波谱分析课件红外光谱优秀课件
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IR 光谱又称分子振转光谱。
红外光谱的发展历史
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，并且测得大量 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。
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(FTIR)投入了使用，这就是第三代红外分光光度计。
且电磁波的频率（波数）与谐振子的振动频 率（波数）相等是产生红外吸收光谱的必要条 件：
` `
基本术语
光谱选律
在光谱中，体系由能级 E 跃迁到能级 E’要服从 一定的规则，这些规则叫做光谱选律。不同的光谱， 其选律不同。
主要用于研究分子的纯转动能级的跃迁和晶体的 晶格振动。
振动频率
以双原子为例，在双原子作伸缩振动时，可以 将其视为一个简单的谐振子。根据经典力学原理， 简谐振动遵循胡克定律：
m1
m2
1 K 2 m
式中： ν ----振动频率 K ----化学键的力常数（N·m-1）
对于双原子分子来讲，可 用折合质量 μ（Kg）代替 m：
横坐标：波数( v )400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。
纵坐标：透过率（T %），表示吸收强度。 T↓，表明吸收的越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带。
7
23 红外光区（0.78 ~ 300μm）的划分： 按波长分为三个区： 近红外区（泛频区）
λ：0.78 ~ 2 μm
Baidu Nhomakorabea
：12820 ~ 5000 cm-1
禁阻跃迁：如果两个能级间的跃迁根据选律是不 可能的。跃迁概率小，吸收强度很弱甚至观察不到。
振动能级跃迁与红外吸收光谱
两个相邻振动能级间的能量差ΔEV可由下式确定：
E VE (V1)E Vhhc
当光子的能量hν`与振子的跃迁能相等，即：
h`hc ` E Vhhc
时，光子有可能被谐振子吸收，振子由低能级跃迁 到高能级态，同时产生吸收谱带。
C-H伸缩振动在 ~3000cm-1， O-H伸缩振动 在3000~3600cm-1 ， N-H伸缩振动在 ~3300cm-1
c.与碳原子成键的其他原子，随其原子质量的递增， 折合质量也递增，导致红外波数递减；
d. 弯曲振动比伸缩振动容易，弯曲振动的 K 均 较小，故其吸收在低波数区。
例如：C-H伸缩振动吸收位于 ~3000cm-1，而弯 曲振动吸收位于 ~1340cm-1。
M
例：已知cc、C=C和C-C 键的伸缩振动力常
数分别为1650N·s-1、960N·s-1和450N·s-1，求它们
的伸缩振动波数。
解：
M12126 1212
cc13.301650 21c6m 0 1
6
cc13.3096016c4m 8 1
6
cc13.3045011c2m 8 1
6
由上面的公式可以得出以下结论：
波谱分析课件红外 光谱
引言
红外光谱（infrared spectroscopy, IR）是研 究分子运动的吸收光谱，亦称为分子光谱。 通常 IR 指波长 2~25μm 之间的吸收光谱，这 段波长范围反映出分子中原子间的振动和变 角运动。
尽管转动所涉及的能量变化较小，处于 远红外区，但转动影响到振动产生偶极矩的 变化，因而在红外光谱区实际所测得的谱图 是分子的振动与转动的加合表现。
e．不对称伸缩振动对分子偶极的改变比对称伸 缩振动大，所以 νas 吸收带出现在较高的波数区， 且吸收强度高。
振动能级
根据量子力学，谐振子的能量是量子化的，其能
量由下式确定：
EV(V1 2)h(V1 2)2h
K
式中 V---振动量子数，其值为0，1，2，3… E0为振动基态；
E1为第一振动激发态； E2为第二振动激发态；余此类推。
双原子分子实际势能随核间距离的增大而增大。 按非谐振子的势能函数求解薛氏方程，体系振动：
E V(V1 2)h (V1 2)2h … …
光谱选律：原子和分子与电磁波相互作用，从一 个能量状态跃迁到另一个能量状态要服从一定的规 律。
允许跃迁：如果两个能级间的跃迁根据选律是可 能的。跃迁概率大，吸收强度大。
1 K 2
1 K 2c
式中：
m1m2
m1 m2
因为
mi
Mi 10 3 N A
式中：Mi--- i 原子的摩尔质量，g
式中
NA---阿伏加德罗常数（6.02×1023mol-1）
M 10 3 N A
M M1 M2 M1 M2
则：
3.9061012 K(s1)
M
130.3 K(cm1)
a.分子的折合质量越小，振动频率越高； b.化学键的力常数越大，振动频率越高。
由这两条结论我们可以得到以下规律： a.力常数与化学键的键能成正比，质量接近的基团， 力常数有以下规律：
K叁键 > K双键 > K单键
IR 吸收频率：
cc cc cc
b.与氢原子相连的化学键的折合质量都小，红外吸收 在高波数区；
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。
第一节 IR 的基本原理
一、红外吸收光谱
13 当用一束具有连续波长红外光照射物质时，该物 质的分子就会吸收一定波长的红外光的光能，并转 化为分子的振动能量和转动能量。如果以波长或波 数为横坐标，以百分吸收率或透过率为纵坐标，把 这谱带记录下来，就得到该物质的红外吸收光谱图。
主要用于研究 O-H、N-H 和 C-H 键的倍频吸收和 组合频吸收，此区域的吸收峰的强度一般比较弱。
中红外区（基频区）
λ：2 ~ 25 μm
：5000 ~4 00 cm-1
主要研究分子的振转能级的跃迁。绝大多数有机
化合物和无机化合物的基频吸收都落在这一区域。
远红外区
λ：25 ~ 300 μm
：400 ~ 33 cm-1
红外光谱的发展历史
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，并且测得大量 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。
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(FTIR)投入了使用，这就是第三代红外分光光度计。
且电磁波的频率（波数）与谐振子的振动频 率（波数）相等是产生红外吸收光谱的必要条 件：
` `
基本术语
光谱选律
在光谱中，体系由能级 E 跃迁到能级 E’要服从 一定的规则，这些规则叫做光谱选律。不同的光谱， 其选律不同。
主要用于研究分子的纯转动能级的跃迁和晶体的 晶格振动。
振动频率
以双原子为例，在双原子作伸缩振动时，可以 将其视为一个简单的谐振子。根据经典力学原理， 简谐振动遵循胡克定律：
m1
m2
1 K 2 m
式中： ν ----振动频率 K ----化学键的力常数（N·m-1）
对于双原子分子来讲，可 用折合质量 μ（Kg）代替 m：
横坐标：波数( v )400～4000 cm-1；表示吸收峰的位置。
纵坐标：透过率（T %），表示吸收强度。 T↓，表明吸收的越好，故曲线低谷表示是一个好的吸收带。
7
23 红外光区（0.78 ~ 300μm）的划分： 按波长分为三个区： 近红外区（泛频区）
λ：0.78 ~ 2 μm
Baidu Nhomakorabea
：12820 ~ 5000 cm-1
禁阻跃迁：如果两个能级间的跃迁根据选律是不 可能的。跃迁概率小，吸收强度很弱甚至观察不到。
振动能级跃迁与红外吸收光谱
两个相邻振动能级间的能量差ΔEV可由下式确定：
E VE (V1)E Vhhc
当光子的能量hν`与振子的跃迁能相等，即：
h`hc ` E Vhhc
时，光子有可能被谐振子吸收，振子由低能级跃迁 到高能级态，同时产生吸收谱带。
C-H伸缩振动在 ~3000cm-1， O-H伸缩振动 在3000~3600cm-1 ， N-H伸缩振动在 ~3300cm-1
c.与碳原子成键的其他原子，随其原子质量的递增， 折合质量也递增，导致红外波数递减；
d. 弯曲振动比伸缩振动容易，弯曲振动的 K 均 较小，故其吸收在低波数区。
例如：C-H伸缩振动吸收位于 ~3000cm-1，而弯 曲振动吸收位于 ~1340cm-1。
M
例：已知cc、C=C和C-C 键的伸缩振动力常
数分别为1650N·s-1、960N·s-1和450N·s-1，求它们
的伸缩振动波数。
解：
M12126 1212
cc13.301650 21c6m 0 1
6
cc13.3096016c4m 8 1
6
cc13.3045011c2m 8 1
6
由上面的公式可以得出以下结论：
波谱分析课件红外 光谱
引言
红外光谱（infrared spectroscopy, IR）是研 究分子运动的吸收光谱，亦称为分子光谱。 通常 IR 指波长 2~25μm 之间的吸收光谱，这 段波长范围反映出分子中原子间的振动和变 角运动。
尽管转动所涉及的能量变化较小，处于 远红外区，但转动影响到振动产生偶极矩的 变化，因而在红外光谱区实际所测得的谱图 是分子的振动与转动的加合表现。
e．不对称伸缩振动对分子偶极的改变比对称伸 缩振动大，所以 νas 吸收带出现在较高的波数区， 且吸收强度高。
振动能级
根据量子力学，谐振子的能量是量子化的，其能
量由下式确定：
EV(V1 2)h(V1 2)2h
K
式中 V---振动量子数，其值为0，1，2，3… E0为振动基态；
E1为第一振动激发态； E2为第二振动激发态；余此类推。
双原子分子实际势能随核间距离的增大而增大。 按非谐振子的势能函数求解薛氏方程，体系振动：
E V(V1 2)h (V1 2)2h … …
光谱选律：原子和分子与电磁波相互作用，从一 个能量状态跃迁到另一个能量状态要服从一定的规 律。
允许跃迁：如果两个能级间的跃迁根据选律是可 能的。跃迁概率大，吸收强度大。
1 K 2
1 K 2c
式中：
m1m2
m1 m2
因为
mi
Mi 10 3 N A
式中：Mi--- i 原子的摩尔质量，g
式中
NA---阿伏加德罗常数（6.02×1023mol-1）
M 10 3 N A
M M1 M2 M1 M2
则：
3.9061012 K(s1)
M
130.3 K(cm1)
a.分子的折合质量越小，振动频率越高； b.化学键的力常数越大，振动频率越高。
由这两条结论我们可以得到以下规律： a.力常数与化学键的键能成正比，质量接近的基团， 力常数有以下规律：
K叁键 > K双键 > K单键
IR 吸收频率：
cc cc cc
b.与氢原子相连的化学键的折合质量都小，红外吸收 在高波数区；
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。
第一节 IR 的基本原理
一、红外吸收光谱
13 当用一束具有连续波长红外光照射物质时，该物 质的分子就会吸收一定波长的红外光的光能，并转 化为分子的振动能量和转动能量。如果以波长或波 数为横坐标，以百分吸收率或透过率为纵坐标，把 这谱带记录下来，就得到该物质的红外吸收光谱图。
主要用于研究 O-H、N-H 和 C-H 键的倍频吸收和 组合频吸收，此区域的吸收峰的强度一般比较弱。
中红外区（基频区）
λ：2 ~ 25 μm
：5000 ~4 00 cm-1
主要研究分子的振转能级的跃迁。绝大多数有机
化合物和无机化合物的基频吸收都落在这一区域。
远红外区
λ：25 ~ 300 μm
：400 ~ 33 cm-1