第五章红外光谱法
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第五章红外光谱和拉曼光谱1
OH
CO
指纹区
3650~3100 cm-1 1700 cm-1
1500~400 cm-1 吸收带多，整个分子振动转动引起的，反映整个
分子的特征。可用于鉴定两个化合物是否同一化合物。
影响特征吸收峰的结构因素
➢化学键的强度
化学键越强, 力常数 k 越大，红外吸收频率υ越 大。
CC
CC
CC
伸缩 2150cm-1 1650cm-1 1200cm-
收各种波长不同的光，形成复杂的红外光谱。
其中某些振动模式不伴随偶极变化，根据选律 没有红外光谱，而分子的对称性又致使相同频率的 振动吸收重叠(简并)，所以在复杂分子的红外光谱 中，基频的吸收数目又总小于简正振动形式个数。
理论上每个自由度在IR中可产生1个吸收峰，实际上 IR光谱中的峰数少于基本振动自由度，原因是：
产生红外光谱的原因
分子的化学键发生(弯曲或者伸缩)振动的能量 在8~50KJ/mol，正好处在红外光波的能量范围内。 常用红外光谱仪的波长为2500nm~15000nm。
产生红外光谱的特征性
两种不同分子的红外光谱不可能是一样的。 因此红外光谱可以象人们的指纹一样作为化 合物的分子指纹。
➢红外光谱图
➢理解分子的振动形式。
伸缩振动反对对称称伸伸缩缩
多原子分子的振动 弯曲振动面面外内弯弯曲曲
➢ 掌握红外吸收峰数与振动自由度的关系。 线性分子的振动自由度为35 非线性分子的振动自由度为36
➢ 简并、红外非活性振动、泛频峰、等基本概念。
相关计算
对于波长为0.9纳米的光子计算其波数,频率及能量,
λ=0.9nm=9×10-10m=9×10-8cm
偶而在红外光谱中也出现下列现象：
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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8
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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2
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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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13
（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
红外光谱法PPT教学课件
方法名称
原子发射光谱法 原子荧光光谱法 分子荧光光谱法 分子磷光光谱法 化学发光法 X射线荧光分析
激发方式
电弧、火花、等离子炬等 高强度紫外、可见光 紫外、可见光 紫外、可见光 化学能 X射线（0.01—2.5nm）
作用物质或机理
气态原子的外层电子
检测信号
紫外、可见光
气态原子的外层电子
原子荧光
分子
荧光（紫外、可见光）
分子
磷光（紫外、可见光）
分子
可见光
原子内层电子的逐出，外层能级电 子跃入空位（电子跃迁）
特征X射线（X射线荧光）
荧光光谱法
当一种吸收物质吸收电磁辐射后跃迁到高能态，它的 寿命约为10-10~10-9秒，在一般情况下，受光激发的粒子与 系统中的其它粒子有一系列碰撞并将激发能转化为热，此 为无辐射跃迁。某些情况下，被电磁辐射激发到高激发态 的粒子很快通过碰撞失去振动能到达第一电子激发态的最 低振动能级，然后发射电磁辐射回到基态。
∆E=hc/λ 所以各种粒子吸收线的波长或频率不同。因此．对吸收线波长 及强度的研究，可以提供样品的性质，结构及含量的信息。 根据吸收光谱所在的光谱区域及吸收粒子的差别，主要可分为： 紫外—可见吸收光谱法、原子吸收光谱法及红外光谱法，此外还有 核磁共振波谱法及X射线吸收光谱法。
各类吸收光谱法的主要特点
可见光
光学分析方法分类
光学分析法分为光谱法和非光谱法两类。 光谱法是电磁波与物质作时，引起分子或原子内部量子化能级跃 迁而产生发射、吸收、散射或荧光，通过检测这些光谱的特征波长 和强度来进行定性定量分析。这类方法包括：原子吸收、原子发射、 原子荧光、紫外可见、红外光谱、分子荧光、分子磷光、核磁共振 等等。 非光谱法则是通过测量电磁波与物质作用时，电磁波的某些其他 性质，如反射、折射、散射、干涉、衍射和偏振等变化而建立。这 类方法有折射法、干涉法、散射浊度法、旋光法、圆二向色性法、X 射线衍射法和电子衍射法等。
红外光谱法——精选推荐
红外光谱法第5章红外光谱法（IR ）Infrared Spectroscopy5.1 红外光谱的基本原理红外光是介于可见光与微波之间的电磁波，物质分⼦对不同波长的红外光产⽣吸收⽽得到的吸收光谱叫做红外光谱。
红外光的波长范围为0.78～1000µm ，可分为近红外区、中红外区和远红外区。
近红外区的波长范围是0.78～2.5µm （12820～4000cm -1），主要⽤于研究O —H 、N —H 、C —H 键振动的倍频及合频吸收。
中红外区的波长范围是2.5～25µm （4000～400cm -1），该区内的吸收主要是由分⼦振动能级和转动能级跃迁引起的，很多有机、⽆机化合物都能在这⼀区间内产⽣吸收峰。
远红外区的波长范围是25～1000µm （400～10cm -1），该区内的吸收主要是由分⼦的转动能级跃迁、晶体的晶格振动、某些重原⼦化学键的伸缩振动和某些基团的弯曲振动所引起的。
红外光谱在化学领域中主要⽤于研究分⼦结构，也能对化合物进⾏定性、定量分析。
根据化合物的红外谱图上的吸收峰的位置、形状、强度和数⽬可以判断化合物中是否存在某些官能团，以及各基团之间的关系，进⽽推测出未知物的分⼦结构。
但是，对于复杂分⼦的结构鉴定，仅仅有红外光谱提供的信息是不够的，还应对其紫外光谱、核磁共振谱、质谱等进⾏综合解析，并结合其理化数据的分析，才能获得准确可靠的结论。
5.1.1 红外吸收吸收峰的位置分⼦的红外光谱通常是由分⼦中各基团和化学键的振动能级及转动能级跃迁所引起的，故⼜叫振转光谱。
分⼦的振动可以⽤“⼩球弹簧模型”来模拟，即将分⼦中的原⼦看成为具有⼀定质量的⼩球，⽽将化学键想象为连结各⼩球的具有⼀定强度的弹簧，该体系处于不断地振动之中，可以将它近似地看成⽆阻尼的周期性的线性振动，即谐振动。
根据胡克(Hooke)定律，可以推导出双原⼦分⼦或基团的伸缩振动频率v 、化学键的⼒常数K 与⼆原⼦的质量之间的关系(Hz) /21µK v π= (5-1)或者)(cm /211-π=µK cv (5-2)式中，v 为振动频率（Hz ）；K 为化学键的⼒常数，单位为N ·cm -1，化学键越强，⼒常数越⼤；v 为振动的波数（cm -1），它为波长λ（cm ）的倒数，与频率成正⽐，故可表⽰频率的⼤⼩；c 为光速；µ为⼆原⼦的折合质量，若⼆原⼦的质量分别为m A g 和m B g ，则µ = m A m B / (m A +m B ) （g ）。
《红外光谱法》课件
红外光谱的应用前 景
红外光谱技术在化学、工业 和环境领域有广泛应用，将 继续发展和创新。
红外光谱技术的发 展方向
红外光谱技术将逐步提高仪 器性能、扩大应用范围，并 与其他技术紧密结合进行研 究和创新。
基础理论知识
1 振动模式
物质分子在红外辐射作用下发生的振动现象，是红外光谱分析的基础。
2 红外辐射
红外辐射是一种波长较长的电磁辐射，它与物质相互作用产生能量的吸收和发射。
3 能量吸收
红外光谱通过测量物质在不同波长的红外辐射下吸收的能量量来分析物质的组成和结构。
红外光谱仪的组成
光源
红外光谱仪中使用红外光源产生红外辐射，常 用的包括热电偶和红外光管。
样品室
样品室是放置待测物质的空间，通过样品室中 的红外辐射与物质相互作用来进行光谱分析。
分光仪
分光仪用于将红外辐射分解成不同波长的光线， 常用的接收分光仪分离出的红外光谱信号，并 转化成电信号进行检测和分析。
红外光谱的应用
1
化学分析
红外光谱在化学领域广泛应用，可用于分析物质的组成、结构和化学变化。
红外光谱法的发展趋势
红外光谱技术的研究方向
开发更高分辨率的仪器、提升信号处理和数 据分析算法、拓展红外光谱的应用范围。
未来发展趋势
红外光谱技术将在医药、生物和环境领域得 到广泛应用，与其他技术相结合推动科学研 究和工业创新。
总结
红外光谱法的意义
红外光谱法是一种重要的分 析技术，可用于物质组成和 结构分析，推动科学研究和 工业发展。
《红外光谱法》PPT课件
欢迎来到《红外光谱法》的PPT课件！本课程将深入探讨红外光谱的基本概 念、理论知识、仪器组成、应用领域以及未来发展趋势，让您全面了解这一 重要领域。
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)
第5章 红外吸收光谱法(1)
红外光谱仪
仪器类型
➢ 色散型红外光谱仪 ➢ 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）
Nicolet公司的AVATAR 360 FT-IR
色散型红外光谱仪的结构
色散型红外光谱仪的结构
光源——能斯特灯、硅碳棒 样品池——具有岩盐窗片，由NaCl，KBr，AgCl等
制成，只有AgCl片可用于水溶液。 单色器——出射狭缝到入射狭缝这一段光程中的部 件，棱镜由NaCl，KBr，LiF等晶体制成。
常见基团的红外吸收带
=C-H C-H CC C=C
O-H O-H（氢键） C=O C-C，C-N，C-O
S-H P-H N-O N-N C-F C-X
N-H
CN C=N
3500 3000 2500 2000 特征区
C-H，N-H，O-H 1500 1300 500
指纹区
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 亚甲基：
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。
任意两个相邻的能级间的能量差为：
E h h k 2
1 1 k 1370 k
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。
讲授内容: 1. 红外吸收光谱法基本原理 2. 红外光谱仪 3. 红外吸收光谱的应用
§1 红外吸收光谱法基本原理
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生： 振-转光谱
红外光谱法简介（IR) 基于物质对红外区域辐射的选择性吸收引起分子 振动能级和转动能级的跃迁而进行分析的方法,主 要用于有机化合物的成分和结构分析.
第5章 红外光谱法
四、分子中基团的基本振动形式 basic vibration of the group in molecular
1.多原子分子的振动
多原子分子由于原子数目增多，组成分子的键或基团和空间结构不 同，其振动光谱比双原子分子要复杂。但是可以把它们的振动分解 成许多简单的基本振动，即简正振动。 简正振动
简正振动的振动状态是分子质心保持不变，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。
C
H
（CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。 （CH3）2930 cm-1，2850cm-1。
五、红外光谱法的特点
化合物结构不同，红外光谱图不同 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，而红外光谱法 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）。因此， 除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之外， 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，一定不会有相同的红外光谱。
（4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。 例如，线型分子二氧化碳在理论上计算其基本振动数为 4，共有4个振动形式，在红外图谱上有4个吸收峰。但在实 际红外图谱中，只出现667 cm-1和2349 cm-1两个基频吸收峰。 这是因为对称伸缩振动偶极矩变化为零，不产生吸收，而面 内变形和面外变形振动的吸收频率完全一样，发生简并。
化时，无红外吸收。
如叔丁醇（C4H9OH）：CH3-C(CH3)2 OH的IR谱图如下所示：
有机化合物波谱解析第五章 红外与光谱2018
诱导效应(Induction effect)：取代基电负性—静电诱导—电 子分布改变—k 增加—特征频率增加（移向高波数）。
R-COR C=O 1715cm-1 ; R-COCl C=O 1800cm-1 ; F-COF C=O 1928cm-1 ;
R-COH C=O 1730cm -1 ； R-COF C=O 1920cm-1 ;
色散型红外光谱仪一
般均采用双光束。将光源发 射的红外光分成两束，一束 通过试样，另一束通过参比， 利用半圆扇形镜使试样光束 和参比光束交替通过单色器， 然后被检测器检测。当试样 光束与参比光束强度相等时， 检测器不产生交流信号；当 试样有吸收，两光束强度不 等时，检测器产生与光强差 成正比的交流信号，从而获 得吸收光谱。
化学键 H−O H−S H−N C−N H−F H−Cl H−Br H−I
波数（cm-1） 3600 2570 3400 2900 4000 2890 2650 2310
键类型 键力常数 峰位 /波数
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 高
9.5 9.9 中
4.5 5.6 较低
%as C=O 1610~1550 cm-1
红外光谱通常需在非极性溶剂中测量
二．内部结构因素 1 键力常数和成键原子质量影响
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
任意两个相邻的振动能级间的能量差为：
E h h k 2
振动吸收的波数 为1 ： 1 k 1370 k
v~ 1 1
1645cm-1 3017cm-1
1610cm-1 3040cm-1
1565cm-1 3060cm-1
5 氢键效应
R-COR C=O 1715cm-1 ; R-COCl C=O 1800cm-1 ; F-COF C=O 1928cm-1 ;
R-COH C=O 1730cm -1 ； R-COF C=O 1920cm-1 ;
色散型红外光谱仪一
般均采用双光束。将光源发 射的红外光分成两束，一束 通过试样，另一束通过参比， 利用半圆扇形镜使试样光束 和参比光束交替通过单色器， 然后被检测器检测。当试样 光束与参比光束强度相等时， 检测器不产生交流信号；当 试样有吸收，两光束强度不 等时，检测器产生与光强差 成正比的交流信号，从而获 得吸收光谱。
化学键 H−O H−S H−N C−N H−F H−Cl H−Br H−I
波数（cm-1） 3600 2570 3400 2900 4000 2890 2650 2310
键类型 键力常数 峰位 /波数
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 高
9.5 9.9 中
4.5 5.6 较低
%as C=O 1610~1550 cm-1
红外光谱通常需在非极性溶剂中测量
二．内部结构因素 1 键力常数和成键原子质量影响
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
任意两个相邻的振动能级间的能量差为：
E h h k 2
振动吸收的波数 为1 ： 1 k 1370 k
v~ 1 1
1645cm-1 3017cm-1
1610cm-1 3040cm-1
1565cm-1 3060cm-1
5 氢键效应
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
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
红外光谱法(仪器分析课件)
项目三 红外光谱法
z
目录
Contents
1 红外光谱法基本原理 2 红外光谱仪 3 红外光谱实验技术 4 红外光谱仪虚拟仿真训练 5 红外光谱法在结构分析中的应用
红外光谱法
能力目标
• 能够熟练的操作傅立叶红外光谱仪； • 能够根据样品的状态、性质选择合适
的样品处理方法； • 能够根据谱图确定常见有机化合物的
—NH2，—NH（游离） —NH2，—NH（缔合）
—SH
C—H伸缩振动
一
不饱和C—H
≡C—H（叁键） ═C—H（双键） 苯环中C—H
区
饱和C—H
域
—CH3 —CH3
—CH2
—CH2
吸收频率 （cm-1）
3650—3580 3400—3200 3500—3300 3400—3100 2600—2500
近红外、中红外、远红外区域。
概述
红外谱图的表示法
样品的红外吸收曲线称为红外吸收光谱，多用百分透射比与波数或百分透
射比与波长曲线来描述。
纵坐标为吸收强度，横坐标为波长λ （μm）和波数1/λ，单位：cm-1
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）
红外光谱法原理 红外吸收光谱产生的条件
C=O、C=C、C=N、NO2、苯环等的伸缩振动
1500~400cm-1
C－C、C－O、C－N、C－X等的伸缩振动及含氢基团的弯曲振动
• 基团特征频率区的特点和用途
• 吸收峰数目较少，但特征性强。不同化合物中的同种基团振动吸收 总是出现在一个比较窄的波数范围内。
• 主要用于确定官能团。
• 指纹区的特点和用途
振动形式
伸缩 伸缩 伸缩 伸缩 伸缩
z
目录
Contents
1 红外光谱法基本原理 2 红外光谱仪 3 红外光谱实验技术 4 红外光谱仪虚拟仿真训练 5 红外光谱法在结构分析中的应用
红外光谱法
能力目标
• 能够熟练的操作傅立叶红外光谱仪； • 能够根据样品的状态、性质选择合适
的样品处理方法； • 能够根据谱图确定常见有机化合物的
—NH2，—NH（游离） —NH2，—NH（缔合）
—SH
C—H伸缩振动
一
不饱和C—H
≡C—H（叁键） ═C—H（双键） 苯环中C—H
区
饱和C—H
域
—CH3 —CH3
—CH2
—CH2
吸收频率 （cm-1）
3650—3580 3400—3200 3500—3300 3400—3100 2600—2500
近红外、中红外、远红外区域。
概述
红外谱图的表示法
样品的红外吸收曲线称为红外吸收光谱，多用百分透射比与波数或百分透
射比与波长曲线来描述。
纵坐标为吸收强度，横坐标为波长λ （μm）和波数1/λ，单位：cm-1
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）
红外光谱法原理 红外吸收光谱产生的条件
C=O、C=C、C=N、NO2、苯环等的伸缩振动
1500~400cm-1
C－C、C－O、C－N、C－X等的伸缩振动及含氢基团的弯曲振动
• 基团特征频率区的特点和用途
• 吸收峰数目较少，但特征性强。不同化合物中的同种基团振动吸收 总是出现在一个比较窄的波数范围内。
• 主要用于确定官能团。
• 指纹区的特点和用途
振动形式
伸缩 伸缩 伸缩 伸缩 伸缩
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2
伸
1
振动能量：
Ev
(v
)h 2
v : 振 动 量 子 数 ，v 0,1,2,3
: 振动频率
基频吸收带：基态(v=0)至第一激发态(v=1)的跃迁
h a
E1
E0
(1
1 )h
2
1 h
2
h
a
a :吸收的电磁辐射频率
a
1
2
k
a
c
3) 单色器
光栅, 狭缝，准直镜
4) 检测器
热检测器：真空热电偶 热电检测器：TGS ((NH2CH2COOH)3·H2SO4) 光电导检测器：MCT (Hg-Cd-Te)
2 双光束红外分光光度计
双光束；单色器在样品池后面；扫描速率慢
二 傅里叶变换红外分光光度计
1 基本原理
迈克尔逊干涉仪示意图
振动过程中偶极矩的变化
0
0
r•q
OCO 0
C、O电负性差别大, 伸缩振动时, 偶极矩变化大
CO强 度 CC强 度 ，
O=C=O反对称伸缩振动偶极矩发生变化 红外吸收。 O=C=O对称伸缩振动偶极矩无变化 无红外吸收峰产生
振动过程中偶极矩的变化越大，吸收峰强度越大
1:2 1250 cm-1
亚甲基面外变形振动
(CH2)n
n 4 720 cm-1附近出现较稳定的弱吸收峰
正庚烷的红外光谱
H
CH3(CH2)5 C CH3 CH3
2-甲基辛烷
2）烯烃
C=C伸缩振动:1700～1600 cm-1 =C-H 伸缩振动: 3300 ～ 3095 cm-1 3080-3030 cm-1
相邻氢数 5
690 4 1，3 2
取代情况 单取代
＝C－H频率(cm-1) 770～730，710～
邻位二取代 间位二取代 对位二取代
770～735 810～750，725～680 860～780
例1：某化合物为挥发性液体，化学式为C8H14， 红外光谱如图所示，试推导其结构。
/ cm1
•c
(cm1 ) 1 k 2c
k : 化 学 键 力 常 数 ； : 原 子 的 折 合 质 量
m1 • m2 m1 m2
键力常数对振动频率的影响
键类型 k
—CC — —C =C —
15 17
9.5 9.9
2222 cm-1 1667 cm-1
—C — C — 4.5 5.6 1429 cm-1
860-800 cm-1
P235
二 影响基团频率的因素
（一）内部因素
1. 电子效应
诱导效应(I效应)
O R C R'
CO (cm1 ) 1715
O RCH
1730
O R C Cl
1800
.. O R C Cl
O RCF
1920
共轭效应I(M效应)
CO (cm1 )
O R C NH2
组成分子的原子个数
N
分子的总自由度
3N
振动自由度
线性分子 3N-5
(基频吸收带数目) 非线性分子 3N-6
分子平移示意图
线性分子转动 非线性分子转动
例：水分子的振动自由度＝3×3－6＝3
例：CO2分子的振动自由度＝3×3－5＝4
红外光谱图上的峰数≤基本振动理论数
三 影响吸收峰强度的因素
1. 吸收峰强弱的划分
（二）外部因素
物质状态 溶剂
§5-4 红外光谱仪及制样方法
一 色散型红外分光光度计
1 基本组成
1) 光源
能斯特灯 稳定, 不需用水冷却。但需预热, 机械强度差。
硅碳棒 使用波数范围较宽, 坚固, 发光面积大。电极接
触部分需用水冷却。
2) 吸收池
窗片材料: NaCl, KBr, CsI, KRS-5 (TlI58%-TlBr42%)
1-辛炔的红外光谱图
4） C=C伸缩振动: 1650～1450 cm-1
芳烃
2至4个中到强吸收峰
=C-H 伸缩振动: 3100 ～ 3000 cm-1 较弱
=C-H 变形振动: 1000～650 cm-1 强
甲苯的红外谱图
770-730 cm-1 710-690 cm-1
甲苯的红外光谱图
RCH CH2 两个强吸收峰：990和910 cm-1
R
H
CC
反式构型吸收峰：990-970 cm-1
H
R'
R
R'
CC
顺式构型吸收峰：～690 cm-1
H
H
例：苯环取代类型的确定 675 cm-1
770-730 cm-1, 710-690 cm-1 770-730 cm-1
810-750 cm-1, 725-680 cm-1
1 2 多色光干涉时域谱
2 傅里叶变换红外光谱仪优点
1)谱图的信噪比高。 2) 波长(数)精度高(0.01 ±cm-1)，重现性好。 3) 分辨率高。 4) 扫描速度快。
三 制样方法
1)气体——气体池
{ 2)液体 液膜法—难挥发液体（沸点>80C） 溶液法—液体池 常用溶剂： CCl4 ，CS2
第五章 红外光谱法
§5-1 概述
一 红外光区的划分
基频吸收带 辐射→分子振动和转动能级跃迁→红外光谱
二 红外光谱图
峰数 峰位 峰强
研究对象：振动中伴随有偶极矩变化的化合物 定性及有机化合物结构鉴定：分子的特征吸收 定量分析：特征峰强度
苯的紫外吸收光谱
§5-2 基本原理
一 双原子分子的振动
缩
1k 基本振动频率：
甲基变形振动
δs1380 cm-1 CH3 δas1460 cm-1 CH2 δs1465 cm-1
重叠
CH3 δs C—C骨385-1380cm-1 1372-1368cm-1
1155cm-1 1:1
1170cm-1
C H3 C C H3 C H3
1405-1385cm-1 1372-1365cm-1
3000 cm-1 2900-2800 cm-1
=C-H 变形振动: 1000～650 cm-1
辛烯-1的红外谱图
3）炔烃
≡C-H 伸缩振动: 3300 ～ 3200 cm-1
C≡C 伸缩振动: 2300 ～ 2100 cm-1(尖细, 弱)
端基炔烃有两个主要特征吸收峰： 一是叁键上不饱和C-H伸缩振动C-H约在3300cm1处产生一个中强的尖锐峰 二是CC伸缩振动C-C吸收峰在2140 ~2100cm1。 若CC位于碳链中间则只有C-C在2200cm-1左右 一个尖峰，强度较弱。如果在对称结构中，则该峰不出 现。
O－H: 3700-3200 cm-1 COO－H: 3600-2500 cm-1 N－H: 3500-3300 cm-1
{ C－H >3000 cm-1, 不饱和，＝C－H或≡C－H <3000 cm-1, 饱和，－C－H
2) 2500-2000 cm-1 三键和累积双键区
－C≡C－, －C≡N－:伸缩振动 C＝C＝C, C＝C＝O,: 反对称伸缩振动
解: 1） =1+8-14/2=2
2）峰归属 3）可能的结构
CH3(CH2)5C≡CH
{KBr压片法
3)固体 石蜡糊法
薄膜法
• 1、红外光谱法对样品的要求 • 红外光谱的样品可以是液体、固体或气体，
一般应要求：
• （1）样品应该是单一的纯物质。
• （2）样品中不应含有游离水。
• （3）样品中被测组分的浓度和测量厚度要 合适，使吸收强度适中，一般要使谱图中 大多数吸收峰的透射率处于15%-75%之间。
摩尔吸光系数
>100 20< <100 10< <20 1< <10
峰强度
非常强(vs) 强(s) 中强(m) 弱(w)
2. 影响吸收峰强度的因素
振动能级的跃迁几率 基态(v=0)至第一激发态(v=1)跃迁几率大， 基频吸收带较强
基态(v=0)至第二激发态(v=2)跃迁几率小， 倍频吸收带较弱
原子折合质量对振动频率的影响
键类型 C－O
k
5.0-5.8
C－N ～
C—C 4.5-5.6
>
>
1280 cm-1 1330 cm-1
1430 cm-1
二 多原子分子的振动
（一）振动的基本类型
1. 伸缩振动
亚甲基
振动时键长发生变化，键角不变。
2. 变形振动
振动时键角发生变化，键长不变。
（二）基本振动的理论数
比较谱图： 各吸收峰的位置
形状 峰的相对强度
（二） 未知物结构的测定
1 收集样品的有关资料和数据 2 确定未知物的不饱和度
1
n4
n3
2
n1
3 图谱解析
1）烷烃
3000cm-1
C-H伸缩振动
CH2 对称伸缩2853cm-1±10 CH3 对称伸缩2872cm-1±10 CH2不对称伸缩2926cm-1±10 CH3不对称伸缩2962cm-1±10
• c. 薄膜法： • 高分子试样——加热熔融——涂制或压制成膜； • 高分子试样——溶于低沸点溶剂——涂渍于盐
片——挥发除溶剂
(3)、气态样品 气态样品一般灌入气体池内
进行测定。池体一般由带有进口 管和出口管的玻璃筒组成（图）。 它的两端粘有透红外光的窗片,窗 片的材质一般是NaCI或KBr。 再用金属池架将其固定。气槽的 厚度常为100mm。分析前,先抽 真空,然后通入经过干燥的气体样 品。
伸
1
振动能量：
Ev
(v
)h 2
v : 振 动 量 子 数 ，v 0,1,2,3
: 振动频率
基频吸收带：基态(v=0)至第一激发态(v=1)的跃迁
h a
E1
E0
(1
1 )h
2
1 h
2
h
a
a :吸收的电磁辐射频率
a
1
2
k
a
c
3) 单色器
光栅, 狭缝，准直镜
4) 检测器
热检测器：真空热电偶 热电检测器：TGS ((NH2CH2COOH)3·H2SO4) 光电导检测器：MCT (Hg-Cd-Te)
2 双光束红外分光光度计
双光束；单色器在样品池后面；扫描速率慢
二 傅里叶变换红外分光光度计
1 基本原理
迈克尔逊干涉仪示意图
振动过程中偶极矩的变化
0
0
r•q
OCO 0
C、O电负性差别大, 伸缩振动时, 偶极矩变化大
CO强 度 CC强 度 ，
O=C=O反对称伸缩振动偶极矩发生变化 红外吸收。 O=C=O对称伸缩振动偶极矩无变化 无红外吸收峰产生
振动过程中偶极矩的变化越大，吸收峰强度越大
1:2 1250 cm-1
亚甲基面外变形振动
(CH2)n
n 4 720 cm-1附近出现较稳定的弱吸收峰
正庚烷的红外光谱
H
CH3(CH2)5 C CH3 CH3
2-甲基辛烷
2）烯烃
C=C伸缩振动:1700～1600 cm-1 =C-H 伸缩振动: 3300 ～ 3095 cm-1 3080-3030 cm-1
相邻氢数 5
690 4 1，3 2
取代情况 单取代
＝C－H频率(cm-1) 770～730，710～
邻位二取代 间位二取代 对位二取代
770～735 810～750，725～680 860～780
例1：某化合物为挥发性液体，化学式为C8H14， 红外光谱如图所示，试推导其结构。
/ cm1
•c
(cm1 ) 1 k 2c
k : 化 学 键 力 常 数 ； : 原 子 的 折 合 质 量
m1 • m2 m1 m2
键力常数对振动频率的影响
键类型 k
—CC — —C =C —
15 17
9.5 9.9
2222 cm-1 1667 cm-1
—C — C — 4.5 5.6 1429 cm-1
860-800 cm-1
P235
二 影响基团频率的因素
（一）内部因素
1. 电子效应
诱导效应(I效应)
O R C R'
CO (cm1 ) 1715
O RCH
1730
O R C Cl
1800
.. O R C Cl
O RCF
1920
共轭效应I(M效应)
CO (cm1 )
O R C NH2
组成分子的原子个数
N
分子的总自由度
3N
振动自由度
线性分子 3N-5
(基频吸收带数目) 非线性分子 3N-6
分子平移示意图
线性分子转动 非线性分子转动
例：水分子的振动自由度＝3×3－6＝3
例：CO2分子的振动自由度＝3×3－5＝4
红外光谱图上的峰数≤基本振动理论数
三 影响吸收峰强度的因素
1. 吸收峰强弱的划分
（二）外部因素
物质状态 溶剂
§5-4 红外光谱仪及制样方法
一 色散型红外分光光度计
1 基本组成
1) 光源
能斯特灯 稳定, 不需用水冷却。但需预热, 机械强度差。
硅碳棒 使用波数范围较宽, 坚固, 发光面积大。电极接
触部分需用水冷却。
2) 吸收池
窗片材料: NaCl, KBr, CsI, KRS-5 (TlI58%-TlBr42%)
1-辛炔的红外光谱图
4） C=C伸缩振动: 1650～1450 cm-1
芳烃
2至4个中到强吸收峰
=C-H 伸缩振动: 3100 ～ 3000 cm-1 较弱
=C-H 变形振动: 1000～650 cm-1 强
甲苯的红外谱图
770-730 cm-1 710-690 cm-1
甲苯的红外光谱图
RCH CH2 两个强吸收峰：990和910 cm-1
R
H
CC
反式构型吸收峰：990-970 cm-1
H
R'
R
R'
CC
顺式构型吸收峰：～690 cm-1
H
H
例：苯环取代类型的确定 675 cm-1
770-730 cm-1, 710-690 cm-1 770-730 cm-1
810-750 cm-1, 725-680 cm-1
1 2 多色光干涉时域谱
2 傅里叶变换红外光谱仪优点
1)谱图的信噪比高。 2) 波长(数)精度高(0.01 ±cm-1)，重现性好。 3) 分辨率高。 4) 扫描速度快。
三 制样方法
1)气体——气体池
{ 2)液体 液膜法—难挥发液体（沸点>80C） 溶液法—液体池 常用溶剂： CCl4 ，CS2
第五章 红外光谱法
§5-1 概述
一 红外光区的划分
基频吸收带 辐射→分子振动和转动能级跃迁→红外光谱
二 红外光谱图
峰数 峰位 峰强
研究对象：振动中伴随有偶极矩变化的化合物 定性及有机化合物结构鉴定：分子的特征吸收 定量分析：特征峰强度
苯的紫外吸收光谱
§5-2 基本原理
一 双原子分子的振动
缩
1k 基本振动频率：
甲基变形振动
δs1380 cm-1 CH3 δas1460 cm-1 CH2 δs1465 cm-1
重叠
CH3 δs C—C骨385-1380cm-1 1372-1368cm-1
1155cm-1 1:1
1170cm-1
C H3 C C H3 C H3
1405-1385cm-1 1372-1365cm-1
3000 cm-1 2900-2800 cm-1
=C-H 变形振动: 1000～650 cm-1
辛烯-1的红外谱图
3）炔烃
≡C-H 伸缩振动: 3300 ～ 3200 cm-1
C≡C 伸缩振动: 2300 ～ 2100 cm-1(尖细, 弱)
端基炔烃有两个主要特征吸收峰： 一是叁键上不饱和C-H伸缩振动C-H约在3300cm1处产生一个中强的尖锐峰 二是CC伸缩振动C-C吸收峰在2140 ~2100cm1。 若CC位于碳链中间则只有C-C在2200cm-1左右 一个尖峰，强度较弱。如果在对称结构中，则该峰不出 现。
O－H: 3700-3200 cm-1 COO－H: 3600-2500 cm-1 N－H: 3500-3300 cm-1
{ C－H >3000 cm-1, 不饱和，＝C－H或≡C－H <3000 cm-1, 饱和，－C－H
2) 2500-2000 cm-1 三键和累积双键区
－C≡C－, －C≡N－:伸缩振动 C＝C＝C, C＝C＝O,: 反对称伸缩振动
解: 1） =1+8-14/2=2
2）峰归属 3）可能的结构
CH3(CH2)5C≡CH
{KBr压片法
3)固体 石蜡糊法
薄膜法
• 1、红外光谱法对样品的要求 • 红外光谱的样品可以是液体、固体或气体，
一般应要求：
• （1）样品应该是单一的纯物质。
• （2）样品中不应含有游离水。
• （3）样品中被测组分的浓度和测量厚度要 合适，使吸收强度适中，一般要使谱图中 大多数吸收峰的透射率处于15%-75%之间。
摩尔吸光系数
>100 20< <100 10< <20 1< <10
峰强度
非常强(vs) 强(s) 中强(m) 弱(w)
2. 影响吸收峰强度的因素
振动能级的跃迁几率 基态(v=0)至第一激发态(v=1)跃迁几率大， 基频吸收带较强
基态(v=0)至第二激发态(v=2)跃迁几率小， 倍频吸收带较弱
原子折合质量对振动频率的影响
键类型 C－O
k
5.0-5.8
C－N ～
C—C 4.5-5.6
>
>
1280 cm-1 1330 cm-1
1430 cm-1
二 多原子分子的振动
（一）振动的基本类型
1. 伸缩振动
亚甲基
振动时键长发生变化，键角不变。
2. 变形振动
振动时键角发生变化，键长不变。
（二）基本振动的理论数
比较谱图： 各吸收峰的位置
形状 峰的相对强度
（二） 未知物结构的测定
1 收集样品的有关资料和数据 2 确定未知物的不饱和度
1
n4
n3
2
n1
3 图谱解析
1）烷烃
3000cm-1
C-H伸缩振动
CH2 对称伸缩2853cm-1±10 CH3 对称伸缩2872cm-1±10 CH2不对称伸缩2926cm-1±10 CH3不对称伸缩2962cm-1±10
• c. 薄膜法： • 高分子试样——加热熔融——涂制或压制成膜； • 高分子试样——溶于低沸点溶剂——涂渍于盐
片——挥发除溶剂
(3)、气态样品 气态样品一般灌入气体池内
进行测定。池体一般由带有进口 管和出口管的玻璃筒组成（图）。 它的两端粘有透红外光的窗片,窗 片的材质一般是NaCI或KBr。 再用金属池架将其固定。气槽的 厚度常为100mm。分析前,先抽 真空,然后通入经过干燥的气体样 品。