分子振动与红外吸收
红外吸收光谱的原理及应用
红外吸收光谱的原理及应用一、红外吸收光谱的原理红外吸收光谱（Infrared Absorption Spectroscopy）是一种常见的光谱分析技术，它利用物质分子对红外辐射的吸收特性进行分析和研究。
红外光谱的原理基于分子的振动和转动引起的能量变化。
在红外辐射的作用下，分子会吸收特定波长或频率的光，从而发生能级跃迁并产生吸收峰。
根据不同的吸收峰位置和强度，可以推断物质的结构、组成和化学环境等信息。
红外吸收光谱的原理主要包括以下几个方面： 1. 分子的振动和转动：分子在吸收红外辐射时，会发生振动和转动。
振动包括拉伸、弯曲和扭转等不同形式，每个分子都有特定的振动模式和频率，使其能够吸收不同波长的红外辐射。
2. 分子吸收特定波长的光：分子在特定波长范围内吸收红外辐射，产生吸收峰。
根据吸收峰的位置和强度，可以确定分子的化学键、官能团和分子结构等信息。
3. 光谱图的解读：通过测量物质对红外辐射的吸收情况，可以得到红外光谱图。
光谱图通常以波数为横轴，吸收峰强度为纵轴，常用峰位和峰形进行分析和判断。
二、红外吸收光谱的应用红外吸收光谱具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1. 化学分析红外光谱在化学分析中起着重要作用，可以用于鉴定和分析各种有机和无机化合物。
通过测量样品的红外光谱，可以获得化学键和官能团的信息，从而判断物质的结构和组成。
红外光谱被广泛应用于有机化学、药物分析、环境监测等领域。
2. 药物研发红外光谱在药物研发中具有重要的应用价值。
通过红外光谱分析药物的结构和成分，可以判断药物的稳定性、纯度和相态等性质。
红外光谱还可以用于药物的质量控制和检验，确保药物的安全有效。
3. 材料科学在材料科学领域，红外光谱可以用于材料的表征和分析。
不同材料的红外光谱具有独特的特征，可以用于识别和鉴别材料，评估材料的结构、质量和性能。
红外光谱被广泛应用于聚合物材料、无机材料、涂层材料等领域。
4. 生物医学研究红外光谱在生物医学研究中有着重要的应用。
红外吸收光谱产生的条件
红外吸收光谱产生的条件
红外吸收光谱的产生需要满足分子具有振动模式和偶极矩，红外辐射的能量与分子振动能量匹配，分子与红外辐射发生相互作用等条件。
1.分子具有振动模式：红外吸收光谱是通过分子的振动模式来产生的，因此分子必须具有振动模式。
分子的振动模式包括伸缩振动、弯曲振动、扭转振动等，不同的振动模式对应不同的红外吸收峰。
2.分子具有偶极矩：红外吸收光谱是通过分子的偶极矩来产生的，因此分子必须具有偶极矩。
偶极矩是由分子中正负电荷分布不均引起的，具有偶极矩的分子可以吸收红外辐射。
3.红外辐射的能量与分子振动能量匹配：红外辐射的能量与分子振动能量之间必须存在匹配关系，才能产生红外吸收光谱。
红外辐射的能量通常在4000-400 cm-1范围内，对应着分子的不同振动模式。
4.分子与红外辐射的相互作用：分子必须与红外辐射发生相互作用，才能产生红外吸收光谱。
分子与红外辐射的相互作用通常是通过分子中的振动模式来实现的，分子吸收红外辐射后，分子的振动模式发生变化，产生红外吸收峰。
红外吸收的基本原理
as CH 2 s CH 3
~ 2925 cm
1 1
~ 1450 cm CH 2 ~ 1465 20cm1
as CH 3
1
~ 2870 cm
s CH 3
~ 1375cm
1
s 1 CH ~ 2850 cm 2
CH 2 ~ 720cm1
（三）振动自由度(vibrational degree of freedom)：指分 分子中 子独立的振动数目，或基本的振动数目。 N个原子组成分子，每个原子在空间有三个自由度
AX 2 型分子
CH 2 ~ 1465 20 cm 1
面内摇摆(in-plane rocking)ρ：基团作为一个整体在平面内 摇动，键角无变化：
AX 2 型分子
CH 2 ~ 720cm 1
— (CH 2 ) n — n 4
2）面外(out-of-plane)弯曲γ：弯曲振动垂直几个原子构成 的平面。
AX 3 型分子
as CH 3
~ 2960 cm
1
2.弯曲振动(bending vibration)：又叫变形振动(denformation vibration)：指键角发生周期性变化、而键长不变的振动。
1）面内(in-plane)弯曲振动β：弯曲振动发生在由几个原子 构成的平面内，有以下两种情况： 剪式振动(scissoring vibration)δ：振动中键角的变化类 似剪刀的开闭.
F=4 F=3
注意：上述规律不适用于组成分子的官能团的基本 振动数的推算。 吸收峰与振动自由度的关系： • 可以用振动自由度估计吸收峰数量 • 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
红外吸收光谱
迈克尔逊干涉仪
吸收池
分 束 器
干涉图 检测器
傅里叶变换
红外吸收光谱 图
数据处理 仪器控制
压片法
光散射现象较严重
KCl、KBr在加压下呈现所谓冷胀现象并变为可塑物，在中红外光区 完全透明，因此常用作固体样品的稀释剂。
稀释剂的比例：样品/稀释剂≈ 1/100
稀释剂的要求：纯度高、粒度小于2.5μm、不含水分。
在测定样品前，常用此红外来进行仪器校正。
红外吸收的基本原理
一、红外光谱的形成、条件和分子的运动 1、红外光谱的形成和产生条件 当一定波长的红外光照射样品时，如果分子中某个基团 的振动频率和它的一样，二者就会发生共振，此时光的能量 通过分子偶极距的变化传递给分子，这个基团就会吸收该频 率的红外光而发生振动能级的跃迁，产生红外吸收峰。 物质吸收红外光发生振动和转动能级的跃迁须满足两个 条件： （1）红外辐射光量子具有的能量等于分子振动能级的 能量差； （2）分子振动时，偶极距的大小和方向必须有一定的 变化。
两个基团相邻且振动基频相差不大时会产生振动耦合，振动耦 合引起的吸收频率称为耦合频率。耦合频率偏离基频，一个移向高 频，一个移向低频。
（c）费米共振 红外基频和倍频，还有组合频。 组合频为基频及倍频的和或差。即 v1 + v2、 2v1 + v2、 v1 － v2等。 费米共振：当一个振动的倍频或组合频与某一个强的基 频有接近的频率时，这两个振动相互作用发生偶合，弱的倍 频或组合频被强化，振动偶合后出现两个谱带。 两谱带中均含有基频和倍频的成份，倍频和组合频明显 被加强，这种现象叫费米共振。 费米共振是普遍现象，它不仅存在于红外光谱中，也存 在于拉曼光谱中。
红外吸收光谱图 中的假谱带：
第九章 红外光谱 红外吸收光谱是分子吸收红外光引起的振动和转动能
C-H弯曲振动
C=C伸缩振动 1670~1640cm-1
3、芳烃
C-H弯曲振动
苯环的=C-H 伸缩振动 乙苯的红外光谱图 苯环的骨架振动 烷基-C-H 1600~1450cm-1 伸缩振动
4、醇和酚
1-己醇的红外光谱
缔合O-H伸缩振动 3400~3200cm-1 -C-H伸缩振动
苯酚的红外光谱图 苯环的=C-H 伸缩振动 苯环的骨架振动 缔合O-H伸缩振动
5、醛和酮
C=O伸缩振动 1720cm-1 醛基的C-H伸缩振动 戊醛的红外光谱图 -C-H伸缩振动 2820cm-1 2720cm-1
6、羧酸
戊酸的红外光谱图 缔合O-H伸缩振动 3300~2500cm-1 C=O伸缩振动
键能大小顺序： C─C＜ C=C＜ C≡C C—C吸收出现在较低的波数区，1200~700cm-1，
而C=C在1700~1450 cm-1，
C≡C在2300~2100cm-1。
2）振动频率或波数与原子的折合质量m1•m2/(m1+m2)的 平方根成反比。因此，当两个振动原子中有一个为氢原 子时，m1•m2/(m1+m2) 很小，振动频率或波数就大。
7、酯
丁酸乙酯的红外光谱
C=O伸缩振动 C-O伸缩振动
-C-H伸缩振动
作业：3、4
红外光谱通常以百分透过率T%—波数（或频率） 曲线表示 。如：
甲基环己烷的红外光谱图
一、基本原理
1、分子的振动与红外光谱： 分子中的原子是靠化学键连接起来的。在室温 下，大多数分子处于最低的振动能级。当受到光的 照射，且光量子的能量等于两振动能级之差时：
E h
分子红外吸收中的振动弛豫效应
分子红外吸收中的振动弛豫效应
分子红外吸收中的振动弛豫效应是指分子在吸收红外光子后，振动模
式的能量会被转化为分子内部的其他模式或者分子与周围环境的相互作用，从而使振动模式的能量逐渐减弱，最终达到平衡状态的过程。
振动弛豫效
应的机制主要包括以下几种：1.碰撞弛豫：分子振动模式的能量被转化为
分子与周围分子的相对运动，从而使振动模式的能量逐渐减弱。
2.辐射弛豫：分子振动模式的能量被转化为分子与周围电磁场的相互作用，从而使
振动模式的能量逐渐减弱。
3.能量转移：分子振动模式的能量被转化为分
子内部的其他模式，从而使振动模式的能量逐渐减弱。
4.能量耗散：分子
振动模式的能量被转化为分子内部的热能，从而使振动模式的能量逐渐减弱。
振动弛豫效应对于分子红外吸收谱的解释非常重要，因为它可以解释
为什么分子红外吸收谱中的吸收峰会有一定的宽度，而不是一个尖锐的峰。
此外，振动弛豫效应还可以用于研究分子内部的动力学过程，例如分子内
部的能量转移和分子与周围环境的相互作用等。
sf6红外光谱吸收原理
sf6红外光谱吸收原理
一、分子振动-转子运动
在红外光谱中，SF6分子中的硫原子通过与其他氟原子形成共价键。
当红外光的光子与SF6分子相互作用时，光子的能量被分子吸收，使得分子从基态振动能级跃迁到激发态振动能级。
这种跃迁涉及到分子内部振动模式的改变，即分子振动。
同时，分子的转动也会受到影响，即转子运动。
分子的振动和转动状态决定了其对特定波长红外光的吸收特性。
二、分子内部电荷分布
SF6分子内部电荷分布对其红外光谱吸收特性具有重要影响。
在SF6分子中，硫原子与六个氟原子形成共价键，使得分子内部电荷分布不均。
这种不均匀的电荷分布会导致分子对外界电磁辐射的响应不同，从而影响其对红外光的吸收。
通过研究SF6分子的电荷分布特性，可以深入了解其红外光谱吸收机理。
三、分子对称性
SF6分子具有较高的对称性，其六个氟原子围绕硫原子形成正六面体结构。
这种对称性使得SF6分子具有某些特定的振动和转动模式，从而影响其对红外光的吸收。
通过对SF6分子的对称性进行分析，可以预测其在红外光谱中的吸收特性，并为实验研究提供理论支持。
四、温度和压力效应
温度和压力的变化会对SF6分子的振动和转动状态产生影响，从而改变其对红外光的吸收特性。
在高温或高压环境下，SF6分子的振动和
转动模式会发生变化，导致其红外光谱吸收峰的位置和强度发生相应的变化。
这种温度和压力效应在红外光谱学中具有重要的应用价值，可以为实际工业生产中气体监测和控制提供帮助。
通过研究SF6分子在不同温度和压力下的红外光谱吸收特性，可以深入了解其在不同环境条件下的行为，为相关领域的应用提供理论支持。
红外吸收光谱法31概述分子中基团的振动和转动能级跃迁
第三章红外吸收光谱法§ 3.1概述分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱一、红外光区的划分红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为0.75 ~ 1000 m,根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分为三个区：近红外光区（0.75 ~ 2.5 m ）,中红外光区（2.5~ 25 m ）,远红外光区（25 ~ 1000 呵）。
近红外光区的吸收带（0.75 ~ 2.5皿）主要是由低能电子跃迁、含氢原子团（如O-H、N-H、C-H ）伸缩振动的倍频吸收产生。
该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析中红外光区吸收带（2.5 ~ 25 m ）是绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带（由基态振动能级（..=0）跃迁至第一振动激发态（..=1 ）时，所产生的吸收峰称为基频峰）。
由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。
同时，由于中红外光谱仪最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量的数据资料，因此它是应用极为广泛的光谱区。
通常，中红外光谱法又简称为红外光谱法。
远红外光区吸收带（25 ~ 1000 m ）是由气体分子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起的。
由于低频骨架振动能灵敏地反映出结构变化，所以对异构体的研究特别方便。
二、IR光谱的表示方法红外吸收光谱一般用T ~ ■曲线或T ~ （波数）曲线表示。
纵坐标为百分透射比T% , 因而吸收峰向下，向上则为谷；横坐标是波长（单位为呵），或（波数）（单位为cm-1 ）。
波长，与波数之间的关系为：波数/ cm-1 =104/ （■ / rrv ）中红外区的波数范围是4000 ~ 400 cm-12. 6 3 4 5 6 7 8 9 10 12 16 20254000 3600 3200 2800 2400 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600仲了醇的红外光借"沁三、红外光谱法的特点1、红外吸收只有振-转跃迁，能量低；2、应用范围广，除单原子分子及单核分子外，几乎所有的有机物均有红外吸收;3、分子结构更为精细的表征：通过波谱的波数位置、波峰数目及强度确定分子基团和分子结构；4、气体、液体、固体样品都可测定；5、具有用量少；分析速度快；不破坏样品。
影响红外光谱吸收频率的因素
影响红外光谱吸收频率的因素红外光谱是一种常用的分析技术，广泛应用于化学、物理、材料科学等领域。
红外光谱的吸收频率取决于分子的振动和转动模式，因此与分子的结构和化学键以及环境条件等因素相关。
以下是影响红外光谱吸收频率的主要因素：1. 分子的共振和吸收频率：分子在红外光谱中主要表现为振动和转动的模式。
不同的化学键和分子结构会导致不同的振动频率。
例如，C-H 键的伸缩振动通常出现在3000-3100 cm-1的频率范围内，C=O键的伸缩振动通常出现在1700-1800 cm-1的频率范围内。
2.电性：分子的极性和电性会影响其红外光谱的吸收行为。
极性分子通常会在较低频率范围内出现强烈的吸收峰，而非极性分子则在较高频率范围内显示吸收。
3.分子中的共振结构：分子中的键和官能团之间的相互作用会影响红外光谱的吸收频率。
共轭体系中的分子可以通过共振结构引起红外光谱的变化。
4.氢键：氢键是分子间或分子内的一种特殊相互作用力，它可以引起红外光谱的频率变化。
氢键通常会导致拉伸振动和弯曲振动频率的红移。
5.溶剂效应：溶剂可以通过与分子进行氢键或其他相互作用来改变分子的振动和转动特性，从而影响红外光谱。
溶剂效应通常会导致红外光谱吸收峰的位置和强度的变化。
6.温度和压力：温度和压力可以改变分子的振动和转动能级，从而影响红外光谱的吸收频率。
随着温度的升高或压力的增加，振动能级会发生变化，导致红外光谱的吸收频率发生偏移。
7.结晶和分子排列：分子的结晶状态和排列方式也会影响红外光谱的吸收频率。
晶格效应和分子间相互作用会导致红外光谱的吸收峰位置和强度的变化。
总之，红外光谱的吸收频率受到分子的振动和转动模式、分子极性、共振结构、氢键、溶剂效应、温度和压力、以及分子的结晶状态和排列方式等因素的影响。
这些因素都可以通过红外光谱技术来分析和研究，为科学研究和工业应用提供重要的信息。
分子的振动与红外吸收
四、红外吸收光谱中常用的几个术语 1、基频峰、倍频峰、组频峰与泛频峰 、基频峰、倍频峰、
V4 E V3 V2 V1 V0
H-Cl 分子基频峰：2885.9cm-1， 分子基频峰： 强度很大；倍频峰是5668cm-1，是 强度很大；倍频峰是 一个很弱的峰。 一个很弱的峰。
2、特征峰与相关峰 、
CH3-NH2中NH2基具有一定的吸收频率而很多含 基的化合物，在这个频率附近（ 有NH2基的化合物，在这个频率附近（3500— 3100cm-1）也出现吸收峰。因此凡是能用于鉴定原子 也出现吸收峰。 团存在的并有较高强度的吸收峰，称为特征峰， 团存在的并有较高强度的吸收峰，称为特征峰，对应 的频率称为特征频率，一个基团除有特征峰外， 的频率称为特征频率，一个基团除有特征峰外，还有 很多其它振动形式的吸收峰，习惯上称为相关峰。 很多其它振动形式的吸收峰，习惯上称为相关峰。
相同的两个基团在分子中靠得很近时， 相同的两个基团在分子中靠得很近时，其相应的 特征峰常会发生分裂形成两个峰， 特征峰常会发生分裂形成两个峰，这种现象称为振动 偶合。 偶合。 (CH3)2CH-
1380cm-1：出现在 出现在1385~1380cm-1及1375~1365cm-1处。
4、弗米共振 、 倍频峰或组频峰位于某强的基频峰附近时， 倍频峰或组频峰位于某强的基频峰附近时，弱的 倍频峰或组频峰的强度会被大大的强化， 倍频峰或组频峰的强度会被大大的强化，这种倍频峰 或组频峰与基频峰之间的偶合，称为弗米共振， 或组频峰与基频峰之间的偶合，称为弗米共振，往往 裂分为两个峰。 裂分为两个峰。
双原子分子振动时原子的位移
1 ν= 2π
K m
K——弹簧的力常数 弹簧的力常数
1 ν= 2π
K
红外光谱产生条件和分子振动形式
红外光谱产生条件和分子振动形式1、红外光谱概述红外吸收光谱（IR ）又称为分子振动转动光谱，因为其使用的波长所含能量（hv ）和分子的振动转动能级相匹配。
利用IR 可以研究分子结构和分析化学组成，后者较为常用，主要包括通过光谱中吸收峰的位置和形状推断物质结构，根据特征吸收峰的强度测定混合物中各组分的含量。
根据波长将红外线分为3部分，IR 主要使用中红外区域，不同波段IR 分类如表1所示。
表1 红外光谱区分类名称λ/um σ/cm -1 能级跃迁类型 近红外（泛频区）0.75-2.5 12820-4000 O -H ，N -H ，S -H ，C -H 键的倍频合频吸收 中红外（基本振动区）2.5-25 4000-400 分子中基团振动，分子转动 远红外（转动区） 25-300 400-33 分子转动，晶格振动 注：波数σ和波长λ之间的换算：1σ(cm -1)=1/λ(cm)=104/λ(um)2、红外吸收光谱产生的条件一般来说物质吸收电磁辐射要满足2个条件：辐射刚好具有能够满足物质跃迁时所需要的能量（能量是量子化的）、辐射和物质之间有相互作用（偶合）。
物质产生红外吸收光谱时需要满足：分子中某基团的振动频率和红外辐射的频率一致、分子偶极矩变化。
分子偶极矩u=qd ，在某种振动状态下分子的正负电荷中心距离变化（d ）或电荷量变化（q ）则偶极矩变化。
红外辐射的能量通过分子偶极矩变化的形式转移到分子中去，偶极子受到交替的作用力而使得偶极矩变化，且偶极子具有一定的原有振动频率，只有辐射频率（电场）与偶极子频率匹配时才能够发生振动偶合而增加振动能。
3、分子振动方程2121/10/10022.6/10998.2215123101M M M M M molg M cm N k mol N s cm c cm MkN c A A +=⨯⨯⨯=--为折合质量，；，计算时为键力常数，；为阿伏伽德罗常数，；为光速，；为波数，单位σπσ4、分子振动形式通常对于由n 个原子构成的分子，每个原子在x 、y 、z 三个维度运动，则共有3n 种运动状态，其中非线性分子包括分子的质心沿着x 、y 、z 方向的平移运动和绕着x 、y 、z 轴的转动，这些都不属于振动，故非线性分子具有（3n -6）种振动；线性分子缺少一种轴向转动，则共有（3n -5）种振动。
材料对红外吸收的原理
材料对红外吸收的原理红外吸收是指当物体受到红外辐射时，部分辐射能量被物体吸收而转化为热能的现象。
红外吸收的原理主要取决于物体的分子结构和分子振动。
分子结构对红外吸收的影响是通过分子内原子之间的键来实现的。
分子中的键可以是共价键、离子键或氢键等。
当物体受到红外辐射时，分子内的振动和转动模式将受到激发，导致分子间键的伸缩、弯曲和扭转等。
这些振动和转动模式将引起分子的电偶极矩发生变化，从而使物体对特定频率的红外光产生吸收。
具体来说，物体对红外辐射的吸收主要涉及三个步骤：吸收、传导和辐射。
1. 吸收：当物体受到红外辐射时，电磁波穿过物体表面并与物体内的分子相互作用。
辐射的能量与物体中分子的振动和转动模式相互作用，并使它们发生共振吸收。
这种吸收过程是选择性的，因为只有与分子的振动和转动频率相匹配的红外光能量才能被吸收。
2. 传导：在吸收红外光后，物体中的分子将这些能量通过分子间的碰撞和传导来传递。
这导致整个物体温度的升高，因为被吸收的红外辐射被转化为分子的热动能。
3. 辐射：当物体温度升高时，它将自身作为一个黑体辐射红外光。
热辐射是物体自发地从内部向外部发散热能的过程。
根据斯特凡-波尔兹曼定律，物体的辐射强度与其温度的四次方成正比。
因此，物体的温度越高，辐射的红外光强度就越大。
红外吸收对于化学、物理和材料科学等领域具有广泛的应用。
例如，在药物研究中，可以通过红外吸收谱来鉴定和定量化合物的结构和组成。
在环境科学中，红外吸收可以用于检测大气中的温室气体，如二氧化碳和甲烷。
此外，红外吸收还用于医学诊断、材料检测和无人机导航等领域。
总之，红外吸收是物体对红外辐射吸收和转化为热能的过程，其机制主要取决于物体的分子结构和分子振动。
通过理解红外吸收的原理，我们可以应用红外技术在不同领域进行各种有用的应用。
问题解释二氧化碳分子的振动形式与红外吸收光谱的关系
三 基团频率与红外光谱区
官能团
特征吸收频率
基团频率：能代表基团存在，并有较高强 度的吸收谱带。
特征吸收峰：基团频率所在位置。
（一）官能团区和指纹区
1. 官能团区： 4000—1300 cm-1区域的峰，由伸缩振动 产生的吸收带，基团鉴定工作最有价值的区域。
基因的特征吸收峰一般位于此高频范围，在该区域内， 吸收峰比较稀疏。
1n4n3 2n1
=0时，分子是饱和的，分子为链状烷烃或其不 含双键的衍生物；
=1时，分子可能有一个双键或脂环； =2时，分子可能有三键； =3时，分子可能有两个双键或脂环； =4时，分子可能有一个苯环。 一些杂原子如S、O不参加计算。
5. 几种标准图谱集
进行定性分析时,对于能获得相应纯品的化合 物,一图谱进行对照。最常见的标 准图谱有三种：
（1）萨特勒（Sadtler）标准红外光谱集：由美 国 Sadtler research laborationies 编 集 出 版 的 。 “萨特勒”收集的图谱最多，至1974年为止，已 收集47000张（棱镜）图谱。另外，它有各种索 引，使用甚为方便。
4. 几种标准图谱集
（2）分子光谱文献 “DMS”(documentation of molecular spectroscopy) 穿孔卡片：
Sample should completely cover the ZnSe Crystal indicated with the arrow below.
Be sure that the press is rotated completely to the lowest level.
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（三）指纹区波段分区
（l）1300——900 cm-1 这一区域包括C—O、C—N、 C—F、C—P、C—S、P—O、Si—O等键的伸缩振动 和C=S、S=O、P=O等双键的伸缩振动吸收。
红外吸收原理
红外吸收原理红外吸收原理是指物质在接受红外辐射能量时发生的吸收现象。
红外辐射是一种频率较低的电磁波，其波长范围为0.76-1000微米。
红外吸收原理在物质的分析、检测、测量等领域具有广泛的应用，下面我们来详细了解一下红外吸收原理的相关知识。
首先，红外吸收原理是基于分子振动的。
当分子受到红外辐射能量的作用时，分子内部的原子核和电子将发生振动。
不同的分子在接受红外辐射时，其分子内部的振动方式和频率是不同的，因此不同的物质对红外辐射的吸收也是不同的。
这为利用红外光谱技术进行物质的检测和分析提供了基础。
其次，红外吸收原理是通过测量物质对红外辐射的吸收程度来进行分析和检测的。
当物质受到红外辐射照射时，它会吸收部分能量，而剩余的能量将通过物质透射或反射出去。
通过测量物质对红外辐射的吸收程度，我们可以得到物质的红外吸收光谱图，从而对物质进行分析和检测。
另外，红外吸收原理还可以用于物质的定量分析。
通过对物质的红外吸收光谱图进行定量分析，我们可以得到物质的吸光度值，进而计算出物质的浓度。
这为红外光谱技术在化学、生物、医药等领域的应用提供了重要的技术支持。
此外，红外吸收原理还可以用于物质的结构表征。
由于不同的化学键和官能团对红外辐射的吸收特性是不同的，因此通过对物质的红外吸收光谱图进行分析，我们可以了解物质的分子结构、化学键类型和官能团的存在情况，从而对物质的结构进行表征和鉴定。
综上所述，红外吸收原理是通过测量物质对红外辐射的吸收程度来进行分析、检测、定量分析和结构表征的原理。
红外光谱技术在化学、生物、医药、环境等领域具有广泛的应用前景，对于推动科学研究和技术创新具有重要意义。
希望通过对红外吸收原理的了解，能够更好地应用红外光谱技术，为相关领域的发展做出贡献。
红外吸收光谱法及其基本原理
红外吸收光谱法及其基本原理红外吸收光谱法(infrared absorption spectroscopy;IR)是以连续波长的红外光为光源照射样品，引起分子振动能级之间跃迁，从而研究红外光与物质之间相互作用的方法。
所产生的分子振动光谱，称红外吸收光谱。
在引起分子振动能级跃迁的同时不可避免的要引起分子转动能级之间的跃迁，故红外吸收光谱又称振-转光谱。
IR 在化学领域中主要用于分子结构的基础研究以及化学组成的分析，但其中应用最广泛的还是化合物的结构鉴定。
根据红外光谱的峰位、峰强及峰形，判断化合物中可能存在的官能团，从而推断出未知物的结构，因此IR 是有机药物的结构测定和鉴定最重要的方法之一。
波长在0.76 μm ～1 000 μm 的电磁辐射称为红外光(infrared ray)，该区域称为红外光谱区或红外区。
红外光又可划分为近红外区（0.76 μm ～2.5 μm 或1 3158 cm -1～4 000 cm -1）、中红外区（2.5 μm ～ 50 μm 或4 000 cm -1～200 cm -1）、远红外区（50 μm ～1000 μm 或200 cm -1～10 cm -1）。
其中中红外区是研究分子振动能级跃迁的主要区域。
图2-1为乙酰水杨酸（阿司匹林）的红外光谱图。
图2-1 乙酰水杨酸（阿司匹林）的红外光谱图红外吸收光谱中吸收峰的位置即横坐标可用波长(λ)或波数(ν~)来表示。
横坐标不同，光谱的形状不同，如不注意横坐标的表示，很可能把不同的横坐标表示的同一物质红外光谱误认为不同化合物，得出错误的结论。
红外光谱法的基本原理一、分子的振动能级与振动光谱原子与原子之间通过化学键连接组成分子。
分子是有柔性的，因而可以发生振动。
我们把不同原子组成的双原子分子的振动模拟为不同质量小球组成的谐振子振动(harmonicity)，即把双原子分子的化学键看成是质量可以忽略不计的弹簧，把两个原子看成是各自在其平衡位置附近作伸缩振动的小球（见图2-2）。
红外光谱检测原理
红外光谱检测原理红外光谱检测是一种常用的分析技术，它利用样品吸收、散射或透射红外光的特性来获取样品的结构和成分信息。
红外光谱检测原理是基于分子振动的，当分子受到红外光照射时，分子内部的键振动会发生变化，从而产生特定的红外吸收峰，这些吸收峰可以用来确定样品的成分和结构。
下面我们将详细介绍红外光谱检测的原理。
首先，我们需要了解红外光谱的来源。
红外光谱是指波长范围在0.78μm至1000μm之间的电磁辐射，对应的频率范围为3000GHz至3×10^12GHz。
在这个波长范围内，分子的振动和转动会引起特定的红外吸收，因此红外光谱可以用来研究分子的振动和转动状态。
其次，我们来介绍红外光谱的检测原理。
当样品受到红外光照射时，样品中的分子会吸收红外光的能量，从而发生振动和转动。
不同类型的化学键和功能团会产生特定的红外吸收峰，因此可以通过观察红外光谱图谱来确定样品的成分和结构。
例如，C-H键、O-H键、N-H键等都会在特定的波数范围内产生吸收峰，因此可以通过观察这些吸收峰来确定样品中的化学键和功能团。
另外，红外光谱检测还可以用来确定样品的结构。
由于不同的化学键和功能团会产生特定的红外吸收峰，因此可以通过比对样品的红外光谱图谱和标准物质的光谱图谱来确定样品的结构。
这种方法被广泛应用于有机化合物和高分子材料的结构表征。
总的来说，红外光谱检测原理是基于分子振动的，通过观察样品在红外光照射下的吸收情况来获取样品的成分和结构信息。
红外光谱检测技术已经成为化学分析和材料表征中不可或缺的手段，它在药物分析、食品安全、环境监测等领域都有着重要的应用价值。
希望通过本文的介绍，读者能够对红外光谱检测原理有一个清晰的认识，进一步了解这一重要的分析技术，并在实际应用中发挥其巨大的作用。
红外光谱知识点总结
红外光谱知识点总结一、红外光谱的基本原理1. 红外辐射红外光波长范围为0.78～1000微米，是可见光和微波之间的一部分光谱。
物质在光谱范围内会吸收、散射和发射红外光。
这些过程可以用来获取物质的结构信息。
2. 分子振动分子在吸收红外辐射时，分子内部的振动模式会发生变化，这些振动模式会导致物质对不同波长的红外光有不同的吸收峰。
根据分子结构、键的类型和位置不同，红外吸收峰会出现在不同的波数位置。
3. 红外吸收谱红外吸收谱是将物质对不同波数的红外光的吸收强度绘制成图谱。
在红外吸收谱中，不同的振动模式会对应不同的吸收峰，通过谱图的解析可以得到物质的结构信息。
4. 红外光谱仪红外光谱仪是用于测定物质的红外吸收光谱的仪器，它主要包括光源、分光器、样品室、检测器和数据处理系统等部分。
常见的红外光谱仪有光散射型、光路差型和干涉型等。
二、红外光谱的仪器分析技术1. 光散射型红外光谱仪光散射型红外光谱仪是通过散射光进行分析的，它适用于固态样品和粉末样品的分析。
该仪器操作简单，对样品的要求不高，但是分辨率较低。
2. 光路差型红外光谱仪光路差型红外光谱仪利用干涉光进行分析，可以获得高分辨率的红外光谱。
它适用于高精度的定量分析和结构鉴定，但是对样品的平整度和光路的稳定性要求较高。
3. 干涉型红外光谱仪干涉型红外光谱仪采用光源产生的连续光通过光栅或凸透镜分散成各个不同波数的光线，对于样品吸收光线的强度进行检测，然后通过计算机进行数据处理。
其优点是分辨率高、峰型窄、精确度高，适用于各种样品的定性、定量和成分分析。
4. 远红外光谱和近红外光谱远红外光谱仪可以用于检测液体样品和气态样品，其波数范围在4000～400 cm-1之间。
而近红外光谱则适用于固态和半固态样品的分析，波数范围在12500～4000 cm-1之间。
三、红外光谱的谱图解析1. 物质的结构信息根据红外光谱谱图的解析可以获得物质的结构信息，如键的种类、键的位置、分子的构型等。
红外吸收光谱中吸收峰的数目小于分子振动自由度数的原因是
红外吸收光谱中吸收峰的数目小于分子振动自由度数的
原因是
在红外吸收光谱中，吸收峰的数目往往小于分子振动自由度数的原因
可以从以下几个方面进行解释：
1.振动模式的重叠和振动耦合：一个分子在吸收红外辐射时，会发生
不同振动模式的振动。
然而，不同振动模式之间会存在重叠和耦合的现象，使得一些模式共振能量很接近，从而导致谱线的重叠和强度的减弱。
因此，即使分子具有较多的振动自由度，也可能只有部分振动模式会在红外吸收
光谱中表现出来。
2.分子的对称性：分子的对称性也会对红外吸收光谱产生影响。
根据
振动选择定律，只有对称性发生变化的振动模式才会在红外吸收光谱中产
生吸收峰。
如果分子具有很高的对称性，一些振动模式可能会受到禁止规
则的限制，不能在红外吸收光谱中被观察到。
3.分子的复杂性：分子的复杂性也可能导致吸收峰的数目小于分子振
动自由度数。
在复杂的分子中，振动模式之间可能会发生更多的重叠和相
互作用，使得一些振动模式在红外吸收光谱中不易观察到或很弱。
4.实验条件的限制：红外吸收光谱的观察受到实验条件的限制。
例如，仪器的灵敏度和分辨率等因素可能限制了对细微振动的观察，导致一些振
动模式无法在红外吸收光谱中被检测到。
总之，红外吸收光谱中吸收峰的数目小于分子振动自由度数是由于振
动模式的重叠和耦合、分子的对称性、分子的复杂性以及实验条件的限制
等多种因素综合作用的结果。
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它们的组频峰在ν 1+ν 2或ν 1-ν 3、振动偶合
2
附近）。
相同的两个基团在分子中靠得很近时，其相应的
特征峰常会发生分裂形成两个峰，这种现象称为振动 偶合。 (CH3)2CH-
1380cm-1：出现在1385~1380cm-1及1375~1365cm-1处。
4、弗米共振
倍频峰或组频峰位于某强的基频峰附近时，弱的
三、红外吸收峰的强度 根据量子理论，红外吸收峰的强度与分子振动 时偶极矩变化的平方成正比。因此，振动时偶极矩 变化越大，吸收强度越强。 偶极矩变化大小主要取决于下列四种因素： 1、化学键两端连接的原子的电负性
A-B
H-C O-H
2、不同振动形式
C
对称伸缩振动 νs
C
不对称伸缩振动 νas
C
剪式振动
CH3-NH2中NH2基具有一定的吸收频率而很多含 有NH2基的化合物，在这个频率附近（3500—
3100cm-1）也出现吸收峰。因此凡是能用于鉴定原子
团存在的并有较高强度的吸收峰，称为特征峰，对应 的频率称为特征频率，一个基团除有特征峰外，还有 很多其它振动形式的吸收峰，习惯上称为相关峰。
五、红外吸收峰减少的原因 1、红外非活性振动 2、振动简并
§2 红外吸收光谱的基本原理
一、分子的振动与红外吸收 1、双原子分子的振动
δ x2
r re
δ x1
双原子分子振动时原子的位移
1 2
K m
K——弹簧的力常数
1 2
K
H-Cl
2892.4 cm-1
C-H 2911.4 cm-1
C-H
2911.4 cm-1
C-C
1190 cm-1
C=C 1683 cm-1
1 A lg( ) T
在红外光谱中“谷”越深（T%小），吸光度 越大，吸收强度越强。
四、红外吸收光谱中常用的几个术语
1、基频峰、倍频峰、组频峰与泛频峰
V4 E V3 V2 V1 V0
H-Cl 分子基频峰：2885.9cm-1， 强度很大；倍频峰是5668cm-1，是 一个很弱的峰。
2、特征峰与相关峰
C-C 1190 cm-1
2、多原子分子的振动 (1)、基本振动的类型
多原子分子基本振动类型可分为两类：伸缩 振动和弯曲振动。 A、伸缩振动
用ν表示，伸缩振动是指原子沿着键轴方向伸缩， 使键长发生周期性的变化的振动。
C
对称伸缩振动 νs
C
不对称伸缩振动 νas
B、弯曲振动 用 δ 表示，弯曲振动又叫变形或变角振动。一般 是指基团键角发生周期性的变化的振动或分子中原子 团对其余部分作相对运动。弯曲振动的力常数比伸缩 振动的小，因此同一基团的弯曲振动在其伸缩振动的 低频区出现，另外弯曲振动对环境结构的改变可以在 较广的波段范围内出现，所以一般不把它作为基团频 率处理。
倍频峰或组频峰的强度会被大大的强化，这种倍频峰
或组频峰与基频峰之间的偶合，称为弗米共振，往往 裂分为两个峰。
在2840cm-1和2760cm-1附近出现两个中等强度的 吸收峰，这成为醛基的特征峰
+ + +
C
剪式振动
C
面内摇摆
C
面外摇摆
C
扭曲变形
(2)、分子的振动自由度
A、分子的振动自由度（分子自由度） 在研究多原子分子时，常把多原子的复杂振动分 解为许多简单的基本振动（又称简正振动），这些基 本振动数目称为分子的振动自由度，简称分子自由度。 B、化合物自由度的计算 含N个原子的线型分子振动自由度：3N-5Cνs NhomakorabeaC
νas
3、分子的结构的对称性
CH3CH2 H
C=C
H CH2CH3 CH2CH3 H
CH3CH2 H
C=C
4、其它因素
费米共振、分子内或分子间氢键形成及与偶极矩 大的基团共轭等因素，也会使吸收峰强度改变。
红外光谱中吸收峰的强度可以用吸光度（A）
或透光率T%表示。峰的强度遵守朗伯-比耳定律。 吸光度与透光率关系为：
含N个原子非线型分子振动自由度：3N-6
二、红外吸收光谱产生条件
V4 E V3 V2 V1 V0
1、△E振=hν（红外辐射频率 ）
CO2（3N-5=3×3－5=4
2349cm-1 、667cm-1
4种振动形式）
O=C=O O=C=O
2、分子在振动过程中必须有瞬间
偶极矩的改变，才能在红外光谱 中出现相对应的吸收峰，这种振 动称为具有红外活性的振动。
3、仪器的分辨率低
4、有些基团的振动频率出现在低频区（长波区）， 超出仪器的测试范围。
六、红外吸收峰增加的原因 1、倍频吸收 2、组合频的产生 一种频率的光，同时被两个振动所吸收，其能量
对应两种振动能级的能量变化之和，其对应的吸收峰
称为组合峰，也是一个弱峰，一般出现在两个或多个 基频之和或差的附近（基频为ν 1、ν 2的两个吸收峰，