第五章+红外光谱分析
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第五章 红外吸收光谱分析法2PPT课件
Ev Ev1 Ev2 h
(动画)
(2)必须是引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收光谱。
电场
不耦合 无偶极矩变化
无红外吸收
磁场
红外吸收
耦合
交变磁场
分子固有振动
a
偶极矩变化 （能级跃迁）
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二、红外吸收光谱产生的条件
如：单原子分子、同核双原子分子：He、Ne、N2、O2、Cl2、 H2 没有红外活性 极性分子具有红外活性，HCl，H2O
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振动能级跃迁的能量： ΔE振动 ≈ 0.05～1 eV λ振动≈ 25 ～1.25 m 转动能级跃迁的能量： ΔE转动 ≈ 0.005～0.050 eV λ转动 ≈ 25 0～25 m
电子能级跃迁的能量： ΔE电子≈ 1～20 eV 200-800 nm
3
y
x
非线形分子：振动自由度= 3N-6
每个振动自由度对应于红外光谱图上的一个基频吸收带
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（2）振动基本类型 伸缩振动
振动类型 变形振动
对称性伸缩振动 νs 反对称性伸缩振动 νas
面内变形振动
剪式振动 δs 平面摇摆 ρ
面外变形振动
扭曲振动 τ 垂直摇摆 ω
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。
C-C(1430) < C-N(1330)< C-O(1280)(力常数相近）单位：cm-1 kCC (2222) >kC=C (1667) > kC-C (1429)（质量相近）单位：cm-1
仪器分析-红外光谱-华中农业大学课件
2. 中红外区 2.5 – 25um
绝大部分的有机化合物和许多无机化合物的化学键的振 动基频都出现在此区,是红外分析最重要的区域。此区又分 二个区: 官能团区 此区光谱主要反映分子中特征基团的振动,受分子骨架 影响小,基团的波数位置较固定。鉴别基团结构。 指纹区 反映分子结构的细微变化,每一种化合物在 该区的谱带位置、形状、强度都不一样,相当于人的指纹,故 称指纹区。鉴别分子结构细微变化及异构体。 3. 远红外区 25 - 1000 um 纯转动能级的跃迁。主要是鉴别气体分子纯转动能级的 跃迁及卤素、硫等原子的伸缩振动引起。
二. 多分子振动的几种方式
1. 伸缩振动 ----沿键轴方向伸缩, 使键长发生变化的振动。
伸缩振动有两种方式： 对称伸缩振动 (用 VS表示); 反对称伸缩振动(亦称不对称伸缩振动,用VAS表示)
2. 弯曲振动(变形振动) -------键角发生变化的振动。
面内弯曲振动: 剪式振动(δ)和平面摇摆振动(γ)。 面外弯曲振动:扭曲振动(τ)和非平面摇摆振动(ω )。
例2：某化合物，测得分子式为C8H8O, 其红外图谱 如图，试推测其结构式。
解:（1）不饱和度w=1+8+1/2(0-8)=5 意味着结构中可能有苯环
（2）A.特征区最强峰1687 cm-1为C=O的伸缩振动，因分
子式中只含一个氧原子，故只能为醛或酮。1600 cm-1、 1580 cm-1、1450 cm-1三个峰是苯环的骨架振动；3000 cm-1 的弱峰是苯环和CH3的C-H伸缩振动； B. 指纹区760 cm-1、692 cm-1的两个吸收峰说明为单取代
例1：C4H8O2的红外图谱如下，推断其结构式。
1460 2800－3000 4000 3200 2400 2000 1740 1800 1600 1375 1400 1239 1200 1000 800 600
红外光谱分析
一、基本概念
基团频率又分为四个区域： (1) 4000 2500 cm-1 X—H伸缩振动区（X=O，N ，C，S） (2) 2500 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区 (3) 1900 1200 cm-1 双键伸缩振动区C=O、C=N、 C=C等 (4) 1200 670 cm-1 C-O、C-X伸缩振动，C-H、NH弯曲振动等
2930 cm-1 反对称伸缩振动 2890 cm-1
3000 cm-1 以 下
（3）不饱和碳原子上的=C—H（ C—H ）
苯环上的C—H =C—H C—H 3030 cm-1 3010 2260 cm-1 3300 cm-1
3000 cm-1 以上
一、基本概念
2．双键伸缩振动区(1200 1900 cm-1 )
（3）查找基团频率，推测分子可能的基团； （4）查找红外指纹区，进一步验证基团的相关峰；
三、光谱分析举例 已知某化合物的分子式为C4H6O2，测 得红外光谱如图，试推测其结构。
三、光谱分析举例
解：1、由分子式计算不饱和度U = （2*4+2－6）/2= 2 2、分析特征区：a、3 070cm-1有弱的不饱和C—H伸缩振 动吸收，与1 650cm-1的vc=c 谱带对应表明有烯键存在， 谱带较弱，是被极化了的烯键。 b、1765cm-1强吸收谱带表明有羰基存在，结合最强吸收 谱带1 230cm-1和1 140cm-1的C-O-C吸收应为酯基。 这个化合物属不饱和酯，根据分子式有如下结构： （1） CH2=CH－COO－CH3 丙烯酸甲酯 （2） CH3－COO－CH=CH2 醋酸乙烯酯
指纹区(1350 650 cm-1 ) ,较复杂。 C-H，N-H的变形振动；
第五章 红外光谱分析
Energy level Transition Probability
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，瞬间 偶极矩越大，吸收谱带越大，而瞬间偶极矩主要与以下三个 因素有关： • 原子的电负性大小。两原子的电负性相差越大，吸收谱带 越强； • 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。 • 倍频和基频振动的偶合，可能是原本很弱的倍频谱带强化。
光谱分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。
光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化 的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度 进行分析的方法。 非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质， 如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。非光谱法 不涉及物质内部能级的跃迁，电磁辐射只改变了传播方向、速度 或某些物理性质。属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光散 射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。
二、红外光谱产生的条件
必要条件：用红外线照射分子时，如果红 外光子的能量等于分子振动能级跃迁时所 需的能量，则可以被分子吸收，产生振动 光谱。 充分必要条件：辐射与物质之间有偶合作 用，即物质分子在振动过程中有偶极距变 化。
产生红外吸收的条件
分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件： 条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。 根据量子力学原理，分子振动能量E振 是量子化的， 即 E振=（V+1/2）h 为分子振动频率，V为振动量子数，其值取 0，1，2，… 分子中不同振动能级差为 E振= Vh 也就是说，吸收光子的能量（ha ）要与该能量差 相等，即a= V时，才可能发生振转跃迁。例如当 分子从基态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1），此 时V=1，即a=
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，瞬间 偶极矩越大，吸收谱带越大，而瞬间偶极矩主要与以下三个 因素有关： • 原子的电负性大小。两原子的电负性相差越大，吸收谱带 越强； • 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。 • 倍频和基频振动的偶合，可能是原本很弱的倍频谱带强化。
光谱分析法可分为光谱法和非光谱法两大类。
光谱法是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化 的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度 进行分析的方法。 非光谱法是基于物质与辐射相互作用时，测量辐射的某些性质， 如折射、散射、干涉、衍射、偏振等变化的分析方法。非光谱法 不涉及物质内部能级的跃迁，电磁辐射只改变了传播方向、速度 或某些物理性质。属于这类分析方法的有折射法、偏振法、光散 射法、干涉法、衍射法、旋光法和圆二向色性法等。
二、红外光谱产生的条件
必要条件：用红外线照射分子时，如果红 外光子的能量等于分子振动能级跃迁时所 需的能量，则可以被分子吸收，产生振动 光谱。 充分必要条件：辐射与物质之间有偶合作 用，即物质分子在振动过程中有偶极距变 化。
产生红外吸收的条件
分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件： 条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。 根据量子力学原理，分子振动能量E振 是量子化的， 即 E振=（V+1/2）h 为分子振动频率，V为振动量子数，其值取 0，1，2，… 分子中不同振动能级差为 E振= Vh 也就是说，吸收光子的能量（ha ）要与该能量差 相等，即a= V时，才可能发生振转跃迁。例如当 分子从基态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1），此 时V=1，即a=
谱图分析课件第5章红外光谱
➢共轭效应对键能和键长有影响，因此对力常数 k 也有影 响。
羰基的伸缩振动频率在 1715 cm-1。当羰基与C=C产生共 轭作用效应时，其振动频率降至 1675 ∼ 1680 cm-1。这是 因为共轭效应使C=O键的键长有所增加，双键性降低。
振动的量子力学处理
（薛定谔方程）简谐振动方式的振动能级为：
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5.5 官能团的特征频率
5.5.1 官能团具有特征吸收频率 有机分析的对象是多原子分子，而多原子分子具有大
量的简正振动数。虽然实际测得的红外吸收谱峰数目远小 于其简正振动数，但一个化合物仍具有较多的红外吸收 峰，若要将每个吸收峰归属于一个具体的振动形式是困难 的。因此化学家们通过大量标准样品的测试，从实践的观 点总结出了一定的官能团总对应有一定的特征吸收，归纳 出各种官能团的特征频率表，这对从谱图推 测分子结构具 有重要的意义。
➢弯曲振动或变形振动(bending vibration)，以δ表示， 为垂直于化学键方向的振动，只改变键角而不影响键 长，它的吸收频率相对在低波数区。
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例如：H2O分子的三种振动形式：
对称伸缩振动 不对称伸缩振动
弯曲振动
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CO2分子的四种振动形式
线性分子，33-5=4，四个基本振动形式
羰基与别的双键共轭，其π 电子的离域增大，从而减小了 双键的键级， 使其双键性降低，亦即振动频率降低。
π −π 共轭
p −π 共轭
➢偶极场效应(Field effect)
不同原子或基团不是通过化学键，而是以它们的静电场通过 空间相互作 用，产生相互极化，从而引起相应键红外吸收谱带的 位移。
卤代酮的不同构象
2. 峰强
红外吸收谱带的强度主要由两个因素决定： ➢能级跃迁的概率。基频跃迁概率大，吸收峰较强；倍频跃迁概率很
第05章红外光谱分析
EV=（V+1/2）h
为分子振动频率，V为振动量子数，其值取 0，1，2，… 分子中不同振动能级差为
EV=(V1+1/2)h -(V0+1/2)h = Vh 也就是说，只有当EV=Ea或者a=V 时，才有可能发生振转 跃迁。例如当分子从基态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1），此 时V=1，即a= 。发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两
杂），但可将其分解为多个简正振动来研究。 简正振动
整个分子质心不变、整体不转动、各原子在原地作简谐振动且 频率及位相相同，此时分子中的任何振动可视为所有上述简谐振 动的线性组合。 简正振动基本形式 伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长变化但键角不变的振动。 变形振动：基团键角发生周期性变化，但键长不变的振动。又称
ArC-H
比饱和 C-H 峰弱，但峰
(3030)
形却更尖锐
19
2区：叁键及累积双键区（2500~1900cm-1）
叁
CC，CN，C=C=C，C=C=O 等
键 RCCH
2100-2140
及 RCCR’ 2196-2260
R=R’则无红外吸收
累 积 CN
2240-2260
分子中有 N，H，C，峰
5. 振动频率 1）基团频率
中 红 外 光 谱 区 可 分 为 4000~1300 （ 1800 ） cm-1 和 1800 （1300）~600cm-1两个区域。基团频率区位于4000~1300cm-1
之间，又称官能团区，或特征区，是由伸缩振动产生的吸收 带。
基团频率区可分为三个区： 1区：X-H伸缩振动区（4000-2500cm-1 ）
率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子 振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发 态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数 或波长的曲线，即为红外光谱。
为分子振动频率，V为振动量子数，其值取 0，1，2，… 分子中不同振动能级差为
EV=(V1+1/2)h -(V0+1/2)h = Vh 也就是说，只有当EV=Ea或者a=V 时，才有可能发生振转 跃迁。例如当分子从基态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1），此 时V=1，即a= 。发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两
杂），但可将其分解为多个简正振动来研究。 简正振动
整个分子质心不变、整体不转动、各原子在原地作简谐振动且 频率及位相相同，此时分子中的任何振动可视为所有上述简谐振 动的线性组合。 简正振动基本形式 伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长变化但键角不变的振动。 变形振动：基团键角发生周期性变化，但键长不变的振动。又称
ArC-H
比饱和 C-H 峰弱，但峰
(3030)
形却更尖锐
19
2区：叁键及累积双键区（2500~1900cm-1）
叁
CC，CN，C=C=C，C=C=O 等
键 RCCH
2100-2140
及 RCCR’ 2196-2260
R=R’则无红外吸收
累 积 CN
2240-2260
分子中有 N，H，C，峰
5. 振动频率 1）基团频率
中 红 外 光 谱 区 可 分 为 4000~1300 （ 1800 ） cm-1 和 1800 （1300）~600cm-1两个区域。基团频率区位于4000~1300cm-1
之间，又称官能团区，或特征区，是由伸缩振动产生的吸收 带。
基团频率区可分为三个区： 1区：X-H伸缩振动区（4000-2500cm-1 ）
率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子 振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发 态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数 或波长的曲线，即为红外光谱。
第5章 紫外光谱 红外光谱 核磁共振和质谱
N N X
NO2
结论:紫外光谱是检测(1)共轭烯烃;(2)共轭羰基化合物 (3)芳香化合物;(4)顺反异构体构型的有力工具。
5.4.2 红移现象和蓝移现象 5.4.3 增色效应和减色效应
5.5 lmax计算规律
1. 共轭双烯lmax计算规律:
化合物 母体-C=C-C=C- or 双键(参与共轭)(扩展双键) 同环二烯 烷基(R) 环外双键 烷氧基(RO) 烷硫基(RS) 卤素(Cl,Br) lmax(nm) 217(基本值) +30 +36 +5 +5 +6 +30 +5
δ: 7.3
7 6 5 4 PPM 3
H H
H
2
1
0
去屏蔽效应使核磁信号向低场移动。
电子的各向异性效应：去屏蔽效应
例2： CH3CH3
δ:0.86
δ: 5.3
H C H
H感 H
C H
2
PPM
1
0
CH2＝CH2
H0
外加磁场
5 4
δ: 5.3
3 PPM 2 1 0
1HNMR
of CH≡CH
乙炔碳是SP杂化，电负较
如果质子的外层电子密度越大，则屏蔽越大， 质子的信号出现在高场，δ值变小。如果质子 的外层电子密度越小，则受到屏蔽越小，质子 的信号出现在低场，δ值变大。
低场 高场
δ
12
11 10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
δ
5.11.3 化学位移δ的表示
由于分子中氢所处的化学环境不同，显示不 同的吸收峰，峰与峰之间的差距，就称为化 学位移δ （chemical shift)
红外光谱分析全解
第三节 红外光谱实验技术
一、红外光谱分析样品制备
1、固体样品
KBr压片法：固体样品常用压片法，它也是固体样品红外
测定的标准方法。将固体样品0.5-2.0mg与150mg左右的 KBr一起粉碎，用压片机压成薄片。薄片应透明均匀。
制样过程： 1）称样。样品：0.5－2mg，KBr：150mg。 2）研磨混合。将样品与KBr混合均匀，充分研 磨。 3）压片。将样品倒入压模中均匀堆积，在油压机 上缓慢加压至15MPa，维持1分钟即可获得透明 薄片。
0.1nm X-射线谱（XPS）
10nm
紫外-可见（UV-V）谱
500nm 100um
红外（IR），Raman 谱
电子自旋共振（EPR）
10cm
核磁共振（NMR）谱
绝大多数有机化合物和无机化合物分子的振动 能级跃迁而引起的吸收均出现在中红外区域。通常 所说的红外光谱就是指中红外区域形成的光谱，它 在结构分析和组成分析中非常重要。至于近红外区 和远红外区形成的光谱，分别叫近红外光谱与远红 外光谱图。近红外光谱主要用来研究分子的化学键， 远红外光谱主要用来研究晶体的晶格振动、金属有 机物的金属有机键以及分子的纯转动吸收等。
第五章 振动光谱分析
振动光谱分类
定义： 所谓振动光谱是指物质由于吸收了能量而引
起其分子或原子内部基团振动的能量改变所产生 的光谱。 分类：
主要包括红外吸收光谱和激光拉曼光谱。 如果用的光源是红外光谱范围，即0.781000µm，就是红外吸收光谱。如果用的是强单色 光，例如激光，产生的是激光拉曼光谱。
红外光谱 图中，横坐标：吸收波长()或波数()， 表示吸收峰位置； 纵坐标：透过率(T%)或吸光度(A)， 表示吸收峰强度。
红外光谱1
C≡C
0.116
836.8
15.6
2100～2600
μ ：μ ↓，(v)↑，红外吸收信号将出现在高波数区。
注 意：
双原子分子并非理想的谐振子， 经典力学导出的波数 计算式为近似式。
原因：振动能量变化是量子化；
分子中各基团之间、化学键之间会相互影响，即分子 振动的波数与分子结构（内因）和所处的化学环境（外因）
决定峰强的因素
（1） 基频峰的强度主要取决于振动过程中 的偶极矩的变化。
偶极矩的影响因素： 原子的电负性 化学键的振动形式 分子的对称性：对称性高，峰强大 氢键的形成：变强变宽 与偶极矩大的基团共轭：增加峰强 振动耦合和费米振动：增加峰强
（2）倍频峰的强度主要取决于跃迁几率。
简正振动的数目称为振动自由度，每个振动自由度
相当于红外光谱图上一个基频吸收带。
设分子的原子数为n， 对非线型分子,理论振 动数=3n-6 如 H2O 分子，其振动 数为3×3-6=3 对线型分子，理论振 动数=3n-5 如 CO2 分子，其理论 振动数为3×3-5=4
注 意：
实际上，绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数远小
分子质心保持不变， 整体不转动，每个 原子都在其平衡位 置附近做简谐振动， 其振动频率和相位 都相同，即每个原 子都在同一瞬间通 过其平衡位置，而 且同时达到其最大 位移值。
16
伸缩振动
沿轴振动，只改变键长，不改变键角
对同一基团，不对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动。
变形振动（又称弯曲振动或变角振动）
3.2.3 吸收谱带的强度和形状
宽峰 吸收峰的形状
尖峰
肩峰 双峰
峰强的表示方法
红外光谱分析法ppt课件
（2） 吸光度的测定 1）一点法 该法不考虑背景吸收，直接从谱图中分析波数 处读取谱图纵坐标的透过率，再由公式lg1/T=A计 算吸光度。 实际上这种背景可以忽略的情况较少，因此多用 基线法。 2）基线法 通过谱带两翼透过率最大点作光谱吸收的切线， 作为该谱线的基线，则分析波数处的垂线与基线 的交点，与最高吸收峰顶点的距离为峰高，其吸 光度A=lg（I0/I）。
目前主要有两类红外光谱仪：色散型红外光谱 仪和Fourier（傅立叶）变换红外光谱仪。 1、色散型红外光谱仪： 色散型红外光谱仪的组成部件与紫外-可见分光 光度计相似，但对没一个部件的结构、所用的材料 及性能与 紫外- -可见分光光度计不同。它们的排列 顺序也略有不同，红外光谱仪的样品是放在光源和 单色器之间；而紫外- -可见分光光度计是放在单色 器之后。
3、测定未知物的结构 红外光谱法定性分析的一个重要用途。如果 未知物不是新化合物，可以通过两种方式利用标准 谱图进行查对： （1）查阅标准谱图的谱带索引，与寻找试样光谱吸 收带相同的标准谱图； 2）进行光谱解析，判断试样的可能结构，然后在由 化学分类索引查找标准谱图对照核实。 在对光谱图进行解析之前，应收集样品的有关 资料和数据。了解试样的来源、以估计其可能是哪 类化合物；测定试样的物理常数，如熔点、沸点、 溶解度、折光率等，作为定性分析的旁证
色散型红外光谱仪原理示意图：
2、Fou rier变换红外光谱仪（FTIR）
Fourier变换 红外光谱仪 没有色散元件，主要由 光源（硅碳棒、高压汞灯）、Michelson干涉仪、检 测器、计算机和记录仪组成。核心部分为Michelson 干涉仪，它将光源来的信号以干涉图的形式送往计 算机进行Fourier变换的数学处理，最后将干涉图还原 成光谱图。它与色散型红外光度计的主要区别在于 干涉仪和电子计算机两部分。
05 第五章 拉曼与近红外光谱分析
红外光谱法
现代分析进展
拉曼光谱和红外光谱区别
红外光谱
分子在振动跃迁过程中 有偶极矩的改变
拉曼光谱
分子在振动跃迁过程中 有极化率的改变
红外光谱法
现代分析进展
拉曼光谱和红外光谱可以互相补充
对于具有对称中心的分子来说，具有一互 斥规则：
对称中心有对称关系的振动，红外不可 见，拉曼可见；
对称中心无对称关系的振动，红外可见， 拉曼不可见。
年代中期，红外技术的进步和商品化更使拉曼光谱的应用 一度衰落；
1960年以后，激光技术的发展使拉曼技术得以复兴。由于 激光束的高亮度、方向性和偏振性等优点，成为拉曼光谱 的理想光源。随探测技术的改进和对被测样品要求的降低 ，目前在物理、化学、医药、工业等各个领域拉曼光谱得 到了广泛的应用，越来越受研究者的重视。
1.一些在紅外光譜中微弱吸收或強度變化的譜帶，在 拉曼光譜中可能為強譜帶，而有利於這些基團的檢測， 包括S-S、C=C、N=N、C=S、S-H等。
Image intersified CCD (ICCD)
InGaAs diode detector
Liquid N2 cooled, Ga detector
sample degradation and fluorescence
4000-50 cm-1
现代分析进展
與紅外光譜相比，拉红曼外光光谱譜法 具有下列優點：
Ground State基级
受激虚态不稳定，很快(10-8s)跃回基态
大部分能量不变，小部分产生位移。
CCl4的拉曼光谱红外光谱法
现代分析进展
Rayleigh scattering
Stocks lines
anti-Stockes lines
第五章 红外光谱分析
图614偶极子在交变电场中的作用示意图二硫化碳的振动及其极化度的变化由经典力学可导出该体系的基本振动频率计算公式式中k为化学键的力常数定义为将两原子由平衡位置伸长单位长度时的恢复力单位为ncm1单键双键和三键的力常数分别近似为510和15ncm1
第六章 红外光谱分析
掌握红外光谱分析的原理 掌握红外光谱分析的基本方法
红外光谱在化学领域中的应用
分子结构基础研究: 应用IR测定分子的键长、 键角，以此推断出分子的立体构型； 根据所得的力常数可以知道化学键的强弱， 由简正频率来计算热力学函数等。 化学组成分析：根据光谱中吸收峰的位置 和形状来推断未知物结构，依照特征吸收 峰的强度来测定混合物中各组分的含量。
１、光谱分析方法
光谱分析方法（Spectrometry）是基于电磁辐射与 物质相互作用产生的特征光谱波长与强度进行物质 分析的方法。 它涉及物质的能量状态、状态跃迁以及跃迁强度等 方面。通过物质的组成、结构及内部运动规律的研 究，可以解释光谱学的规律；通过光谱学规律的研 究，可以揭示物质的组成、结构及内部运动的规律。 光谱分析方法包括各种吸收光谱分析和发射光谱分 析法以及散射光谱（拉曼散射谱）分析法。
（一）红外吸收光谱仪
FTIR光谱仪由光学系统，电子电路，计算机数据处理、接口和显 示系统等部分组成。 光学系统由固定镜、移动镜、分束器组成的主干涉仪和激光干涉 仪、白光干涉仪、光源、检测器以及各村红外反射镜组成。 主干涉仪用于获得样品干涉图，激光干涉仪用于实现主干涉图的 等间隔取样，动镜速度和移动距离的监控。 白光干涉仪以保证每次扫描在同一过零点开始取样(近年来新型 仪器都取消了白光干涉仪，采用激光回扫相位差来确定采样初始 位置)。 电子电路的主要任务是把检测器得到的信号经放大器、滤波器处 理后送到计算机接口，再经处理后送至计算机数据处理系统。另 一功能是按键盘输入指令对于涉仪动镜运动，光源，检测器，分 束器的调整更换进行控制，以实现自动操作。 计算机通过接口与光学测量系统的电路相连，把测量的模拟信号 转变为数字信号，在计算机内进行运算处理，把计算结果输给显 示器，绘图仪及打印机。
第六章 红外光谱分析
掌握红外光谱分析的原理 掌握红外光谱分析的基本方法
红外光谱在化学领域中的应用
分子结构基础研究: 应用IR测定分子的键长、 键角，以此推断出分子的立体构型； 根据所得的力常数可以知道化学键的强弱， 由简正频率来计算热力学函数等。 化学组成分析：根据光谱中吸收峰的位置 和形状来推断未知物结构，依照特征吸收 峰的强度来测定混合物中各组分的含量。
１、光谱分析方法
光谱分析方法（Spectrometry）是基于电磁辐射与 物质相互作用产生的特征光谱波长与强度进行物质 分析的方法。 它涉及物质的能量状态、状态跃迁以及跃迁强度等 方面。通过物质的组成、结构及内部运动规律的研 究，可以解释光谱学的规律；通过光谱学规律的研 究，可以揭示物质的组成、结构及内部运动的规律。 光谱分析方法包括各种吸收光谱分析和发射光谱分 析法以及散射光谱（拉曼散射谱）分析法。
（一）红外吸收光谱仪
FTIR光谱仪由光学系统，电子电路，计算机数据处理、接口和显 示系统等部分组成。 光学系统由固定镜、移动镜、分束器组成的主干涉仪和激光干涉 仪、白光干涉仪、光源、检测器以及各村红外反射镜组成。 主干涉仪用于获得样品干涉图，激光干涉仪用于实现主干涉图的 等间隔取样，动镜速度和移动距离的监控。 白光干涉仪以保证每次扫描在同一过零点开始取样(近年来新型 仪器都取消了白光干涉仪，采用激光回扫相位差来确定采样初始 位置)。 电子电路的主要任务是把检测器得到的信号经放大器、滤波器处 理后送到计算机接口，再经处理后送至计算机数据处理系统。另 一功能是按键盘输入指令对于涉仪动镜运动，光源，检测器，分 束器的调整更换进行控制，以实现自动操作。 计算机通过接口与光学测量系统的电路相连，把测量的模拟信号 转变为数字信号，在计算机内进行运算处理，把计算结果输给显 示器，绘图仪及打印机。
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1. 化学键的极性愈大，振动时偶极矩变化愈大，吸收谱带的强度越强 C = O, SiO, C - Cl 有很强的IR吸收带 C = C, C - C, C - N 其伸缩振动吸收带很弱
2. 分子对称性愈高，振动时偶极矩变化越小，吸收谱带越弱
S (C = C) 1585 cm-1有吸收带 C = C 键全对称伸缩，在 1585 cm-1无吸收带
R-C C-R ´ s C C 2260 ~ 2190 cm-1 (w)
R-C C-R
无吸收带
9/2/2020
环境分析化学（2013-2014学年)
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环境科学与工程系
Environmental Analytical Chemistry
2. 氰基 R-C N （s C N） 非共轭 2240 ~ 2260 cm-1 共轭 2220 ~ 2230 cm-1
Environmental Analytical Chemistry
二、红外吸收光谱产生的条件
Condition of Infrared absorption spectroscopy
满足两个条件：
(1) 分子的振动频率与红外辐射的频率相同 (2) 分子振动或转动时必须有瞬间偶极矩变化
偶极矩 m = q . d
典型的特征基团有：OH 伸缩振动
（s O-H)（宽峰）
N2H，NH 伸缩振动 (s N-H)（尖峰）
COOH伸缩振动 （s O-H) （宽峰）
=C-H 伸缩振动
(s C-H)
C-H 伸缩振动
(s C-H)
(2) 2500 ~ 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区
1. 炔基 R-C C-H s C C 2140 ~ 2100 cm-1 (m)
Environmental Analytical Chemistry
波数范围： 4000 cm-1 至 400 cm-1 分辨率：0.09 cm-1
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环境分析化学（2013-2014学年)
3
环境科学与工程系
Environmental Analytical Chemistry
第一节 红外光谱吸收的基本原理
Environmental Analytical Chemistry
一、红外光谱的基团频率
Group frequency in IR
二、主要基团的特征吸收峰
Characteristic absorption peaks of most groups
三、影响峰位移的因素
Equations and basic vibration of the group in molecular
环境科学与工程系
Environmental Analytical Chemistry
9/2/2020
环境分析化学（2013-2014学年)
1
环境科学与工程系
Environmental Analytical Chemistry
9/2/2020
环境分析化学（2013-2014学年)
2
环境科学与工程系
10
环境科学与工程系
Environmental Analytical Chemistry
例题: 计算C = C键的K = 9.5 ~ 9.9 ,令其 为9.6, 计算波数值。
s=1= 1
l 2pc
k
m
= 1307
k
m
= 1307
9.6 = 1650 cm-1 12 / 2
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1。表明把双原子分子作 简谐振子，利用经典力学讨论双原子分子的振动，能基本说明分子振动 光谱的特点
问题：1. 紫外、可见光谱，红外光谱的特点及相互区别？
2. 比较 C=C，C=N，C=O 的强弱。
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环境分析化学（2013-2014学年)
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环境科学与工程系
第五章 红外吸收光谱分析
Infrared absorption spectroscopy
第二节 红外吸收光谱与分子结构
Infrared spectroscopy and molecular structure
远红外光区：主要研究气体分子的转动跃迁及晶体中的晶格振 动，特别适合研究无机化合物，该光区能量弱。
9/2/2020
环境分析化学（2013-2014学年)
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环境科学与工程系
红外光谱图：
s ( cm-1)
ห้องสมุดไป่ตู้
Environmental Analytical Chemistry
T%
λ（mm ）
纵坐标为吸收强度A或百分透射率T%， 横坐标为 波长λ ( mm ）或波数 s ( cm-1)
Environmental Analytical Chemistry
一、概述 -----1、红外吸收光谱的概念
红外光谱是当分子受到红外区域的电磁辐射后，吸收一部分红外光，使分子中原 子的振动能级与转动能级跃迁所产生的分子吸收光谱。因此，红外光谱也称红外 吸收光谱或分子振动-转动光谱
波数：波长的倒数，表示每厘米长光波中波的数目。s/cm-1=1/(l/cm)
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环境分析化学（2013-2014学年)
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环境科学与工程系
Environmental Analytical Chemistry
(二）多原子分子的振动 1．两类基本振动形式
1.伸缩振动（u)-- 键长变化，键角不变化
sas： 不对称伸缩振动 （反对称伸缩振动） ss ： 不对称伸缩振动
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环境分析化学（2013-2014学年)
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环境科学与工程系
一、红外光谱的级团频率
Group frequency in IR
Environmental Analytical Chemistry
与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键振动 频率——基团特征频率（特征峰）
例： 2800 ~ 3000 cm-1 —CH3 特征峰； 1600 ~ 1850 cm-1 — C=O 特征峰
Basic principle of Infrared absorption spectroscopy
第二节 红外吸收光谱与分子结构
Infrared spectroscopy and molecular structure
第三节 红外谱图解析
Analysis of Infrared spectrograph
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；
第四节 红外光谱的定性定量分析
Analysis and qualitative analysis of Infrared spectrograph
第五节 红外光谱仪器
Infrared absorption spectrophotometer
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环境分析化学（2013-2014学年)
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环境科学与工程系
第五章 红外吸收光谱分析
Infrared absorption spectroscopy
第一节 红外吸收光谱分析的 基本原理
Principle of IR
Environmental Analytical Chemistry
一、概述
Introduction
二、红外光谱产生的条件
Condition of Infrared absorption spectroscopy
2. 变形振动--原子垂直于价键的振动，
键长不变，键角变化
动画
w： 面外摇摆振动 t： 扭曲振动 d：剪式振动 r：面内摇摆振动
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环境分析化学（2013-2014学年)
环境科学与工程系
2. 基本振动的理论数
Environmental Analytical Chemistry
多原子分子在红外谱图上，可以出现一个以上的基频 吸收带，基频吸收带的数目等于分子振动自由度 线形分子 振动形式有3N-5 非线形分子 振动形式有3N-6 其中 N 为 分子中原子数目
三、分子振动方程和分子 中基团的振动形式
Equations and basic vibration of the group in molecular
四、红外吸收蜂强度
Intensity of infrared absorption band
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环境分析化学（2013-2014学年)
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环境科学与工程系
K - 化学键的力常数，与键能和键长有关(单位为 N·m-1)
c - 光速 (2.998×1010cm·s-1 ) M 折合原子量
m - 折合质量 m =m1m2/（m1+m2）[m1,m2是两个原子的质量(克)] 由上式可见，振动频率与力常数 k 成正比，与折合质量 m 成反比
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环境分析化学（2013-2014学年)
Environmental Analytical Chemistry
吸收峰形状的表示： 宽峰（broad band) 尖峰 (sharp band) 肩峰 (should band) 双峰 (double band)
9/2/2020
环境分析化学（2013-2014学年)
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环境科学与工程系
Environmental Analytical Chemistry
基频: n1, n2 倍频：为基频的倍数（2n1, 2n2) 合频：两个频率之和（ n1+ n2, n1+n3 ) 差频： 两个频率的差 （ n1- n2, n3-n4 ）
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