《红外吸收光谱法》PPT课件
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红外吸收光谱PPT课件
02
红外吸收光谱仪器
红外光谱仪的构造
01
02
03
04
光源
发射一定波长的红外光，常用 光源有碘、溴钨灯等。
单色器
将光源发出的红外光分成单色 光，常用单色器有棱镜和光栅
。
样品室
放置待测样品，样品可以是气 体、液体或固体。
检测器
检测透过样品的红外光，常用 检测器有热电偶、光电导和光
电二极管等。
红外光谱仪的工作原理
红外吸收光谱的应用
确定物质成分
结构分析
通过比较标准物质的红外吸收光谱，可以 确定未知物质的成分。
红外吸收光谱的峰位置和峰强度可以提供 物质分子的振动和转动信息，有助于分析 分子结构和化学键的类型。
定量分析
反应动力学研究
通过测量样品在不同波长下的透射率或反 射率，可以计算样品中目标成分的浓度。
红外吸收光谱可用于研究化学反应过程中 分子振动和转动能级的跃迁。
特点
具有高灵敏度、高分辨率和高选 择性，能够提供物质分子的振动 和转动信息，广泛应用于化学、 物理、环境和生物等领域。
红外吸收光谱的原理
原理
当红外光与物质分子相互作用时，分 子吸收特定波长的红外光，导致分子 振动和转动能级跃迁，产生红外吸收 光谱。
影响因素
分子结构和化学键的性质决定红外吸 收光谱的特征，不同物质具有独特的 红外吸收光谱。
敏度，适用于复杂样品分析。
微型化红外光谱仪
02
通过集成光学、微电子机械系统等技术，将红外光谱仪小型化，
方便携带和移动检测。
多光谱和超光谱红外光谱仪
03
结合多光谱技术和超光谱技术，可同时获取样品多个波段的红
外光谱信息，提高分析效率。
PPT红外吸收光谱法PPT
2）变形振动：键长不变，键角变化旳 振动称为变形振动，又称变角振动。 a：面内变形振动 b：面外变形振动
图6~3
图：6~4亚甲基旳多种振动形式
2.分子振动旳自由度
N个原子构成份子。
有3N个独立运动＝平动数＋振动数＋转动数
N个原子中每个原子都能向X，Y，Z三
个坐标方向独立运动。
Z
即N个原子有3N个独立运动。
（振动能级差）
光子能量为：
E＝hvL＝ △E振 vL＝ △u • ν
1.产生红外吸收旳第一种条件
只有当红外辐射频率等于振动量子数
旳差值与分子振动频率旳乘积时，分子 才干吸收红外辐射，产生红外吸收光谱。
即 νL ＝ △υ × v
红外辐射频率
振动量数差值 分子振动频率
(1)基频峰 υ0＝0 υ ＝1 △υ=1
(HCl基频峰旳峰位为2886cm-1，HCl分子 旳振动频率为2886cm-1）
（2）倍频峰：
在红外吸收光谱上除基频峰外，还 有振动能级由基态（υ =0），跃迁至第 二振动激发态（υ＝2），第三振动激发 态（ υ＝3）…..等等，所产生旳吸收峰。 这些吸收峰称为倍频峰。
二倍频峰：
υ0→2 νL=△u·v＝(2－0) ·v ＝2 v 三倍频峰:
中强峰（m） 10 L·mol-1·cm-1 ＜ε＜20 L·mol-1·cm-1
弱峰 1 L·mol-1·cm-1 ＜ ε＜10 L·mol-1·cm-1
影响原因 1.迁跃几率，基频峰最大 2.偶极矩旳变化 ε∝△μ2
极性分子△μ→大,ε→大,吸收峰强度越大 如： ＞c=o (vs) ＞c=c＜(ω)
所产生旳 吸收峰。 即 分子吸收红外辐射后，由基态振动能
级（υ＝0 ）跃迁至第一振动激发态
第三章 红外吸收光谱ppt课件
精品课件
26
例7：醇类化合物
精品课件
27
例8：酚类化合物
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28
例9：醚类化合物
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29
例10：羰基化合物－醛类
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30
例11：羰基化合物－酮类
精品课件
31
例12：羧酸类化合物
精品课件
32
例13：酯类化合物
精品课件
33
例14：酸酐类化合物
精品课件
34
例15：酰卤类化合物
➢4000~2500cm-1: X-H（X=C.N.O.S）的伸缩振动区 ➢2500~2000cm-1: 三键和累积双键（-C≡C-,-C ≡ N,
-C=C=C-,-N=C=O,-N=C=S等）的伸缩振动区 ➢2000~1500cm-1: 双键的伸缩振动区，如 C=C,C=O,
N=C，N=O,苯环骨架等 ➢1500~1300cm-1: 主要提供C-H弯曲振动的信息 ➢1300~400cm-1: 单键的伸缩振动、分子骨架振动、双
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18
（7）费米共振
HO C
dC-H
OCH3
醛基的C-H键的弯曲振动在1390cm-1附近，其倍频 吸收和醛基C-H键的伸缩振动区域2850~2700cm-1十分接 近，两者发生费米共振。红外吸收峰偏离基频值。
这两个峰成为鉴定醛基的特征频率。
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19
3-5 各类有机物的红外光谱
例1：烷烃、烯烃和炔烃
p-共轭体系要同时考虑到+C效应和-I效应。
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11
（3）空间效应
O C
CH3
c=o1663cm -1
O C
CH3 CH3
红外吸收光谱PPT课件
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
2. 产生条件
物质吸收红外辐射应满足两个条件：
辐射光具有的能量与发生振动跃迁时所需的能 量相等；
• 当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某 个基团的振动频率和外界红外辐射的频率一致
分子振动 方程
m = m1 m2
m1 m2
c —光速 k —键力常数 u —折合质量
=
N1/ 2 A
k
2c M
M = M1 M2 M1 M2
影响基本振动频率的直接因素是相对原子质量 和化学键的力常数
C-C k 4～6 σ 1190
C=C 8～12 1683
C≡C 12～18 N/cm 2062 cm-1
辐射与物质之间有偶合作用。 实质是外界辐射迁移它的能量到分子中去
偶极矩的变化
偶极矩μ
HCl
d
H
Cl
+q
-q
H2O
H +q
-q O
d
H +q
m=qd
由于分子内原子处于在其平衡位置不断地振动的状态， 在振动过程中d 的瞬时值亦不断地发生变化，因此分 子的μ也发生相应的改变，分子也就具有确定的偶极 矩变化频率；
图 亚甲基的伸缩振动
弯曲振动（或变形振动）：基团键角发生周期变化 而键长不变的振动称为变形振动，用符号δ表示。 弯曲振动又分为面内和面外弯曲振动。
亚甲基的弯曲振动
基本振动的理论数
基本振动的数目称为振动自由度，每个振动自由度相 应于红外光谱图上一个基频吸收峰。
每个原子在空间都有三个自由度，如果分子由n 个原 子组成，其运动自由度就有3n 个；
2. 产生条件
物质吸收红外辐射应满足两个条件：
辐射光具有的能量与发生振动跃迁时所需的能 量相等；
• 当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某 个基团的振动频率和外界红外辐射的频率一致
分子振动 方程
m = m1 m2
m1 m2
c —光速 k —键力常数 u —折合质量
=
N1/ 2 A
k
2c M
M = M1 M2 M1 M2
影响基本振动频率的直接因素是相对原子质量 和化学键的力常数
C-C k 4～6 σ 1190
C=C 8～12 1683
C≡C 12～18 N/cm 2062 cm-1
辐射与物质之间有偶合作用。 实质是外界辐射迁移它的能量到分子中去
偶极矩的变化
偶极矩μ
HCl
d
H
Cl
+q
-q
H2O
H +q
-q O
d
H +q
m=qd
由于分子内原子处于在其平衡位置不断地振动的状态， 在振动过程中d 的瞬时值亦不断地发生变化，因此分 子的μ也发生相应的改变，分子也就具有确定的偶极 矩变化频率；
图 亚甲基的伸缩振动
弯曲振动（或变形振动）：基团键角发生周期变化 而键长不变的振动称为变形振动，用符号δ表示。 弯曲振动又分为面内和面外弯曲振动。
亚甲基的弯曲振动
基本振动的理论数
基本振动的数目称为振动自由度，每个振动自由度相 应于红外光谱图上一个基频吸收峰。
每个原子在空间都有三个自由度，如果分子由n 个原 子组成，其运动自由度就有3n 个；
红外吸收光谱法课件PPT
02 红外吸收光谱仪的组成与 操作
红外吸收光谱仪的组成
01
02
03
04
光源
发射特定波长的红外光，为样 品提供能量。
干涉仪
将红外光分成两束，分别经过 样品和参比，再合并形成干涉
。
检测器
检测干涉后的红外光，转换为 电信号。
数据处理系统
处理检测器输出的电信号，生 成红外吸收光谱。
红外吸收光谱仪的操作流程
多光谱融合
将红外光谱与其他光谱技 术进行融合，实现多维度、 多角度的物质成分和结构 分析。
云平台与大数据
利用云平台和大数据技术， 实现红外光谱数据的共享、 挖掘和分析，推动科研合 作与成果转化。
感谢您的观看
THANKS
检查部件
定期检查仪器各部件是否正常 工作，如光源、干涉仪、检测 器等。
定期校准
为保证测试结果的准确性，应 定期对仪器进行校准。
数据备份
对测试结果进行备份，以防数 据丢失。
03 红外吸收光谱法的实验技 术
样品的制备与处理
样品制备
将待测物质研磨成粉末，以便更 好地分散在测试介质中。
样品处理
根据实验需求，对样品进行纯化 、干燥等预处理，以消除干扰因 素。
用于检测大气和水体中 的污染物，如挥发性有 机化合物、重金属等。
用于研究生物大分子的 结构和功能，如蛋白质、
核酸等。
红外吸收光谱法的历史与发展
历史
红外吸收光谱法自19世纪中叶被发现以来，经历了多个发展阶段，不断完善和 改进。
发展
随着仪器的改进和计算机技术的发展，红外吸收光谱法的应用范围不断扩大， 分析精度和灵敏度也不断提高。未来，红外吸收光谱法将继续在各个领域发挥 重要作用。
红外吸收光谱ppt课件
OHNH 游 离1690
R
R
3500 1620-1590
HH NO 氢 键1650 3400 1650-1620
HO
O
C
OC3H HO
H3C
ppt课件完整
18
OH - 伸缩 2835
3705-3125
❖ （2）外部因素 ❖ 外部因素主要指测定时物质的状态以及溶剂效应等
因素。 ❖ 分子在气态时，其相互作用力很弱，此时可以观察
347.3
610.9
836.8
力常数 k(N.cm-1)
4.5
9.6
15.6
波数范围 (cm-1) 700～1200
1620～1680
2100～2600
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
一些常见化学键的力常数如下表所示：
① 不饱和碳原子上的=C-H（ C-H ）
苯环上的-C-H
3030 cm-1
=C-H
3100 3000 cm-1
末端= CH2 3085 cm-1附近
C-H 3300 cm-1
3000 cm-1 以上
② 饱和碳原子上的－C－H
-CH3 -CH2-C-H
2960 cm-1 反对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动 2930 cm-1 反对称伸缩振动 2850 cm-1 对称伸缩振动 2890 cpmpt课-1件完整弱吸收
由于偶极子具有一定的原有振动 频率，只有当辐射频率与偶极子 频率相匹配时，分子才与辐射发 生相互作用而增加它的振动能， 使振幅加大，即分子由原来的基 态振动跃迁到较高的振动能级。
红外吸收光谱分析法PPT课件
14 c
红外光谱的吸收强度
❖ 红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，而 偶极矩与分子结构的对称性有关。振动的对称性越高，振 动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。
❖ 极性较强的基团（如C=0，C-X等）振动，吸收强度较大； 极性较弱的基团（如C=C、C-C、N=N等）振动，吸收较 弱。
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。
9c
振动的基本类型
振动类型
伸缩振动 变形振动
对称性伸缩振动 V S 反对称性伸缩振动 V aS
面内变形振动
剪式振动δ S 平面摇摆ρ
面外变形振动
非平面摇摆ω 扭曲振动τ
伸缩振动的k比变形振动k大；因此伸缩振动出现在红外吸收
变长—k 降低—特征频率减小（移向低波数）。
25 c
3）氢键效应（X-H）
形成氢键使电子云密度平均化（缔合态），使体系能量下 降，基团伸缩振动频率降低，其强度增加但峰形变宽。
如羧酸 RCOOH(C=O=1760cm-1 ，O-H=3550cm-1); (RCOOH)2(C=O=1700cm-1 ，O-H=3250-2500cm-1)
HH 690 cm-1
单取代：770-730， 710-690 邻位取代：770-735 间位取代：810-750，725-680 对位取代：860-800
21 c
苯衍生物的红外光谱图
下图为不同的苯环取代类型在2000~ 1667cm-1和900~600cm-1区域 的光谱。
22 c
影响基团频率位移的因素
H-Br H-I H-O H-S H-N H-C
分子 HF HCl
红外光谱的吸收强度
❖ 红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，而 偶极矩与分子结构的对称性有关。振动的对称性越高，振 动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。
❖ 极性较强的基团（如C=0，C-X等）振动，吸收强度较大； 极性较弱的基团（如C=C、C-C、N=N等）振动，吸收较 弱。
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。
9c
振动的基本类型
振动类型
伸缩振动 变形振动
对称性伸缩振动 V S 反对称性伸缩振动 V aS
面内变形振动
剪式振动δ S 平面摇摆ρ
面外变形振动
非平面摇摆ω 扭曲振动τ
伸缩振动的k比变形振动k大；因此伸缩振动出现在红外吸收
变长—k 降低—特征频率减小（移向低波数）。
25 c
3）氢键效应（X-H）
形成氢键使电子云密度平均化（缔合态），使体系能量下 降，基团伸缩振动频率降低，其强度增加但峰形变宽。
如羧酸 RCOOH(C=O=1760cm-1 ，O-H=3550cm-1); (RCOOH)2(C=O=1700cm-1 ，O-H=3250-2500cm-1)
HH 690 cm-1
单取代：770-730， 710-690 邻位取代：770-735 间位取代：810-750，725-680 对位取代：860-800
21 c
苯衍生物的红外光谱图
下图为不同的苯环取代类型在2000~ 1667cm-1和900~600cm-1区域 的光谱。
22 c
影响基团频率位移的因素
H-Br H-I H-O H-S H-N H-C
分子 HF HCl
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
红外吸收光谱分析-PPT
红外区光谱用波长和波数(wave number)来 表征 ;
波长多用μm做单位; 波数:以σ表示,定义为波长得倒数,单位cm-1,其
物理意义就是每厘米长光波中波得数目。 σ=1/λ(cm)=104/λ(μm)=υ/c 用波数表示频率得好处就是比用频率要方便,
且数值小。 一般用透光率-波数曲线或透光度-波长曲线来
第三章 红外吸收光谱分析
3、2 基本原理 3、2、2 双原子分子得振动
红外光谱就是由于分子振动能级得跃迁(同时伴有转动能级跃迁) 而产生,即分子中得原子以平衡位置为中心作周期性振动,其振幅非 常小。这种分子得振动通常想象为一根弹簧联接得两个小球体系, 称为谐振子模型。这就是最简单得双原子分子情况,如下图所示。
基频峰、倍频峰和泛频峰
分子吸收红外辐射后,由基态振动能级(V=0)跃迁至 第一振动激发态(V=1)时,所产生得吸收峰称为基频 峰。因为△V=1时, L= ,所以 基频峰得位置等于 分子得振动频率。
在红外吸收光谱上除基频峰外,还有振动能级由基态 ( V =0)跃迁至第二激发态( V =2)、第三激发态( V =3),所产生得吸收峰称为倍频峰。
在室温时,分子处于基态( V = 0): EV= 1/2h ,此时,伸缩振动得频率很小。
条件一:辐射光子得能量应与振动跃 迁所需能量相等
当有红外辐射照射到分子时,若红 外辐射得光子(L)所具有得能量(EL) 恰好等于分子振动能级得能量差 (△EV)时,则分子将吸收红外辐射而跃
迁至激发态,导致振幅增大。
多原子分子振动
多原子分子由于原子数目增多,组成分子得键 或基团和空间结构不同,其振动光谱比双原子 分子要复杂。但就是可以把她们得振动分解 成许多简单得基本振动,即简正振动。
简正振动:简正振动得振动状态就是分子质 心保持不变,整体不转动,每个原子都在其平 衡位置附近做简谐振动。
波长多用μm做单位; 波数:以σ表示,定义为波长得倒数,单位cm-1,其
物理意义就是每厘米长光波中波得数目。 σ=1/λ(cm)=104/λ(μm)=υ/c 用波数表示频率得好处就是比用频率要方便,
且数值小。 一般用透光率-波数曲线或透光度-波长曲线来
第三章 红外吸收光谱分析
3、2 基本原理 3、2、2 双原子分子得振动
红外光谱就是由于分子振动能级得跃迁(同时伴有转动能级跃迁) 而产生,即分子中得原子以平衡位置为中心作周期性振动,其振幅非 常小。这种分子得振动通常想象为一根弹簧联接得两个小球体系, 称为谐振子模型。这就是最简单得双原子分子情况,如下图所示。
基频峰、倍频峰和泛频峰
分子吸收红外辐射后,由基态振动能级(V=0)跃迁至 第一振动激发态(V=1)时,所产生得吸收峰称为基频 峰。因为△V=1时, L= ,所以 基频峰得位置等于 分子得振动频率。
在红外吸收光谱上除基频峰外,还有振动能级由基态 ( V =0)跃迁至第二激发态( V =2)、第三激发态( V =3),所产生得吸收峰称为倍频峰。
在室温时,分子处于基态( V = 0): EV= 1/2h ,此时,伸缩振动得频率很小。
条件一:辐射光子得能量应与振动跃 迁所需能量相等
当有红外辐射照射到分子时,若红 外辐射得光子(L)所具有得能量(EL) 恰好等于分子振动能级得能量差 (△EV)时,则分子将吸收红外辐射而跃
迁至激发态,导致振幅增大。
多原子分子振动
多原子分子由于原子数目增多,组成分子得键 或基团和空间结构不同,其振动光谱比双原子 分子要复杂。但就是可以把她们得振动分解 成许多简单得基本振动,即简正振动。
简正振动:简正振动得振动状态就是分子质 心保持不变,整体不转动,每个原子都在其平 衡位置附近做简谐振动。
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3N = 平动 + 转动 + 振动
振动自由度 = 3N – 6 － 非线性分子 振动自由度 = 3N – 5 -- 线性分子
双原子分子 N = 2，振动自由度 = 3×2-5 = 1 三原子分子 N = 3，振动自由度 = 3×3-6 = 3 －非线性
N = 3，振动自由度 = 3×3-5 = 4 －线性
条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。 根据量子力学原理，分子振动能量Ev 是量子化的， 即
E V =（V+1/2）h
-分子振动频率， V-振动量子数，值取 0，1，2，…
只有当 Ea= EV 时，才可能发生振转跃迁。
5
精选课件ppt
6
条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用
＝q×d
对称分子：＝0,辐射不能引起共振－红外“非活性” 振 动。
双峰
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5）红外光谱中常用术语
（1）基频峰与泛频峰 分子吸收一定频率的红外光后，振动能级从基态跃迁到
第一激发态（V0 V1）时所产生的吸收－基频峰。 振动能级从基态跃迁到第二（V2 ） 、第三（V3 ） …
激发态所产生的吸收－倍频峰。 此外，还有组频峰（包括合频峰和差频峰）。倍频峰和
组频峰总称为泛频峰。
4.5 5.6
4.5m
6.0 m
7.0 m
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9
查表知C=C键 k=9.5 9.9 ,令其为9.6, 计算波数值
v
=
1
=
1
2pc
k
= 1307
k
= 1307 9.6 = 1650cm-1 12 / 2
已知C=O键 k=12, v 求 C=O
正己烯vC=C ＝1652 cm-1
12 v = 1307 12×16 = 1725 cm－1
Chapter 2 红外吸收光谱法
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1
2.1 红外光谱分析基本原理
2.1.1 概述
1）红外光谱法特点
1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低； 2）应用范围广：除单原子分子外，几乎所有有机物均
有红外吸收； 3）红外光谱特征性强－“分子指纹光谱”。分子结构
更为精细的表征，通过IR谱的波数位置、波峰数 目及强度确定分子基团、分子结构； 4）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品； 5）分析速度快；
中红外(振动区) (2.5~25 m)
远红外(转动区) (25-1000 m)
分区及波长范围
倍频 分子振动转动
分子转动 跃迁类型
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4
2.1.2 化学键的振动与频率
1）化学建的振动与频率 分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱
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5
2）红外光谱产生的条件
分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件：
不产生红外吸收，如：N2、O2、Cl2 等。 非对称分子： 0，红外 “活性” 振动。
产生红外吸收。
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7
3）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
2p
k
=1= 1 2pc
k
= 1307
k
K－ 键力常数，两个原子由平衡位置伸长0.1nm后的回复力，
单位10-5 N/cm (dyn/cm)
6）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。
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2
2）红外光谱的表示方法：
红外光谱以T~ (μm) 或 T~波数1/λ ( cm-1 )来表示，
苯酚的红外光谱。
T(%)
可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。
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3
3） 红外光区划分
红外光谱 (0.75~1000m)
近红外(泛频） (0.75~2.5 m)
vas > vs >
3652 3756
1545
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14
（2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极矩变化时，无红外吸收。
CO2分子
667 2349
（3）峰强度
瞬间偶极矩变化越大，吸收峰越强； 能级跃迁的几率越大，吸收峰也越强。
基态第一激发态，产生一个强吸收峰（基峰）； 基态第二激发态，产生一个弱的吸收峰（倍频峰）；
分子振动自由度数目越大，红外光谱中峰的数目越多。
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12
2）分子中基团的基本振动形式
两类基本振动形式 伸缩振动 v (CH2) ：
变形振动 (CH2) ：
（峰强度、峰的形状
（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；反之，出现 在低波数区。 -CC - > -C =C - > -C - C - ; H-O> C=O
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15
峰的强度
峰的强度可用 ε 表示 ε > 200
很强峰 VS
ε = 75 ~200 强峰
S
ε = 25 ~ 75 中强峰 m
ε = 5 ~25 弱峰
w
ε = 0 ~5
很弱峰 vw
b ---宽峰
sh ---大峰边的小肩峰
(4) 红外光谱中峰的形状有宽峰、尖峰、肩峰、双峰
宽峰
尖峰
肩峰
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（2）特征峰与相关峰 凡能用于鉴定原子基团存在，并有较高强度的吸收峰－
经典力学导出的波数计算式为近似式。因为振动能量变化 是量子化的，分子中各基团之间、化学键之间会相互影响， 即分子振动的波数与分子结构（内因）和所处的化学环境 （外因） 有关。
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11
2.1.3 分子振动与红外光谱
1）多原子分子振动光谱 多原子基团有更多的振动形式，可以出现一个以上基频振 动吸收带,吸收带的数目与分子的自由度有关。 在三维空间，每一个原子核有3个运动自由度（在x,y,z三 个方向上移动），所以由n个原子组成的分子有3n个运动自 由度。
12＋16
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10
影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化学键力常 数k 和原子质量。
k大，化学键的振动波数高，如 kCC(2222cm-1) > kC=C(1667cm-1) > kC-C(1429cm-1)（质量相近） 质量m大，化学键的振动波数低，如 mC-C(1430cm-1) < mC-N(1330cm-1) < mC-O(1280cm-1) (力常数相近）
－ 折合质量 =m1m2/（m1+m2）原子质量单位
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。
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8
表 某些键的伸缩力常数（* 105 dyn/cm)
键类型: 力常数: 峰位:
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9
振动自由度 = 3N – 6 － 非线性分子 振动自由度 = 3N – 5 -- 线性分子
双原子分子 N = 2，振动自由度 = 3×2-5 = 1 三原子分子 N = 3，振动自由度 = 3×3-6 = 3 －非线性
N = 3，振动自由度 = 3×3-5 = 4 －线性
条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。 根据量子力学原理，分子振动能量Ev 是量子化的， 即
E V =（V+1/2）h
-分子振动频率， V-振动量子数，值取 0，1，2，…
只有当 Ea= EV 时，才可能发生振转跃迁。
5
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6
条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用
＝q×d
对称分子：＝0,辐射不能引起共振－红外“非活性” 振 动。
双峰
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5）红外光谱中常用术语
（1）基频峰与泛频峰 分子吸收一定频率的红外光后，振动能级从基态跃迁到
第一激发态（V0 V1）时所产生的吸收－基频峰。 振动能级从基态跃迁到第二（V2 ） 、第三（V3 ） …
激发态所产生的吸收－倍频峰。 此外，还有组频峰（包括合频峰和差频峰）。倍频峰和
组频峰总称为泛频峰。
4.5 5.6
4.5m
6.0 m
7.0 m
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查表知C=C键 k=9.5 9.9 ,令其为9.6, 计算波数值
v
=
1
=
1
2pc
k
= 1307
k
= 1307 9.6 = 1650cm-1 12 / 2
已知C=O键 k=12, v 求 C=O
正己烯vC=C ＝1652 cm-1
12 v = 1307 12×16 = 1725 cm－1
Chapter 2 红外吸收光谱法
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2.1 红外光谱分析基本原理
2.1.1 概述
1）红外光谱法特点
1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低； 2）应用范围广：除单原子分子外，几乎所有有机物均
有红外吸收； 3）红外光谱特征性强－“分子指纹光谱”。分子结构
更为精细的表征，通过IR谱的波数位置、波峰数 目及强度确定分子基团、分子结构； 4）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品； 5）分析速度快；
中红外(振动区) (2.5~25 m)
远红外(转动区) (25-1000 m)
分区及波长范围
倍频 分子振动转动
分子转动 跃迁类型
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2.1.2 化学键的振动与频率
1）化学建的振动与频率 分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱
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2）红外光谱产生的条件
分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件：
不产生红外吸收，如：N2、O2、Cl2 等。 非对称分子： 0，红外 “活性” 振动。
产生红外吸收。
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3）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
2p
k
=1= 1 2pc
k
= 1307
k
K－ 键力常数，两个原子由平衡位置伸长0.1nm后的回复力，
单位10-5 N/cm (dyn/cm)
6）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。
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2
2）红外光谱的表示方法：
红外光谱以T~ (μm) 或 T~波数1/λ ( cm-1 )来表示，
苯酚的红外光谱。
T(%)
可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。
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3） 红外光区划分
红外光谱 (0.75~1000m)
近红外(泛频） (0.75~2.5 m)
vas > vs >
3652 3756
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（2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极矩变化时，无红外吸收。
CO2分子
667 2349
（3）峰强度
瞬间偶极矩变化越大，吸收峰越强； 能级跃迁的几率越大，吸收峰也越强。
基态第一激发态，产生一个强吸收峰（基峰）； 基态第二激发态，产生一个弱的吸收峰（倍频峰）；
分子振动自由度数目越大，红外光谱中峰的数目越多。
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12
2）分子中基团的基本振动形式
两类基本振动形式 伸缩振动 v (CH2) ：
变形振动 (CH2) ：
（峰强度、峰的形状
（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；反之，出现 在低波数区。 -CC - > -C =C - > -C - C - ; H-O> C=O
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峰的强度
峰的强度可用 ε 表示 ε > 200
很强峰 VS
ε = 75 ~200 强峰
S
ε = 25 ~ 75 中强峰 m
ε = 5 ~25 弱峰
w
ε = 0 ~5
很弱峰 vw
b ---宽峰
sh ---大峰边的小肩峰
(4) 红外光谱中峰的形状有宽峰、尖峰、肩峰、双峰
宽峰
尖峰
肩峰
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（2）特征峰与相关峰 凡能用于鉴定原子基团存在，并有较高强度的吸收峰－
经典力学导出的波数计算式为近似式。因为振动能量变化 是量子化的，分子中各基团之间、化学键之间会相互影响， 即分子振动的波数与分子结构（内因）和所处的化学环境 （外因） 有关。
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11
2.1.3 分子振动与红外光谱
1）多原子分子振动光谱 多原子基团有更多的振动形式，可以出现一个以上基频振 动吸收带,吸收带的数目与分子的自由度有关。 在三维空间，每一个原子核有3个运动自由度（在x,y,z三 个方向上移动），所以由n个原子组成的分子有3n个运动自 由度。
12＋16
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10
影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化学键力常 数k 和原子质量。
k大，化学键的振动波数高，如 kCC(2222cm-1) > kC=C(1667cm-1) > kC-C(1429cm-1)（质量相近） 质量m大，化学键的振动波数低，如 mC-C(1430cm-1) < mC-N(1330cm-1) < mC-O(1280cm-1) (力常数相近）
－ 折合质量 =m1m2/（m1+m2）原子质量单位
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。
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表 某些键的伸缩力常数（* 105 dyn/cm)
键类型: 力常数: 峰位:
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9