红外吸收光谱分析法FTIR
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红外吸收光谱分析法FTIR
分子振动的形式（多原子分子）
一、 伸缩振动 指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动
1．对称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动同时发生
AX 2型分子
AX 3型分子
2．反称CsH伸2 缩~ 2振85动0c：m键1 长沿键轴方CsH向3 ~的2运87动0c交m替1 发生
AX 2型分子
AX 3型分子
~ 1450cm as
1
红CH外吸3 收光谱分析法FTIR
3．基频峰与泛频峰
a）基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从 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 L
➢ 基频峰的峰位等于分子的振动频率 ➢ 基频峰强度大——红外主要吸收峰
红外吸收光谱分析法FTIR
2）蜷曲τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的 振动
AX 2型分子
CH2 ~ 1250cm1
红外吸收光谱分析法FTIR
3．变形振动： 1）对称的变形振动δs：三个AX键与轴线的夹角同时
变大
AX 3型分子
s CH 3
~ 1375cm1
2）不对称的变形振动δas：三个AX键与轴线的夹角不
同时变大或减小
➢ 实际工作中简正振动频率不上理论计算，而是通过试验测定，归
纳成规律。
红外吸收光谱分析法FTIR
6 红外光谱的特征
（1）谱带数（absorption bands number) 谱带数与分子自由度有关， 基频谱带和泛频谱带。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。
（2）谱带位置（absorption bands location) 每一个基团的振动都有特征 振动频率，在红外光谱图中表现出特征的吸收谱带位置。化学键的力常
从而产生红外吸收的性质
❖红外非活性振动：分子振动不产生偶极矩的变化，
不产生红外吸收的性质
红外吸收光谱分析法FTIR
5 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
➢ 振动自由度反映吸收峰数量 ;吸收峰数常少于振动自由度数;发生
了简并——即振动频率相同的峰重叠,红外非活性振动
红外吸收光谱分析法
红外吸收光谱分析法FTIR
第一节 红外吸收光谱分析概述
• 红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。样品受到频
率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分 子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到
激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%
对波数或波长的曲线，即红外光谱。
红外吸收光谱分析法FTIR
1 红外吸收光谱分析
一、红外ຫໍສະໝຸດ Baidu的分区
红外线：波长在0.76~500μm (1000μm) 范围内的电磁波称为红外线。
近红外区：0.78~2.5μm （12820----4000cm-1 ） —OH和—NH倍频吸收区
中红外区：2.5~25μm （4000----400cm-1 ） 基团的基频振动、伴随转动光谱
例：—CO—，—C＝C—，—C≡C— 3．推测分子结构（简单化合物） 4．定量分析
三、红外光谱图表示形式的意义
通常红外光谱中习惯使用波数来表示波带的位置，代表每 厘米的包含的电磁波波数。
(cm1) 104 (m)
红外吸收光谱分析法FTIR
-CH
Ar-H
-CH3
υC=O
C=C -CH3
CH苯
红外吸收光谱分析法FTIR
注：泛频峰强度较弱，难辨认→却增加了光谱特征性
红外吸收光谱分析法FTIR
4．红外光谱产生条件：
➢分子吸收红外辐射的频率恰等于分子振动频率整数倍
即 L
➢分子在振、转过程中的净偶极矩的变化不为0，
即分子产生红外活性振动，且辐射与分子振动发生 能量耦合。
即 0
❖红外活性振动：分子振动产生偶极矩的变化，
CH2 ~ 1465 20cm1
2）面内摇摆ρ：基团作为一个整体在平面内摇动
AX 2型分子
CH2 ~ 720cm1
— (CH ) — 红外吸收光谱分析法FTIR
2n
n4
2．面外弯曲γ：弯曲振动垂直几个原子构成的平面
1）面外摇摆ω：两个X原子同时向面下或面上的振 动
AX 2型分子
CH2 ~ 1300cm1
远红外区：25~500μm （400----20cm-1 ） 纯转动光谱
中红外区能很好的反应分子内部结构，对解决分子结构和化学组成中的各种问题最为有效， 因而是红外光谱中应用最为广泛的区红域外吸，收一光般谱分所析说法的FT红IR外光谱大都指这一范围的光谱。
二、红外光谱的作用
1．可以确定化合物的类别（芳香类） 2．确定官能团：
AX 3型分子
as CH 2
~
2925cm1
~ 2960cm as
1
红外吸收光谱分CH析法3 FTIR
二、 弯曲振动（变形振动，变角振动）： 指键角发生周期性变化、而键长不变的振动
1．面内弯曲振动β： 弯曲振动发生在由几个原子构成的平面内
1）剪式振动δ：振动中键角的变化类似剪刀的开闭
AX 2型分子
数k 越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收带将出现在高
波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。 (3）谱带形状（absorption bands shape) 分析的化合物越纯，吸收谱带
b）泛频峰
倍频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激 发态、第三振动激发态等高能态时所产生的吸收峰 （即υ=1→ υ=2，3- - -产生的峰）
即 L
泛 倍频峰 二倍频峰（υ=0→υ=2） 2 L 2
频
三倍频峰（υ=0→υ=3）
峰 合频峰
L 1 2
3 L 3
差频峰（即υ=1→υ=2，3- - -产生的峰） L 1 2
2 分子振动模型
(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
~ν 1 K
2C μ
m1 m2
m1 m2
K化学键力学常数 折合质量
红外吸收光谱分析法FTIR
分子振动模型
（2）多原子分子的振动模型
伸缩振动 亚甲基：
变形振动 亚甲基
红外吸收光谱分析法FTIR
振动的类型 和表示方法
2 红外分光光度法基本原理
红外吸收光谱的产生的条件 1．振动能级
E振 0.05 ~ 1.0EV E转 0.0001 ~ 0.05V
E E振 E转
• 红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生 • 分子的振动能级差远大于转动能级差 • 分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁
红外吸收光谱分析法FTIR
分子振动的形式（多原子分子）
一、 伸缩振动 指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动
1．对称伸缩振动：键长沿键轴方向的运动同时发生
AX 2型分子
AX 3型分子
2．反称CsH伸2 缩~ 2振85动0c：m键1 长沿键轴方CsH向3 ~的2运87动0c交m替1 发生
AX 2型分子
AX 3型分子
~ 1450cm as
1
红CH外吸3 收光谱分析法FTIR
3．基频峰与泛频峰
a）基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从 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 L
➢ 基频峰的峰位等于分子的振动频率 ➢ 基频峰强度大——红外主要吸收峰
红外吸收光谱分析法FTIR
2）蜷曲τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的 振动
AX 2型分子
CH2 ~ 1250cm1
红外吸收光谱分析法FTIR
3．变形振动： 1）对称的变形振动δs：三个AX键与轴线的夹角同时
变大
AX 3型分子
s CH 3
~ 1375cm1
2）不对称的变形振动δas：三个AX键与轴线的夹角不
同时变大或减小
➢ 实际工作中简正振动频率不上理论计算，而是通过试验测定，归
纳成规律。
红外吸收光谱分析法FTIR
6 红外光谱的特征
（1）谱带数（absorption bands number) 谱带数与分子自由度有关， 基频谱带和泛频谱带。无瞬间偶基距变化时，无红外吸收。
（2）谱带位置（absorption bands location) 每一个基团的振动都有特征 振动频率，在红外光谱图中表现出特征的吸收谱带位置。化学键的力常
从而产生红外吸收的性质
❖红外非活性振动：分子振动不产生偶极矩的变化，
不产生红外吸收的性质
红外吸收光谱分析法FTIR
5 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
➢ 振动自由度反映吸收峰数量 ;吸收峰数常少于振动自由度数;发生
了简并——即振动频率相同的峰重叠,红外非活性振动
红外吸收光谱分析法
红外吸收光谱分析法FTIR
第一节 红外吸收光谱分析概述
• 红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。样品受到频
率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分 子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到
激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%
对波数或波长的曲线，即红外光谱。
红外吸收光谱分析法FTIR
1 红外吸收光谱分析
一、红外ຫໍສະໝຸດ Baidu的分区
红外线：波长在0.76~500μm (1000μm) 范围内的电磁波称为红外线。
近红外区：0.78~2.5μm （12820----4000cm-1 ） —OH和—NH倍频吸收区
中红外区：2.5~25μm （4000----400cm-1 ） 基团的基频振动、伴随转动光谱
例：—CO—，—C＝C—，—C≡C— 3．推测分子结构（简单化合物） 4．定量分析
三、红外光谱图表示形式的意义
通常红外光谱中习惯使用波数来表示波带的位置，代表每 厘米的包含的电磁波波数。
(cm1) 104 (m)
红外吸收光谱分析法FTIR
-CH
Ar-H
-CH3
υC=O
C=C -CH3
CH苯
红外吸收光谱分析法FTIR
注：泛频峰强度较弱，难辨认→却增加了光谱特征性
红外吸收光谱分析法FTIR
4．红外光谱产生条件：
➢分子吸收红外辐射的频率恰等于分子振动频率整数倍
即 L
➢分子在振、转过程中的净偶极矩的变化不为0，
即分子产生红外活性振动，且辐射与分子振动发生 能量耦合。
即 0
❖红外活性振动：分子振动产生偶极矩的变化，
CH2 ~ 1465 20cm1
2）面内摇摆ρ：基团作为一个整体在平面内摇动
AX 2型分子
CH2 ~ 720cm1
— (CH ) — 红外吸收光谱分析法FTIR
2n
n4
2．面外弯曲γ：弯曲振动垂直几个原子构成的平面
1）面外摇摆ω：两个X原子同时向面下或面上的振 动
AX 2型分子
CH2 ~ 1300cm1
远红外区：25~500μm （400----20cm-1 ） 纯转动光谱
中红外区能很好的反应分子内部结构，对解决分子结构和化学组成中的各种问题最为有效， 因而是红外光谱中应用最为广泛的区红域外吸，收一光般谱分所析说法的FT红IR外光谱大都指这一范围的光谱。
二、红外光谱的作用
1．可以确定化合物的类别（芳香类） 2．确定官能团：
AX 3型分子
as CH 2
~
2925cm1
~ 2960cm as
1
红外吸收光谱分CH析法3 FTIR
二、 弯曲振动（变形振动，变角振动）： 指键角发生周期性变化、而键长不变的振动
1．面内弯曲振动β： 弯曲振动发生在由几个原子构成的平面内
1）剪式振动δ：振动中键角的变化类似剪刀的开闭
AX 2型分子
数k 越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收带将出现在高
波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。 (3）谱带形状（absorption bands shape) 分析的化合物越纯，吸收谱带
b）泛频峰
倍频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激 发态、第三振动激发态等高能态时所产生的吸收峰 （即υ=1→ υ=2，3- - -产生的峰）
即 L
泛 倍频峰 二倍频峰（υ=0→υ=2） 2 L 2
频
三倍频峰（υ=0→υ=3）
峰 合频峰
L 1 2
3 L 3
差频峰（即υ=1→υ=2，3- - -产生的峰） L 1 2
2 分子振动模型
(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
~ν 1 K
2C μ
m1 m2
m1 m2
K化学键力学常数 折合质量
红外吸收光谱分析法FTIR
分子振动模型
（2）多原子分子的振动模型
伸缩振动 亚甲基：
变形振动 亚甲基
红外吸收光谱分析法FTIR
振动的类型 和表示方法
2 红外分光光度法基本原理
红外吸收光谱的产生的条件 1．振动能级
E振 0.05 ~ 1.0EV E转 0.0001 ~ 0.05V
E E振 E转
• 红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生 • 分子的振动能级差远大于转动能级差 • 分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁
红外吸收光谱分析法FTIR