使红外吸收峰向高波数方向移动C 、氢键使红外吸收峰向低波数方向移动D 、氢键使红外吸收峰向高波数方向移动5．若 O —H 键的键力常数 K ＝ 7．12N ／cm ，则它的振动波数（ cm -1）为（ ）A 、3584B 、3370C 、3474D 、35006．欲获得红外活性振动，吸收红外线发生能级跃迁，必须满足( )条件。
A 、△μ>0或△μ<0B 、△μ≠0并服从νL=v△VC 、△μ=0及vL=△VvD 、△μ≠07．CO 2的下列振动中，属于红外非活性振动的是( )。
8．下列三种物质：甲R-CO-CH2CH3、乙R-CO-CH=C（CH3）2、、丙R-COCl，问其V C=O波数大小次序为( )。
A、甲>乙>丙B、乙>甲>丙C、丙>乙>甲D、丙>甲>乙9．三种振动νc=o，νc=N及νc=C的频率大小次序为( )。
(电负性：C为2．6，N为3．0，O为3．5)A、νc=o＞νc=N＞νc=CB、νc=C＞νc=N＞νc=oC、νc=N＞νc=C＞νc=oD、νc=N＞νc=o＞νc=C10．同一分子中的某基团，其各振动形式的频率大小顺序为( )。
第十二章 红外吸收光谱法_7
第十二章红外吸收光谱法思考题和习题1．化合物的结构式如下，试写出各基团的特征峰、相关峰、并估计峰位。
烯烃:ν=C-H : 3100-3000cm-1,νC=C:( ~1650cm-1) 因为连接苯环峰位置向低频移动.芳香烃(苯环): ν=C-H:(3100-3000cm-1), 苯环νC=C(1650-1430cm-1,共轭作用向低频移动.)羰基:ν=C-O: 1700cm-1.含氮化合物: νNH(仲胺):3500-3300cm-1, δNH(仲胺):1650-1510cm-1,νC-N(仲胺): 1360-1020cm-1.2．某化合物分子式为C5H6O，其紫外光谱的最大吸收在227 nm（ε=104），其红外光谱有吸收带：3015，2905，1687和1620cm-1.试判断该化合物的结构。
3．如合用红外吸收光谱区别一下化合物？νNH: 伯胺在3500cm-1和3400cm-1出现双峰,游离仲胺在3500~3300cm-1有一个峰,叔胺无此峰.4．下列基团的C-H伸缩振动(νC-H)出现在什么区域？(1) –CH3(2) =CH2(3) ≡CH (4) -CHOνCH3:~2962cm-1(as), ~2872cm-1(s).ν=CH2:~3100cm-1. ν≡CH:~ 3330cm-1.νCHO:~2820cm-1(as), ~2720cm-1(s).5．化合物(A)、(B)、(C)在红外区域有何吸收？（A）HC≡C-CH2OH （B）缺少化合物的结构图（C）缺少化合物的结构图6．如何用红外光谱法区别下列化合物？分别化合物各基团的红外吸收波数。
1) -CH3中的νas C-H 在2962cm-1,δas CH在1450cm-1,δs CH在1380cm-1处有一个峰.-CH(CH3)2的δs CH在1385cm-1和1375cm-1处出现两个峰,且峰强度相等.-C (CH3)3的δs CH在1365cm-1和1395cm-1处出现两个峰,且前者峰强度约是后者的两倍.2)苯甲胺:νNH(伯胺):在约3500和3400cm-1,出现双峰.苯甲醇:νOH(醇羟基):在约3600~3200 cm-1,出现单峰,且峰稍宽.苯乙酸:νOH: 在约3400~25 00 cm-1,出现峰,且峰宽而钝.νCO: 在1700cm-1左右出现峰.7．某化合物分子式为C10H10Ｏ，测得的红外光谱如图12-25.试通过光谱解析推断其分子结构式。
红外光谱的原理及应用
红外光谱的原理及应用红外光谱的原理及应用(一)红外吸收光谱的定义及产生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的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。
当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。
记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱（二）基本原理1产生红外吸收的条件(1)分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化。
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。
非对称分子：有偶极矩，红外活性。
(2)只有当照射分子的红外辐射的频率与分子某种振动方式的频率相同时，分子吸收能量后，从基态振动能级跃迁到较高能量的振动能级，从而在图谱上出现相应的吸收带。
2分子的振动类型伸缩振动：键长变动，包括对称与非对称伸缩振动弯曲振动：键角变动，包括剪式振动、平面摇摆、非平面摇摆、扭曲振动3几个术语基频峰：由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；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，倍频峰；组频：如果分子吸收一个红外光子，同时激发了基频分别为v1和v2的两种跃迁，此时所产生的吸收频率应该等于上述两种跃迁的吸收频率之和，故称组频。
特征峰：凡是能用于鉴定官能团存在的吸收峰，相应频率成为特征频率。
相关峰：相互可以依存而又相互可以佐证的吸收峰称为相关峰4影响基团吸收频率的因素（1 外部条件对吸收峰位置的影响：物态效应、溶剂效应（2分子结构对基团吸收谱带的影响：诱导效应：通常吸电子基团使邻近基团吸收波数升高，给电子基团使波数降低。
共轭效应：基团与吸电子基团共轭，使基团键力常数增加，因此基团吸收频率升高，基团与给电子基团共轭，使基团键力常数减小，因此基团吸收频率降低。
红外吸收光谱的解析
红外吸收光谱法第一节概述一、红外光谱测定的优点20世纪50年代初期，红外光谱仪问世，揭开了有机物结构鉴定的新篇章。
到了50年代末期，已经积累了大量的红外光谱数据，到70年代中期，红外光谱法成为了有机结构鉴定的重要方法。
红外光谱测定的优点：1、任何气态、液态、固态样品都可以进行红外光谱的测定，这是核磁、质谱、紫外等仪器所不及的。
2、每种化合物均有红外吸收，又有机化合物的红外光谱可以获得丰富的信息。
3、常规红外光谱仪价格低廉，易于购置。
4、样品用量小。
二、红外波段的划分ζ=104/λ（λnm ζcm-1）红外波段范围又可以进一步分为远红外、中红外、近红外波段波长nm 波数cm-1近红外0.75~2.5 13300~4000中红外 2.5~15.4 4000~650远红外15.4~830 650~12三、红外光谱的表示方法红外光谱图多以波长λ（nm）或波数ζ（cm-1）为横坐标，表示吸收峰的位置，多以透光率T%为纵坐标，表示吸收强度，此时图谱中的吸收“峰”，其实是向下的“谷”。
一般吸收峰的强弱均以很强（ε大于200）、强（ε在75-200）、中（ε在25-75）、弱（ε在5-25）、很弱（ε小于5），这里的ε为表观摩尔吸收系数红外光谱中吸收峰的强度可以用吸光度（A）或透过率T%表示。
峰的强度遵守朗伯-比耳定律。
吸光度与透过率关系为A=lg( )T1所以在红外光谱中“谷”越深（T%小），吸光度越大，吸收强度越强。
第二节 红外吸收光谱的基本原理一、分子的振动与红外吸收任何物质的分子都是由原子通过化学键联结起来而组成的。
分子中的原子与化学键都处于不断的运动中。
它们的运动，除了原子外层价电子跃迁以外，还有分子中原子的振动和分子本身的转动。
这些运动形式都可能吸收外界能量而引起能级的跃迁，每一个振动能级常包含有很多转动分能级，因此在分子发生振动能级跃迁时，不可避免的发生转动能级的跃迁，因此无法测得纯振动光谱，故通常所测得的光谱实际上是振动-转动光谱，简称振转光谱。
材料测试技术基础 材料现代研究方法 第十二章 红外光谱与拉曼光谱
主讲人：苏晓磊 主讲人： E-mail：suxlei@ ：
西安工程大学机电工程学院
红外（IR）和拉曼（Raman）光谱在高聚物 研究中占有十分重要的地位，它们是研究 高聚物的化学和物理性质及其表征的基本 手段。红外光谱技术发展到60年代末，已 为高聚物的研究提供了各种信息。至今， 已逐渐扩展到多种学科和领域，应用日趋 广泛。随着激光技术的发展，激光拉曼光 谱器问世以来，拉曼光谱在高聚物研究中 的应用也日益增多。
15.1红外光谱 15.1
基团频率 对于高聚物光谱的解析，是建立在基团频率 这一基本前提之上的，即高聚物中原子基 团的振动与分子其余部分的振动之间的机 械耦合及电子耦合均很少。因此，从小分 子或简单的高分子所获得的理论或经验的 特征频率数据均可应用于高聚物的光谱解 析。
15.1红外光谱 15.1
15. 15.2拉曼光谱
3．拉曼光谱的主要参数 拉曼光谱的主要参数是拉曼位移，即频率位 移。
15. 15.2拉曼光谱
实验设备及实验技术 激光拉曼光谱仪由以下部分组成：激光器（光 源）、样品光学系统、单色仪和接收器，电子 线路和记录器系统。 在记录拉曼光谱时应注意以下几点： （l）因为散射光强度正比于v 04，因此低频激发 线（红光和黄光）所产生的拉曼带一定比高频 激发线（蓝光和绿光）来得弱。 (2）通常所用的S20光电倍增管的响应伙赖于入射 光的频率。
15.1红外光谱 15.1
红外光谱的基本原理 当一束连续的光辐射逼过物质后，其中频率 为v0的光的强度减弱了，就说是光被物质所 吸收，这时有∆E＝hv0。∆E是被物质分子所 吸收的光能量；它等于该物质分子的两个 能级之间的能量差，v0便是被吸收的光的频 率；这样在一定频率范围内，由于被物质 吸收而产生的光强度按其频率的分布称为 吸收光谱。
红外吸收光谱波长范围
红外吸收光谱波长范围嘿，朋友！咱今天来聊聊红外吸收光谱波长范围这个听起来有点高深的玩意儿。
你知道吗？这红外吸收光谱就像一个神秘的密码世界，而波长范围就是打开这个世界大门的钥匙。
先来说说近红外区，它就像是短跑健将，速度快但路程短。
波长范围大约在0.75 到2.5 微米之间。
这部分的能量相对较低，可别小瞧它，在农业、食品工业中可是大有用处。
比如说，检测粮食的水分含量，判断水果的成熟度，就像有一双透视眼，能看到肉眼看不到的秘密。
中红外区呢，就像是马拉松选手，稳定而持久。
波长在 2.5 到 25 微米左右。
这可是红外光谱的核心区域，就好比人的心脏一样重要。
大多数有机化合物和无机离子的基频吸收都在这个范围，它能告诉我们分子的结构和组成，是不是很神奇？比如说，通过分析药物分子的红外光谱，就能知道药物的纯度和成分，保障咱们用药的安全。
再看看远红外区，它就像一位耐力十足的长跑运动员，虽然速度慢，但跑的路程长。
波长范围在 25 微米到 1000 微米之间。
这部分常用于研究分子的转动和晶格振动，对于研究大分子和高分子材料可是很有帮助的。
你想想看，如果把不同波长范围的红外光比作不同的音符，那它们组合起来就能奏响一曲关于物质结构和成分的美妙乐章。
咱们生活中的很多领域都离不开对红外吸收光谱波长范围的了解和运用。
比如在化学分析中，它就像一个精准的探测器，能找出各种物质的“身份特征”；在材料科学里，它又像是一位高明的医生，能诊断出材料的“健康状况”。
所以说，深入了解红外吸收光谱波长范围，不就像是拥有了一把神奇的魔法棒，能在科学的世界里变出各种奇妙的成果吗？这不正是科学的魅力所在吗？总之，红外吸收光谱波长范围虽然看似复杂，但只要我们用心去探索，就能发现其中隐藏的无限奥秘，为我们的生活和科学研究带来更多的惊喜和便利。
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-CH2平面摇摆、苯环取代、-C-H面外变
形振动区
900~400 cm-1
24
苯环取代 910cm-1以下 取代苯C-H 面外弯曲振动频率900-650cm-1
单取代： 770-730，710-690 1,2取代： 770 1,3取代： 810-750，710-690 1,4取代： 830-810 1,3,5取代： 910-840 1,2,4取代： 810，850-900
2960 cm-1 2870 cm-1 2930 cm-1 2850 cm-1 2890 cm-1
反对称伸缩振动 对称伸缩振动 反对称伸缩振动 对称伸缩振动 弱吸收
3000 cm-1以下
（3）不饱和碳原子上的=C—H（ C—H ） 苯环上的C—H 3030 cm-1 =C—H 3010 2260 cm-1 3000 cm-1 以上 C—H 3300 cm-1
>900 cm-1，包括C-O,C-N,C-F等键的伸缩振动和 C=S,S=O等双键的伸缩振动吸收； <900 cm-1，一些重原子伸缩振动和一些变形振动的 吸收频率区。
31
基团吸收带数据
Ｏ－Ｈ
３６３０
活
Ｎ－Ｈ
３３５０
泼 氢
Ｐ－Ｈ
２４００
特
Ｓ－Ｈ
２５７０
征
v
1
12c源自k 1307 k
1307
9.6 12 * 12 /(12 12)
1650cm 1
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
11
三、分子中基团的基本振动形式
1．两类基本振动形式：伸缩振动、弯曲振动 （1）伸缩振动：指化学键两端的原子沿键轴方向做来回周 期伸缩运动，键长发生变化而键角不变的振动称为伸缩振动。 它又分为剪式（对称）伸缩振动和摇摆（不对称）伸缩振动。
18
（3）峰的强度（峰强） 红外吸收峰的强度与分子振动时偶极矩变化值的平方成正 比，因此振动时瞬间偶极矩变化越大，吸收峰越强。
吸收峰的强度 偶极矩的平方
而偶极矩与分子结构的对称性有关：分子对称度高，振动 偶极矩小，产生的谱带就弱；反之则强。 键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强
键
Ｃ＝Ｃ
１７１５ １７２５ １６５０
二、分子结构与吸收峰
1． X—H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ） （1）—O—H 3650 3200 cm-1 确定 醇、酚、酸
在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强 吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
26
（2）饱和碳原子上的—C—H
—CH3 —CH2— —C—H
理论峰数：3N-5=4,
实际峰数：2个
17
理论上，多原子分子的振动数应与谱峰数相同，但实际 上，谱峰数常常少于理论计算出的振动数，这是因为：
a）没有偶极矩变化的振动(=0) ，不产生红外吸收； b）某些振动吸收频率完全相同时，简并为一个吸收峰（振 动形式不同，但其频率相同）：如前述CO2的面内及面外弯 曲振动。 c）仪器分辨率或灵敏度不够，对一些频率很接近的吸收峰 分不开，一些较弱的峰可能检测不出，等等。 d）倍频峰和组（合）频峰的产生； e） 振动偶合 f）费米共振
既可作定性又可定量，有时 是破坏性分析
7
分子振动方程式
1、双原子分子的简谐振动及其频率
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 ：振动量子数(0、1、2、3……)； h : 普朗克常数（6.63×10-34J·s）；
：化学键的振动频率。
E = E激- E基 = h
非共轭
2240 2260 cm-1
共轭
2220 2230 cm-1
仅含C、H、N时：峰较强、尖锐；
有O原子存在时；O越靠近C N，峰越弱。
28
3．双键伸缩振动区（ 2000 1500 cm-1 ） （1） RC=CR’ 1620 1680 cm-1
强度弱， R=R’（对称）时，无红外活性。
如：H2O、HCl、CO
6
红外光谱的特点
比较内容 红外吸收光谱
紫外-可见吸收光谱
光谱产生 研究对象
分析功能
分子的振动和转 动能级的跃迁
在振动中伴随有 偶极矩变化的化
合物
既可定性及结构 分析又可定量，
非破坏性分析
价电子和分子轨道上的电子 在电子能级间的跃迁
不饱和有机化合物特别是具 有共轭体系的化合物
红外光谱图 可以用峰数， 峰位，峰形， 峰强来描述
3
红外区的划分
区域
/m
近红外区 0.75~2.5
中红外区 2.5~25 远红外区 25~1000
/cm-1 13300~4000
4000~400 400~10
能级跃迁类型
主要用于研究O-H、N-H、 C-H键振动的倍频与组频
振动的基频
骨架振动和转动，晶格振 动
红外吸收光谱分析
Infrared Absorption Spectroscopy (IR)
§12.1 红外吸收光谱分析概述
红外光谱：系指2.5-25 m之间的吸收光谱 分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱
考点
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构
25 2
红外光谱图： 当用一束具有连续波长红外光照射物质时，该物质的分子就会 吸收一定波长的红外光的光能，并转化为分子的振动能量和转 动能量。以波长或波数为横坐标，以百分透过率或吸收率为纵 坐标，记录吸收曲线，即得到该物质的红外吸收光谱。 纵坐标为吸收强度或透过率 横坐标为波长λ（m ）或波数1/λ (cm-1)
16
由N个原子组成的分子：平动自由度=3 由N个原子组成的非线形分子：转动自由度=3 由N个原子组成的线形分子：转动自由度=2 <线形分子只能绕y, z轴方向转动（设所有原子的轴在x方向）>
所以线形分子的振动自由度＝3N-3-2=3N-5 ， 而非线形分子的振动自由度＝3N-3-3=3N-6
如：CO2分子 （对称伸缩振动无红外活性）
27
2． 三键（C C）和累计双键（C=C=C）伸缩振动区 （2500 2000 cm-1 ）
在该区域出现的峰较少：
（1）RC CH （2100 2140 cm-1 ）
RC CR’ （2190 2260 cm-1 ）
R=R’ 时，无红外活性
（2）RC N
（2100 2140 cm-1 ）
某些化学键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型 —CC — > —C =C — > —C — C —
力常数
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
峰位
4.5 m
6.0 m
7.0 m
波数
2062 cm-1 1640 cm-1
1300 cm-1
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。
X，因对称性低，其振动峰强度就大。
20
§12.2 红外吸收光谱与分子结构的关系
一、红外光谱的特征性
在红外光谱中，某些化学基团虽然处于不同分子中，但它们 的吸收频率总是出现在一个较窄的范围内，吸收强度较大， 且频率不随分子构型变化而出现较大的改变。这类频率称 为基团频率，其所在的位置一般又称为特征吸收峰。
考点:-C=O 的伸缩振动吸收
碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。峰出现的波数范围
考点
饱和醛(酮)1740-1720 cm-1 ；强、尖；不饱和向低波数移动。 30
4. X—Y，X—H 变形振动区 < 1500 cm-1
指纹区 (1500 400 cm-1 ) ：除单键的伸缩振动外，还有因
变形产生的复杂光谱。当分子结构稍有不同时，该区的吸 收就有细微的差异，类似人的指纹。
任意两个相邻的能级间的能量差为：
波数
分子振动方程式
k：化学键的力常数，与键能和键长有关，
：双原子的折合质量
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。 化学键越强（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。
（2）单核芳烃的C=C键伸缩振动（1626 1650 cm-1 ）
1450、1500、1580、1600
考点
（苯环特征，但后三个峰不一定同时出现）
2000
1600
苯衍生物在 1650 2000 cm-1 出现 C-H和C=C键的面内 变形振动的泛频吸收（强度 弱），可用来判断取代类型。
29
（3）C=O （1850 1600 cm-1 ）
含 不
Ｃ－Ｈ
３３３０
吸 收
氢 饱 化 和
Ａr－Ｈ
３０６０
带
学 氢
＝Ｃ－Ｈ
３０２０
（ 伸 缩
键 饱 和
－ＣＨ３ ＣＨ２
２９６０，２８７０ ２９２６，２８５３
振
氢
－ＣＨ
２８９０
动
Ｃ Ｃ
）
三 键
Ｃ Ｎ
２０５０ ２２４０
Ｒ２Ｃ＝Ｏ
双
ＲＨＣ＝Ｏ
19
对称性差→偶极矩变化大→吸收峰强度大
峰强度可用很强（vs）、强（s）、中（m）、弱（w） 、很弱（vw）等来表示。
红外吸收峰强度比紫外吸收峰小2~3个数量级
摩尔消光系数 （）
强度
>200 75~200 25~75
很强 强
中
5~25 弱
0~5 很弱
如C=C，C-C因对称度高，其振动峰强度小；而C=X，C-