第3章红外光谱和讲义拉曼光
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红外线与拉曼光谱
横坐标是波长（单位为µm ），或波数（单位为cm-1） ▪ 波长与波数之间的关系为：
波数, cm-1 = 104 /（ , µm ）
2
红外光谱与拉曼光谱的区别：信号产生的方式不同
红外光谱为吸收光谱，拉曼光谱为散射光谱（一般信号很弱） 二者在研究分子结构上具有互补性
3
红外光谱法的特点
紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具有 共轭体系的有机化合物
红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没 有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）
除单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等外，几乎所有的 有机化合物在红外光谱区均有吸收；
除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有 微小差异的化合物外，凡是具有结构不同的两个化合物，其红外 光谱一定不相同
25
红外吸收峰的强度
e ＞100 L cm-1 mol-1 20 ＜ e ＜100 10＜ e ＜20 1＜ e ＜10
非常强峰（vs） 强峰（s） 中强峰（m） 弱峰（w）
影响因素 振动能级的跃迁概率，跃迁时的偶极矩变化大小;而
偶极矩与分子结构的对称性有关
基频吸收峰：基态向第一激发态跃迁，概率大，峰较强 倍频吸收峰：基态向第二激发态跃迁，概率小，峰较弱
例如1: C-C、 CC、 CC三种碳碳键的质量相同， 键力常数的顺序是三键>双键>单键。因此在红外光谱中， CC的吸收峰出现在 2222 cm-1，而CC约在1667 cm-1 ， C-C 在 1429 cm-1;
例如2: C-C、C-O、C-N键的力常数相近，但相对折合质量不 同: C-C < C-N < C-O，这三种键的基频振动峰分别出现在1430 cm-1 、1330 cm-1 、1280 cm-1附近
波数, cm-1 = 104 /（ , µm ）
2
红外光谱与拉曼光谱的区别：信号产生的方式不同
红外光谱为吸收光谱，拉曼光谱为散射光谱（一般信号很弱） 二者在研究分子结构上具有互补性
3
红外光谱法的特点
紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具有 共轭体系的有机化合物
红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没 有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）
除单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等外，几乎所有的 有机化合物在红外光谱区均有吸收；
除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有 微小差异的化合物外，凡是具有结构不同的两个化合物，其红外 光谱一定不相同
25
红外吸收峰的强度
e ＞100 L cm-1 mol-1 20 ＜ e ＜100 10＜ e ＜20 1＜ e ＜10
非常强峰（vs） 强峰（s） 中强峰（m） 弱峰（w）
影响因素 振动能级的跃迁概率，跃迁时的偶极矩变化大小;而
偶极矩与分子结构的对称性有关
基频吸收峰：基态向第一激发态跃迁，概率大，峰较强 倍频吸收峰：基态向第二激发态跃迁，概率小，峰较弱
例如1: C-C、 CC、 CC三种碳碳键的质量相同， 键力常数的顺序是三键>双键>单键。因此在红外光谱中， CC的吸收峰出现在 2222 cm-1，而CC约在1667 cm-1 ， C-C 在 1429 cm-1;
例如2: C-C、C-O、C-N键的力常数相近，但相对折合质量不 同: C-C < C-N < C-O，这三种键的基频振动峰分别出现在1430 cm-1 、1330 cm-1 、1280 cm-1附近
红外光谱IR和拉曼光谱Raman课件
优缺点分析
IR光谱
优点是检测的分子类型广泛，可用于多种类型的化学分析；缺点是需要样品是固态或液态，且某些基团可能无法 检测。
Raman光谱
优点是无需样品制备，对气态、液态和固态样品都适用；缺点是检测灵敏度相对较低，可能需要更长的采集时间 和更强的光源。
选择与应用指南
选择
根据样品的类型和所需的化学信息，选择合适的分析方法。对于需要检测分子振动信息 的样品，IR光谱更为合适；而对于需要快速、非破坏性检测的样品，Raman光谱更为
领域的研究和应用。
04
CATALOGUE
红外光谱（IR）与拉曼光谱（ Raman）比较相似性与差异性Fra bibliotek相似性
两种光谱技术都利用光的散射效应来 检测物质分子结构和振动模式。
差异性
IR光谱主要检测分子中的伸缩振动， 而Raman光谱则主要检测分子的弯曲 振动。此外，IR光谱通常需要样品是 固态或液态，而Raman光谱对气态和 液态样品也适用。
拉曼散射是由于物质的分子振动或转动引起的，散射光的频率与入射光的频率不同 ，产生拉曼位移。
拉曼散射的强度与入射光的波长、物质的浓度和温度等因素有关。
拉曼活性与光谱强度
拉曼活性是指物质在拉曼散射中的表 现程度，与物质的分子结构和对称性 有关。
在拉曼光谱实验中，可以通过控制入 射光的波长和强度，以及选择适当的 实验条件来提高拉曼光谱的强度和分 辨率。
红外光谱解析
特征峰解析
根据红外光谱的特征峰位置和强 度，推断出分子中存在的特定振
动模式。
官能团鉴定
通过比较已知的红外光谱数据，可 以鉴定分子中的官能团或化学键。
结构推断
结合其他谱图数据（如核磁共振、 质谱等），可以推断分子的可能结 构。
仪器分析第3讲 红外光谱与Raman光谱法
21:46:01
（2）变形振动（又称弯曲振动或变角振动） ）变形振动（又称弯曲振动或变角振动）
基团键角发生周期变化而键长不变的振动称为变形 基团键角发生周期变化而键长不变的振动称为变形 振动，用符号δ表示 振动，用符号δ表示。 变形振动又分为面内变形和面外变形振动。 变形振动又分为面内变形和面外变形振动 面内变形振动又分为剪式（以δ表示）和平面摇摆振 剪式（ 表示） 平面摇摆振 面内变形振动 剪式 动（以ρ表示）。 表示） 面外变形振动又分为非平面摇摆 非平面摇摆（以ω表示）和扭 非平面摇摆 扭 曲振动（以τ表示）。 曲振动
21:46:01
（二）指纹区
区域内， 在1300 cm-1 ~ 400 cm-1 区域内，除单键的伸 缩振动外，还有因变形振动产生的谱带。 缩振动外，还有因变形振动产生的谱带。 这种振动与整个分子的结构有关。 这种振动与整个分子的结构有关。就像人的 指纹一样，因此称为指纹区。 指纹一样，因此称为指纹区 指纹区。 指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助， 指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助， 而且可以作为化合物存在某种基团的旁证。 而且可以作为化合物存在某种基团的旁证。
21:46:01
1． X—H伸缩振动区（4000 ∼ 2500 cm-1 ） 伸缩振动区（ 伸缩振动区
（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。
21:46:01
（2）饱和碳原子上的—C—H
21:46:01
21:46:01
一、红外光区的划分 近红外光区（0.78 ~ 2.5µm ）， 近红外光区 中红外光区（ 中红外光区（2.5 ~ 50µm ）， 远红外光区（50 ~ 1000 µm ）。 远红外光区
第三章_红外和拉曼光谱讲解
对称炔烃观察不到，但可观察到较强的拉曼散射峰
γ C≡N和N≡N：2240 cm-1和2100 cm-1
戊炔-1的红外吸收光谱
乙腈的红外吸收光谱
重氮乙酸乙酯的红外吸收光谱
4、丙二烯类化合物
C＝C＝C：1950 cm-1，w
碳二亚胺 （－N＝C＝N－） ：2140 cm-1
异氰酸酯 （－N＝C＝O）： 2270 cm-1, s
BACK
（2）红外吸收光谱
C12H24
T
3070
1640 1460
980 915
3000-2800
波数/cm-1
BACK
2、基本概念
（1）红外光区域的划分
红外区 近
波长（m） 0.78-2.5
波数（cm-1） 12800-4000
对应能级 弱电子跃迁
中 远 常用
2.5-50 50-1000 2.5-15
（5）简正振动
E
h
E
h m
h
2
k
1 k 2c
cm1 1307 k
只有当振动频率与红外光频率相同，且振动中有 瞬间偶极变化时，才能产生红外吸收。
（6）谱带类型
基频谱带—— 多原子分子的基本振动引起的红外吸收称为 基频谱带。此外还有：
倍频谱带——由基态跃迁至第二、第三激发态所产生的谱 带；
振动处理的条件： 分子质心在空间位置不变且不能转动； 所有质点运动是同相运动。
BACK
（4）红外光谱的特点
•每种化合物均有红外吸收，有机化合物的红 外光谱能提供丰富的结构信息 •任何气态、液态和固态样品均可进行红外光 谱测定，这是其它仪器分析方法难以做到的 •常规红外光谱仪器结构简单，价格不贵 •样品用量少，可达微克量级
γ C≡N和N≡N：2240 cm-1和2100 cm-1
戊炔-1的红外吸收光谱
乙腈的红外吸收光谱
重氮乙酸乙酯的红外吸收光谱
4、丙二烯类化合物
C＝C＝C：1950 cm-1，w
碳二亚胺 （－N＝C＝N－） ：2140 cm-1
异氰酸酯 （－N＝C＝O）： 2270 cm-1, s
BACK
（2）红外吸收光谱
C12H24
T
3070
1640 1460
980 915
3000-2800
波数/cm-1
BACK
2、基本概念
（1）红外光区域的划分
红外区 近
波长（m） 0.78-2.5
波数（cm-1） 12800-4000
对应能级 弱电子跃迁
中 远 常用
2.5-50 50-1000 2.5-15
（5）简正振动
E
h
E
h m
h
2
k
1 k 2c
cm1 1307 k
只有当振动频率与红外光频率相同，且振动中有 瞬间偶极变化时，才能产生红外吸收。
（6）谱带类型
基频谱带—— 多原子分子的基本振动引起的红外吸收称为 基频谱带。此外还有：
倍频谱带——由基态跃迁至第二、第三激发态所产生的谱 带；
振动处理的条件： 分子质心在空间位置不变且不能转动； 所有质点运动是同相运动。
BACK
（4）红外光谱的特点
•每种化合物均有红外吸收，有机化合物的红 外光谱能提供丰富的结构信息 •任何气态、液态和固态样品均可进行红外光 谱测定，这是其它仪器分析方法难以做到的 •常规红外光谱仪器结构简单，价格不贵 •样品用量少，可达微克量级
红外光谱和拉曼光谱PPT课件
一公共原子时，由于一个键的振动通过公共原子 使另一个键的长度发生改变，产生一个“微扰”， 从而形成了强烈的振动相互作用。其结果是使谱 带裂分，振动频率发生变化，一个向高频移动， 一个向低频移动。O~1 820c来自-1RCO
R
C
O.
~1 760cm-1 12
Fermi共振
当一振动的倍频与另一振动的基频接近时， 由于发生相互作用而产生很强的吸收峰或发生 裂分，这种现象叫Fermi共振。
δOR C R'
δ+
1 715cm-1
O
O
R C Cl Cl C Cl
1 800cm-1
1 828cm-1
.
O FCF
1 928cm-1
9
（ii）共轭效应（C效应）。共轭效应使共轭 体系中的电子云密度平均化，结果使原来的双 键略有伸长（即电子云密度降低），力常数减 小，使其吸收频率往往向低波数方向移动。例 如酮的C=O，因与苯环共轭而使C=O的力常数 减小，振动频率降低。
.
2
（2）双原子分子的振动
分子中的原子以平衡点为中心，以非常小的振幅振动， 可近似地看做简谐振动。振动频率计算公式:
1 k 2
或
~ 1 k
2c
式中k为化学键力常数，单位为N•cm-1；μ为折合质量， 单位为g。
（3）多原子分子的振动
多原子分子振动可以分解成许多简单的基本振动，即 简正振动。
(2)高聚物吸收带的类型 组成吸收带、构象吸收带、立构规整性吸收带、构象规整
性吸收带、结晶吸收带
.
22
3.1.4.1常见高聚物的红外光谱特征 a 聚乙烯
1900～1500cm-1为双键伸缩振动吸收区。C＝O伸缩振 动出现在1900～1650cm-1，一般是红外光谱中很特征的且 往往是最强的吸收峰。
R
C
O.
~1 760cm-1 12
Fermi共振
当一振动的倍频与另一振动的基频接近时， 由于发生相互作用而产生很强的吸收峰或发生 裂分，这种现象叫Fermi共振。
δOR C R'
δ+
1 715cm-1
O
O
R C Cl Cl C Cl
1 800cm-1
1 828cm-1
.
O FCF
1 928cm-1
9
（ii）共轭效应（C效应）。共轭效应使共轭 体系中的电子云密度平均化，结果使原来的双 键略有伸长（即电子云密度降低），力常数减 小，使其吸收频率往往向低波数方向移动。例 如酮的C=O，因与苯环共轭而使C=O的力常数 减小，振动频率降低。
.
2
（2）双原子分子的振动
分子中的原子以平衡点为中心，以非常小的振幅振动， 可近似地看做简谐振动。振动频率计算公式:
1 k 2
或
~ 1 k
2c
式中k为化学键力常数，单位为N•cm-1；μ为折合质量， 单位为g。
（3）多原子分子的振动
多原子分子振动可以分解成许多简单的基本振动，即 简正振动。
(2)高聚物吸收带的类型 组成吸收带、构象吸收带、立构规整性吸收带、构象规整
性吸收带、结晶吸收带
.
22
3.1.4.1常见高聚物的红外光谱特征 a 聚乙烯
1900～1500cm-1为双键伸缩振动吸收区。C＝O伸缩振 动出现在1900～1650cm-1，一般是红外光谱中很特征的且 往往是最强的吸收峰。
第三章红外光谱和拉曼光谱-3
该化合物为结构 5
例16 某化合物4000～400cm-1区间的红外光谱如图，
试判断该化合物是下列结构中的哪一个？
OH 3360
s as CH 3 2874 CH 1476 3
as CH 3 2970
C O 1235
s C (CH 3 )3 1395和1363 （双）
例13 1) 不：1 2）2820，2720； 1730 醛 3）C3H7- ; 1380 异丙基
CH3 CH CH3 CHO
• 例14 观察某化合物的IR谱，发现1700cm－
1
有一强吸收峰，在3020 cm 处有一中强 吸收峰，由此可推断该化合物是下列化合 物中的哪个？
O
－1
O
• （1）
CH
综上，峰归属如下：
否定结构 1
OH 3360 cm 1
as s CH 3 2970 cm 1， CH 3 2874 cm 1 as s CH 3 1476 cm 1， C (CH 3 )3 1395 和1363 cm 1 （双峰）
C O 1235 cm 1
该化合物为结构 2
例17 C6H14
1. 2853～2962cm-1 C—H 伸缩振动； 2. 1460cm-1、1380cm-1 C—H（—CH3、—CH2）面内弯曲振动 3. 723cm-1 C—H[—(CH2)n—, n ≥ 4]平面摇摆振动；若n＜4 吸 收峰将出现在734～743cm-1处。正己烷
CH3CH2
CH OH
CH3
例11 1）不：4 2）3000，1600，1500 苯 3）3300（×），1250，1050 芳香脂肪醚 4）750，邻位取代
OCH3
CH3
例16 某化合物4000～400cm-1区间的红外光谱如图，
试判断该化合物是下列结构中的哪一个？
OH 3360
s as CH 3 2874 CH 1476 3
as CH 3 2970
C O 1235
s C (CH 3 )3 1395和1363 （双）
例13 1) 不：1 2）2820，2720； 1730 醛 3）C3H7- ; 1380 异丙基
CH3 CH CH3 CHO
• 例14 观察某化合物的IR谱，发现1700cm－
1
有一强吸收峰，在3020 cm 处有一中强 吸收峰，由此可推断该化合物是下列化合 物中的哪个？
O
－1
O
• （1）
CH
综上，峰归属如下：
否定结构 1
OH 3360 cm 1
as s CH 3 2970 cm 1， CH 3 2874 cm 1 as s CH 3 1476 cm 1， C (CH 3 )3 1395 和1363 cm 1 （双峰）
C O 1235 cm 1
该化合物为结构 2
例17 C6H14
1. 2853～2962cm-1 C—H 伸缩振动； 2. 1460cm-1、1380cm-1 C—H（—CH3、—CH2）面内弯曲振动 3. 723cm-1 C—H[—(CH2)n—, n ≥ 4]平面摇摆振动；若n＜4 吸 收峰将出现在734～743cm-1处。正己烷
CH3CH2
CH OH
CH3
例11 1）不：4 2）3000，1600，1500 苯 3）3300（×），1250，1050 芳香脂肪醚 4）750，邻位取代
OCH3
CH3
红外和拉曼光谱课件PPT
瑞利散射是光在物质中传播时发生的弹性散射，其散射光的 频率与入射光的频率相同。而拉曼散射是光在物质中传播时 发生的非弹性散射，其散射光的频率与入射光的频率不同。
拉曼光谱与分子结构的关系
拉曼光谱的谱线
拉曼光谱的谱线反映了物质分子的振动和转动能级的变化， 不同物质分子的拉曼光谱具有独特的特征谱线。
分子振动和转动能级
拉曼光谱实验操作流程
实验操作流程
01
02
03
04
1. 打开拉曼光谱仪，预热并 稳定仪器。
2. 将激光器调整到合适的波 长和功率。
3. 将样品放置在样品台上， 并调整焦距和位置，确保激光
光束能够照射到样品上。
4. 进行拉曼光谱的采集，记 录实验数据，并进行分析和解
释。
数据处理与分析
数据处理
对采集的红外或拉曼光谱数据进行平 滑处理、基线校正、归一化等操作， 以提高数据质量和可分析性。
红外和拉曼光谱课件
目录
CONTENTS
• 红外光谱基本原理 • 拉曼光谱基本原理 • 红外光谱与拉曼光谱的应用 • 实验技术与操作 • 红外和拉曼光谱的发展趋势
01 红外光谱基本原理
红外光谱的产生
红外光谱是分子吸收特定波长的 红外光后产生的光谱，其原理基
于分子振动和转动能级跃迁。
当红外光照射分子时，分子中的 电子和振动、转动能级发生相互 作用，导致分子吸收特定波长的
分子转动是指分子整体绕其质心旋转， 其转动能级跃迁也会产生红外光谱。
红外光谱与分子结构的关系
不同化学键或基团在红外光谱中具有特定的吸收峰，这些吸收峰的位置和强度可以 反映分子内部结构和化学键类型。
通过分析红外光谱的吸收峰位置和强度，可以推断出分子的结构特征和化学键信息， 如碳氢、碳氧、碳碳等键的弯曲和伸缩振动。
拉曼光谱与分子结构的关系
拉曼光谱的谱线
拉曼光谱的谱线反映了物质分子的振动和转动能级的变化， 不同物质分子的拉曼光谱具有独特的特征谱线。
分子振动和转动能级
拉曼光谱实验操作流程
实验操作流程
01
02
03
04
1. 打开拉曼光谱仪，预热并 稳定仪器。
2. 将激光器调整到合适的波 长和功率。
3. 将样品放置在样品台上， 并调整焦距和位置，确保激光
光束能够照射到样品上。
4. 进行拉曼光谱的采集，记 录实验数据，并进行分析和解
释。
数据处理与分析
数据处理
对采集的红外或拉曼光谱数据进行平 滑处理、基线校正、归一化等操作， 以提高数据质量和可分析性。
红外和拉曼光谱课件
目录
CONTENTS
• 红外光谱基本原理 • 拉曼光谱基本原理 • 红外光谱与拉曼光谱的应用 • 实验技术与操作 • 红外和拉曼光谱的发展趋势
01 红外光谱基本原理
红外光谱的产生
红外光谱是分子吸收特定波长的 红外光后产生的光谱，其原理基
于分子振动和转动能级跃迁。
当红外光照射分子时，分子中的 电子和振动、转动能级发生相互 作用，导致分子吸收特定波长的
分子转动是指分子整体绕其质心旋转， 其转动能级跃迁也会产生红外光谱。
红外光谱与分子结构的关系
不同化学键或基团在红外光谱中具有特定的吸收峰，这些吸收峰的位置和强度可以 反映分子内部结构和化学键类型。
通过分析红外光谱的吸收峰位置和强度，可以推断出分子的结构特征和化学键信息， 如碳氢、碳氧、碳碳等键的弯曲和伸缩振动。
第3章红外光谱法
Rayleigh散射：
激发虚态
弹性碰撞；无能
E1 + h0
h(0 - )
量交换，仅改变方向
Raman散射：
h0
非弹性碰撞；方
向改变且有能量交换 E1
E0 + h0
h0 h0 V=1
h0 +
E0
V=0
Rayleigh散射
Raman散射
h
E0基态， E1振动激发态； E0 + h0 ， E1 + h0 激发虚态；
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。
14.06.2019
分析化学研究所
第8页
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
亚甲基
14.06.2019
亚甲基
分析化学研究所
第9页
伸缩振动
甲基的振动形式
弯曲振动
对称 υ s(CH3) 2870 ㎝-1
频峰
14.06.2019
分析化学研究所
第13页
官能团区和指纹区
• 官能团区 4000~1300cm-1是基团伸缩振动出现的区域，对鉴定 基团很有价值
• 指纹区 1300~600cm-1是单键振动和因变形振动产生的复杂光 谱区，当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微 的差异，对于区别结构类似的化合物很有帮助。
共轭效应：使共轭体系中的电子云密度平均化，使双键略有伸 长，因此，双键的吸收频率向低波数方向位移。
中介效应:当含有孤对电子的原子（如：O, N, S等）与具有多 重键的原子相连时，也可起类似的共轭作用，使吸收频率向低 波数方向位移。
第三章 红外与拉曼光谱
横坐标：波数(
v
)400～4000 cm-1表示吸收峰的位置。
纵坐标：透过率（T %），表示吸收强度。T↓，表 明吸收的越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带。
3. 分子的振动方式与红外光谱
1. 伸缩振动 （stretching vibration）
对称伸缩 s
不对称伸缩 as
2. 弯曲振动 d (bending vibration)
3. 分子结构对红外吸收峰的影响
（1）诱导效应
羰基上连有强吸电子基时，C=O双键 的电子云向碳偏移，从而使C=O的双键性 增加，两个原子间的力常数k增大，C=O的 伸缩振动的频率向高波数移动。
（2）共轭效应
羰基上连有双键或带孤电子对的杂原子时，可 以形成- 共轭或p-共轭效应。 -共轭体系中 单双键的键长平均化、电子云密度平均化，从而 使C=O的双键性减小，力常数k降低，C=O的伸缩 振动的频率向低波数移动。 p-共轭体系要同时考虑到+C效应和-I效应。
－CH3:～2960(s)、～2870 cm-1(m)
－CH2－:～2926(s)、～2850 cm-1(s)
＞CH－:～2890 cm-1 醛基：醛基碳氢键在2850和2720 cm-1两个
吸收峰，为醛基的特征吸收谱带
巯基：2600～2500 cm-1，谱带尖锐，容易
识别
二、第二峰区（2500－1900 cm-1）
O CH3 C O CH3 C O
O CH3 C O CH3 C O sC=O 1750cm-1 O CH3 C O CH3 C O asC=O 1828cm-1
（7）费米共振
H O
dC-H
C
OCH3
醛基的C-H键的弯曲振动在1390cm-1附近，其倍频 吸收和醛基C-H键的伸缩振动区域2850~2700cm-1十分接 近，两者发生费米共振。红外吸收峰偏离基频值。 这两个峰成为鉴定醛基的特征峰。
现代材料分析测试技术 红外吸收光谱与拉曼散射光谱PPT课件
(600～60MHz, 无线电波区）
（磁诱导）
15.2 红外光谱法
15.2.1 概述（定义、发展概况、特点） 一、红外光谱的定义
物质的分子受到频率连续变化的红外光照射时，吸收 了某些特定频率的红外光，发生了分子振动能级和转动 能级的跃迁，所产生的吸收光谱，称为红外吸收光谱。 红外光谱也称分子的振、转动光谱。
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。
两类基本振动形式
伸缩振动 亚甲基：
变形振动 亚甲基
简谐振动类型的符合说明
2、基本振动的理论数
对于由N个原子组成的分子：
z
3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度
振动自由度= 3N-平动自由度-转动自由度 y
远红外光谱区：
❖ 气体分子的转动能级跃迁
❖ 液体与固体中重原子的伸 缩振动
❖ 晶体的晶格振动
❖ 某些变角振动、骨架振动 -异构体的研究
❖ 金属有机化合物、氢键、 吸附现象研究
该光区能量弱,较少用于分析
二、红外光谱的发展概况
红外辐射是18世纪末，英国物理学家Herschel在用棱镜 使太阳光色散，研究光的热效应时发现了红外光。这是红外 光谱的萌芽阶段。由于当时没有精密仪器可以检测，所以一 直没能得到发展。
3、激光拉曼光谱的原理、拉曼与瑞利散射、 拉曼光谱的特点及其应用
15.1 电磁波谱法 15.1.1 基本原理：
通过一定波长的电磁波和被研究物质的分子相互作用，引起 分子内某种物理量的改变（能级跃迁）。 ΔE＝E2－E1
辐射电场与物质分子间相互作用，引起分子吸收辐射能，导 致分子振动能级或电子能级的改变；
红外光谱和拉曼演示文稿
术和应用不同，习惯上又将红外光区分为 三个区：
波长（m） 近红外区： 0.75 ~ 2.5 波数（cm-1） 13330 ~ 4000
中红外区：
远红外区：
2.5 ~ 15.4
15.4 ~ 830
4000 ~ 650
650 ~ 12
由于低频骨架振动能灵敏地反映出结构变 红外光谱在可见光区和微波光区之间， 化，所以对异构体的研究特别方便。此外，还 波长范围约为 0.75 - 1000µm，根据仪器技 能用于金属有机化合物（包括络合物）、氢键、 术和应用不同，习惯上又将红外光区分为 吸附现象的研究。但由于该光区能量弱，除非 三个区： 其它波长区间内没有合适的分析谱带，一般不 波长（m） 波数（cm-1） 在此范围内进行分析。 近红外区： 0.75 ~ 2.5 13330 ~ 4000
⊕Θ⊕
2.3 红外光谱的峰位的影响因素
3. 样品的物理状态
同一样品在不同的物理状态下进行 测定,其吸收峰位也有差别.这是因为气 态一般无缔合现象(HF除外)
4.结晶形态,结晶粒子的大小
5.溶剂的影响
极性基团的伸缩振动频率随溶剂的极性增 加而降低
6.溶液浓度的影响
极性基团的伸缩振动频率随溶液的加大降 低,是由于氢键缔合的缘故.
2.4 红外光谱的峰强的的影响因素
1.分子振动时偶极矩的变化
红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩
的变化，而偶极矩与分子结构的对称性有关。振
动的对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，
谱带强度也就越弱。
一般地，极性较强的基团（如C=0，C-X等） 振动，吸收强度较大；极性较弱的基团（如 C=C、C-C、N=N等）振动，吸收较弱。
红外光谱和拉曼光谱 简介
红外光谱和拉曼光谱分析物质结构(精选PPT)
• 1) ，拉曼频移
• 表征分子振-转能级的特征物理量，定性与结构分析的依据；对不同 物质，不同， 对同一物质： 与入射光频率无关。[一般有三种 激光：氩离子激光器的514.5nm激光、氦氖激光器的632.8nm激光、 和二极管激光器的785nm激光]
• 2)拉曼谱峰强度问题比较复杂，拉曼光谱的谱峰强有绝对强度 （absolute intensity)和相对强度（relative intensity)之分。在实际应用 中，除非检测的是绝对均匀的样品，并保持所有检测条件一致，否则 去比较样品拉曼谱峰的绝对强度不会有很大意义。在分析拉曼光谱时， 一般只关注各谱峰的相对强度。
红外和拉曼光谱分析物质结构
材料学: 梁晓峰(B080459)
2
分
1
主要内容
➢1 光学分析法 ➢2 红外吸收光谱分析方法 ➢3 拉曼散射光谱分析法 ➢4 红外光谱和拉曼光谱的异同
2020/4/6
分析测试中心计量认证知识讲座
2
1 光学分析法
1.1光是一种电磁辐射，其能量与其频率直接相关，与物质相互作用的方 式有发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等。基于电磁辐射 与物质间作用而建立起来的一类分析方法，称为光学分析法。
分析测试中心计量认证知识讲座20204610分析测试中心计量认证知识讲座202046specturmonepe型傅立叶变换红外光谱仪的光路图11分析测试中心计量认证知识讲座20204623红外光谱制样方法薄膜样品12分析测试中心计量认证知识讲座20204624红外吸收光谱图解析与标准图谱进行对比13分析测试中心计量认证知识讲座202046olystyreneeasure1015202530354045505560657075808590951000200030004000wavenumberscm1polystyrenemeasuredfilm0510152025303540455055601000200030004000wavenumberscm114分析测试中心计量认证知识讲座202046谱峰的位置频率吸收带位置
红外光谱与拉曼光谱优秀PPT资料
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
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
序态
序态（State order）系指高聚物的分子结构（即 平衡状态分子中原子的几何排列）和聚集态结 构（即分子与分子间的几何排列）。在解析高 聚物的红外光谱时，必须考虑到大分子系统的 这种化学和物理的序态。因为处于不同序态的 高聚物，它的光谱也将出现特征性的变化。其 中有些谱带对不同序态有特殊的敏感性，而另 一些谱带则是不敏感的。这样，为了表征下同 序态的高聚物，把有关的谱带进行如下分类。
谱可以鉴定这些化学键或基团的存在。 此外，由于振动相互耦合而使振动频率发生位移。
红外和拉曼光谱统称为分子振动光谱，但它们分别对振动基团的偶极矩和极化率的变化敏感。 由于用以研究的对象及实验观测的手段不同，红外光谱范围又可分成三个部分，即0. 添加剂的含量、共聚物的组成等）。
由 子 于中 某， 些它 化们 学的 键红 或外 基吸 团收 处光 于谱 下频 同率 结会 构发 的生 分有 由在于解某 析些高化聚学物键的或红基外团光处谱于时下，同必结须构考的虑分到子大中分，子它系们统的的红这外种吸化收学光和谱物频理率的会序发态生。有规律的变化。 规律的变化。利用这种变化的规律可以鉴 定高聚物的分子链结构。
15.1红外光谱
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
序态
序态（State order）系指高聚物的分子结构（即 平衡状态分子中原子的几何排列）和聚集态结 构（即分子与分子间的几何排列）。在解析高 聚物的红外光谱时，必须考虑到大分子系统的 这种化学和物理的序态。因为处于不同序态的 高聚物，它的光谱也将出现特征性的变化。其 中有些谱带对不同序态有特殊的敏感性，而另 一些谱带则是不敏感的。这样，为了表征下同 序态的高聚物，把有关的谱带进行如下分类。
谱可以鉴定这些化学键或基团的存在。 此外，由于振动相互耦合而使振动频率发生位移。
红外和拉曼光谱统称为分子振动光谱，但它们分别对振动基团的偶极矩和极化率的变化敏感。 由于用以研究的对象及实验观测的手段不同，红外光谱范围又可分成三个部分，即0. 添加剂的含量、共聚物的组成等）。
由 子 于中 某， 些它 化们 学的 键红 或外 基吸 团收 处光 于谱 下频 同率 结会 构发 的生 分有 由在于解某 析些高化聚学物键的或红基外团光处谱于时下，同必结须构考的虑分到子大中分，子它系们统的的红这外种吸化收学光和谱物频理率的会序发态生。有规律的变化。 规律的变化。利用这种变化的规律可以鉴 定高聚物的分子链结构。
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（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 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
红外光谱与紫外光谱比较
共同点：都是吸收光谱
吸收能量 跃迁类型
紫外-可见
紫外可见光 200 ~ 800 nm
红外
红外光 800 nm ~ 1 mm 主要：中红外区
（2.5 ~ 25 µm）电子能级跃迁 振动与转动能级跃迁
3.1 引言
3.1.1 红外光谱的发展
红外光谱(Infrared Spectroscopy, 简称IR)和拉曼 光谱(Raman)都属于分子振动光谱。两者得到的信息 可以互补。
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。
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。
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 4000 ~ 400 cm-1 25 ~ 1000μm 400 ~ 10 cm-1
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 的红外光谱，红外光谱与分子结构间的特定联系才被 确认。
第3章红外光谱和拉曼光
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
教学要求
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)。 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
振动称为红外活性的，反之（ △=0）则为红外非活性的。
如单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等，CO2的对称伸
缩振动也为红外非活性。
H
H
OCO
O
H
H
_+
O
+_ _+
_
O
_+
C
O
+
+_
3.2.2 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。
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 I0为入射强度
横坐标表示方法： 谱图的上方的横坐标是波长λ，单位μm 谱图的下方的横坐标是波数(用 _ 表示，不少地
方也直接用υ表示), 单位是cm-1。
波数: 波长的倒数
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
（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。
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。
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。
（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。
（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”。
3.2 红外光谱基本原理
3.2.1 红外吸收光谱产生的条件
1. 电磁波的能量与分子振动某能级差相等 E红外光 = △E分子振动
2. 红外光与分子之间有偶合作用，分子振动时其偶极矩() 必须发生变化，即△≠0 。
即并非所有的振动都会产生红外吸收，只有发生偶极矩
变化（△≠0 ）的振动才能引起可观测的红外吸收带，这种
1、理解有机化合物的红外光谱（IR）的产生机理 和必要条件； • 2、了解分子振动能级与红外光谱的关系； • 3、掌握吸收峰的位置与分子振动能级基频跃迁的 关系； • 4、掌握吸收峰的数目与分子自由度的关系，吸收 峰强度与分子偶极距及跃迁几率的关系； • 5、掌握红外光谱解析的重要区段及主要官能团特 征吸收频率；芳香化合物与脂肪族化合物红外光 谱的区别； • 6、理解影响有机化合物的红外特征吸收的因素； • 7、了解红外光谱在有机化合物结构分析中的用途；
（5）所需样品用量少，且可以回收。红外光谱分析一 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
红外光谱与紫外光谱比较
共同点：都是吸收光谱
吸收能量 跃迁类型
紫外-可见
紫外可见光 200 ~ 800 nm
红外
红外光 800 nm ~ 1 mm 主要：中红外区
（2.5 ~ 25 µm）电子能级跃迁 振动与转动能级跃迁
3.1 引言
3.1.1 红外光谱的发展
红外光谱(Infrared Spectroscopy, 简称IR)和拉曼 光谱(Raman)都属于分子振动光谱。两者得到的信息 可以互补。
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。
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。
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 4000 ~ 400 cm-1 25 ~ 1000μm 400 ~ 10 cm-1
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 的红外光谱，红外光谱与分子结构间的特定联系才被 确认。
第3章红外光谱和拉曼光
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
教学要求
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)。 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
振动称为红外活性的，反之（ △=0）则为红外非活性的。
如单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等，CO2的对称伸
缩振动也为红外非活性。
H
H
OCO
O
H
H
_+
O
+_ _+
_
O
_+
C
O
+
+_
3.2.2 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。
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 I0为入射强度
横坐标表示方法： 谱图的上方的横坐标是波长λ，单位μm 谱图的下方的横坐标是波数(用 _ 表示，不少地
方也直接用υ表示), 单位是cm-1。
波数: 波长的倒数
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
（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。
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。
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。
（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。
（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”。
3.2 红外光谱基本原理
3.2.1 红外吸收光谱产生的条件
1. 电磁波的能量与分子振动某能级差相等 E红外光 = △E分子振动
2. 红外光与分子之间有偶合作用，分子振动时其偶极矩() 必须发生变化，即△≠0 。
即并非所有的振动都会产生红外吸收，只有发生偶极矩
变化（△≠0 ）的振动才能引起可观测的红外吸收带，这种
1、理解有机化合物的红外光谱（IR）的产生机理 和必要条件； • 2、了解分子振动能级与红外光谱的关系； • 3、掌握吸收峰的位置与分子振动能级基频跃迁的 关系； • 4、掌握吸收峰的数目与分子自由度的关系，吸收 峰强度与分子偶极距及跃迁几率的关系； • 5、掌握红外光谱解析的重要区段及主要官能团特 征吸收频率；芳香化合物与脂肪族化合物红外光 谱的区别； • 6、理解影响有机化合物的红外特征吸收的因素； • 7、了解红外光谱在有机化合物结构分析中的用途；