《红外光谱分析》PPT课件
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红外光谱谱图分析PPT课件
4. -N＝C＝S n as 1990-2130; -C＝C＝C- n as 1950-1930;
.
22
• 图9
.
23
• 图10
.
24
• 图11
.
25
• 图9a IRtutor1.1 1-heptyne, 1-庚-炔 ,forth P.1 of 4
.
26
• 图10a IRTutor, IRTutor1.1, Heptylcyanide, 庚氰化物, 1st , p.2 of 4
振动频率 770-730（很强）710-690（强） 770-735（很强） 810-750（很强） 710-690 860-800（很强）
900-860（中等） 1,2,4 – 三取代还有820-805吸收带 1,3,5 – 三取代还有860-810 （强）
和730-650（强）吸收带 1,2,3,5 – 四取代还有850-840吸收带
红外光谱谱图分析(1)
.
1
• 一．几个基本概念 • 二．有关基团的特征频率 • 三．影响基团频率位移的因素
1.分子内部结构 2.分子外部环境的影响 3.同位素位移 • 四. 红外与拉曼关系 • 五．近红外 • 六．远红外
.
2
一 几个基本概念
1.红外及拉曼光谱基本原理， 基频
2.特征基团频率与指纹频率 3.基频、倍频、合频和费米
v0
E1
v2
电子能级跃迁
5
4 3 2 1 0
v1
振动能级跃迁
v0
E0
E = hn 其中 h 为普朗克常数 (6.626 × 10-34 焦耳·秒）
n 为频率
.
5
图2
Anti-stokes
.
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• 图9
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• 图10
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• 图11
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• 图9a IRtutor1.1 1-heptyne, 1-庚-炔 ,forth P.1 of 4
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• 图10a IRTutor, IRTutor1.1, Heptylcyanide, 庚氰化物, 1st , p.2 of 4
振动频率 770-730（很强）710-690（强） 770-735（很强） 810-750（很强） 710-690 860-800（很强）
900-860（中等） 1,2,4 – 三取代还有820-805吸收带 1,3,5 – 三取代还有860-810 （强）
和730-650（强）吸收带 1,2,3,5 – 四取代还有850-840吸收带
红外光谱谱图分析(1)
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• 一．几个基本概念 • 二．有关基团的特征频率 • 三．影响基团频率位移的因素
1.分子内部结构 2.分子外部环境的影响 3.同位素位移 • 四. 红外与拉曼关系 • 五．近红外 • 六．远红外
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一 几个基本概念
1.红外及拉曼光谱基本原理， 基频
2.特征基团频率与指纹频率 3.基频、倍频、合频和费米
v0
E1
v2
电子能级跃迁
5
4 3 2 1 0
v1
振动能级跃迁
v0
E0
E = hn 其中 h 为普朗克常数 (6.626 × 10-34 焦耳·秒）
n 为频率
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图2
Anti-stokes
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
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。
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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。
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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
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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
红外光谱课件 PPT
• 依据基团得振动频率主要取决于组成基团得原子种 类,常见元素:C、H、N、O、 P、 S、F、Cl、Br、 Na等;
• 将红外光谱划分四个区。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
1、基本振动频率 σ 1 K 2C
• 依据基团振动频率与化学键力常数得关系规律,表
中数据说明:μ相同得基团,K ↓, σ ↓。
单键区(指纹区)得特点
• 单键区由于下述原因使其吸收峰多而复杂:
–由大量存在得有机化合物基本骨架C-C单键产生 得吸收峰;
–由于N、O原子量与C相差小,使C-O、C-N与C-C得 伸缩振动峰很难区别;
–由于C-H、N-H、O-H得弯曲振动也在该区域,使 其增加了复杂性;
–由于C与N就是多价元素,增加了其复杂性。
共轭效应
当两个或更多双键共轭时,因π电子离域↑,即共 轭体系中电子云密度平均化,使双键性↓,K ↓ ,其 基团↓,仍以羰基C=O为例。
O H3CCCH3
O C CH3
1715cm -1 1685cm -1
O
O
C CH3
C
1685cm -1 1660cm -1
共轭体系中得单键特点:K ↑ ,振动 ↑ 例:酚与脂肪醇:为什么酚C-O >醇C-O ？
OH
Ｏ与苯环共轭,
使C-O 键K ↑,C-O ↑
1230～1200 cm-1 。
CH2CH2 C O H
C-O 在1150～1050 cm-1
-I与+M共存时,应考虑主导效应
• 以酰胺为例:-I无法解释c=o↓ ,酰胺主导效应就是+M,结果 c=o↓ , c=o在1689 cm-1左右。N-H变成＝N-H键,键长缩短, =N-H反而↑。
• 将红外光谱划分四个区。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
1、基本振动频率 σ 1 K 2C
• 依据基团振动频率与化学键力常数得关系规律,表
中数据说明:μ相同得基团,K ↓, σ ↓。
单键区(指纹区)得特点
• 单键区由于下述原因使其吸收峰多而复杂:
–由大量存在得有机化合物基本骨架C-C单键产生 得吸收峰;
–由于N、O原子量与C相差小,使C-O、C-N与C-C得 伸缩振动峰很难区别;
–由于C-H、N-H、O-H得弯曲振动也在该区域,使 其增加了复杂性;
–由于C与N就是多价元素,增加了其复杂性。
共轭效应
当两个或更多双键共轭时,因π电子离域↑,即共 轭体系中电子云密度平均化,使双键性↓,K ↓ ,其 基团↓,仍以羰基C=O为例。
O H3CCCH3
O C CH3
1715cm -1 1685cm -1
O
O
C CH3
C
1685cm -1 1660cm -1
共轭体系中得单键特点:K ↑ ,振动 ↑ 例:酚与脂肪醇:为什么酚C-O >醇C-O ？
OH
Ｏ与苯环共轭,
使C-O 键K ↑,C-O ↑
1230～1200 cm-1 。
CH2CH2 C O H
C-O 在1150～1050 cm-1
-I与+M共存时,应考虑主导效应
• 以酰胺为例:-I无法解释c=o↓ ,酰胺主导效应就是+M,结果 c=o↓ , c=o在1689 cm-1左右。N-H变成＝N-H键,键长缩短, =N-H反而↑。
红外吸收光谱分析(共27张PPT)
这里弹簧的k值就的原子不是静止不动的，原子在其平衡位置做相 对运动，从而产生振动！原子与原子之间的相对运动无非有 两种情况，即：键长发生变化（伸缩振动），键角发生变化 （弯曲振动）
对于双原子分子：没有弯曲振动，只有一个伸缩振动
对于多原子分子来说，包括伸缩振动和弯曲振动。 伸缩振动有对称和不对称伸缩以亚甲基－CH2为例
苯，3N－6＝30种，实际上苯的红外谱图上只有几个吸收峰！ 说明：不单苯，许多化合物在红外谱图上的吸收峰数目要远 小于其振动自由度（理论计算值）。
原因:(1)相同频率的峰重叠（2）频率接近或峰弱，仪器检测
不出（3）有些吸收峰落在仪器的检测范围之外（4）并不是
（2）对于基频峰：偶极矩变化越大的振动，吸收峰越强
②液体试样：溶液法和液膜法。溶液法是将液体试样溶在适当的红 外溶剂中（CS2，CCl4，CHCl3等）然后注入固定池中进行测定。液 膜法是在可拆池两窗之间，滴入几滴试样使之形成一层薄的液膜。
③固体试样：压片法、糊状法和薄膜法。压片法通常按照固体样品和 KBr为1：100研磨，用高压机压成透明片后再进行测定。糊状法就是把 试样研细滴入几滴悬浮剂（石蜡油），继续研磨成糊状然后进行测定 。薄膜法主要用于高分子化合物的测定，通常将试样溶解在沸点低易 挥发的溶剂中，然后倒在玻璃板上，待溶剂挥发成膜后再用红外灯加 热干燥进一步除去残留的溶剂，制成的膜直接插入光路进行测定。
（3）组频峰：振动之间相互作用产生的吸收峰
（4）泛频峰：倍频峰＋组频峰
（5）特征峰：可用于鉴别官能团存在的吸收峰。 （6）相关峰：由一个官能团引起的一组具有相互依存关系 的特征峰
红外光谱可分为基频区和指纹区两大区域
（1）基频区(4000～1350cm-1)又称为特征区或官能团区，其
对于双原子分子：没有弯曲振动，只有一个伸缩振动
对于多原子分子来说，包括伸缩振动和弯曲振动。 伸缩振动有对称和不对称伸缩以亚甲基－CH2为例
苯，3N－6＝30种，实际上苯的红外谱图上只有几个吸收峰！ 说明：不单苯，许多化合物在红外谱图上的吸收峰数目要远 小于其振动自由度（理论计算值）。
原因:(1)相同频率的峰重叠（2）频率接近或峰弱，仪器检测
不出（3）有些吸收峰落在仪器的检测范围之外（4）并不是
（2）对于基频峰：偶极矩变化越大的振动，吸收峰越强
②液体试样：溶液法和液膜法。溶液法是将液体试样溶在适当的红 外溶剂中（CS2，CCl4，CHCl3等）然后注入固定池中进行测定。液 膜法是在可拆池两窗之间，滴入几滴试样使之形成一层薄的液膜。
③固体试样：压片法、糊状法和薄膜法。压片法通常按照固体样品和 KBr为1：100研磨，用高压机压成透明片后再进行测定。糊状法就是把 试样研细滴入几滴悬浮剂（石蜡油），继续研磨成糊状然后进行测定 。薄膜法主要用于高分子化合物的测定，通常将试样溶解在沸点低易 挥发的溶剂中，然后倒在玻璃板上，待溶剂挥发成膜后再用红外灯加 热干燥进一步除去残留的溶剂，制成的膜直接插入光路进行测定。
（3）组频峰：振动之间相互作用产生的吸收峰
（4）泛频峰：倍频峰＋组频峰
（5）特征峰：可用于鉴别官能团存在的吸收峰。 （6）相关峰：由一个官能团引起的一组具有相互依存关系 的特征峰
红外光谱可分为基频区和指纹区两大区域
（1）基频区(4000～1350cm-1)又称为特征区或官能团区，其
红外光谱分析法ppt课件
（2） 吸光度的测定 1）一点法 该法不考虑背景吸收，直接从谱图中分析波数 处读取谱图纵坐标的透过率，再由公式lg1/T=A计 算吸光度。 实际上这种背景可以忽略的情况较少，因此多用 基线法。 2）基线法 通过谱带两翼透过率最大点作光谱吸收的切线， 作为该谱线的基线，则分析波数处的垂线与基线 的交点，与最高吸收峰顶点的距离为峰高，其吸 光度A=lg（I0/I）。
目前主要有两类红外光谱仪：色散型红外光谱 仪和Fourier（傅立叶）变换红外光谱仪。 1、色散型红外光谱仪： 色散型红外光谱仪的组成部件与紫外-可见分光 光度计相似，但对没一个部件的结构、所用的材料 及性能与 紫外- -可见分光光度计不同。它们的排列 顺序也略有不同，红外光谱仪的样品是放在光源和 单色器之间；而紫外- -可见分光光度计是放在单色 器之后。
3、测定未知物的结构 红外光谱法定性分析的一个重要用途。如果 未知物不是新化合物，可以通过两种方式利用标准 谱图进行查对： （1）查阅标准谱图的谱带索引，与寻找试样光谱吸 收带相同的标准谱图； 2）进行光谱解析，判断试样的可能结构，然后在由 化学分类索引查找标准谱图对照核实。 在对光谱图进行解析之前，应收集样品的有关 资料和数据。了解试样的来源、以估计其可能是哪 类化合物；测定试样的物理常数，如熔点、沸点、 溶解度、折光率等，作为定性分析的旁证
色散型红外光谱仪原理示意图：
2、Fou rier变换红外光谱仪（FTIR）
Fourier变换 红外光谱仪 没有色散元件，主要由 光源（硅碳棒、高压汞灯）、Michelson干涉仪、检 测器、计算机和记录仪组成。核心部分为Michelson 干涉仪，它将光源来的信号以干涉图的形式送往计 算机进行Fourier变换的数学处理，最后将干涉图还原 成光谱图。它与色散型红外光度计的主要区别在于 干涉仪和电子计算机两部分。
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纵坐标：吸光度A或透光率T。 A log(1 ) T
一般情况下，一张红外光pp谱t课图件 有5~30个吸收峰。
5
2.2 红外光谱的基本原理
2.2.1 红外光谱产生的条件
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。
1） E红外光=ΔE分子振动 或υ红外光=υ分子振动
组合频和倍频统称为泛频。因为不符合跃迁选律， 发生的几率很小，显示为弱峰。
❖振动偶合：相同的两个基团相邻且振动频率相近时， 可发生振动偶合，引起吸收峰裂分，一个峰移向高 频，一个移向低频。
❖费米共振：基频与倍频或组合频之间发生的振动偶 合，使后者强度增强。
ppt课件
16
振动偶合：
2,4-二甲基戊烷的红外光谱
2c
1307 9.6 1650cm1 12/ 2
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
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12
2.3 红外光谱与分子结构的关系
2.3.1 分子中基团的基本振动形式
(1) 两类基本振动形式
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(2) 峰位、峰数与峰强
1）峰位 化学键的力常数k 越大，原子折合质量越小，键 的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）； 反之，出现在低波数区（高波长区）。
2） 红外光与分子之间有偶合作用：分子振动时其偶极矩(μ) 必须发生变化，即Δμ≠0。
3） 能级跃迁选律：振动量子数(ΔV）变化为±1时，跃迁几
率最大。从基态(V=0)到第一振动激发态(V=1)的跃迁最重要，
产生的吸收频率称为基频。
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6
红外光的能量是通过分子振动时偶极矩的变化传递给分子。
对称分子：没有偶极矩， 辐射不能引起共振，无红外活 性。
CH3的对称弯曲振动频率为1380cm-1，但当两个甲基连在同一个C原子上，形成 异丙基时发生振动偶合，即1380cm-1的吸收峰消失，出现1385 cm-1和1375 cm-1
两个吸收峰。
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17
费米共振：
苯甲酰氯的红外光谱
苯甲酰氯C-Cl的伸缩振动在874cm-1，其倍频峰在1730cm-1左右，正好落在 C=O的伸缩振动吸收峰位置附近，发ppt生课件费米共振从而倍频峰吸收强度增加18。
影响振动频率的因素
振动方程
1 K 2 m
K当m固定时,基团振动频率随化
学键力常数增强而增大。
例如：
基团 C C C＝C C－C
化学键力常数(K/N·cm-1) 振动频率( /cm-1)
12～18
2262～2100
8～12 增大 1600～1680
第二章 红外吸收光谱
(IR)
ppt课件
1
2.1 概述
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱
ppt课件
2
红外区域的划分：
近红外区(4000-14290 cm-1 )：泛频区 中红外区 (400-4000 cm-1)：大部分有机物的基
团振动频率在此区域。 远红外区(200-700 cm-1)：转动和重原子振动
例１ 水分子
2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时， 无红外吸收。
分子振动数目 线性分子： 3n-5个
非线性分子pp：t课件大，吸收峰强；键两端原子电负性相 差越大（极性越大），吸收峰越强；
例2 CO2分子
（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基 频峰；
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3
红外吸收光谱的特点： 特征性强、适用范围广； 测样速度快、操作方便； 不适合测定含水样品。
引起化合物红外光谱的差异： 原子质量不同 化学键的性质不同 原子的连接次序不同 空间位置不同
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4
红外光谱的表示方法
横坐标：波长/λ或波数/cm-1。
cm1
1
m
104
红外谱图有等波长及等波数两种，对照标准谱图时应注意。
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9
(2) 分子振动方程式
任意两个相邻的能级间的能量差为：
E h h k 2
K化学键的力常数，与键能和键长有关，
（为m双1+原m2子）的折合质量 =m1m2/
1 1 2c
k 1307
k
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。
如：N2、O2、Cl2 等。
非对称分子：有偶极矩， 红外活性。
偶极子在交变电场中的作用示意图
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7
基频峰（0→1） 2885.9 cm-1 最强 二倍频峰（ 0→2 ） 5668.0 cm-1 较弱 三倍频峰（ 0→3 ） 8346.9 cm-1 很弱 四倍频峰（ 0→4 ） 10923.1 cm-1 极弱 五倍频峰（ 0→5 ） 13396.5 cm-1 极弱
（5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰， 倍频峰；
ppt课件
15
红外光谱中除了前述基本振动产生的基本频率吸收峰外， 还有一些其他的振动吸收峰：
❖倍频：是由振动能级基态跃迁到第二、三激发态时 所产生的吸收峰。由于振动能级间隔不等距，所以 倍频不是基频的整数倍。
❖组合频：一种频率红外光，同时被两个振动所吸收 即光的能量由于两种振动能级跃迁。
不同分子的结构不同，化学键的力常数不同，成键原子的质量不 同，导致振动频率不同。
用红外光照射有机分子，样品将选择性地吸收那些与其振动频率 相匹配的波段，从而产生红外光谱。
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表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型: —CC — > —C =C — > —C — C —
力常数: 峰位:
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。
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8
2.2.2 分子振动方程式 (1) 双原子分子的简谐振动及其频率
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
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。
15 17 4.5m
9.5 9.9 6.0 m
4.5 5.6 7.0 m
化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量越 小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。
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11
例题: 由表中查知C=C键的k=9.5 9.9 ,令其为9.6, 计算波数值
v 1 1 k 1307 k