红外与拉曼光谱
红外线与拉曼光谱
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
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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
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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
红外光谱和拉曼光谱的异同
红外光谱和拉曼光谱的异同红外光谱和拉曼光谱是研究分子结构及组态、物质成分鉴定和结构分析的有力工具，由于具有无损伤、灵敏度高和时间短等特点，在物理、化学、生物学、矿物学、考古学和工业产品质量控制等领域中得到了广泛的应用，在物质结构分析中，极性基团如C=O,N-H及S-H 具有强的红外延伸振动，而非极性基团如C=C,C-C及S-S有强的拉曼光谱带，因此，红外光谱和拉曼光谱常常在一起，共同用于完成一个物质分子结构的完整分析。
通常，红外光谱适用于分析干燥的非水样品，拉曼光谱适合于含水的生物系统分析。
总体来说：红外光谱与拉曼光谱同属于分子振动光谱，但红外光谱是吸收光谱，拉曼光谱是散射光谱，二者机制不同，但互为补充。
红外光谱和拉曼光谱的联系和区别具体如下:(1)红外光谱常用于研究极性基团的非对称振动;拉曼光谱常用于研究非极性基团与骨架的对称振动。
红外吸收弱或无吸收的官能团在拉曼散射谱中均有强峰;反之，拉曼散射峰弱则红外吸收强。
例如，许多情况下C =C伸缩振动的拉曼谱带比相应的红外谱带较为强烈，C= O的伸缩振动的红外谱带比相应的拉曼谱带更为显著。
(2)拉曼光谱一次可以同时覆盖40-4000cm-1波数的区间，可对有机物及无机物进行分析。
若让红外光谱覆盖相同的区间则必须改变光栅、光束分离器、滤波器和检测器，(3)拉曼光谱可测水溶液，而红外光谱不适用于水溶液的测定。
(4)红外光谱解析中的定性三要素(即吸收频率、强度和峰形)对拉曼光谱解析也适用。
但拉曼光谱中还有去偏度P，通过测定P，可以确定分子的对称性。
光源红外光谱光源一、一般是黑体或者是通电碳化硅棒，黑体通常情况下是最佳的光源，原因是处在相同的温度的时候，黑体的辐射功率密度比其他热辐射红外光源都要大得多。
白炽灯泡也能被称为红外光源，有些朋友会觉得不解，白炽灯不是可见光源吗?其实不然，白炽灯可以把它75%的电能都转化成红外辐射光，因此也可以把它叫做红外光源，但因为白炽灯辐射出的红外辐射都被它外面的玻璃壳吸收掉了，所以呈现出来的红外线光并不多，所以说它是一种接近红外光线的光源。
第七章红外与拉曼光谱
5. 跨环效应 ( transannular effect, T )
通过空间发生的电子效应。
6. 氢键：使伸缩频率降低
分子内氢键：对峰位的影响大 不受浓度影响
分子间氢键：受浓度影响较大
浓度稀释，吸收峰位发生变化
由于C—D峰吸收频率的明显改变, 可用于有机物的红外分析.
例:
H ph C H S i Me 3 n -Bu Li 溶剂 Li ph H C S i Me 3 产物
~1775 cm-1 1750~1740 cm-1
1710 cm-1
1710 cm-1
例: 预测酮类化合物的吸收峰:
六环, 1710 cm-1
O
五环, 1740 cm-1
O
③酮、酯、酰胺的区分: 酮羰基: ～1710 cm-1 酯羰基: 1735—1710 cm-1 酰胺羰基: 1710—1680 cm-1
现在强的基频的大约2倍处，一般都是弱吸收带。
合频带(combination tone): 出现在2个或多个基频 频率之和或之差附近。也是弱吸收带。
倍频带与合频带统称为泛频带。
振动偶合(vibrational coupling)
费米共振(Fermi resonance)
影响振动频率的因素
外部因素
n ROH R O H H O R O H R
缔合后的羟基, 吸收频率: 3400～3200 cm-1.
ii) 分子内氢键:
氢键越强, 频率越低; 峰的强度正比于浓度.
例:
O H O H C C
(C H3)2
3200—2500 cm-1 (吸收峰很宽)
(C H3)2
② 含N—H键的化合物:
3500—3300 cm-1
红外光谱与拉曼光谱的异同点
红外光谱与拉曼光谱的异同点
作为检测物质构成的有效手段，红外光谱和拉曼光谱具有相似性和区别。
在相似之处，首先，它们都是物质分子振动光谱的重要手段之一。
红外光谱和拉曼光谱都是通过测量物质对特定频率的光吸收或散射来识别和定量化学物质。
其次，他们不仅可以用于定性分析，而且可以用于定量分析。
通过每种物质的红外光谱和拉曼光谱的独特性，可以对其进行准确鉴定。
它们也可以通过吸收或散射的光强度来测量物质的浓度。
还有，它们都可以通过在积分球中测量来进行全反射。
尽管他们有共同之处，但红外光谱和拉曼光谱之间也存在显着的差异。
比如，在分析技术上，红外光谱通常使用吸收法，而拉曼光谱使用散射法。
另一个不同点是，红外光谱更多的研究分子的振动模式，而拉曼光谱更重视的是研究分子的旋转模式。
此外，红外光谱受到水吸收的影响更大，而拉曼光谱较少受到水分影响。
在采样方面，拉曼光谱可以进行非接触式采样，而红外光谱通常需要将样品直接接触到探头。
在应用上，由于拉曼光谱对诸如配位化合物、有机化合物等物质的分析能力强，因此在化学、生物及材料科学中有着广泛的应用。
而红外光谱适用于碳氢化合物、无机化合物、有机化合物等物质的分析，在环境监测、食品安全和生物医学等诸多领域都有应用。
总的来说，尽管红外光谱和拉曼光谱在分析化学物质方面都非常有效，但它们在测量技术、影响因素、采样方式以及应用领域等方面存在着显著的异同。
红外光谱和拉曼光谱的原理
红外光谱和拉曼光谱是常用的分析技术，可以用于研究物质的结构、组成和性质。
它们基于不同的原理，下面简要介绍一下它们的工作原理：
1.红外光谱（Infrared Spectroscopy）：
红外光谱利用物质与红外辐射（波长范围通常为2.5-25微米）的相互作用来研究物质的分子结构和化学键的振动状态。
其原理基于分子吸收红外辐射时，物质中的原子核和化学键会被激发，产生特定的振动和转动。
当物质受到红外光源照射后，通过测量样品对不同波长红外光的吸收程度，可以得到红外光谱图。
红外光谱图上的峰值位置和强度提供了关于物质中的化学键种类、官能团和分子结构的信息。
2.拉曼光谱（Raman Spectroscopy）：
拉曼光谱则利用物质与激光光源相互作用时，散射光中的微小频率偏移来分析物质的结构和振动信息。
当样品受到激光照射时，其中的分子会发生拉曼散射现象，即散射光中的部分光子与物质相互作用后发生能量的频移。
这种频移对应着分子的振动和转动模式。
通过测量样品散射出来的光的频率变化，可以获取拉曼光谱图。
拉曼光谱图上的峰值位置和强度提供了关于物质所含化学键、官能团和结构的信息。
3.总结：
红外光谱和拉曼光谱都是通过物质与不同光源的相互作用来研究其结构和性质。
红外光谱利用物质对红外辐射的吸收来分析物质的化学键振动，而拉曼光谱则是通过测量散射光的频率变化来分析物质的振动信息。
两种技术在分析样品成分、鉴定物质、研究反应机理等方面都有广泛的应用。
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。
拉曼光谱和红外光谱
拉曼光谱和红外光谱拉曼光谱和红外光谱是光谱学的两个重要分支。
拉曼光谱是一种分子光谱学，它能够通过对振动分子的分析来测量它们的结构特征。
红外光谱是一种从热释放模式中获取分子结构信息的技术，它可以用来研究分子的结构特性，以及分子之间的相互作用。
拉曼光谱和红外光谱的主要原理都是利用分子的振动模式来获取分子的结构特征。
拉曼光谱的基本原理是，当分子振动时，它们会发出不同频率的能量，从而产生特定的光谱特征。
红外光谱的原理是，当分子热力学升温或热损耗时,它们会发出不同频率的红外能量，从而产生特定的红外光谱特征。
拉曼光谱和红外光谱在分子结构表征和分析中都有着重要的作用。
拉曼光谱可以用来获取分子的精细结构信息，不仅可以测定分子的化学结构，而且还可以测定其中的振动模式，用来描述分子的构型。
红外光谱可以用来获取分子的粗略结构信息，可以用来确定分子的结构特征，并给出分子的相互作用方式，从而为分子的设计和研究提供重要的参考。
拉曼光谱和红外光谱的应用的领域有很多，比如材料科学中的结构表征和分析、生物学中的细胞标志物、医学中的癌症检测、化学反应动力学和能量转化等，以及环境污染检测等等。
拉曼光谱和红外光谱均可用来研究多种不同的物质，包括气体和液体，甚至于有机物、无机物和络合物等。
拉曼光谱和红外光谱技术是一种非常重要的分子表征和分析技术，它在材料科学、生物学、化学、环境学和医学等领域有着广泛的应用。
它们的结构表征和分析技术特别重要，可以深入地研究物质的性质，为分子设计和研究奠定基础。
综上所述，拉曼光谱和红外光谱是光谱学的重要分支，它们可以用来获取分子结构特征，在材料科学、生物学、化学、环境学和医学等领域有着广泛的应用。
拉曼光谱和红外光谱分析和表征技术有助于深入研究物质的性质，为分子工程提供重要的参考。
红外和拉曼光谱课件PPT
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。
拉曼光谱跟红外光谱的区别
拉曼光谱跟红外光谱的区别
拉曼光谱和红外光谱是两种不同的光谱技术，有以下几个主要区别：
1. 基本原理：红外光谱是通过测量分子吸收红外光的能量来分析样品的功能团信息，而拉曼光谱则是通过测量样品中分子振动引起的光散射来分析样品的化学结构。
2. 分析范围：红外光谱通常适用于分析样品中的官能团、化学键类型和某些结构特征，而拉曼光谱则可以提供更详细和全面的关于样品分子振动模式和化学结构信息。
3. 样品要求：红外光谱需要样品具有一定的吸收能力，因此大多数有机化合物和无机物都可以进行红外光谱测试。
而拉曼光谱对样品的要求相对较低，可以测试几乎所有类型的样品，包括固体、液体和气体。
4. 干扰因素：红外光谱对水分和二氧化碳有较强的吸收能力，因此在测试液体或气体样品时需要特别注意这些干扰因素。
而拉曼光谱对水和二氧化碳的干扰较小。
5. 仪器配置：红外光谱需要使用红外光源和红外检测器，且样品通常需要准备成KBr片或涂布在红外透明基板上。
而拉曼光谱则需要使用激光光源和拉曼散射检测器。
总的来说，虽然红外光谱和拉曼光谱都可以用于化学分析，但它们的原理、应用范围和仪器配置等方面有着一定的区别。
在
实际应用中，选择使用哪种光谱技术取决于需要分析的样品类型和所关注的分析信息。
红外光谱和拉曼光谱的联系和区别
红外光谱和拉曼光谱的联系和区别
红外光谱和拉曼光谱的联系和区别如下：
一、联系：两者都是振动光谱。
二、区别：
1、红外光谱又叫做红外吸收光谱，它是红外光子与分子振动、转动的量子化能级共振产生吸收而产生的特征吸收光谱曲线；拉曼光谱是一种阶数更高的光子---分子相互作用，要比红外吸收光谱的强度弱很多。
2、拉曼采用的是激光激发，而红外光谱只能是红外光束。
3、拉曼光谱信号弱，而红外信号强。
4、红外是分子偶极矩变化，拉曼是分子极性变化。
5、拉曼光谱特别适合那些没有极性的对称分子的检测；红外光谱则需要分子内部有一定的极性才能产生红外光谱。
红外光谱(IR)和拉曼光谱(Raman)
第二代红外光谱仪的色散元件是衍射光栅。 第三代红外分光光度计的色散元件是迈克逊干涉仪，不用狭缝。
(3）检测器 检测器是测量红外光强度的大小并将其变为电讯号的装置。主要有真空热电偶、高莱池和热电量热计三种。
3.3.3． 傅里叶变换红外分光光度计
M2
M1 光源
M4
分束器
样品
检测器
M3
迈克逊干涉仪
FTIR不用狭缝，消除了狭缝对光谱能量的限制，使光能的利用率大大提高。 傅里叶变换红外分光光度计还具有以下特点:
(1）分辨率高，可达0.lcm-1，波数准确度高达0.0lcm-1。 (2）扫描时间短，在几十分之一秒内可扫描一次。可用于快速化学反应的追踪、研究瞬间的变化、解决气相色谱和红外的联用问题。
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）红外光谱是依据样品 吸收谱带的位置、强度、形状、个数，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。
谱带的位置(波数)由能级变化的大小确定。 谱带的位置(波数)也就是振动时吸收红外线的波数。
谱带的强度主要由两个因素决定：
一是跃迁的几率，跃迁的几率大，吸收峰也就强。 二是振动中偶极矩变化的程度。瞬间偶极矩变化越大，吸收峰越强。
跃迁的几率与振动方式有关: 基频(V0→V1)跃迁几率大，所以吸收较强； 倍频(V0→V2)虽然偶极矩变化大，但跃率几率很低，使峰强反而很弱。
红外和拉曼光谱
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；
3． 双键伸缩振动区（ 1900 1200 cm-1 ）
（1） RC=CR′ 1620 1680 cm-1 强度弱， R = R′ （对称）时，无红外活性。 （2）单核芳烃 的C=C键伸缩振动（1626 1650 cm-1 ）
酸酐的C=O
双吸收峰：1820～1750 cm-1 ，两个羰基振动偶合裂分； 线性酸酐：两吸收峰高度接近，高波数峰稍强； 环形结构：低波数峰强；
羧酸的C=O
1820～1750 cm-1 ，
氢键，二分子缔合体；
4. X－Y，X－H 变形振动区 < 1650 cm-1
指纹区 (1350 650 cm-1 ) ，较复杂。
四、红外吸收峰强度
问题：C=O 强；C=C 弱；为什么？ 吸收峰强度跃迁几率偶极矩变化 吸收峰强度 偶极矩的平方 偶极矩变化——结构对称性； 对称性差偶极矩变化大吸收峰强度大 符号：s (强)；m (中)；w (弱)
红外吸收峰强度比紫外吸收峰小2～3个数量级；
五、红外吸收光谱的特征性
特征区
七、影响峰位变化的因素
化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部 结构和外部因素影响。相同基团的特征吸收并不总在一个固 定频率上。
1．内部因素
（1）电子效应 a．诱导效应：吸电子基团使吸收峰向高频方向移动（兰移）
R-COR C=0 1715cm-1
;
R-COH C=0 1730cm -1 ；
-CH3 2960 cm-1 2870 cm-1 反对称伸缩振动 对称伸缩振动
-CH2-C-H
2930 cm-1
拉曼光谱与红外光谱
拉曼光谱Raman spectra拉曼散射的光谱。
1928年C.V.拉曼实验发现，当光穿过透明介质被分子散射的光发生频率变化，这一现象称为拉曼散射，同年稍后在苏联和法国也被观察到。
在透明介质的散射光谱中，频率与入射光频率υ0相同的成分称为瑞利散射；频率对称分布在υ0两侧的谱线或谱带υ0±υ1即为拉曼光谱，其中频率较小的成分υ0－υ1又称为斯托克斯线，频率较大的成分υ0＋υ1又称为反斯托克斯线。
靠近瑞利散射线两侧的谱线称为小拉曼光谱；远离瑞利线的两侧出现的谱线称为大拉曼光谱。
瑞利散射线的强度只有入射光强度的10-3，拉曼光谱强度大约只有瑞利线的10-3。
小拉曼光谱与分子的转动能级有关，大拉曼光谱与分子振动-转动能级有关。
拉曼光谱的理论解释是，入射光子与分子发生非弹性散射，分子吸收频率为υ0的光子，发射υ0－υ1的光子，同时分子从低能态跃迁到高能态（斯托克斯线）；分子吸收频率为υ0的光子，发射υ0＋υ1的光子，同时分子从高能态跃迁到低能态（反斯托克斯线)。
分子能级的跃迁仅涉及转动能级，发射的是小拉曼光谱；涉及到振动-转动能级，发射的是大拉曼光谱。
与分子红外光谱不同，极性分子和非极性分子都能产生拉曼光谱。
激光器的问世，提供了优质高强度单色光，有力推动了拉曼散射的研究及其应用。
拉曼光谱的应用范围遍及化学、物理学、生物学和医学等各个领域，对于纯定性分析、高度定量分析和测定分子结构都有很大价值。
（一）含义光照射到物质上发生弹性散射和非弹性散射. 弹性散射的散射光是与激发光波长相同的成分.非弹性散射的散射光有比激发光波长长的和短的成分, 统称为拉曼效应当用波长比试样粒径小得多的单色光照射气体、液体或透明试样时，大部分的光会按原来的方向透射，而一小部分则按不同的角度散射开来，产生散射光。
在垂直方向观察时，除了与原入射光有相同频率的瑞利散射外，还有一系列对称分布着若干条很弱的与入射光频率发生位移的拉曼谱线，这种现象称为拉曼效应。
红外与拉曼的区别
红外光谱与拉曼光谱的区别1）拉曼谱峰比较尖锐，识别混合物，特别是识别无机混合物要比红外光谱容易。
2）在鉴定有机化合物方面，红外光谱具有较大的优势，主要原因是红外光谱的标准数据库比拉曼光谱的丰富。
3）在鉴定无机化合物方面,拉曼光谱仪获得400cm-1以下的谱图信息要比红外光谱仪容易得多。
所以一般说来，无机化合物的拉曼光谱信息量比红外光谱的大。
4）拉曼光谱与红外光谱可以互相补充、互相佐证.。
红外光谱与拉曼光谱的比较3.1 相同点对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位移相等,均代表第一振动能级的能量。
因此，对某一给定的化合物，某些峰的红外吸收波数与拉曼位移完全相同，红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区，两者都反映分子的结构信息.3。
2 不同点（1）红外光谱的入射光及检测光均是红外光，而拉曼光谱的入射光大多数是可见光，散射光也是可见光；（2) 红外谱测定的是光的吸收,横坐标用波数或波长表示，而拉曼光谱测定的是光的散射,横坐标是拉曼位移；（3）两者的产生机理不同。
红外吸收是由于振动引起分子偶极矩或电荷分布变化产生的.拉曼散射是由于键上电子云分布产生瞬间变形引起暂时极化，是极化率的改变,产生诱导偶极，当返回基态时发生的散射.散射的同时电子云也恢复原态；（4) 红外光谱用能斯特灯、碳化硅棒或白炽线圈作光源而拉曼光谱仪用激光作光源；（5）用拉曼光谱分析时，样品不需前处理。
而用红外光谱分析样品时,样品要经过前处理，液体样品常用液膜法和液体样品常用液膜法,固体样品可用调糊法，高分子化合物常用薄膜法，体样品的测定可使用窗板间隔为2。
5—10 cm的大容量气体池;（6）红外光谱主要反映分子的官能团，而拉曼光谱主要反映分子的骨架主要用于分析生物大分子;（7）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：与对称中心有对称关系的振动，红外不可见，拉曼可见；与对称中心无对称关系的振动，红外可见，拉曼不可见。
红外光谱(IR)和拉曼光谱(Raman)
到了六十年代，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在应用。
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，这就是第三代红外分光光度计。
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。
第三章 红外光谱(IR)和拉曼光谱（Raman）
3.1引言 3.1.1红外光谱的发展
红外光谱（Infrared Spectroscopy,简称IR） 拉曼光谱（Raman）
分子光谱
两者得到的信息可以互补。
在十九世纪初就发现了红外线,到1892年有人利用岩盐棱 镜和测热幅射计(电阻温度计)测定了20多种有机化合物的 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。
到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。
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。
μ’ 为折合质量。 μ’=m1m2/（m1+m2） (m为原子质量)
原子质量用相对原子量代替:
m1=M1/N,
M1、M2为原子量，N为阿佛加德罗常数。
m2=M2/N 。
μ为折合原子量
μ=
M1 M2 M1 M2
将π、c和N的数值代入(2)式，并指定将键力常数(见p 61 表3-1)中 的105代入。
键 H-C H-C C-C C=C C≡C C-O C=O C-Cl C≡N
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cm1
例:
CH3COOC(CH3) ＝CH2
C＝O 1748 cm1, COOR 1200 cm1 C＝C 1667 cm1
O OCH3
1732cm1 1636cm1
酰胺: R－CONH2
第Ⅰ峰区
酰胺Ⅰ带
3400~3200 cm1
C＝O + δNH2 1690~1640cm1 1600~1500cm1
O
O
O
O
1716
1745
1775
1850
环己酮的红外光谱图如下：
O
环酮
环张力增加， C＝O高波数位移
醛
―CHO
C＝O
2850，2720 cm1, m or w
R―CHO： ~1730 cm1
Ph―CHO，C＝C―CHO ~1710cm1
CHO
1704cm1
O H
羧酸：
COOH ~3000 s.b
~2500 cm1
例: Ph―SH
R―SH P―H Si―H Se―H
2550 cm1
2600~2500 cm1
2450~2280 cm1 2400―2100 cm1 ~2300 cm1
SH
三、第III峰区（1900~1500
C＝O （s）
1） cm
C＝C (m or w)
一、键力常数(K)和成键原子的折合质量()的 影响
一些化学键键力常数和伸缩振动波数的近似值：
H － F 9.7, 4000 H－Cl 4.8, 2890 H－Br 4.1, 2650 H－I 2310 3.2, H－O 7.7, 3600 H－N 6.4, 3400 H － S 4.3, 2570 H － 2150 Si H－C≡ 5.9, C≡N 3300 2240 H － C ＝ 5.1, 3100 H － C － 4.8, 2900 18,
H―C≡C―CH2OH C≡C
2120 w, 尖
≡C―H 3300 s, 尖
例如:
3300 s 尖，2100 m, 与极性基团连接， 吸收强度增加。
1-正庚炔的红外光谱
C≡N
R―C≡N Ar―C≡N
2300 ~ 2200cm1
2250~2240 cm1 m 或 w 2240~2200 c m1 m 或 s 2260 cm1 m, 尖
第五节 红外光谱的四大区
I~III峰区：特征区, Ⅳ峰区： 指纹区 Ⅰ Ⅱ III Ⅳ 3650 ~ 2500 ~ 1900 ~ 1500 ~ 600 cm1
3650 ~ 2500 ~ 1900 ~ 1500 ~ 600 cm1 O―H C≡C C＝O C―O
N－H
C―H ≡C―H ＝C ―H ―C ―H
1622 cm 1 ， δN－H + 环呼吸
NH2
四、第Ⅳ峰区： 1500~650 cm-1（指纹区）
C＝C 烯烃
1660~1500 ＝C－H
m or w 3100~3000cm1
C＝C
苯环
1660~1600cm1
1600±20cm-1， 1500±20cm1 2~3 条谱带
O OCH3
1732cm1 1636cm1
硝基化合物（－NO2）
1600~1300 cm1，双峰s.b
如： CH3CH2CH2CN C≡N
p-ClPhC≡N
C≡N 2217 cm1 s, 尖
苯氰的红外光谱
X＝Y＝Z
例：O＝C＝O 2349cm-1 s 1508cm-1 s CS2的IR谱图如下： S＝C＝S
>C＝C＝C< as 2100~1950cm1 m
s ~1070 cm1 w
E总= Et + Ev + Er + Ee
双原子分子能级示意图
第二节 红外光谱基本原理
谐振子的振动频率
根据Hooke定律, 谐振子的振动频率 是键力
常数k和原子折合质量 的函数，
m1 m2 m1 m2
=
k
1 2
k
波数(cm–1)
=
1 2c
双原子分子的振动 经典力学的谐振子模型研究
由度，2个转动，4个振动自由度)。
非线形三原子分子的三个平动自由度:
Z
Z
Z
X Y Y
X Y
X
非线形三原子分子的三个转动自由度:
Z
Z
Z
X Y Y
X Y
X
线型三原子分子的两个转动自由度:
Z
Z
X Y Y
X
由N个原子组成的非线形分子，共有 (3N – 6) 个
振动自由度。如水分子，硫化氢分子，有3个振动自
共轭效应 (Conjugation effect, C)：共轭效应通过 π-键电子传递，导致双键的极性增强，双键性降
低。有π-π共轭和 p-π共轭。
三、场效应（Field effect, F)
原子或基团间不是通过化学键，而是它们的
静电场通过空间相互作用。
O O O
Br Br
1725cm 1
1730cm 1
(注意：2850cm1谱带可能作为强的饱和C―H伸
缩振动的肩峰，若出现2720峰，结合νC＝O相关
峰, 可判断―CHO基存在。)
苯甲醛的IR谱如下：
二、第II峰区（2500~1900）
C≡C、C≡N
X＝Y＝Z
B―H、S―H、Si―H、P―H
C≡C 2300~2100cm1
R―C≡C―R R―C≡C―H 对称 △µ =0
1596 cm -1
CO2分子的振动：
as
2348 cm -
1
s
1388 cm -1
+
667cm -1
+
667cm -1
红外光谱谱带
as(反对称伸缩振动)>s(对称伸缩振动)>(弯曲振动);
(面内弯曲振动)> (面外弯曲振动)
基频带
倍频带 Over tone
组合频带 Combination tone
x1
r re
x2
双原子分子振动时原子的位移
选律
红外活性振动：在振动过程中，只有偶极矩发生
改变的振动 （△μ≠ 0），才是红外活性振动。
对称伸缩振动
反对称伸缩振动 弯曲振动
2. 理论振动数
振动自由度
1个质点，三维坐标，3个平动自由度。 双原子分子：6个自由度（3个平动自由度，2个转动，1 个振动）。 三原子分子： 非线型三原子分子（H2O）, 9个自由度（3个平动自由度， 3个转动，3个振动）。 线型三原子分子（CO2, SO2）, 9 个自由度（3个平动自
1742cm 1
四、空间效应
空间效应：环张力和空间位阻的影响
H2C CH2 CH2
1650
O
1660
O
1680
O O
1716
1745
1775
1850
五、跨环效应(Transannular effect)
跨环效应也是通过空间发生的电子效应
N .. O
N
+
HClO4
N
+
CO4
O
HO
1675 波数
酰胺Ⅱ带 δNH2 + C－N
酰胺Ⅲ带
C－N
1300~1200cm1
CH3OCH2CONH2的红外光谱图如下：
酸酐：
开链酸酐 as ~1850cm1 s s ~1780cm1 s– 开链酸酐 环酸酐 ~1830cm1 s– ~1770cm1 s 环酸酐
O O O
柠康酐 1844, 1768cm1
N＝O (s) δN―H (m or w)
羰基化合物
C＝O 均为强吸收 诱导效应导致C＝O双键性增强， C＝O高波数位移 π-π共轭导致C＝O双键性降低， C＝O低波数位移
酮:
R―CO―R ~1715 cm1，
R―CO―Ph ~1690 cm1
环酮:
环张力增加， C＝O高波数位移
红外与拉曼光谱
(Infrared and Raman Spectra, IR and Raman)
第一节
红外光谱概述
分子运动能
分子电子能级（S0, S1, S2, ….）
分子振动能级（V0 , V1 , V2….）
分子转动能级（J0 , J1 , J2….）
分子运动能：平动、振动、转动、电子运动
νas 1600~1500 cm1 νs 例： 1390~1300 cm1 1536, 1348cm1
p-NO2PhCHO
p-NO2PhC≡CCOOH
1528, 1347cm 1
NO2
δN－H
－NH2 1640~1560cm 1
>NH 1580~1490cm 1
例如：o-CH3PhNH2
C≡N
X＝Y＝Z Si―H B ―H P―H
N＝O
C＝C δNH2
C―N
C―C C―X 各类δ
一、第I峰区
3650 ~ 3100 ~ 3000 ~ 2500 cm1
O―H N―H ＝C―H ―C―H
≡C―H
O―H (醇、酚、羧酸类化合物)
醇与酚：O―H 游离: 缔合： ~3600 cm1 ~3300 cm1 宽
CN
饱和C―H： CH3 , CH2 , CH
as s
2960~2900cm1， 2870~2850cm1
醛氢(―CHO）:
C―H ~2850cm1 m, ~2720 cm1 w C―H 与δC―H（~1390）的倍频的Fermi共振