分析光谱分析法之——红外吸收光谱法.
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第四章 分子光谱分析法
之三、红外吸收光谱法
基本原理 傅立叶变换红外光谱仪
红外图谱的解析及应用
1
学习目的与要求
掌握红光吸收光谱产生的条件* 理解泛频、分子振动自由度、不饱和度的概念 了解基团特征频率的波数区域 掌握光谱解析的步骤和方法*# 掌握红外光谱峰位的影响因素* 了解傅立叶红外光谱的测量原理 了解红外光谱的应用范围
3 3
2. C-H弯曲振动
~ 2926cm （强） ~ 2853cm （强） 1 CH ~ 2870cm （中强，易淹没）
as CH 2 1 s CH 2 1
as CH 3
s 1 ~ 1375 cm （中 强） ~ 1460cm （中） CH 3
1
CH 2
1 ~ 720 cm (n 4) ~ 1465 20cm （中） CH 2
as CH
3100 ~ 3000cm （弱 中强）
1
1 CH 1000 ~ 650cm （强）
2．C=C骨架振动
C C ~ 1660 ~ 1630cm （弱 不定）
1
20
烯烃
（面外）
1 CH 1010 ~ 650cm（强）
990和910两个峰
890
21
970
•
•
吸收峰数少于振动自由度的原因： 发生了简并——即振动频率相同的峰重叠 红外非活性振动
14
示例
水分子——非线性分子
F 3 3 6 3
15
二、基团特征频率
叁键和累积 双键区
双键区 氢键 区
OH、NH、CH等的弯曲振 动
特征谱带区（官能团区）4000~1500cm-1
1500~400cm-1，指纹区
11
问题
1、一个分子（n个原子）到底一共有多少振动？ 2、每个基团的各个振动峰的峰位如何？ 3、基团峰位受哪些因素影响？
第一节 基本原理
一、振动的自由度 二、基团特征频率 三、影响因素
12
一、振动的自由度
指分子独立的振动数目，或基本的振动数目
N 个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度 , 分子有3N个运动自由度。
mC-C(1430cm-1)<mC-N(1330cm-1)<mC-O(1280cm-1)
伸缩振动力常数大于弯曲振动力常数
6
2.
（回 顾）
弯曲振动（变形振动，变角振动） s 对称收缩 as 反对称收缩 面外变形振动 ( 面外摇摆 面外扭曲 ) 7 面内变形振动 ( 面内摇摆 面内剪式 )
3、红外吸收光谱产生的条件(回顾)
满足两个条件：
(1) 辐射应具有能满足物质产生振动跃迁
所需的能量；
(2)辐射与物质间有相互偶合作用。
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。 非对称分子：有偶极矩，红外活性。
8
9
10
可用峰位, 峰形，峰强来描述。
定性：基团的特征吸收频率； 定量：特征峰的强度； 应用：有机化合物的结构解析。
分子振动自由度 3N 分子（平动自由度 转动自由度）
非线性分子： F 3N 6
• • •
线性分子： F 3N 5
注： 振动自由度反映吸收峰数量 并非每个振动都产生基频峰 吸收峰数常少于振动自由度数
13
示例 CO2分子 ——线性分子
F 3 3 5 4
1
3. C-C骨架振动
1 C C 1250 ~ 1150cm （弱 中）
18
as CH 2960 3
as CH 2
2925
as CH 1460 3
s CH 3
2870
s CH 2
2850 CH 2 1465
s CH 3
1390
CH 723
2
庚烷
19
烯烃 1．C-H振动
aΒιβλιοθήκη Baidu CH 3
2960
as CH 2
2925
as CH 3
1460
s s CH 2 1465 2850 CH 2870 CH 2 3
倍频
红外光谱 (0.75~1000m)
中红外(振动区) (2.5~25 m)
4000~400/cm-1
分子振动转动 （常用区）
远红外(转动区) (25-1000 m)
400~10/cm-1
分子转动
分区及波长范围
跃迁类型
4
基频峰与泛频峰
基频峰：分子从基态跃迁至第一振动激发态产生的 吸收峰 （即υ=0 → 1产生的峰）
1.双原子分子振动频率（回顾）
( 频率 )
1 2 k
.......... ....... 或 ( 波数 )
1 2c
k
m1 m2 m1 m2
k为化学键的力常数（N/cm = mdyn/Å），为双原子折合质量
k大，化学键的振动波数高，如 kCC(2222cm-1)>kC=C(1667cm-1)>kC-C(1429cm-1) 质量m大，化学键的振动波数低，如
倍频峰：分子从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动 激发态等高能态（即υ=0→ υ=2，3- - -产生的峰） 泛 频 峰 倍频峰 二倍频峰（υ=0→υ=2） 三倍频峰（υ=0→υ=3）
2 L 2 3 L 3
合频峰 L 1 2 差频峰（即υ=1→υ=2，3- - -产生的峰） L 1 2 注：泛频峰强度较弱，难辨认→却增加了光谱特征性5
16
基团特征频率
（一）脂肪烃类化合物 （二）芳香族化合物
► （三）含氧类化合物 ► （四）含氮化合物 ► (五) 含卤素的化合物 ► （六）无机化合物中的盐类 ►
17
（一）脂肪烃类化合物
1 （饱和） 3000 ~ 2750 cm （强） 烷烃 1. C-H伸缩振动 C H as 1 s 1 CH ~ 2962cm (很强） CH ~ 2872cm （很强）
2
参考书目
中西香尔(美) 等，红外光谱分析100例，北京 -科学出版社，1984.08 杨南如，无机非金属材料测试方法，武汉工 业大学出版社，1990 翁诗甫，傅立叶变换红外光谱仪，化学工业 出版社，北京，2005年
3
红外光区划分(回顾)
近红外(泛 频） (0.75~2.5 m)
13158~4000/cm-1
之三、红外吸收光谱法
基本原理 傅立叶变换红外光谱仪
红外图谱的解析及应用
1
学习目的与要求
掌握红光吸收光谱产生的条件* 理解泛频、分子振动自由度、不饱和度的概念 了解基团特征频率的波数区域 掌握光谱解析的步骤和方法*# 掌握红外光谱峰位的影响因素* 了解傅立叶红外光谱的测量原理 了解红外光谱的应用范围
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2. C-H弯曲振动
~ 2926cm （强） ~ 2853cm （强） 1 CH ~ 2870cm （中强，易淹没）
as CH 2 1 s CH 2 1
as CH 3
s 1 ~ 1375 cm （中 强） ~ 1460cm （中） CH 3
1
CH 2
1 ~ 720 cm (n 4) ~ 1465 20cm （中） CH 2
as CH
3100 ~ 3000cm （弱 中强）
1
1 CH 1000 ~ 650cm （强）
2．C=C骨架振动
C C ~ 1660 ~ 1630cm （弱 不定）
1
20
烯烃
（面外）
1 CH 1010 ~ 650cm（强）
990和910两个峰
890
21
970
•
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吸收峰数少于振动自由度的原因： 发生了简并——即振动频率相同的峰重叠 红外非活性振动
14
示例
水分子——非线性分子
F 3 3 6 3
15
二、基团特征频率
叁键和累积 双键区
双键区 氢键 区
OH、NH、CH等的弯曲振 动
特征谱带区（官能团区）4000~1500cm-1
1500~400cm-1，指纹区
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问题
1、一个分子（n个原子）到底一共有多少振动？ 2、每个基团的各个振动峰的峰位如何？ 3、基团峰位受哪些因素影响？
第一节 基本原理
一、振动的自由度 二、基团特征频率 三、影响因素
12
一、振动的自由度
指分子独立的振动数目，或基本的振动数目
N 个原子组成分子，每个原子在空间具三个自由度 , 分子有3N个运动自由度。
mC-C(1430cm-1)<mC-N(1330cm-1)<mC-O(1280cm-1)
伸缩振动力常数大于弯曲振动力常数
6
2.
（回 顾）
弯曲振动（变形振动，变角振动） s 对称收缩 as 反对称收缩 面外变形振动 ( 面外摇摆 面外扭曲 ) 7 面内变形振动 ( 面内摇摆 面内剪式 )
3、红外吸收光谱产生的条件(回顾)
满足两个条件：
(1) 辐射应具有能满足物质产生振动跃迁
所需的能量；
(2)辐射与物质间有相互偶合作用。
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。 非对称分子：有偶极矩，红外活性。
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10
可用峰位, 峰形，峰强来描述。
定性：基团的特征吸收频率； 定量：特征峰的强度； 应用：有机化合物的结构解析。
分子振动自由度 3N 分子（平动自由度 转动自由度）
非线性分子： F 3N 6
• • •
线性分子： F 3N 5
注： 振动自由度反映吸收峰数量 并非每个振动都产生基频峰 吸收峰数常少于振动自由度数
13
示例 CO2分子 ——线性分子
F 3 3 5 4
1
3. C-C骨架振动
1 C C 1250 ~ 1150cm （弱 中）
18
as CH 2960 3
as CH 2
2925
as CH 1460 3
s CH 3
2870
s CH 2
2850 CH 2 1465
s CH 3
1390
CH 723
2
庚烷
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烯烃 1．C-H振动
aΒιβλιοθήκη Baidu CH 3
2960
as CH 2
2925
as CH 3
1460
s s CH 2 1465 2850 CH 2870 CH 2 3
倍频
红外光谱 (0.75~1000m)
中红外(振动区) (2.5~25 m)
4000~400/cm-1
分子振动转动 （常用区）
远红外(转动区) (25-1000 m)
400~10/cm-1
分子转动
分区及波长范围
跃迁类型
4
基频峰与泛频峰
基频峰：分子从基态跃迁至第一振动激发态产生的 吸收峰 （即υ=0 → 1产生的峰）
1.双原子分子振动频率（回顾）
( 频率 )
1 2 k
.......... ....... 或 ( 波数 )
1 2c
k
m1 m2 m1 m2
k为化学键的力常数（N/cm = mdyn/Å），为双原子折合质量
k大，化学键的振动波数高，如 kCC(2222cm-1)>kC=C(1667cm-1)>kC-C(1429cm-1) 质量m大，化学键的振动波数低，如
倍频峰：分子从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动 激发态等高能态（即υ=0→ υ=2，3- - -产生的峰） 泛 频 峰 倍频峰 二倍频峰（υ=0→υ=2） 三倍频峰（υ=0→υ=3）
2 L 2 3 L 3
合频峰 L 1 2 差频峰（即υ=1→υ=2，3- - -产生的峰） L 1 2 注：泛频峰强度较弱，难辨认→却增加了光谱特征性5
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基团特征频率
（一）脂肪烃类化合物 （二）芳香族化合物
► （三）含氧类化合物 ► （四）含氮化合物 ► (五) 含卤素的化合物 ► （六）无机化合物中的盐类 ►
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（一）脂肪烃类化合物
1 （饱和） 3000 ~ 2750 cm （强） 烷烃 1. C-H伸缩振动 C H as 1 s 1 CH ~ 2962cm (很强） CH ~ 2872cm （很强）
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参考书目
中西香尔(美) 等，红外光谱分析100例，北京 -科学出版社，1984.08 杨南如，无机非金属材料测试方法，武汉工 业大学出版社，1990 翁诗甫，傅立叶变换红外光谱仪，化学工业 出版社，北京，2005年
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红外光区划分(回顾)
近红外(泛 频） (0.75~2.5 m)
13158~4000/cm-1