红外光谱谱图解析共272页
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红外光谱谱图解析
例： 2800 3000 cm-1 —CH3 特征峰； 1600 1850 cm-1 —C=O 特征峰；
基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：
—CH2—CO—CH2—
1715 cm-1
酮
—CH2—CO—O—
1735 cm-1
酯
—CH2—CO—NH—
1680 cm-1
酰胺
2020/7/17
精品课件
特征区
精品课件
C-H，N-H，O-H
1500
1000 500 指纹区
三、各类化合物的红外光谱特征
2020/7/17
精品课件
1、烷烃（CH3，CH2，CH）(C—C,C—H )
3000cm-1
CH3 CH2
δas1460 cm-1
重
δs1380 cm-1
叠
δs1465 cm-1
CH2 r 720 cm-1（水平摇摆）
CH2 对称伸缩2853cm-1±10 CH3 对称伸缩2872cm-1±10 CH2不对称伸缩2926cm-1±10 CH3不对称伸缩2962cm-1±10
-（CH2）nn
2020/7/17
精品课件
a)由于支链的引入，使CH3的对称变形振动发生变化。 b)C—C骨架振动明显
H C C H3 C H3
由 (cm1)
104
(m)
可知，2.5~15.4μm波长范围对应于
4000cm-1~650cm-1。大多数有机化合物及许多无机化合物的化学键振
动均落在这一区域 。
2020/7/17
精品课件
3、分子中基团的基本振动形式 basic vibration of the group in molecular
基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：
—CH2—CO—CH2—
1715 cm-1
酮
—CH2—CO—O—
1735 cm-1
酯
—CH2—CO—NH—
1680 cm-1
酰胺
2020/7/17
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特征区
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C-H，N-H，O-H
1500
1000 500 指纹区
三、各类化合物的红外光谱特征
2020/7/17
精品课件
1、烷烃（CH3，CH2，CH）(C—C,C—H )
3000cm-1
CH3 CH2
δas1460 cm-1
重
δs1380 cm-1
叠
δs1465 cm-1
CH2 r 720 cm-1（水平摇摆）
CH2 对称伸缩2853cm-1±10 CH3 对称伸缩2872cm-1±10 CH2不对称伸缩2926cm-1±10 CH3不对称伸缩2962cm-1±10
-（CH2）nn
2020/7/17
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a)由于支链的引入，使CH3的对称变形振动发生变化。 b)C—C骨架振动明显
H C C H3 C H3
由 (cm1)
104
(m)
可知，2.5~15.4μm波长范围对应于
4000cm-1~650cm-1。大多数有机化合物及许多无机化合物的化学键振
动均落在这一区域 。
2020/7/17
精品课件
3、分子中基团的基本振动形式 basic vibration of the group in molecular
红外光谱谱图解析
1:2 1250 cm-1
c) CH2面外变形振动—(CH2)n—，证明长碳链的存在。
n=1 770~785 cm-1 （中 ） n=2 740 ~ 750 cm-1 （中 ）
n=3 730 ~740 cm-1 （中 ） n≥ 722 cm-1 （中强 ）
d) CH2和CH3的相对含量也可以由1460 cm-1和1380 cm-1的峰 强度估算强度
08:31:12
（六）确证解析结果 按以下几种方法验证 1、设法获得纯样品，绘制其光谱图进行对照，但必须考虑 到样品的处理技术与测量条件是否相同。 2、若不能获得纯样品时，可与标准光谱图进行对照。当谱 图上的特征吸收带位置、形状及强度相一致时，可以完全确 证。当然，两图绝对吻合不可能，但各特征吸收带的相对强 度的顺序是不变的。 常见的标准红外光谱图集有Sadtler红外谱图集、Coblentz 学会谱图集、API光谱图集、DMS光谱图集。
08:31:12
２、为什么红外光谱图纵坐标的范围为4000~400 cm-1？
红外光波波长位于可见光波和微波波长之间0.75~1000μm（1μm=10-
4 cm）范围。
0.75~2.5μm为近红外区 2.5~25μm为中红外区 25~1000μm为远红外区 2.5~15.4μm的中红外区应用最广
X—Y，X—H 变形振动区 < 1500 cm-1
指纹区(1350 650 cm-1 ) ,较复杂。C-H，N-H的变形振动； C-O，C-X的伸缩振动; C-C骨架振动等。精细结构的区分。 顺、反结构区分；
①C—H弯曲振动 饱和C—H弯曲振动包括甲基和次甲基两种。甲基1370~1380 cm-1处，可
CH2 对称伸缩2853cm-1±10 CH3 对称伸缩2872cm-1±10 CH2不对称伸缩2926cm-1±10 CH3不对称伸缩2962cm-1±10
c) CH2面外变形振动—(CH2)n—，证明长碳链的存在。
n=1 770~785 cm-1 （中 ） n=2 740 ~ 750 cm-1 （中 ）
n=3 730 ~740 cm-1 （中 ） n≥ 722 cm-1 （中强 ）
d) CH2和CH3的相对含量也可以由1460 cm-1和1380 cm-1的峰 强度估算强度
08:31:12
（六）确证解析结果 按以下几种方法验证 1、设法获得纯样品，绘制其光谱图进行对照，但必须考虑 到样品的处理技术与测量条件是否相同。 2、若不能获得纯样品时，可与标准光谱图进行对照。当谱 图上的特征吸收带位置、形状及强度相一致时，可以完全确 证。当然，两图绝对吻合不可能，但各特征吸收带的相对强 度的顺序是不变的。 常见的标准红外光谱图集有Sadtler红外谱图集、Coblentz 学会谱图集、API光谱图集、DMS光谱图集。
08:31:12
２、为什么红外光谱图纵坐标的范围为4000~400 cm-1？
红外光波波长位于可见光波和微波波长之间0.75~1000μm（1μm=10-
4 cm）范围。
0.75~2.5μm为近红外区 2.5~25μm为中红外区 25~1000μm为远红外区 2.5~15.4μm的中红外区应用最广
X—Y，X—H 变形振动区 < 1500 cm-1
指纹区(1350 650 cm-1 ) ,较复杂。C-H，N-H的变形振动； C-O，C-X的伸缩振动; C-C骨架振动等。精细结构的区分。 顺、反结构区分；
①C—H弯曲振动 饱和C—H弯曲振动包括甲基和次甲基两种。甲基1370~1380 cm-1处，可
CH2 对称伸缩2853cm-1±10 CH3 对称伸缩2872cm-1±10 CH2不对称伸缩2926cm-1±10 CH3不对称伸缩2962cm-1±10
红外光谱解析
generally absorbs only weakly. Hence, trained observer would not
interpret a strong peak at 1670 cm-1 to be a C=C double bond, nor would they interpret a weak absorption at this frequency to be due to a carbonyl group.
3
How to approach the analysis of a spectrum?
When analyzing the spectrum of an unknown, concentrate your first effort on determining the presence (or absence) of a few major functional groups. The C=O, OH, NH, CO, C=C, CC, CN, and NO2 peaks are the most conspicuous and give immediate structural information if they are present. Do not try to make a detailed analysis of the CH absorptions near 3000 cm-1; almost all compounds have these absorptions. Do not worry about subtleties of the exact environment in which the functional group is found. Following is a major checklist of the important gross features. 1. Is a carbonyl group present?
手把手教你红外光谱谱图解析
手把手教你红外光谱谱图解析一、红外光谱的原理[1]1. 原理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，是振-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，透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构2.红外光谱特点红外吸收只有振-转跃迁，能量低；除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；特征性强，可定性分析，红外光谱的波数位置、波峰数目及强度可以确定分子结构；定量分析；固、液、气态样均可，用量少，不破坏样品；分析速度快；与色谱联用定性功能强大。
3.分子中振动能级的基本振动形式红外光谱中存在两类基本振动形式：伸缩振动和弯曲振动。
图一伸缩振动图二弯曲振动二、解析红外光谱图1.振动自由度振动自由度是分子独立的振动数目。
N个原子组成分子，每个原子在空间上具有三个自由度，分子振动自由度F=3N-6(非线性分子)；F=3N-5(线性分子)。
为什么计算振动自由度很重要，因为它反映了吸收峰的数量，谱带简并或发生红外非活性振动使吸收峰的数量会少于振动自由度。
U=0→无双键或环状结构U=1→一个双键或一个环状结构U=2→两个双键，两个换，双键+环，一个三键U=4→分子中可能含有苯环U=5→分子中可能含一个苯环+一个双键2.红外光谱峰的类型基频峰：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，基频峰的峰位等于分子或者基团的振动频率，强度大，是红外的主要吸收峰。
泛频峰：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产生的吸收峰，此类峰强度弱，难辨认，却增加了光谱的特征性。
特征峰和指纹峰：特征峰是可用于鉴别官能团存在的吸收峰，对应于分子中某化学键或基团的振动形式，同一基团的振动频率总是出现在一定区域；而指纹区吸收峰特征性强，对分子结构的变化高度敏感，能够区分不同化合物结构上的微小差异。
红外光谱谱图分析PPT课件
酰 δ （ N -H）（ 面 内 ）
胺
υ （Ｃ－Ｎ）
δ （ N -H）（ 面 外 ）
δ (OCN)
叔 酰
υ （ C=O）
胺
υ （Ｃ－Ｎ）
谱带名称
酰胺Ⅰ谱带 酰胺Ⅱ谱带 酰胺Ⅲ谱带 酰胺Ⅳ谱带
酰胺Ⅰ谱带 酰胺Ⅱ谱带 酰胺Ⅲ谱带 酰胺Ⅳ谱带 酰胺Ⅴ谱带
游离 3500 cm -1 3400 cm -1 1690 cm -1 1600 cm -1 1400 cm -1 700 cm -1
水（溶液）3710 cm-1 分子间氢键随浓度而变，
水（固体）3300cm-1 而分子内氢键不随浓度
结晶水 3600-3450 cm-1 而变。
2021/4/22
可编辑课件PPT
16
羟基受氢键的影响
3515cm-1
2895 cm-1
3640cm-1
2950cm-1 3350cm-1
乙醇在四氯化碳中不同浓度的IR图
1562
1386 1240
1613
1340
1490 1448
1313
1065 967 938
690
757
572 509
10 00
不同酰胺吸收峰数据
谱带类型
υ （ N-H）
伯 酰 胺
υ （ C=O） δ （ N -H）（ 面 内 ）
υ （Ｃ－Ｎ）
δ （ N -H）（ 面 外 ）
υ （ N-H）
仲
υ （ C=O）
2021/4/22
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17
0．01M 0．1M 0．25M 1．0M
2021/4/22
可编辑课件PPT
18
醇
2021/4/22
红外光谱谱图解析
C-H，N-H，O-H
1500
1000 500 指纹区
三、各类化合物的红外光谱特征
08:31:12
1、烷烃（CH3，CH2，CH）(C—C,C—H )
3000cm-1
CH3
δ as1460 cm-1 δ s1380 cm-1
重 叠
CH2 δ s1465 cm-1
CH2 r 720 cm-1（水平摇摆）
08:31:12
（二）计算不饱和度
定义： 不饱和度是指分子结构中达到饱和所缺一价元素的“对”数。如： 乙烯变成饱和烷烃需要两个氢原子，不饱和度为1。 计算： 可按下式进行不饱和度的计算：
UN= （2 + 4n6 + 3n5 + 2n4 + n3 – n1 ）/ 2 n6，n5， n4 ， n3 ， n1 分别为分子中六价，五价，……，一价元素数目。 作用： 由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键，三键，环，芳环的 数目，验证谱图解析的正确性。 例： C9H8O2 UN = （2 +29 – 8 ）/ 2 = 6
C H3
C H3 C C H3 CH
3
08:31:12
CH3 δ s C—C骨架振动
1385-1380cm-1
1155cm-1
1:1
1372-1368cm-1
1170cm-1
1391-1381cm-1 1368-1366cm-1
1405-1385cm-1 1372-1365cm-1
4:5 1195 c上
（2） 叁键（C C）伸缩振动区（2500 2000 cm-1 ）
08:31:12
在该区域出现的峰较少； ①RC CH （2100 2140 cm-1 ）
红外光谱谱图分析共98页
谢谢！98Fra bibliotek红外光谱谱图分析
1、 舟 遥 遥 以 轻飏， 风飘飘 而吹衣 。 2、 秋 菊 有 佳 色，裛 露掇其 英。 3、 日 月 掷 人 去，有 志不获 骋。 4、 未 言 心 相 醉，不 再接杯 酒。 5、 黄 发 垂 髫 ，并怡 然自乐 。
▪
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
红外光谱谱图分析ppt课件
34
10.请根据所给质谱图(10C,下页)及红外光谱(图10D, 次下页)推导结构式 • （ 1）M/Z=120，低分辨质谱数据
得→ C9H12 → r﹢db=4 • （2）质谱峰 39，51，65，77 典型苯环类 ，不饱和度用完。
35
10C
36
图10D
37
• （3）3100-3000 苯环中=CH伸缩 (=CH) , 1600，1500，1450苯环骨架伸缩; 760，700 单取代苯特征 合频及倍频区2000-1660 为单取代苯特征 (C9H12用去6个C 5个H)
8
• （7）无 1380，无-CH3 • （8） C14H14中二个单取代苯用去12个C和
10个H，且无甲基， 剩2个 C 和4个H ，只能为： -CH2-CH2• （9）1452苯环骨架伸缩和CH2弯曲 • （10） 756, 702单取代苯特征 • （11）如光谱图下面结构式
9
2.已知C7H5NO及IR图(图2) ,推导结构式
b.13C NMR中只有一个峰为4 重峰q (4), 故只有一个 -CH3 , 3个H对C偶合(n+1)=3+1=4.
c.到此C7H12O已用去3个C，1个O，4个H和2个 (r﹢db)不饱和度， 还剩4个C，8个H. (9) 13C NMR中有4个峰为3重峰t (3),可知有4个 -CH2- ，
2个H对C偶合(n+1)=2+1=3. 到此得到: -C=O, –(CH3)C(H)-, 4个-CH2- 和 一个环.
13
14
(4) 1442，1380为 -CH3 （2925又证）， 再用去1个C ，3个H
(5) 剩下4个H能被苯用，故为双取代苯 (6) 748，邻位取代苯特征（在770-745） (8) 1303，1258 (C-N) (9) 如光谱图下面 结构式
10.请根据所给质谱图(10C,下页)及红外光谱(图10D, 次下页)推导结构式 • （ 1）M/Z=120，低分辨质谱数据
得→ C9H12 → r﹢db=4 • （2）质谱峰 39，51，65，77 典型苯环类 ，不饱和度用完。
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10C
36
图10D
37
• （3）3100-3000 苯环中=CH伸缩 (=CH) , 1600，1500，1450苯环骨架伸缩; 760，700 单取代苯特征 合频及倍频区2000-1660 为单取代苯特征 (C9H12用去6个C 5个H)
8
• （7）无 1380，无-CH3 • （8） C14H14中二个单取代苯用去12个C和
10个H，且无甲基， 剩2个 C 和4个H ，只能为： -CH2-CH2• （9）1452苯环骨架伸缩和CH2弯曲 • （10） 756, 702单取代苯特征 • （11）如光谱图下面结构式
9
2.已知C7H5NO及IR图(图2) ,推导结构式
b.13C NMR中只有一个峰为4 重峰q (4), 故只有一个 -CH3 , 3个H对C偶合(n+1)=3+1=4.
c.到此C7H12O已用去3个C，1个O，4个H和2个 (r﹢db)不饱和度， 还剩4个C，8个H. (9) 13C NMR中有4个峰为3重峰t (3),可知有4个 -CH2- ，
2个H对C偶合(n+1)=2+1=3. 到此得到: -C=O, –(CH3)C(H)-, 4个-CH2- 和 一个环.
13
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(4) 1442，1380为 -CH3 （2925又证）， 再用去1个C ，3个H
(5) 剩下4个H能被苯用，故为双取代苯 (6) 748，邻位取代苯特征（在770-745） (8) 1303，1258 (C-N) (9) 如光谱图下面 结构式
红外光谱谱图解析
C H3
C H3 C C H3 CH
3
08:31:12
CH3 δ s C—C骨架振动
1385-1380cm-1
1155cm-1
1:1
1372-1368cm-1
1170cm-1
1391-1381cm-1 1368-1366cm-1
1405-1385cm-1 1372-1365cm-1
4:5 1195 cm-1
正庚烷
正十二 烷
正二十八 烷
1500 1400 1300cm-1 1500 1400 1300 cm-1 1500 1400 1300cm-1
08:31:12
08:31:12
2、 烯烃，炔烃
CH
CH 伸
CC 缩
CC 振
a)C-H 伸缩振动(> 3000 cm-1)
动
CH 变
形
振 动
H CH H C H C CH2
当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
注意区分 —NH伸缩振动： 3500 3100 cm-1
08:31:12
3515cm-1
2895 cm-1
3640cm-1
3350cm-1
2950cm-1
08:31:12
乙醇在四氯化碳中不同浓度的IR图
0．01M
0．1M 0．25M 1．0M
②饱和碳原子上的—C—H
在判断存在某基团时，要尽可能地找出其各种相关吸收带，切不可仅 根据某一谱带即下该基团存在的结论。
同理，在判断某种基团不存在时也要特别小心，因为某种基团的特征 振动可能是非红外活性的，也可能因为分子结构的原因，其特征吸收变 得极弱。 （五）提出结构式 如果分子中的所有结构碎片都成为已知（分子中的所有原子和不饱和 度均已用完），那么就可以推导出分子的结构式。在推导结构式时，应 把各种可能的结构式都推导出来，然后根据样品的各种物理的、化学的 性质以及红外光谱排除不合理的结构。
C H3 C C H3 CH
3
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CH3 δ s C—C骨架振动
1385-1380cm-1
1155cm-1
1:1
1372-1368cm-1
1170cm-1
1391-1381cm-1 1368-1366cm-1
1405-1385cm-1 1372-1365cm-1
4:5 1195 cm-1
正庚烷
正十二 烷
正二十八 烷
1500 1400 1300cm-1 1500 1400 1300 cm-1 1500 1400 1300cm-1
08:31:12
08:31:12
2、 烯烃，炔烃
CH
CH 伸
CC 缩
CC 振
a)C-H 伸缩振动(> 3000 cm-1)
动
CH 变
形
振 动
H CH H C H C CH2
当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
注意区分 —NH伸缩振动： 3500 3100 cm-1
08:31:12
3515cm-1
2895 cm-1
3640cm-1
3350cm-1
2950cm-1
08:31:12
乙醇在四氯化碳中不同浓度的IR图
0．01M
0．1M 0．25M 1．0M
②饱和碳原子上的—C—H
在判断存在某基团时，要尽可能地找出其各种相关吸收带，切不可仅 根据某一谱带即下该基团存在的结论。
同理，在判断某种基团不存在时也要特别小心，因为某种基团的特征 振动可能是非红外活性的，也可能因为分子结构的原因，其特征吸收变 得极弱。 （五）提出结构式 如果分子中的所有结构碎片都成为已知（分子中的所有原子和不饱和 度均已用完），那么就可以推导出分子的结构式。在推导结构式时，应 把各种可能的结构式都推导出来，然后根据样品的各种物理的、化学的 性质以及红外光谱排除不合理的结构。
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• 气体分子的纯转动光谱大多数出现在微波 区和远红外区
• 刚性双原子分子的纯转动光谱是一系列等 间距的谱线
J=4
20Bhc
8Bhc
J=3
12Bhc
6Bhc
J=2
4Bhc
J=1
J=0
能量
2Bhc
刚性双原子分子转动能级示意图
6Bhc
2Bhc 0
刚性双原子分子的纯转动光谱
分子的振-转光谱
• 把原子的振动看作谐振子，若振动能级由 n＝0向n＝1跃迁，即当振动量子数由n＝0 变到n＝1时，分子所吸收光的波数等于谐 振子的振动频率，这种振动叫作基频振动， 基频振动的频率叫作基频
• 双原子分子的力常数k只与电子云密度和核 电荷有关，而与质量无关。同种元素，k值 相同。如O-H和O-D，k值相同，折合质量µ
不相同，基频振动频率不相同
分子的转动光谱
• 分子的转动光谱主要是指气体的转动光谱。 由于气体中分子之间的距离很大，分子可 以自由转动，吸收光辐射后，能观察到气 体分子转动光谱的精细结构。液体中分子 之间的距离很短，分子之间的碰撞使分子 的转动能级受到微绕，因此观察不到液体 分子转动光谱的精细结构。固体样品也观 察不到转动光谱
• 在中红外区，基团的振动模式分为 两大类：伸缩振动和弯曲振动
伸缩振动 • 伸缩振动（双原子分子） • 对称伸缩振动 • 反对称（不对称）伸缩振动 弯曲振动 • 变角振动
剪式振动（三原子分子） 对称变角振动 反对称（不对称）变角振动 • 面内弯曲振动 • 面外弯曲振动 • 面内摇摆振动 • 面外摇摆振动 • 卷曲（扭曲）振动
背景单光束光谱（水汽和CO2光谱，分辨率4cm－1）
水汽的吸收光谱（4cm-1），即水汽的振转光谱
振动时偶极矩变化平行于 分子轴，只出现P支和R支
谱带之间不等间距
1595
水分子（H2O）弯曲振动区振-转光谱的精细结构 （分辨率 4cm-1）
振动模式
• 分子中不同的基团具有不同的振动 模式，相同的基团（双原子除外） 具有几种不同的振动模式
• 分子的振动能级间隔比转动能级间隔大得 多，当分子吸收红外辐射，在振动能级之 间跃迁时，不可避免地会伴随着转动能级 的跃迁，因此，无法测得纯的振动光谱， 实际测得的是分子的振动－转动光谱
振动时偶极矩变化平行于 分子轴，只出现P支和R支
CO2气体的反对称伸缩振动区间的振－转吸收光谱。 （A）0.125cm-1分辨率；（B）1cm-1分辨率；（C）4cm-1分辨率
ν(cm-1) ＝ 1
k
2c
ν：谐振子基频振动吸收波数 ； C:光速； k：振动力常数； µ： 双原子分子的折合
质量，µ ＝ (m1 m2/ m 1 + m2)
• 如果知道双原子分子的振动力常数k，可以
计算出基频振动吸收波数ν(cm-1)；相反， 如果知道基频振动吸收波数ν(cm-1)，就可
以计算出力常数k
振动时偶极矩变化垂直于分 子轴，出现P支、Q支和R支
CO2弯曲振动区的振-转谱带的精细结构（分辨率为0.125cm-1）
振动时偶极矩变化平 行于价键轴，只出现 P支和R支
CO伸缩振动区振-转谱带的精细结构（分辨率为0.125cm-1）
甲烷气体光谱 分辨率4cm-1 时为线状光谱
光学台中水汽和CO2 的振-转光谱
伸缩振动 （Stretching Vibration）
• 伸缩振动时，基团中的原子之间的伸缩振动 • 三原子以上的对称伸缩振动 • 三原子以上的反对称（不对称）伸缩振动
双原子的伸缩振动
O C H 3 C C H 3
C H 3 C H 2 C C O O H
• 第一部分 红外光谱分析基础知识 • 第二部分 红外光谱谱图解析
第一部分 红外光谱分析基础知识
• 分子内部的能级 • 谐振子 • 双原子分子振动的经典方程 • 分子的转动光谱 • 分子的振-转光谱 • 振动模式 • 倍频峰 • 合（组）频峰 • 振动耦合 • 费米共振 • 诱导效应 • 共轭效应 • 氢键效应 • 稀释剂效应 • 基团频率和指纹频率
分子内部的能级
• 分子是在不断地运动的，分子运动服从量 子力学规律。分子运动的能量由平动能、 转动能、振动能和电子能四部分组成。分 子运动的能量 E 可以表示为：
E = E平＋ E转 ＋ E振 ＋ E电
• 分子的平移运动可以连续变化，不是量子 化的，没有能级变化，不产生光谱。分子 的转动、振动和电子运动都是量子化的， 转动和振动出现红外光谱，电子跃迁出现 发射光谱
CH3-CH2-OH
未知物光谱
•红外光谱都要哪些振动模 式？
•红外谱带的强弱由哪些因 素决定？
•红外谱带的位置（波数） 由哪些因素决定？
• 红外光谱的振动模式主要有11种
• 红外谱带的相对强弱由基团振动的摩尔吸 光系数的大小决定、由分子中这个基团的 数量多少决定
A（ν）= a（ν）bc
• 红外谱带的位置（波数）由振动力常数决 定，也就是由电子云密度的多少和电子云 的密度分布情况来决定、由折合质量来决 定
分子的量子化 能级示意图
从左图可以看出：对 于谐振子，两个振动 能级之间是等间距的； 两个转动能级之间是 不等间距的
谐振子
• 双原子分子两个原子核之间的振动可以简 化成质量为 µ 的单个质点的运动，可以近 似地把这个质点看作是一个谐振子
• 谐振子只能在两个振动能级或转动能级之 间跃迁
双原子分子振动的经典方程
1071cm-1（拉曼活性）
C
H
H
H
四面体型 甲基-CH3的对称伸缩振动
2872±5cm-1
O
S
O
O
O
四面体型
硫酸根SO42-的对称伸缩振动 983 cm-1（拉曼活性）
苯环、三嗪环、环己烷的呼吸振动， 呼吸振动是对称伸缩振动的特例，呼 吸振动是拉曼活性的
苯的拉曼光谱
丙酮C=O伸缩振动 1716 cm-1
甲基丙烯酸C=C伸缩振动 1637 cm-1
对称伸缩振动
（Symmetric Stretching Vibration）
O
C
O
直线型 CO2的对称伸缩振动
1388cm-1（拉曼活性）
C
H
H
弯曲型 亚甲基-CH2-的对称伸缩振动
2853±5cm-1
O
N
O
O
平面型 硝酸钠中的NO3－ 的对称伸缩振动
• 刚性双原子分子的纯转动光谱是一系列等 间距的谱线
J=4
20Bhc
8Bhc
J=3
12Bhc
6Bhc
J=2
4Bhc
J=1
J=0
能量
2Bhc
刚性双原子分子转动能级示意图
6Bhc
2Bhc 0
刚性双原子分子的纯转动光谱
分子的振-转光谱
• 把原子的振动看作谐振子，若振动能级由 n＝0向n＝1跃迁，即当振动量子数由n＝0 变到n＝1时，分子所吸收光的波数等于谐 振子的振动频率，这种振动叫作基频振动， 基频振动的频率叫作基频
• 双原子分子的力常数k只与电子云密度和核 电荷有关，而与质量无关。同种元素，k值 相同。如O-H和O-D，k值相同，折合质量µ
不相同，基频振动频率不相同
分子的转动光谱
• 分子的转动光谱主要是指气体的转动光谱。 由于气体中分子之间的距离很大，分子可 以自由转动，吸收光辐射后，能观察到气 体分子转动光谱的精细结构。液体中分子 之间的距离很短，分子之间的碰撞使分子 的转动能级受到微绕，因此观察不到液体 分子转动光谱的精细结构。固体样品也观 察不到转动光谱
• 在中红外区，基团的振动模式分为 两大类：伸缩振动和弯曲振动
伸缩振动 • 伸缩振动（双原子分子） • 对称伸缩振动 • 反对称（不对称）伸缩振动 弯曲振动 • 变角振动
剪式振动（三原子分子） 对称变角振动 反对称（不对称）变角振动 • 面内弯曲振动 • 面外弯曲振动 • 面内摇摆振动 • 面外摇摆振动 • 卷曲（扭曲）振动
背景单光束光谱（水汽和CO2光谱，分辨率4cm－1）
水汽的吸收光谱（4cm-1），即水汽的振转光谱
振动时偶极矩变化平行于 分子轴，只出现P支和R支
谱带之间不等间距
1595
水分子（H2O）弯曲振动区振-转光谱的精细结构 （分辨率 4cm-1）
振动模式
• 分子中不同的基团具有不同的振动 模式，相同的基团（双原子除外） 具有几种不同的振动模式
• 分子的振动能级间隔比转动能级间隔大得 多，当分子吸收红外辐射，在振动能级之 间跃迁时，不可避免地会伴随着转动能级 的跃迁，因此，无法测得纯的振动光谱， 实际测得的是分子的振动－转动光谱
振动时偶极矩变化平行于 分子轴，只出现P支和R支
CO2气体的反对称伸缩振动区间的振－转吸收光谱。 （A）0.125cm-1分辨率；（B）1cm-1分辨率；（C）4cm-1分辨率
ν(cm-1) ＝ 1
k
2c
ν：谐振子基频振动吸收波数 ； C:光速； k：振动力常数； µ： 双原子分子的折合
质量，µ ＝ (m1 m2/ m 1 + m2)
• 如果知道双原子分子的振动力常数k，可以
计算出基频振动吸收波数ν(cm-1)；相反， 如果知道基频振动吸收波数ν(cm-1)，就可
以计算出力常数k
振动时偶极矩变化垂直于分 子轴，出现P支、Q支和R支
CO2弯曲振动区的振-转谱带的精细结构（分辨率为0.125cm-1）
振动时偶极矩变化平 行于价键轴，只出现 P支和R支
CO伸缩振动区振-转谱带的精细结构（分辨率为0.125cm-1）
甲烷气体光谱 分辨率4cm-1 时为线状光谱
光学台中水汽和CO2 的振-转光谱
伸缩振动 （Stretching Vibration）
• 伸缩振动时，基团中的原子之间的伸缩振动 • 三原子以上的对称伸缩振动 • 三原子以上的反对称（不对称）伸缩振动
双原子的伸缩振动
O C H 3 C C H 3
C H 3 C H 2 C C O O H
• 第一部分 红外光谱分析基础知识 • 第二部分 红外光谱谱图解析
第一部分 红外光谱分析基础知识
• 分子内部的能级 • 谐振子 • 双原子分子振动的经典方程 • 分子的转动光谱 • 分子的振-转光谱 • 振动模式 • 倍频峰 • 合（组）频峰 • 振动耦合 • 费米共振 • 诱导效应 • 共轭效应 • 氢键效应 • 稀释剂效应 • 基团频率和指纹频率
分子内部的能级
• 分子是在不断地运动的，分子运动服从量 子力学规律。分子运动的能量由平动能、 转动能、振动能和电子能四部分组成。分 子运动的能量 E 可以表示为：
E = E平＋ E转 ＋ E振 ＋ E电
• 分子的平移运动可以连续变化，不是量子 化的，没有能级变化，不产生光谱。分子 的转动、振动和电子运动都是量子化的， 转动和振动出现红外光谱，电子跃迁出现 发射光谱
CH3-CH2-OH
未知物光谱
•红外光谱都要哪些振动模 式？
•红外谱带的强弱由哪些因 素决定？
•红外谱带的位置（波数） 由哪些因素决定？
• 红外光谱的振动模式主要有11种
• 红外谱带的相对强弱由基团振动的摩尔吸 光系数的大小决定、由分子中这个基团的 数量多少决定
A（ν）= a（ν）bc
• 红外谱带的位置（波数）由振动力常数决 定，也就是由电子云密度的多少和电子云 的密度分布情况来决定、由折合质量来决 定
分子的量子化 能级示意图
从左图可以看出：对 于谐振子，两个振动 能级之间是等间距的； 两个转动能级之间是 不等间距的
谐振子
• 双原子分子两个原子核之间的振动可以简 化成质量为 µ 的单个质点的运动，可以近 似地把这个质点看作是一个谐振子
• 谐振子只能在两个振动能级或转动能级之 间跃迁
双原子分子振动的经典方程
1071cm-1（拉曼活性）
C
H
H
H
四面体型 甲基-CH3的对称伸缩振动
2872±5cm-1
O
S
O
O
O
四面体型
硫酸根SO42-的对称伸缩振动 983 cm-1（拉曼活性）
苯环、三嗪环、环己烷的呼吸振动， 呼吸振动是对称伸缩振动的特例，呼 吸振动是拉曼活性的
苯的拉曼光谱
丙酮C=O伸缩振动 1716 cm-1
甲基丙烯酸C=C伸缩振动 1637 cm-1
对称伸缩振动
（Symmetric Stretching Vibration）
O
C
O
直线型 CO2的对称伸缩振动
1388cm-1（拉曼活性）
C
H
H
弯曲型 亚甲基-CH2-的对称伸缩振动
2853±5cm-1
O
N
O
O
平面型 硝酸钠中的NO3－ 的对称伸缩振动