第四章 红外光谱(IR)和拉曼光谱
红外线与拉曼光谱
波数, cm-1 = 104 /（ , µm ）
2
红外光谱与拉曼光谱的区别：信号产生的方式不同
红外光谱为吸收光谱，拉曼光谱为散射光谱（一般信号很弱） 二者在研究分子结构上具有互补性
3
红外光谱法的特点
紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具有 共轭体系的有机化合物
红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没 有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）
除单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等外，几乎所有的 有机化合物在红外光谱区均有吸收；
除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有 微小差异的化合物外，凡是具有结构不同的两个化合物，其红外 光谱一定不相同
25
红外吸收峰的强度
e ＞100 L cm-1 mol-1 20 ＜ e ＜100 10＜ e ＜20 1＜ e ＜10
非常强峰（vs） 强峰（s） 中强峰（m） 弱峰（w）
影响因素 振动能级的跃迁概率，跃迁时的偶极矩变化大小;而
偶极矩与分子结构的对称性有关
基频吸收峰：基态向第一激发态跃迁，概率大，峰较强 倍频吸收峰：基态向第二激发态跃迁，概率小，峰较弱
例如1: C-C、 CC、 CC三种碳碳键的质量相同， 键力常数的顺序是三键>双键>单键。因此在红外光谱中， CC的吸收峰出现在 2222 cm-1，而CC约在1667 cm-1 ， C-C 在 1429 cm-1;
例如2: C-C、C-O、C-N键的力常数相近，但相对折合质量不 同: C-C < C-N < C-O，这三种键的基频振动峰分别出现在1430 cm-1 、1330 cm-1 、1280 cm-1附近
拉曼光谱-课件分享
拉曼光谱分析
主要内容
红外光谱(IR) 拉曼光谱(Raman)
分子振动光谱
2
激光拉曼光谱基础
1928 C.V.Raman发现拉曼散射效应 1960 随着激光光源建立拉曼光谱分析 拉曼光谱和红外光谱一样，也属于分子振动光谱 生物分子，高聚物，半导体，陶瓷，药物等分析 ，
是否出现拉曼活性主要取决于分子在运动过程时某一 固定方向上的极化率的变化。 对于分子振动和转动来说，拉曼活性都是根据极化率 是否改变来判断的。 对于全对称振动模式的分子，在激发光子的作用下， 肯定会发生分子极化，产生拉曼活性，而且活性很强； 而对于离子键的化合物，由于没有分子变形发生，不 能产生拉曼活性。
Strength enhanced 102~3 more sensitive concentration < 0.1mM similar to UV
preresonance
Resonance enhanced
共振拉曼散射
11
拉曼原理-LRS与IR比较
拉曼光谱是分子对激发光的散射，而红外光谱则是分子对红外光的吸 收，但两者均是研究分子振动的重要手段，同属分子光谱。
优势：激发波长较长， 可以避免部分荧光产生
局限：黑色样品会产生热背景 薄膜样品的厚度应 >1m 光谱范围：5~4000cm-1
23
分析方法
普通拉曼光谱 一般采用斯托克斯分析
反斯托克斯拉曼光谱 采用反斯托克斯分析
24
Raman光谱可获得的信息
Raman 特征频率
Raman 谱峰的改变
Raman 偏振峰
47
100 Cr
100
depth profile lines
红外光谱和拉曼光谱的异同
红外光谱和拉曼光谱的异同红外光谱和拉曼光谱是研究分子结构及组态、物质成分鉴定和结构分析的有力工具，由于具有无损伤、灵敏度高和时间短等特点，在物理、化学、生物学、矿物学、考古学和工业产品质量控制等领域中得到了广泛的应用，在物质结构分析中，极性基团如C=O,N-H及S-H 具有强的红外延伸振动，而非极性基团如C=C,C-C及S-S有强的拉曼光谱带，因此，红外光谱和拉曼光谱常常在一起，共同用于完成一个物质分子结构的完整分析。
通常，红外光谱适用于分析干燥的非水样品，拉曼光谱适合于含水的生物系统分析。
总体来说：红外光谱与拉曼光谱同属于分子振动光谱，但红外光谱是吸收光谱，拉曼光谱是散射光谱，二者机制不同，但互为补充。
红外光谱和拉曼光谱的联系和区别具体如下:(1)红外光谱常用于研究极性基团的非对称振动;拉曼光谱常用于研究非极性基团与骨架的对称振动。
红外吸收弱或无吸收的官能团在拉曼散射谱中均有强峰;反之，拉曼散射峰弱则红外吸收强。
例如，许多情况下C =C伸缩振动的拉曼谱带比相应的红外谱带较为强烈，C= O的伸缩振动的红外谱带比相应的拉曼谱带更为显著。
(2)拉曼光谱一次可以同时覆盖40-4000cm-1波数的区间，可对有机物及无机物进行分析。
若让红外光谱覆盖相同的区间则必须改变光栅、光束分离器、滤波器和检测器，(3)拉曼光谱可测水溶液，而红外光谱不适用于水溶液的测定。
(4)红外光谱解析中的定性三要素(即吸收频率、强度和峰形)对拉曼光谱解析也适用。
但拉曼光谱中还有去偏度P，通过测定P，可以确定分子的对称性。
光源红外光谱光源一、一般是黑体或者是通电碳化硅棒，黑体通常情况下是最佳的光源，原因是处在相同的温度的时候，黑体的辐射功率密度比其他热辐射红外光源都要大得多。
白炽灯泡也能被称为红外光源，有些朋友会觉得不解，白炽灯不是可见光源吗?其实不然，白炽灯可以把它75%的电能都转化成红外辐射光，因此也可以把它叫做红外光源，但因为白炽灯辐射出的红外辐射都被它外面的玻璃壳吸收掉了，所以呈现出来的红外线光并不多，所以说它是一种接近红外光线的光源。
红外光谱与拉曼光谱的异同点
红外光谱与拉曼光谱的异同点
作为检测物质构成的有效手段，红外光谱和拉曼光谱具有相似性和区别。
在相似之处，首先，它们都是物质分子振动光谱的重要手段之一。
红外光谱和拉曼光谱都是通过测量物质对特定频率的光吸收或散射来识别和定量化学物质。
其次，他们不仅可以用于定性分析，而且可以用于定量分析。
通过每种物质的红外光谱和拉曼光谱的独特性，可以对其进行准确鉴定。
它们也可以通过吸收或散射的光强度来测量物质的浓度。
还有，它们都可以通过在积分球中测量来进行全反射。
尽管他们有共同之处，但红外光谱和拉曼光谱之间也存在显着的差异。
比如，在分析技术上，红外光谱通常使用吸收法，而拉曼光谱使用散射法。
另一个不同点是，红外光谱更多的研究分子的振动模式，而拉曼光谱更重视的是研究分子的旋转模式。
此外，红外光谱受到水吸收的影响更大，而拉曼光谱较少受到水分影响。
在采样方面，拉曼光谱可以进行非接触式采样，而红外光谱通常需要将样品直接接触到探头。
在应用上，由于拉曼光谱对诸如配位化合物、有机化合物等物质的分析能力强，因此在化学、生物及材料科学中有着广泛的应用。
而红外光谱适用于碳氢化合物、无机化合物、有机化合物等物质的分析，在环境监测、食品安全和生物医学等诸多领域都有应用。
总的来说，尽管红外光谱和拉曼光谱在分析化学物质方面都非常有效，但它们在测量技术、影响因素、采样方式以及应用领域等方面存在着显著的异同。
红外光谱IR和拉曼光谱Raman课件
优缺点分析
IR光谱
优点是检测的分子类型广泛，可用于多种类型的化学分析；缺点是需要样品是固态或液态，且某些基团可能无法 检测。
Raman光谱
优点是无需样品制备，对气态、液态和固态样品都适用；缺点是检测灵敏度相对较低，可能需要更长的采集时间 和更强的光源。
选择与应用指南
选择
根据样品的类型和所需的化学信息，选择合适的分析方法。对于需要检测分子振动信息 的样品，IR光谱更为合适；而对于需要快速、非破坏性检测的样品，Raman光谱更为
领域的研究和应用。
04
CATALOGUE
红外光谱（IR）与拉曼光谱（ Raman）比较相似性与差异性Fra bibliotek相似性
两种光谱技术都利用光的散射效应来 检测物质分子结构和振动模式。
差异性
IR光谱主要检测分子中的伸缩振动， 而Raman光谱则主要检测分子的弯曲 振动。此外，IR光谱通常需要样品是 固态或液态，而Raman光谱对气态和 液态样品也适用。
拉曼散射是由于物质的分子振动或转动引起的，散射光的频率与入射光的频率不同 ，产生拉曼位移。
拉曼散射的强度与入射光的波长、物质的浓度和温度等因素有关。
拉曼活性与光谱强度
拉曼活性是指物质在拉曼散射中的表 现程度，与物质的分子结构和对称性 有关。
在拉曼光谱实验中，可以通过控制入 射光的波长和强度，以及选择适当的 实验条件来提高拉曼光谱的强度和分 辨率。
红外光谱解析
特征峰解析
根据红外光谱的特征峰位置和强 度，推断出分子中存在的特定振
动模式。
官能团鉴定
通过比较已知的红外光谱数据，可 以鉴定分子中的官能团或化学键。
结构推断
结合其他谱图数据（如核磁共振、 质谱等），可以推断分子的可能结 构。
红外光谱
材料分析测试技术一、名词解析：1.红外光谱（Infrared Spectroscopy, IR）是利用试样吸收红外光的特征对物质进行结构鉴定的表征技术。
2.拉曼光谱（Raman Spectroscopy）就是利用光经过试样产生的拉曼散射特征对物质进行结构鉴定的表征技术。
3.Raman位移就是Stokes或Anti-Stokes线频率与入射光频率的差值。
4.核磁共振（Nuclear Magnetic Resonance, NMR）是记录处于外磁场中磁核能级之间跃迁的一种技术。
5.化学位移：由于质子所处的化学环境不同，其周围的微磁场自然不同，因此，核磁共振发生时外加的磁场强度并不相同，而是相对有一定的位移，这种吸收峰位置的差距被称为化学位移。
6.凝胶渗透色谱（Gel Permeation Chromatography, GPC）是一种色谱技术，它用高度多孔性的、非离子型的凝胶小球将溶液中多分散的聚合物逐级分开，配合分子量检测器使用即可得到分子量分布，是目前测定分子量分布最广泛应用的方法。
7.X射线衍射如果试样具有周期性结构（结晶），则X射线被相干散射（相对于入射光，散射光没有波长和相关系的改变），该现象被称为X射线衍射8.漫射X射线衍射如果试样具有不同电子密度的非周期性结构，则X射线被不相干散射（相对于入射光，散射光有波长和相关系的改变），该现象被称为漫射X 射线衍射（简称散射）。
9.热分析（Thermal Analysis, TA）是指在程序控温下测量物质的物化性质与温度关系的一类技术10.热重分析（Thermalgravimetry or Thermalgravimetric analysis, TG or TGA）是在程序控温下测量试样质量对温度的变化。
11.热机械分析（Thermomechanical analysis, TMA）是在程序控温和加载静态载荷（压或拉）下测量样品尺寸对温度的变化。
拉曼光谱
拉曼位移Δv=vR-vo
vR为拉曼线频率，vo为入射光频率。拉曼 位移与入射光频率无关，只与分子振动能 级差ΔE(ΔE=hv)有关。
不同分子具有不同振动能级，拉曼位移是 特征的，是研究分子结构的重要依据。
拉曼散射线的特点
•斯托克斯线和反斯托克斯线对称地分布在瑞利线两 侧,相对应的拉曼位移完全相等,但斯托克斯线强度比 反斯托克斯线强度大得多;
第四章 拉曼光谱
概述
拉曼光谱是建立在拉曼散射效应基础上 的光谱分析法。
拉曼光谱与红外光谱一样，源于分子的 振动能级跃迁，属分子振动光谱。
拉曼光谱的基本原理
Real States 真实能级
Virtual State 虚能级
Mid IR Stokes Raman 红外 斯托克斯拉曼
E1+hv0 E0+hv0
•瑞利散射光的强度只有入射光强度的约10-3,而拉曼 散射光的强度非常弱,只有入射光强度的约10-6-10-8;
•若改变入射光的频率,拉曼散射线的频率也发生变化, 但它们总是出现在在瑞利线两侧,相对应的拉曼位移 保持不变;拉曼位移只与分子结构有关。
拉曼光谱图
CCl4的拉曼光谱 拉曼光谱图以拉曼位移为横坐标，拉曼线强度为纵坐标。入射光 频率当作0。由于Stokes线强于反Stokes线，所以拉曼光谱仪记录 的是前者,忽略反Stokes线。
拉曼光谱选律
从量子力学的观点来看,拉曼光谱起源于分子振动过 程中极化率的改变,红外光谱起源于分子振动过程中 偶极矩的变化.
极化率表征分子在电场(光波的电磁场)作用下分 子中电子云变形的难易程度。
振动时极化率发生变化,该振动是拉曼活性的;
振动时偶极矩发生变化,该振动是红外活性的;
红外光谱图库 IR 红外光谱分析
因此, IR可用于鉴别化合物中的化学键类 型，可对分子结构进行推测。既适用于结晶 质物质，也适用于非晶质物质。
武汉理工大学资环学院 管俊芳
4
红外－拉曼
2 红外光区的划分（1）
红外光区介于可见光与微波之间， 波长范围约为0.76-1000μm，为了便 于描述，引入一个新的概念——波数 (wave number)。 波数： ，波长的倒数，每厘米的波 长个数， 单位 cm－1
第四部分 红外光谱分析 激光拉曼光谱分析
武汉理工大学资环学院 管俊芳
1
红外－拉曼
第一章 红外光谱
1 概述
2 红外光区的划分 3 红外吸收产生的原理 4 红外分析方法 5 典型红外图谱
武汉理工大学资环学院 管俊芳
2
红外－拉曼
1 概述（1） 红外光谱属于分子振动光谱。 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分
而多非极性的双原子分子（H2,N2,O2)，虽然也 会振动，但振动中没有偶极矩的变化，因此不产生 交变电场，不会与红外光发生作用，不吸收红外辐 射。称之为非红外活性。
武汉理工大学资环学院 管俊芳
15
红外－拉曼
4 红外分析方法（1）
红外辐射光源： a）能斯特灯：氧化锆、氧化钍、氧化钇的混
和物 b）硅碳棒：由合成的SiC加压而成 c）氧化铝棒：中间放置铂－铑加热丝的氧化
＝1/（cm） ＝ 104/ （m）
武汉理工大学资环学院 管俊芳
5
红外－拉曼
2 红外光区的划分（2）
近红外：0.76―2.5μm，13158―4000cm-1 主要为OH，NH，CH的倍频吸收
中红外：2.5―25μm，4000―400cm-1 主要为分子振动，伴随振动吸收
红外与拉曼比较
对称分子：
对称振动→拉曼活性。
不对称振动→红外活性
2024/10/15
4. 红外与拉曼谱图对比
红外光谱：基团； 拉曼光谱：分子骨架测定；
2024/10/15
红外与拉曼谱图对比
2024/10/15
5.选律 1 S C S
振动自由度：3N- 4 = 4
拉曼活性
2 S C S
红外活性
3 S C S
4
或键的强度没有很大差别。II. 羟基和甲基的质量仅相差2 单位。 III.与C-H和N-H谱带比较，O-H拉曼谱带较弱。
2024/10/15
2941，2927cm-1 ASCH2 2854cm-1 SCH2 1444，1267 cm-1 CH2
1029cm-1 （C-C） 803 cm-1环呼吸
2024/10/15
水可作为溶剂
水不能作为溶剂
样品可盛于玻璃瓶，毛细管等容器 中直接测定
不能用玻璃容器测定
固体样品可直接测定
需要研磨制成 KBR 压片
2024/10/15
二、拉曼光谱的应用
由拉曼光谱可以获得有机化合物的各种结构信息： 1）同种分子的非极性键S-S，C=C，N=N，CC产生强拉曼
谱带， 随单键双键三键谱带强度增加。 2）红外光谱中，由C N，C=S，S-H伸缩振动产生的谱带一
3060cm-1r-H) 1600,1587cm-1 c=c)苯环 1039, 1022cm-1单取代
1000 cm-1环呼吸 787 cm-1环变形
2024/10/15
三、激光Raman光谱仪
激光光源：He-Ne激光器，波长632.8nm；
Ar激光器， 波长514.5nm，
488.0nm； 散射强度1/4 单色器： 光栅，多单色器； 检测器： 光电倍增管， 光子计数器；
红外光谱和拉曼光谱的区别
红外光谱又叫做红外吸收光谱，它是红外光子与分子振动、转动的量子化能级共振产生吸收而产生的特征吸收光谱曲线。
要产生这一种效应，需要分子内部有一定的极性，也就是说存在分子内的电偶极矩。
在光子与分子相互作用时，通过电偶极矩跃迁发生了相互作用。
因此，那些没有极性的分子或者对称性的分子，因为不存在电偶极矩，基本上是没有红外吸收光谱效应的。
拉曼光谱一般也是发生在红外区，它不是吸收光谱，而是在入射光子与分子振动、转动量子化能级共振后以另外一个频率出射光子。
入射和出射光子的能量差等于参与相互作用的分子振动、转动跃迁能级。
与红外吸收光谱不同，拉曼光谱是一种阶数更高的光子——分子相互作用，要比红外吸收光谱的强度弱很多。
但是由于它产生的机理是电四极矩或者磁偶极矩跃迁，并不需要分子本身带有极性，因此特别适合那些没有极性的对称分子的检测。
相同点：对于一个给定的化学键，其红外吸收频率与拉曼位移相等，均代表第一振动能级的能量。
因此，对某一给定的化合物，某些峰的红外吸收波数和拉曼位移完全相同，红外吸收波数与拉曼位移均在红外光区，两者都反映分子的结构信息。
拉曼光谱和红外光谱一样，也是用来检测物质分子的振动和转动能级。
不同点
本质区别：红外是吸收光谱，拉曼是散射光谱；拉曼光谱光谱与红外光谱两种技术包含的信息通常是互补的。
波谱分析第四章IR谱
1680～1500
C≡C OH:3600～3200 C＝O NH 3500～3200 X＝Y＝Z 1850～1650 NH2 C≡N 2300～1900 CH CH2 3000～2700 饱和的＜3000 CH3
③ 醇、酚与酸的区别 ★醇（酚）的νO－H的吸收峰位置比羧酸高。 醇往往有两个吸收峰，而酸只有一个强而宽的峰。 酸还有νC=O峰。 ★课堂练习 如何区别下列化合物？ CH3CH2CH2CH2OH CH3CH2CH2CH2NH2 (CH3CH2)2NH CH3CH2CH2COOH
2.区域Ⅱ和Ⅲ(3300～2400cm-1) 此区域为C-H伸缩振动区，主要用来作为鉴 定炔烃、烯烃、苯环与饱和C-H键的存在。 ＞3000cm-1为不饱和C-H伸缩振动， ＜3000cm-1为饱和C-H伸缩振动。
团）有不同的吸收频率。但可以把它们分组，通常 划分为8个最重要的频率区，即“八区域法”
区域 Ⅰ Ⅱ Ⅲ
波数（cm-1） 3700-3200 3300-3000 3000-2400
键的振动类型 νo-H νN-H ν≡C-H ν=C-H νAr-H νc-H （CH3，
CH2，CH，O=C-H）
Ⅳ
尽管每种基团频率具有特征性，但是 由于基团所在的化学环境不同，又具 有一定的差别，这种差别常常能反映 出分子结构上的特点。因此只要掌握 各种基团的振动频率及其位移规律， 就可应用IR谱来鉴定化合物中存在的 基团及其在分子中的相对位置，进而 推断化合物的结构。
★通过大量实验结果，发现虽然不同基团（官能
★在红外光谱中，是不是倍频峰一定是基频峰的 整数倍呢？
红外光谱(IR)和拉曼光谱(Raman)
12
解:
=1307
12 16
=1725 (cm-1)
12 16
当分子吸收红外光发生跃迁时要满足一定的选律，即振动能级是量子化的，可能存在的能级要满足下式： E=(V+1/2)h
式中h为普朗克常数，为振动频率，V为振动量子数(0、1、2……),振动能级不止一种激发态。
势能
V=2 V=1 V=0
r/A0 双原子分子势能曲线
常温下分子处于最低振动能级，此时叫基态，V=O。 从基态V0跃迁到第一激发态V=1，V0V1产生的吸收带较强，叫基频或基峰。
也有从基态跃迁到第二激发态甚至第三激发态，V0V2或V0V3的跃迁产生的吸收带依次减弱，叫倍频吸收，用21等表示。
3.2.2 分子振动与红外光谱 N个原子组成的分子，每个原子在空间的位置要有三个坐标，由N个原子组成的分子就需要3N个坐标，也就是有3N个运动自由度。
( cm-1)=1/λ(cm)=104/λ(μm) 在2.5μm处，对应的波数值为：
= 104/2.5 (cm-1)=4000cm-1
一般扫描范围在4000~400cm-1。 波长在2.5~25μm，叫中红外区。 波长0·75~2·5μm叫近红外区。 波长在25~100μm叫远红外区。
3.2 红外光谱基本原理 3.2.1 化学键的振动与频率
（3）分子的对称性。 结构为中心对称的分子，若其振动也中心对称，则此振动的偶极矩变化为零。如CO2的对称伸缩振动没有红外活性。
对称性差的振动偶极矩变化大，吸收峰强。
（4）其他因素: (a)氢键的形成使有关的吸收峰变宽变强。
(b)与极性基团共轭使吸收峰增强。如C=C、C≡C等基团的伸缩振动吸收很弱。但是，如果它们与C=O或C≡N共轭，吸收强度会大大增强。
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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。
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4.1.2红外光谱法的特点
（1）红外光谱是依据样品 吸收谱带的位置、强度、形状、 个数，推测分子中某种官能团的存在与否，推测官能团的 邻近基团，确定化合物结构。
12
解:
=13071 2 1 6
12 16
=1725 (cm-1)
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当分子吸收红外光发生跃迁时要满足一定的选律，即振 动能级是量子化的，可能存在的能级要满足下式：
E=(V+1/2)h
式中h为普朗克常数，为振动频率，V为振动量子数(0、 1、2……),振动能级不止一种激发态。
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势能
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纵坐标是百分透过率T%。
百分透过率的定义是幅射光透过样品物质的百分率，即
T%= I/I0×100%，
I是透过强度，Io为入射强度。
横坐标：上方的横坐标是波长λ，单位μm;下方的横
_
坐标是波数（用 表示，波数大，频率也大），单位是
cm-1。
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波数即波长的倒数，表示单位(cm)长度光中所含光波 的数目。
10 5 N ≈1307 2 c
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≈1307
(cm-1)
表4-1 化学键的力常数
键 分子 K（×105dyn/cm）
H-F HF 9.7 H-Cl HCl 4.8 H-Br HBr 4.1 H-I HI 3.2 H-O H2O 7.8 H-O 游离 7.12 H-S H2S 4.3 H-N NH3 6.5 H-C CH3X 4.7-5.0
第四章 红外光谱(IR)和拉曼光谱（Raman）
4.1引言
任何物质的原子、分子总是处于不停的运动状态，物质内部的运 动（包括电子跃迁、分子振动和转动、电子的自旋和核的自旋等） 在外部以辐射或吸收能量的形式表现出来，这种形式就是电磁辐 射。电磁波覆盖了很大的频率或波长范围，从而出现了不同的波 谱技术。
μ’ 为折合质量。 μ’=m1m2/（m1+m2） (m为原子质量)
原子质量用相对原子量代替: m2=M2/N 。 为原子量，N为阿佛加德罗常数。
μ为折合原子量
m1=M1/N, M1、M2
μ=
M1M2 M1 M2
将π、c和N的数值代入(2)式，并指定将键力常数(见p 61 表31)中的105代入。
红外光谱（Infrared Spectroscopy) 简称IR 与拉曼光谱（Raman)同属于分子光谱，两者得 到的信息可以互补。
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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。
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4.2 红外光谱基本原理 4.2.1 化学键的振动与频率
双原子分子中化学键的振动可按谐振子处理。
m1
m2
用虎克定律来表示振动频率、原子质量和键力常数之间 的关系：
υ= 1 2
若用波数取代振动频率,则有下式: 精品课件
1
10 5 N
=2 c = 2 c
Cm-1 (2)
K为键力常数，其含义是两个原子由平衡位置伸长 0.1nm(lA0)后的回复力，单位是 dyn/cm。
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，并且依据测得的大量 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。
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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。
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波谱法的基本原理
能量递降 波长递增
γ射线 X射线 紫外 可见 红外 远红外 微波 无线电波
γ射线
中子活 化分析
X射线
X射线 吸收
价电子跃迁
分子振动和转动 电子自旋
核的 自旋
紫外-可见光谱
红外吸 收光谱
电子顺 磁共振
核磁共振
图4.1 电磁波谱主要区域及相应的波谱技术
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4.1.1红外光谱的发展
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(4）分析时间短。一般红外光谱做一个样可在10~30分钟 内完成。如果采用傅里叶变换红外光谱仪在一秒钟以内就 可完成扫描。为快速分析的动力学研究提供了十分有用的 工具。 （5）所需样品用量少，且可以回收。红外光谱分析一次 用样量约1~5mg，有时甚至可以只用几十微克。
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4.1.3红外光谱谱图 邻二甲苯的红外光谱图
键 H-C H-C C-C C=C C≡C C-O C=O C-Cl C≡N
分子 CH2=CH2 CH≡CH
CH3Cl
K（×105dyn/cm） 5.1 5.9 4.5-5.6 9.5-9.9 15-17 5.0-5.8 12-13 3.4 16-18
l05dyn/cm，求C=O
波长或波数可以按下式互换：
_
( cm-1)=1/λ(cm)=104/λ(μm)
在2.5μm处，对应的波数值为： _ = 104/2.5 (cm-1)=4000cm-1
一般扫描范围在4000~400cm-1。 波长在2.5~25μm，叫中红外区。 波长0·75~2·5μm叫近红外区。 波长在25~100μm叫远红外区。
V=2 V=1 V=0
r/A 0 双原子分子势能曲线
常温下分子处于最低振动能级，此时叫基态，V=O。 从基态V0跃迁到第一激发态V=1，V0V1产生的吸收 带较强，叫基频或基峰。 也有从基态跃迁到第二激发态甚至第三激发态，V0V2 或V0V3的跃迁产生的吸收带依次减弱，叫倍频吸收，用 21等表示。
（2） 红外光谱不破坏样品，并且对任何样品的存在状态 都适用，如气体、液体、可研细的固体或薄膜似的固体都 可以分析。测定方便，制样简单。
（3）红外光谱特征性高。由于红外光谱信息多，可以对 不同结构的化合物给出特征性的谱图，从“指纹区”就可 以确定化合物的异同。所以人们也常把红外光谱叫“分子 指纹光谱”。