4第四章红外系讲义统概述

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仪器分析3—红外吸收光谱法

傅立叶变换红外光谱仪
样品池
红外光源
摆动的凹面镜
迈克尔逊干扰仪
参比池
摆动的凹面镜
检测器干涉图谱计算机解析还原
M1 II
同步摆动
I M2
红外谱图
BS
D
仪器组成
第五节红外光谱法应用
红外光谱法由于操作简单，分析速度快，样品用量少，不破坏样品，特征性强等优点，在有机定性分析中应用广泛。利用红外光谱可对化合物进行鉴定或结构测定。但由于吸收较复杂，在定量分析方面应用受到一定限制。
第四章红外吸收光谱分析法（IR）
Infrared Absorption Spectrometry
第一节
红外光谱基本知识
1、红外线波长范围：光学光谱区域：10nm ～1000μm；其中：10nm ～400nm为紫外光区 400nm ～760nm为可见光区， 760nm ～ 1000μm为红外光区。为表示方便，红外光不用nm（纳米）而用微米（ μm）表示其波长。
由原理图可见，红外分光光度计也主要由光源、样品吸收池、单色器、检测器、记录仪等部件构成。 1、光源:能斯特灯或硅碳棒
红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，用电加热使之发射高强度的连续红外辐射。常用的是Nernst灯或硅碳棒。 Nernst灯是用氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结而成的中空棒和实心棒。工作温度约为1700℃，在此高温下导电并发射红外线。但在室温下是非导体，因此，在工作之前要预热。它的特点是发射强度高，使用寿命长，稳定性较好。硅碳棒是由碳化硅烧结而成，工作温度在1200-1500℃ 左右。
ε>100 非常强峰(vs) 20<ε<100 强峰(s) 10<ε<20 中强峰(m) 1<ε<10 弱峰(w)

红外光谱使用原理

P40图4-6苯环取代类型的吸收峰
图4-6
3300cm-1 苯环
C-H 伸缩振动
-1 1600cm-1 1380cm 1500cm-1 异丙基两重峰
§4-3 红外吸收光谱与分子结构
一、基团的特征吸收峰——基团频率
• 组成分子的基团如：O-H、C=C、C=O等都有自己特定的红外吸收区域，分子的其它部分对其吸收位置影响较小。
• 通常把能代表某基团存在，并有较高强度的吸收峰，称为特征吸收峰，所在的频率位置称为基团频率。 • 基团频率——主要是一些伸缩振动引起的，常用于鉴定某官能团是否存在。基团不同，基团频率不同。
红外 κ﹥100 20~100 10~20 1~10 ﹤1 紫外 104~105 103~104 102~103 ﹤102

非常强较强中强弱非常弱
影响因素
（1）振动能级的跃迁概率由 0 1跃迁概率大，峰较强由 0 2 3 跃迁概率小，峰较弱（2）偶极矩的变化偶极矩变化越大，对应的峰越强一般极性基团如：O-H，C=O，N-H 峰较强非极性基团如：C-C，C=C 峰较弱

常见化合物的特征基团频率分区
4000 2500 2000 1400 400cm-1 X-H X-H伸缩振动区 O-H 3700~3100 N-H 3500~3300 C-H 3300~2700 C-H： 3000为界，3000以上为不饱和化合物的C-H—CH =CH C H ; 3000以下为饱和化合物 C-H 三键和累积双键伸缩振单键的伸缩动区振动和弯曲双键的伸缩振动区 C=C 振动区 1680~1620 X-Y ： CC C=O C-O C-N CN 1850~1600 N-O C-X C=C=C 羰基吸收峰 C-C 强度大 C=C=N X-H ：芳环 C=C C=C=O C-H O-H 1600,1580, 1500, 1450

第四章傅里叶红外光谱

4
10 ―――波数（cm-1）
―――波长 (µm)

(11)
1 2 )
4.2 润滑油的傅里叶红外光谱分析
4.2.2 红外光谱定量分析原理
分子基团对红Biblioteka 辐射的特征吸收是进行定量分析的基础
样品的吸光性通过分光计进行间接的测量
红外光照射样品后到达分光检测器的光强强度之比称为透过率，即：
子基团的特征吸收谱带也叫特征峰。吸收谱带极大值的波数位置称为特征频率。进行基团定性时，是根据基团特征吸收峰来判断基团的存在与否
(10)
4.2 润滑油的傅里叶红外光谱分析
波数是红外吸收光谱图横坐标常用的物理量之一，单位为cm-1。它是描述红外线振动特性的物理量。波数与波长的换算关系是：
式中：
(22)
4.3 在用油红外光谱参数的识别
通常表征润滑油硝化的峰位在～1630 cm-1附近；典型值则为20A·cm-1，高值＞40 A·cm-1
图为新油和深度硝化在用油的红外光谱对比（上谱线为深度硝化在用油，下谱线为新油），硝化深度的急剧增加，意味着因高温和燃烧条件恶化而生成了大量的氮氧化物
(3)
4.1 傅里叶红外光谱仪法
4.1.1 傅里叶红外光谱仪的工作原理红外光谱仪（FT-IR）主要由红外光源、吸收池、分光系统、检测系统等几部分组成检测时，从光源发出的红外光，经过迈克尔逊干涉仪变成干涉光（消除杂光），再让干涉光经过样品，到探测器，探测器检测到透过油样的红外线强度，并将其转换成与油样成分、含量相对应的电压值，然后利用计算机系统把干涉图进行数字变换，最后得到光谱图 FT－IR光谱仪的核心光学部件为迈科尔逊干涉仪，干涉仪的使用，提高了红外光谱仪的灵敏度和准确性

第4章光现象复习讲义

第四章光现象复习讲义知识点一、光的直线传播1、光源：自身能够_______的物体。

分类：①自然光源；②人造光源。

2、光的直线传播：（1）条件：光在______________介质中沿直线传播。

（2）相关现象：________________________________________________________3、光的传播速度：（1）真空中的光速：c = ___________m/s = ___________km/s（2）其他介质中的光速：空气中的光速非常接近____，水中的光速约为____，玻璃中的光速约为____。

4、光年：是_______单位，光在_________内传播的距离等于1光年。

【情景回顾】1、小孔成像：光源“烛焰”发出的无数条光沿直线进入小孔，在光屏上形成外形与光源相似但____立的亮区。

如：阳光明媚的正午，树荫下的光斑是____形的，因为它是________的像。

2、影子：光遇到不透明物体时被阻挡，在后面形成一个跟物体轮廓相似的黑暗区域。

发生日食现象是，挡在中间的是____球；发生月食现象时，挡在中间的是____球。

3、一根旗杆竖立在阳光下，从早晨到傍晚这段时间内，旗杆的影子长度的变化情况是_____________。

练习：1、太阳光透过玻璃射进屋子的过程中，光速将______________。

2、发生雷电时，我们总是先看到闪电，后听到雷声。

这是因为____________________________。

真空中的光速是宇宙中最快的速度，为___________m/s，光在其它各种介质中的速度都比在真空中___。

知识点二：光的反射1、我们能够看见不发光的物体，是因为物体表面_______的光进入我们的眼睛。

2、光的反射定律：①同平面：________________________________________________________②居两侧：________________________________________________________③角相等：________________________________________________________3、在反射现象中，光路是__________的。

第四章红外辐射源

二.黑体型辐射源的结构
低温黑体辐射源
HFY-100型主要技术指标 : ● 测温范围： 180-320K （F22热管） ● 黑体开口： Ф50mm ● 传感器： Pt100, Pt1000 ● 控温测温精度： ±0.1K ● 温度稳定性： ±0.05K/h ● 空腔轴向温度均匀性： ±0.1K(L在2/3腔长内） ● 黑体空腔有效发射率： ≥0.999 ● 用交流隔离变压器降压、分压,加热功率300W左右 ● 尺寸(mm)／重量(kg)： Ф129*400 / 4
主要用途：模拟空间冷背景、高真空的环境中，航天、星载
红外遥感仪器的定标。
中温黑体辐射源
技术参数 1）温度范围： +100℃~1000℃连续可调 2）黑体空腔开口： Ф50mm 3）温度分辨率： 0.1℃ 4) 温度稳定性: ±0.5℃/20分钟 5)温度精度: ±0.15%(满量程) 6)冷却方式: 风冷 7)空腔有效分辨率: 0.99 8)电源: 220V(±10%),50HZ 9)加热电流: 6-7A 10)使用环境温度: 0-45℃ 11)相对湿度: <85% 12)外形尺寸: 350×400×450mmW 13)重量: 约18公斤
A St
2
1
1
Fx, P0
1
A St
0
P P0
Fx,
腔孔的有效发射率为:
A St
2
1 Fx,
1
1
A St
0 0 1 0
0
1
1
A St
F x,
1
1
A St
二.角度因子
F x,
1
cosd
d sin dd
Fx, 1

第四章红外吸收光谱法3、CO的红外吸收光谱在2170cm-1处有一振动

第四章红外吸收光谱法3、CO 的红外吸收光谱在2170cm -1处有一振动吸收峰。

试求CO 键的力常数。

解：根据μπγKc 21= 则 μγπ2)2(c K = 其中2321211002.0)1612(1612)(⨯⨯+⨯=⨯+=L m m m m μ=1.14×10－23g=1.14×10－26Kg 则μγπ2)2(c K ==(2×3.14×3×108×2.17×105)2×1.14×10－26 =1905N/m=19.05N/cm答：CO 键的力常数19.05 N /cm 。

5、指出下列各种振动形式中，哪些是红外活性振动，哪些是非红外活性振动。

分子结构振动形式（1） CH 3－CH 3 γ（C －C ）（2） CH 3—CCl 3 γ（C －C ）（3） SO 2 γs ,γ（4）H 2C CH 2 (a) υ(CH)CC(b) υ(CH)CH C (c) W(CH) C HHC H H ++++(d)τ(CH) C H H C H -++-解：只有发生使偶极矩有变化的振动才能吸收红外辐射，即才是红外活性的，否则为红外非活性的。

也即只有不对称的振动形式才是红外活性的，对称的振动则为红外非活性的。

因此，上述结构中：红外活性振动有：（2）CH 3—CCl 3 γ（C －C ）（3）SO 2 γas（4）H 2C CH 2 中的(a) υ(CH)、(d)τ(CH)，（3）SO 2 γs （伸缩振动） (c) W(CH)红外非活性的有：(a) CH 3－CH 3 υ(CH) 4）H 2C CH 2 中的(b) υ(CH)6、OH 和 O是同分异构体，试分析两者红外光谱的差异。

答：由于OH中含有一个－OH 基团，因此在红外光谱中有一强吸收峰在3700～3100cm -1，且此分子中含有一个C=C 双键，因此在1680～1620cm -1也有一较弱的吸收峰。

仪器分析第四章--红外吸收光谱法

章节重点：
分子振动基本形式及自由度计算；
红外吸收的产生2个条件；
各类基团特征红外振动频率；
影响红外吸收峰位变化的因素。
第八章红外吸收光谱分析法
第三节红外分光光度计
1. 仪器类型与结构
2. 制样方法
3. 联用技术
1. 仪器类型与结构
两种类型：色散型干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）
弯曲振动：
1.4 振动自由度
多原子分子振动形式的多少用振动自由度标示。

三维空间中，每个原子都能沿x、y、z三个坐标方向独立运动，n个原子组成的分子则有3n个独立运动，再除掉三个坐标轴方向的分子平移及整体分子转动。

非线性分子振动自由度为3n-6，如H2O有3个自由度。线性分子振动自由度为3n-5，如CO2有4个自由度。
某些键的伸缩力常数：
键类型: 力常数: 峰位:源自-CC15 2062 cm-1
-C=C10 1683 cm-1
-C-C5 1190 cm-1
-C-H5.1 2920 cm-1
化学键键强越强（即键的力常数K越大），原子折合质量越小，化学键振动频率越大，吸收峰在高波数区。
1.2 非谐振子
实际上双原子分子并非理想的谐振子！随着振动量子数的增加，上下振动能级间的间隔逐渐减小！
（1）-O-H，37003100 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。
注意区分： -NH伸缩振动：3500 3300 cm-1 峰型尖锐
（2）饱和碳原子上的-C-H -CH3 2960 cm-1 2870 cm-1 反对称伸缩振动对称伸缩振动

《红外课程》课件

红外辐射是电磁波的一种，其波长在760纳米至1毫米之间，位于可见光和微波之间。
红外辐射特性
红外辐射具有与可见光类似的直线传播、反射、折射等特性，同时还有其独特的热效应。
红外辐射来源
自然界的物体都会发射红外辐射，包括人体，因此红外探测在军事、医疗、科研等领域有广泛应用。
红外探测器工作原理
详细描述
目前，新型的红外材料与器件主要集中在以下几个方面：新型红外探测器、新型红外成像系统、新型红外通信器件等。这些新型的红外材料与器件将会在性能、稳定性、可靠性等方面有更大的提升，为红外技术的应用带来更多的可能性。
红外成像系统的小型化与集成化
总结词
随着微电子技术和集成电路的不断发展，红外成像系统也在不断向小型化、集成化方向发展，这将为红外技术的应用带来更多的便利性和灵活性。
《红外课程》ppt课件
目录
• 红外技术概述 • 红外探测原理 • 红外图像处理 • 红外系统性能评估 • 红外技术应用案例 • 未来展望与研究方向
01
红外技术概述
红外技术的定义与特点
总结词
红外技术是一种利用红外波段的电磁波进行信息获取和传输的技术。它具有穿透性强、抗干扰能力强、不易被探测等特点。
总结词
2. 航空应用
3. 消防应用
4. 医疗应用
5. 科研应用
红外技术广泛应用于军事、航空、消防、医疗、科研等领域。
红外技术可用于航空遥感、气象观测、导航等方面，提高航空器的安全性和效率。
红外技术可用于火源探测、人员搜救等方面，提高消防工作的安全性和效率。
红外技术可用于医疗诊断和治疗，如红外光谱仪可用于分析人体组织成分，红外热像仪可用于检测人体温度分布异常等。

红外课件

不受溶液浓度的影响
cm-1
cm-1
分子间氢键与溶质物理状态的浓度及溶剂的性质有关
红外光谱法
不同浓度时的乙醇－不同浓度时的乙醇－四氯化碳红外光谱图
乙醇浓度增加游离二聚体多聚体
红外光谱法
振动的耦合效应
分子内有近似相同频率且位于相邻部位的振动基团彼此相互作用，分子内有近似相同频率且位于相邻部位的振动基团彼此相互作用，产生两种以上基团参加的混合振动振动耦合引起吸收频率偏离基频，一个高频移动，一个低频移动。振动耦合引起吸收频率偏离基频，一个高频移动，一个低频移动。例如，酸酐羰基有两个吸收峰是两个羰基振动耦合的结果：例如，酸酐羰基有两个吸收峰是两个羰基振动耦合的结果：
红外光谱法
双原子分子振动类似简谐振动
某些化学键的K 某些化学键的
键 K(N/cm) C-C 4.5 C=C 9.6 C≡C 15.6 C-H 5.1 O-H 7.7 N-H 6.4 C=O 12.1
键类型力常数峰位
—C≡C — > —C =C — > —C - C — ≡ 15 ∼ 17 9.5 ∼ 9.9 4.5 ∼ 5.6 1429 cm-1 2222 cm-1 1667 cm-1
红外光谱法
红外光谱法的特点
优点：优点 ⒈ 应用广泛 ●除了单原子分子及同核的双原子分子外，几乎所有的有机物都有红外吸收； ●气、液、固相均适用； ●IR法不仅可以进行物质的结构分析，还可以作定量分析，还可以通过 IR光谱计算化合物的键力常数、键长、键角等物理常数。 ⒉ IR提供的信息量大且具有特征性，被誉为“分子指纹”。 ⒊ 样品用量少，可回收，属非破坏性分析；分析速度快； ⒋ 红外光谱仪构造较简单，配套性附属仪器少，价格也较低，更易普及。缺点：缺点对某些物质不适用：如振动时无偶极矩变化的物质，左右旋光物质的IR 谱相同，不能判别，长链正烷烃类的IR谱相近似等。复杂化合物的光谱极复杂，难以作出准确的结构判断，往往需与其它方法配合。

红外光谱分析全解课堂PPT

红外分光光度计测量分辨率主要决定于狭缝的宽度，光谱狭缝宽度愈小，仪器的分辨率愈好。所以为提高仪器的分辨率，应尽可能使狭缝的宽度小。
29
图4-16是聚苯乙烯膜C—H伸缩振动吸收区分辨率与狭缝宽度的关系。由于狭缝宽不仅分辨率降低，而且谱带形状和强度也发生变化。
30
2．测量准确度指仪器记录的样品真实透过度的准确程度。影响测
由于检测器产生的信号很微小，因此，必须将信号放大，才能记录成红外光谱。
28
三、红外分光光度计的操作性能及影响因素
1．分辨率分辨率是仪器的重要性能之一，它表示仪器分开
相邻光谱波数（或波长）的能力。普通红外分光光度计的分辨率至少应为2cm-1或1cm-1，更精密的仪器，如付里叶变换光谱仪的分辨率可达到0.1cm-1，甚至更小。
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。
1
第一节红外光谱的基本原理
9
（5）谱带的划分：
10
11
高岭石{Al4[Si4O10](OH)8 }红外吸收光谱
透过率/%
80 70 60 50 40 30 20 10
0 -10
4000
3500
3000
2500
2000
波数/cm-1
1500
1000
80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 500
12
三、红外光谱产生的原理
光源单色器检测器电子放大器记录系统

第四节红外光谱法2016

3.吸收峰
★基频峰：基态第一振动激发态产生的吸收峰基频峰强度大—红外主要吸收峰 ★泛频峰：倍频峰、合频峰、差频峰泛频峰强度较弱，难辨认 ★特征峰和相关峰：
特征峰：有些官能团在某一区域出现吸收谱带，它的位
置相对恒定，不受或少受分子中其他部分的影响，这种谱带称为相应官能团的特征峰
相关峰：在化合物的红外谱图中由于某个官能团的存在
而出现的一组相互依存的特征峰，可互为相关峰
4.吸收峰的位置
★基团频率估算式：μ=1307（K/M）1/2 影响基团频率的因素： 1.内因：分子结构,如羰基（18501600） 2.外因：测试条件，如物态 ★光谱区域（1）特征区（官能团区）指纹区 4 000~1 330cm-1 1 330~400cm-1 （2）几个重要的光谱区域P185
三、傅里叶变换红外光谱仪FTIR
傅里叶变换红外光谱仪：
利用光的相干性原理而设计的红外光谱仪
1.光源：能斯特灯、硅碳棒 2.干涉仪：
3.吸收池透光窗：盐片（氯化钠、溴化钾） ★气体吸收池： ★液体吸收池：两片透光窗夹一片垫片 ★固体： 4.检测器热检测器：DTGS、LiLaO3 光检测器：锑化铟、汞镉碲 5.记录系统
3、未知物定性
（1）确定分子式（2）计算不饱和度
n3 n1 U 1 n4 2
（3）谱图解析并验证谱图解析一般先从特征区的最强谱带开始，推测未知物可能含有的基团，判断不可能含有的基团；再从指纹区的谱带进一步确认。用一组相二、基本原理三、傅里叶变换红外光谱仪四、样品的制备五、定性分析
随转动能级）跃迁而产生的，物质吸收红外
辐射应满足：（1）光辐射具有的能量与发生振动跃迁时所需的能量相等（2）振动过程中，分子必须有偶极矩的变化

仪器分析第4章红外吸收光谱法

4.2 基本原理
4.2.3 多原子分子的振动类型(P56)
伸缩振动 (υ)：键长发生变化 1.简正振动基本形式变形振动 (δ)：键角发生变化
伸缩振动（υ）
对称伸缩振动（υs）
不对称伸缩振动（υas）
变形振动（δ）
面内变形振动（β）
面外变形振动（γ）
亚甲基的各种振动形式
2. 基本振动的理论数（分子振动自由度）
4.4 试样的处理和制备
4.4 试样的处理和制备
4.4.1 红外光谱法对试样的要求（1）单一组分纯物质，纯度 > 98%；（2）样品中不含游离水；（3）要选择合适的浓度和测试厚度，使大多数吸收峰透射比处于10%～80%。
4.4 试样的处理和制备
4.4.2 制样方法 1.气体样品的制备 2.液体和溶液样品的制备 3.固体样品的制备
分子振动自由度：多原子分子的基本振动
数目，也就是基频吸收峰的数目。
基频吸收峰：分子吸收一定频率的红外光后，
其振动能级由基态跃迁到第一
激发态时所产生的吸收峰。
2. 基本振动的理论数
线型分子振动自由度 = 3N – 5(如CO2)
非线型分子振动自由度 = 3N – 6(如H2O)
图5.12 CO2分子的简正振动形式
来指导谱图解析。
基本概念
基团频率区：在4000～1300cm-1 范围内的吸收峰，有一共同特点：既每一吸收峰都和一定的官能团相对应，因此称为基团频率区。
在基团频率区，原则上每个吸收峰都可以找到归属。
基本概念
指纹区：在1300～400cm-1范围内，虽然有些吸收也对应着某些官能团，但大量吸收峰仅显示了化合物的红外特征，犹如人的指纹，故称为指纹区。

分析化学(仪器分析)第四章-仪器分析(IR)

30
第二节红外吸收基本理论
振动过程中偶极矩发生变化（△≠0）的分子振动能引起可观测的红外吸收光谱，称之为红外活性的。振动过程中偶极矩不发生变化（△=0）的分子振动不能产生红外吸收光谱，称为非红外活性的。
31
第二节红外吸收基本理论
绝大多数化合物在红外光谱图上出现的峰数远小于理论上计算的振动数，这是由如下原因引起的：（1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收；（2）相同频率的振动吸收重叠，即简并；（3）仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带很弱，仪器无法检测；（4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。
33
第二节红外吸收基本理论
(二）吸收谱带的强度
红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，红外光谱的强度与分子振动时偶极矩变化的平方成正比。偶极矩的变化与分子的极性以及分子结构的对称性，也就是固有偶极矩有关。极性较强的基团（如C=O，C-X等）吸收强度较大，极性较弱的基团（如C=C、C-C、N=N等）吸收较弱。分子的对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。
28
第二节红外吸收基本理论
在倍频峰中，二倍频峰还比较强。三倍频峰以上，因跃迁几率很小，一般都很弱，常常不能测到。除此之外，还有合频峰（1+2，21+2，），差频峰（ 1-2，21-2，）等，这些峰多数很弱，一般不容易辨认。倍频峰、合频峰和差频峰统称为泛频峰，泛频峰一般都很弱。
11
第二节红外吸收基本理论
根据Hooke定律，分子简谐振动的频率的计算公式为
12
第二节红外吸收基本理论
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Ncm -1）单键、双键和三键的力常数分别近似为 5、 1 0和15 Ncm-1；c为光速（2.9981010cm s-1），为折合质量，单位为g，且影响分子振动频率的直接原因是原子质量和化学键的力常数。

第四章红外光谱分析法

第四章红外光谱分析法§4—1红外光谱简介红外辐射泛指位于可见光和微波段之间的那一部分电磁波谱．对有机化学家最有实际用处的是只限于4000—666厘米-1(2．5-15.0微米)之间的范围．最近，对近红外区14290—4000(0.7一2.5微米)和远红外区700—200厘米-1(14.3—50微米)的兴趣正在增加．在红外光谱分析中,一个十分简单的分子也可以给出一个非常复杂的红外光谱图．有机化学家就是利用这种光谱图的复杂性，将一个未知化合物的光谱图与一个可靠的标准品的光谱图相互比较，两张光谱图中峰对峰的完全一致对于鉴定就是最好的证据．除了光学对映体外的任何两个化合物均不可能给出相同的红外光谱图．虽然，红外光谱图是整个分子的特性，但是不管分子其余部分的结构如何，结果是某一特定的原子基团总是在相同的或者几乎是相同的频率处产生吸收谱带．正是这种特征谱带的不变性使化学家可以，通过简单的观察并参考有关特征基团频率的综合图嵌来获得有用的结构信息．我们将主要依靠这些特征基团频率．由于我们并不单纯依靠红外光谱图进行鉴定，因此，并不需要对红外光谱图进行详细的分析．根据我们的总的计划，在这里将提出为达到下列目的，所必需的理论：即把红外光谱图与其它的光谱数据一起用来确定分子结构．因为大多数大学的和工业的实验室都把红外分光光度计作为有机化学家的一种常备的基本工具，在这一章中将比其它各章较详细地叙述仪器和样品制备．红外光谱法作为实用有机化学家的一种工具，从已经出版书籍的数目可以明显地看到．在这些书中，有的是全部地、有的是部分地讨论了红外光谱法的应用。

.一、红外光的表征近红外（泛频区）0.75-2.5微米；13334-4000波数中红外（基频区） 2.5 -25 微米4000-400 波数远红外（转动区）25-1000微米400-10 波数由于中红外区能最深刻地反映分子内部所进行的各种物理过程以及分子结构方面的各种特性，对于解决分子结构和化学组成各种问题最为有效。

4第四章红外吸收光谱法副本

作业题第四章红外分光光度法第一节概述填空题1、红外光区位于 ______ 光区和________ 光区之间, 波长范围为_______________ ，习惯上又可将其细分为__________ 、 _________ 和 __________ 三个光区，应用较多的是________ 光区。

2、红外谱图纵坐标一般为，横坐标一般为。

简答题：红外分光光度法的特点。

H H H Clci" 'ci D. Cl" X H4、在有机化合物的红外吸收光谱中，出现在4000 1250cm—1频率范围的可用于鉴定官能团，这一段频率范围称为（）A.指纹区B.倍频区C.特征区D.合频区5、第二节基本原理1、分子内部的运动方式有三种，即：_____ 、_____ 和 _____，相应于这三种不同的运动形式，分子具有______ 能级、______ 能级和____ 能级。

2、一般多原子分子的振动类型分为 _________ 振动和________ 振动。

3、乙烷的振动自由度是 ____________ 。

4、甲酸的振动自由度是 ____________ 。

判断题：1、对称结构分子，如H2O分子，没有红外活性。

（）2、水分子的H— O— H对称伸缩振动不产生吸收峰。

（）以上①、②、③、④四种烯的u c=c值为：A. ①为1650cm1;②为1678cm1;③为1657cm1:④ 为1781cm1B. ①为1781cm1;②为1657cm1;③为1650cm1:④ 为1678cm-1C. ①为1650cm1;②为1657cm1;③为1678cm1:④ 为1781cm1D. ①为1781cm1;②为1678cm1;③为1657cm1:④ 为1650cm-16、乙烯分子的振动自由度为：A.20B.13C.12D.6E.157、下列环烯化合物中，u C=c出现最低波数者为：A. B. C.D. E.选择题:1、试比较同一周期内下列情况的伸缩振动（不考虑费米共振与生成氢键）产生的红外吸收峰，频率最小的是（）A C-HB N-HC O-HD F-H2、已知下列单键伸缩振动中C-C C-N C-O 键力常数k/(N ?cm1) 4.5 5.8 5.0 以用W-入/ 卩m 66.46 6.85 问C-C, C-N, C-O 键振动能级之差/ E顺序为（）A C-C > C-N > C-OB C-N > C-O > C-CC C-C > C-O > C-ND C-O > C-N > C-C3、判断下列各分子的碳碳对称伸缩振动在红外光谱中哪个是非活性的（）A. CH3—CH3B. CH3- CCI3C.8、下列合物中u c=c吸收强度最大的化合物为：A.R —CH= CHB.R —CH= CH- R（顺）C.R—CH= CH- R （反）D.R 1—CH= CH— R（顺）ER —CH= CH- COR （反）9、孤立甲基的弯曲振动一般为1380cm1，异丙基中的甲基裂分为1385cm1和1375cm1，叔丁基中的甲基裂分为1395cm1和1370cm1，造成裂分的原因是：A.分子的对称性B. 振动偶合C.费米共振 D. 诱导效应U C=O出现在1870cm1至1540cm之间，它们的u c=。

仪器分析课件-4红外光谱基本原理

同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。影响其吸收峰位置的主要因素分为内部因素和外部因素。
1．内部因素
(1)电子效应：引起化学键电子分布变化的效应。 a.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-COH C=O 1730cm-1 ； R-COCl C=O 1800cm-1 ； R-COF C=O 1920cm-1 。
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因此，当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某个基团的振动频率和它一致，二者就会产生共振，此时
光的能量通过分子偶极矩的变化而传递给分子，这个基
团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁。
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。
cm -1 1 6 6 0
c. 中介效应(Mesomeric effect)：孤对电子与多重键相连产生的 p- 共轭，结果类似于共轭效应。当诱导与共轭两种效应同时存在时，振动频率的位移的程度取决于它们的净效应。
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(2)氢键效应
形成氢键使电子云密度平均化（缔合态），使体系能量下降，基团伸缩振动频率降低，其强度增加但峰形变宽。使伸缩振动频率向低波数方向移动．
分子振动和转动能级的跃迁；价电子和分子轨道上的电子在电子能级上的跃迁。
2. 研究对象不同
在振动中伴随有偶极矩变化的化合物；不饱合有机化合物特别是具有共轭体系的有机化合物。
3.可分析的试样形式不同，使用范围不同
气、液、固均可，既可定性又可定量，非破坏性分析；既可定性又可定量，有时是试样破坏性的。

第四章红外吸收

二是用于化学组成的分析
红外光谱最广泛的应用在于对物质的化学组成进行分析，用红外光谱法可以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，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。
2 红外光区的划分
习惯上按红外线波长，将红外光谱分成三个区域：（1）近红外区：0.78～2.5μm（12 820～4 000cm-1），
电磁辐射范围：射线～无线电波所有范围；相互作用方式：发射、吸收、反射、折射、散射、干涉、衍射等；光分析法在研究物质组成、结构表征、表面分析等方面具有其他方法不可区代的地位；
三个基本过程：
（1）能源提供能量；（2）能量与被测物之间的相互作用；（3）产生信号。
基本特点：
（1）所有光分析法均包含三个基本过程；（2）选择性测量，不涉及混合物分离（不同于色谱分析）；（3）涉及大量光学元器件。
电子能级间跃迁的同时，总伴随有振动和转动能级间的跃迁（图10-1所示）. 即电子光谱中总包含有振动能级和转动能级间跃迁，因而产生的谱线呈现宽谱带。所以分子光谱是一种带状光谱，它包含若干谱带系，一个谱带系含有若干谱带，同一谱带内又含有若干光谱线.
4.1 红外吸收光谱分析概述
红外吸收光谱法：
第四章
红外吸收光谱
（Infrared absorption spectroscopy, IR）
一、光分析法及其特点
optical analysis and its characteristics
光分析法：基于电磁辐射能量与待测物质相互作用后所产生的辐射信号与物质组成及结构关系所建立起来的分析方法；
主要用于研究分子中的O—H、N—H、C—H键的振动倍频与组频。

波谱分析第四章IR谱

4.3 红外吸收光谱的基团频率和特征吸收

红外吸收光谱的最大特点是具有特征性。复杂分子中存在许多原子基团，各个原子基团（化学键）在分子被激发后，都会产生特征的振动。分子的振动实质上可归结为化学键的振动，因此 IR谱的特征性与化学键振动的特征性是分不开的。通过研究大量化合物的IR谱后发现，同一类型化学键的振动频率是非常相近的，总是出现在某一范围内，因此，凡是能用于鉴定原子基团存在并有较高强度的吸收峰，称为特征吸收峰，其对应频率称为特征频率或基团频率。一个基团除了有特征峰外，往往还有相关峰，他们相互关联且相互佐证。

4.1.2红外光谱区域习惯上按红外线波长，将红外光谱分成三个区域：近红外：0.78-2.5μm（12820-4000cm-1）中红外：2.5-25μm（4000-400cm-1）远红外：25-300μm（400-33cm-1）。其中中红外区是IR谱研究的主要区域。

4.1.3红外光谱图表示法。实例说明。纵坐标：百分透过率；（T﹪）横坐标：吸收频率（cm-1）。
课堂练习
★例１．从下面的红外光谱图判断可能有什么基团存存?没有什么基团存在?

例2．一个化合物的红外光谱如图，推测其结构是Ⅰ还是Ⅱ？
Ⅰ
Ⅱ
4.3.1官能团区

1.区域Ⅰ为O-H、N-H伸缩振动区

表1：不同类型的νO-H,νN-H
波数(cm-1) 3700～3200 3700～3500 3450～3200 ～3535 3000～ 2500 3500～3300 3500～3100 3500～3300 峰的强度附注强、(特征) 在3600～3200cm-1之间有两较强、尖个吸收峰强、宽(特征) 强而宽(很特征) 弱而稍尖弱而尖在气态下可看到游离的0H 峰，一般以二聚体存在 1。胺是双蜂。 2 胺是单峰 3。胺无吸收峰伯酰胺有两个吸收峰仲酰胺只有一个峰叔酰胺无吸收峰