第六章-红外光谱分析PPT课件
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第六章 红外吸收光谱分析
active) ；反之则为红外非活性（infrared inactive)。
9
二、 分子振动方程式
10
双原子分子可以看成是谐振子，根据经典力 学(胡克定律)，可导出如下公式：
1 v 2 k
k
m1 m2 m1 m2
1303 k
v
1 2 c
-1) ； k为力常 ν 为振动频率(Hz)， 用波数表示 (cm v 数，表示每单位位移的弹簧恢复力 (dyncm-1) ； μ 为折合质量(g)。
实验中观察到的C＝O伸缩振动频率都在1700cm－1附近。 值得注意的是：在弹簧和小球的体系中，其能量变化是 连续的，而真实分子的振动能量变化是量子化的。
13
三、 分子振动的形式
（一）分子的振动自由度
每个原子在空间的位置必须有三个坐标来确定，则由 N个原子组成的分子就有了3N个坐标，或称为有3N个运
动自由度。分子本身作为一个整体，有三个平动自由度
和三个转动自由度。
14
直线型分子的振动形式：3N - 5 非直线型分子的振动形式：3N -6
15
（二）分子的振动形式
a.直线型分子：3N-5
如CO2
16
b. 非线形分子： 3N – 6
如H2O
17
分子的振动形式：
•化学键两端的原子沿键轴方向作来回周期运动 对称伸缩振动
11
可见，影响基本振动频率 (即基频峰位置 )的直接原因是原 子质量和化学键力常数。
表15－1 某些化学键的力常数
化 学 键 键 长(A) k(N· cm－1)
C－C C＝C 1.54 4.5 1.34 9.6
C≡C C－H O－H N－H C＝O 1.20 15.6 1.09 5.1 0.96 7.7 1.00 6.4 1.22 12.1
红外光谱分析ppt
对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振， 无 红外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。
非对称分子：有偶极矩，红外活性。
2015年11月5日
16
广西大学16林学院 张一甫
2.3 红外光谱图的三要素
1) 峰位
分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光波谱的一定范围，如： C=O的伸缩振动一般在1700 cm-1左右。
收某些频率的辐射，并转化为分的振动或转动能量，引起
偶极矩的净变化，产生的分子振动和转动能级从基态到激
发态的跃迁，从而形成的分子吸收光谱称为红外光谱。又
2015年11月5日
5
广西大学林学院 张一甫
表1：红外光区的划分
区域名称
近红外区
泛频区
中红外区
基本振动区
波长(µm)
0.75-2.5 2.5-25
波数(cm-1)
13158-4000 4000-400
能级跃迁类型
OH、NH、CH键 的倍频吸收
分子振动/伴随转动
远红外区
分子转动区
25-300
400-10
分子转动
红外光区分成三个区:近红外区、中红外区、远红外区。
其中中红外区是研究和应用最多的区域，一般说的红外光谱就是指中红
外区的红外光谱。 波长与波数的关系：
(cm1)
正已烷的 红外光谱图
2015年11月5日
10
广西大学林学院 张一甫
2.2 多原子分子的振动
对于多原子分子，由于一个原子同时与几个其它原子形成化学键， 振动相互牵连,不易直观加以解释，但可以把它的振动分解为许多简单 的基本振动，即简正振动。一般分成两类：伸缩振动和变形振动。
a. 伸缩振动(νs νas ）
非对称分子：有偶极矩，红外活性。
2015年11月5日
16
广西大学16林学院 张一甫
2.3 红外光谱图的三要素
1) 峰位
分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光波谱的一定范围，如： C=O的伸缩振动一般在1700 cm-1左右。
收某些频率的辐射，并转化为分的振动或转动能量，引起
偶极矩的净变化，产生的分子振动和转动能级从基态到激
发态的跃迁，从而形成的分子吸收光谱称为红外光谱。又
2015年11月5日
5
广西大学林学院 张一甫
表1：红外光区的划分
区域名称
近红外区
泛频区
中红外区
基本振动区
波长(µm)
0.75-2.5 2.5-25
波数(cm-1)
13158-4000 4000-400
能级跃迁类型
OH、NH、CH键 的倍频吸收
分子振动/伴随转动
远红外区
分子转动区
25-300
400-10
分子转动
红外光区分成三个区:近红外区、中红外区、远红外区。
其中中红外区是研究和应用最多的区域，一般说的红外光谱就是指中红
外区的红外光谱。 波长与波数的关系：
(cm1)
正已烷的 红外光谱图
2015年11月5日
10
广西大学林学院 张一甫
2.2 多原子分子的振动
对于多原子分子，由于一个原子同时与几个其它原子形成化学键， 振动相互牵连,不易直观加以解释，但可以把它的振动分解为许多简单 的基本振动，即简正振动。一般分成两类：伸缩振动和变形振动。
a. 伸缩振动(νs νas ）
第六章 红外吸收光谱
不是所有的振动都能引起红外吸收，只有偶极矩(μ)发生变化才能有红外吸收。
二、分子振动方程式
h E h 2 k
k 1307 M
M 1M 2 M M1 M 2
沿轴振动，只改变键长，不改变键角 1 1 k
2c
K化学键的力常数，与键能和键长有关 M为双原子的折合质量 影响振动频率的因素：键两端原子的折合质量、键的力常数，即取 决于分子的结构特征。
包含C—X（X：O，H，N）单键的伸缩振动及各种面内弯曲振动
特点：吸收峰密集、难辨认→指纹
2、四分区（4000 670 cm-1）
(1)40002500 cm-1X—H伸缩振动区（X：O，N，C，S） (2)25001900 cm-1三键，累积双键伸缩振动区 (3)19001200 cm-1双键伸缩振动区 (4)1200670 cm-1X—Y伸缩，X—H变形振动区
醚：C－O－C伸缩振动位于 1250～1050 cm-1 ，确定醚类存在的唯一谱带
常见基团的红外吸收带
=C-H O-H
CC
C-H
C=C
C=O C-C，C-N，C-O C-X
O-H（氢键）
S-H
N-H
P-H CN
N-O N-N C-F C=N
C-H，N-H，O-H 3500 3000 2500 2000 1500 1000
§6.2 红外光谱分析基本原理
一、红外吸收光谱产生的条件
1、辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量 振= 红外光 2、分子要有偶极距
红外吸收是由于分子振动引起的偶极距和红外光束的振动相互作用产生的
对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性 。 如：N2、O2、Cl2 等 非对称分子：有偶极矩，红外活性。
二、分子振动方程式
h E h 2 k
k 1307 M
M 1M 2 M M1 M 2
沿轴振动，只改变键长，不改变键角 1 1 k
2c
K化学键的力常数，与键能和键长有关 M为双原子的折合质量 影响振动频率的因素：键两端原子的折合质量、键的力常数，即取 决于分子的结构特征。
包含C—X（X：O，H，N）单键的伸缩振动及各种面内弯曲振动
特点：吸收峰密集、难辨认→指纹
2、四分区（4000 670 cm-1）
(1)40002500 cm-1X—H伸缩振动区（X：O，N，C，S） (2)25001900 cm-1三键，累积双键伸缩振动区 (3)19001200 cm-1双键伸缩振动区 (4)1200670 cm-1X—Y伸缩，X—H变形振动区
醚：C－O－C伸缩振动位于 1250～1050 cm-1 ，确定醚类存在的唯一谱带
常见基团的红外吸收带
=C-H O-H
CC
C-H
C=C
C=O C-C，C-N，C-O C-X
O-H（氢键）
S-H
N-H
P-H CN
N-O N-N C-F C=N
C-H，N-H，O-H 3500 3000 2500 2000 1500 1000
§6.2 红外光谱分析基本原理
一、红外吸收光谱产生的条件
1、辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量 振= 红外光 2、分子要有偶极距
红外吸收是由于分子振动引起的偶极距和红外光束的振动相互作用产生的
对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性 。 如：N2、O2、Cl2 等 非对称分子：有偶极矩，红外活性。
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6章红外光谱
第六页，编辑于星期日：十七点 八分。
▪ 量子力学处理
对于双原子分子，由量子力学原理可推出如下公 式：
E
(1) h 2 2
k
υ=0、1、2、3…
υ为振动量子数
Eυ为与振动量子数υ相对应的体系能量；
利用经典力学原理可将上式改为：
E
(1)hv
2
υ=0、1、2、3…
从上式可看出，当υ=0时，体系能量不为零，这称作 零点能，产生跃迁的选律为△υ=±1。
3650~3580（游离） 3550~3450（二聚体） 3400~3200（多聚体） 3600-2500（分子内缔合）
1050（伯） 1100（仲） 1150（叔） 1200（酚）
1500~1250 650
尖 中强，较尖
强，宽 宽，散 强，有时发生裂分
面内弯曲，强，宽 面外弯曲，宽
第三十六页，编辑于星期日：十七点 八分。
第二十一页，编辑于星期日：十七点 八分。
CO1307 125 .4161160(cm1)
1216
CO1307
12 1730(cm1) 1216
1216
第二十二页，编辑于星期日：十七点 八分。
内部因素 诱导效应 共轭效应 空间效应 跨环效应 氢键
第二十三页，编辑于星期日：十七点 八分。
四、有机化合物的红外特征吸收
❖ 中红外光区 ❖ 2.5 ~ 25µm ❖ 4000～400cm-1
❖ 远红外光区 ❖ 25 ~ 1000µm
1、红外吸收光谱
第三页，编辑于星期日：十七点 八分。
2、红外光谱的表示方法
红外光谱的横坐标是波长（λ）或波数（σ） 纵坐标是透光率（T%）。
红外光谱峰是“倒峰”。
红外光谱分析全解课堂PPT
红外分光光度计测量分辨率主要决定于狭缝的宽 度，光谱狭缝宽度愈小，仪器的分辨率愈好。所以为 提高仪器的分辨率，应尽可能使狭缝的宽度小。
29
图4-16是聚苯乙烯膜C—H伸缩振动吸收区分辨率与狭 缝宽度的关系。由于狭缝宽不仅分辨率降低，而且谱带形 状和强度也发生变化。
30
2．测量准确度 指仪器记录的样品真实透过度的准确程度。影响测
由于检测器产生的信号很微小，因此，必须将信 号放大，才能记录成红外光谱。
28
三、红外分光光度计的操作性能及影响因素
1．分辨率 分辨率是仪器的重要性能之一，它表示仪器分开
相邻光谱波数（或波长）的能力。普通红外分光光度 计的分辨率至少应为2cm-1或1cm-1，更精密的仪器， 如付里叶变换光谱仪的分辨率可达到0.1cm-1，甚至 更小。
振动光谱分类
定义： 所谓振动光谱是指物质由于吸收了能量而引
起其分子或原子内部基团振动的能量改变所产生 的光谱。 分类：
主要包括红外吸收光谱和激光拉曼光谱。 如果用的光源是红外光谱范围，即0.781000µm，就是红外吸收光谱。如果用的是强单色 光，例如激光，产生的是激光拉曼光谱。
1
第一节 红外光谱的基本原理
9
（5）谱带的划分：
10
11
高岭石{Al4[Si4O10](OH)8 }红外吸收光谱
透过率/%
80 70 60 50 40 30 20 10
0 -10
4000
3500
3000
2500
2000
波 数/cm-1
1500
1000
80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 500
12
三、红外光谱产生的原理
光源 单色器 检测器 电子放大器 记录系统
29
图4-16是聚苯乙烯膜C—H伸缩振动吸收区分辨率与狭 缝宽度的关系。由于狭缝宽不仅分辨率降低，而且谱带形 状和强度也发生变化。
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2．测量准确度 指仪器记录的样品真实透过度的准确程度。影响测
由于检测器产生的信号很微小，因此，必须将信 号放大，才能记录成红外光谱。
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三、红外分光光度计的操作性能及影响因素
1．分辨率 分辨率是仪器的重要性能之一，它表示仪器分开
相邻光谱波数（或波长）的能力。普通红外分光光度 计的分辨率至少应为2cm-1或1cm-1，更精密的仪器， 如付里叶变换光谱仪的分辨率可达到0.1cm-1，甚至 更小。
振动光谱分类
定义： 所谓振动光谱是指物质由于吸收了能量而引
起其分子或原子内部基团振动的能量改变所产生 的光谱。 分类：
主要包括红外吸收光谱和激光拉曼光谱。 如果用的光源是红外光谱范围，即0.781000µm，就是红外吸收光谱。如果用的是强单色 光，例如激光，产生的是激光拉曼光谱。
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第一节 红外光谱的基本原理
9
（5）谱带的划分：
10
11
高岭石{Al4[Si4O10](OH)8 }红外吸收光谱
透过率/%
80 70 60 50 40 30 20 10
0 -10
4000
3500
3000
2500
2000
波 数/cm-1
1500
1000
80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 500
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三、红外光谱产生的原理
光源 单色器 检测器 电子放大器 记录系统
红外光谱最全最详细明了分解ppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
1.3.2 分子结构对基团吸收谱带位置的影响
（1）诱导效应（I效应）：基团邻近有不同电负性的取代 基时，由于诱导效应引起分子中电子云分布的变化，从而 引起键力常数的改变，使基团吸收频率变化。
4. 色散型红外光谱仪主要部件
(1) 光源
能斯特灯：氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结制成 的中空或实心圆棒，直径1-3 mm，长20-50mm；
室温下，非导体，使用前预热到800 C； 特点：发光强度大；寿命0.5-1年； 硅碳棒：两端粗，中间细；直径5 mm，长2050mm；不需预热；两端需用水冷却；
(2) 单色器
(2)共轭效应（C效应）： 共轭效应要求共轭体系有共平面性。
（3）瞬间偶极矩大，吸收峰强；键两端原子电 负性相差越大（极性越大），吸收峰越强； （4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的 吸收峰，基频峰； （5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个 弱的吸收峰，倍频峰.
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
某一基团的特征吸收频率，同时还要受到分子结构 和外界条件的影响。
同一种基团，由于其周围的化学环境不同，其特征吸 收频率会有所位移，不是在同一个位置出峰。
基团的吸收不是固定在某一个频率上，而是在一个范围 内波动。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
第六章红外光谱法
第6章 红外光谱法
（ Infrared Spectrometry, IR）
§6-1 概述
一 红外光区的划分
基频吸收带 辐射→分子振动和转动能级跃迁→红外光谱
二 红外光谱法的特点
峰数 峰位 峰强
研究对象：振动中伴随有偶极矩变化的化合物定性及有 机化合物结构鉴定：分子的特征吸收 定量分析：特征峰强度
1613cm-1
1640cm-1
（二）外部因素
物质状态
溶剂
§6-4 红外光谱仪及制样方法
一 色散型红外分光光度计
1 基本组成
1) 光源 能斯特灯 稳定, 不需用水冷却。但需预热, 机械强度差。 硅碳棒 使用波数范围较宽, 坚固, 发光面积大。电极接 触部分需用水冷却。
2) 吸收池
红外光谱图上的峰数≤基本振动理论数
三 影响吸收峰强度的因素
1. 吸收峰强弱的划分
摩尔吸光系数
峰强度
>100
非常强(vs) 强(s)
中强(m)
<100 10< <20 1< <10
20<
弱(w)
2. 影响吸收峰强度的因素
振动能级的跃迁几率 基态(v=0)至第一激发态(v=1)跃迁几率大， 基频吸收带较强 基态(v=0)至第二激发态(v=2)跃迁几率小， 倍频吸收带较弱
双光束；单色器在样品池后面；扫描速率慢
二 傅里叶变换红外分光光度计
1 基本原理
迈克尔逊干涉仪示意图
1
2
多色光干涉时域谱
2 傅里叶变换红外光谱仪优点
1)谱图的信噪比高。 2) 波长(数)精度高(0.01 ±cm-1)，重现性好。
3) 分辨率高。
（ Infrared Spectrometry, IR）
§6-1 概述
一 红外光区的划分
基频吸收带 辐射→分子振动和转动能级跃迁→红外光谱
二 红外光谱法的特点
峰数 峰位 峰强
研究对象：振动中伴随有偶极矩变化的化合物定性及有 机化合物结构鉴定：分子的特征吸收 定量分析：特征峰强度
1613cm-1
1640cm-1
（二）外部因素
物质状态
溶剂
§6-4 红外光谱仪及制样方法
一 色散型红外分光光度计
1 基本组成
1) 光源 能斯特灯 稳定, 不需用水冷却。但需预热, 机械强度差。 硅碳棒 使用波数范围较宽, 坚固, 发光面积大。电极接 触部分需用水冷却。
2) 吸收池
红外光谱图上的峰数≤基本振动理论数
三 影响吸收峰强度的因素
1. 吸收峰强弱的划分
摩尔吸光系数
峰强度
>100
非常强(vs) 强(s)
中强(m)
<100 10< <20 1< <10
20<
弱(w)
2. 影响吸收峰强度的因素
振动能级的跃迁几率 基态(v=0)至第一激发态(v=1)跃迁几率大， 基频吸收带较强 基态(v=0)至第二激发态(v=2)跃迁几率小， 倍频吸收带较弱
双光束；单色器在样品池后面；扫描速率慢
二 傅里叶变换红外分光光度计
1 基本原理
迈克尔逊干涉仪示意图
1
2
多色光干涉时域谱
2 傅里叶变换红外光谱仪优点
1)谱图的信噪比高。 2) 波长(数)精度高(0.01 ±cm-1)，重现性好。
3) 分辨率高。
第六章 红外光谱分析法(3)
第六章 红外光谱法
Infrared absorption spectroscopy，IR
余定华 博士，副教授，硕士生导师
南京工业大学生物与制药工程学院 国家生化工程技术研究中心
第四节 红外光谱解析
一、红外谱图解析
二、未知物结构确定
一、红外谱图解析
1．烷烃
（CH3，CH2，CH）(C—C,C—H ) 3000cm-1 δ CH3 δ s1380 cm-1
R1 H R1 R2 R1 R2 C C C C
H
970 cm-1（强）
R1 H R1 H R1 C C C C
R2 H
（=C-H）
R2 R3 790-840 cm-1 C C （820 cm-1） H R3 R4 610-700 cm-1（强）
800-650 cm-1 （690 cm-1）
H 990 cm-1 H 910 cm-1 （强） H
酰胺的红外光谱图
酰胺的特征吸收包括：羰基的C=O伸缩振动吸收， 胺基的N-H伸缩振动吸收或弯曲振动吸收
不同酰胺吸收峰数据
谱带类型 υ 伯 酰 δ 胺 υ
（N-H） （C=O）
谱带名称
酰胺Ⅰ谱带 （面内） 酰胺Ⅱ谱带 （N-H） υ （Ｃ－Ｎ） 酰胺Ⅲ谱带 δ （N-H） （面外） 酰胺Ⅳ谱带 υ
羧酸的红外光谱图
酯类化合物的特征吸收位羰基伸缩振动和C-O-C结构的对称和 非对称伸缩振动，后者是区分酯和其他羰基化合物的主要依据。 另外，酯的羰基吸收在大多数情况下不是第一吸收，这与其他 羰基化合物的羰基吸收通常为最强吸收不同。C-O-C结构的对 称伸缩振动位于1100 cm -1处，吸收较弱； C-O-C结构的非 对称伸缩振动是酯的最有用的特征吸收，通常为第一吸收，位 于1210~1160 cm-1区
Infrared absorption spectroscopy，IR
余定华 博士，副教授，硕士生导师
南京工业大学生物与制药工程学院 国家生化工程技术研究中心
第四节 红外光谱解析
一、红外谱图解析
二、未知物结构确定
一、红外谱图解析
1．烷烃
（CH3，CH2，CH）(C—C,C—H ) 3000cm-1 δ CH3 δ s1380 cm-1
R1 H R1 R2 R1 R2 C C C C
H
970 cm-1（强）
R1 H R1 H R1 C C C C
R2 H
（=C-H）
R2 R3 790-840 cm-1 C C （820 cm-1） H R3 R4 610-700 cm-1（强）
800-650 cm-1 （690 cm-1）
H 990 cm-1 H 910 cm-1 （强） H
酰胺的红外光谱图
酰胺的特征吸收包括：羰基的C=O伸缩振动吸收， 胺基的N-H伸缩振动吸收或弯曲振动吸收
不同酰胺吸收峰数据
谱带类型 υ 伯 酰 δ 胺 υ
（N-H） （C=O）
谱带名称
酰胺Ⅰ谱带 （面内） 酰胺Ⅱ谱带 （N-H） υ （Ｃ－Ｎ） 酰胺Ⅲ谱带 δ （N-H） （面外） 酰胺Ⅳ谱带 υ
羧酸的红外光谱图
酯类化合物的特征吸收位羰基伸缩振动和C-O-C结构的对称和 非对称伸缩振动，后者是区分酯和其他羰基化合物的主要依据。 另外，酯的羰基吸收在大多数情况下不是第一吸收，这与其他 羰基化合物的羰基吸收通常为最强吸收不同。C-O-C结构的对 称伸缩振动位于1100 cm -1处，吸收较弱； C-O-C结构的非 对称伸缩振动是酯的最有用的特征吸收，通常为第一吸收，位 于1210~1160 cm-1区
红外吸收光谱法-光谱分析
V：振动量子数，可取0，1，2，…… X：非谐振系数，表示非谐性大小。
二、分子的振动形式
（一）振动的基本类型 对称伸缩振动vs 伸缩振动 反对称伸缩振动vas 剪式振动δ 面内变形 变形振动 (弯曲振动) 面外变形 面外摇摆ω 伸缩振动——键长改变，出现在高频区 变形振动——键角改变，出现在低频区 面内摇摆ρ 扭曲变形τ
二、常见化合物的特征吸收峰 • • • • • • 烷烃类 烯烃类 炔烃类 芳香类 羰基化合物 羟基化合物
三、影响基团频率位移的因素
• 分子中化学键不是孤立的，受分子中相邻 基团的影响。 • 同一基团在不同的分子结构中受不同基团 的影响，其基团频率会有所改变，了解影 响基团频率的因素，对解析红外光谱和推 断分子结构非常有用。 • 影响基团频率的因素有内部结构和外部环 境的影响。
O-H,N-H及C-H键 0.78~2.5 12820~4000 的倍频吸收 2.5~25 4000~400 分子的基团振动、 分子转动 分子转动、 晶格振动
25~300
400~33
§6~2 红外吸收基本原理
红外光谱的产生
由分子振动能级跃迁产生。
定性分析—— 吸收峰的位置和形状 定量分析—— 吸收峰的强弱
1
2.非谐振子
• 双原子分子并非理想的谐振子，V较小时振动情况与谐振子 较为接近。 • V=0 → V=1 产生的吸收谱带称为基频峰，最强。 V=0 → V=2，3产生的吸收谱带倍频峰，弱的多。 倍频峰的频率并不是基频峰频率的整数倍，而是略小一 些。非谐振子的振动能量可用下式表示：
1 1 2 E v (V )h (V ) Xh 2 2
一、分子的振动方程式及振动能级
（一）分子的振动方程式
m1 m2
二、分子的振动形式
（一）振动的基本类型 对称伸缩振动vs 伸缩振动 反对称伸缩振动vas 剪式振动δ 面内变形 变形振动 (弯曲振动) 面外变形 面外摇摆ω 伸缩振动——键长改变，出现在高频区 变形振动——键角改变，出现在低频区 面内摇摆ρ 扭曲变形τ
二、常见化合物的特征吸收峰 • • • • • • 烷烃类 烯烃类 炔烃类 芳香类 羰基化合物 羟基化合物
三、影响基团频率位移的因素
• 分子中化学键不是孤立的，受分子中相邻 基团的影响。 • 同一基团在不同的分子结构中受不同基团 的影响，其基团频率会有所改变，了解影 响基团频率的因素，对解析红外光谱和推 断分子结构非常有用。 • 影响基团频率的因素有内部结构和外部环 境的影响。
O-H,N-H及C-H键 0.78~2.5 12820~4000 的倍频吸收 2.5~25 4000~400 分子的基团振动、 分子转动 分子转动、 晶格振动
25~300
400~33
§6~2 红外吸收基本原理
红外光谱的产生
由分子振动能级跃迁产生。
定性分析—— 吸收峰的位置和形状 定量分析—— 吸收峰的强弱
1
2.非谐振子
• 双原子分子并非理想的谐振子，V较小时振动情况与谐振子 较为接近。 • V=0 → V=1 产生的吸收谱带称为基频峰，最强。 V=0 → V=2，3产生的吸收谱带倍频峰，弱的多。 倍频峰的频率并不是基频峰频率的整数倍，而是略小一 些。非谐振子的振动能量可用下式表示：
1 1 2 E v (V )h (V ) Xh 2 2
一、分子的振动方程式及振动能级
（一）分子的振动方程式
m1 m2
红外光谱课件 PPT
• 依据基团得振动频率主要取决于组成基团得原子种 类,常见元素:C、H、N、O、 P、 S、F、Cl、Br、 Na等;
• 将红外光谱划分四个区。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
1、基本振动频率 σ 1 K 2C
• 依据基团振动频率与化学键力常数得关系规律,表
中数据说明:μ相同得基团,K ↓, σ ↓。
单键区(指纹区)得特点
• 单键区由于下述原因使其吸收峰多而复杂:
–由大量存在得有机化合物基本骨架C-C单键产生 得吸收峰;
–由于N、O原子量与C相差小,使C-O、C-N与C-C得 伸缩振动峰很难区别;
–由于C-H、N-H、O-H得弯曲振动也在该区域,使 其增加了复杂性;
–由于C与N就是多价元素,增加了其复杂性。
共轭效应
当两个或更多双键共轭时,因π电子离域↑,即共 轭体系中电子云密度平均化,使双键性↓,K ↓ ,其 基团↓,仍以羰基C=O为例。
O H3CCCH3
O C CH3
1715cm -1 1685cm -1
O
O
C CH3
C
1685cm -1 1660cm -1
共轭体系中得单键特点:K ↑ ,振动 ↑ 例:酚与脂肪醇:为什么酚C-O >醇C-O ？
OH
Ｏ与苯环共轭,
使C-O 键K ↑,C-O ↑
1230～1200 cm-1 。
CH2CH2 C O H
C-O 在1150～1050 cm-1
-I与+M共存时,应考虑主导效应
• 以酰胺为例:-I无法解释c=o↓ ,酰胺主导效应就是+M,结果 c=o↓ , c=o在1689 cm-1左右。N-H变成＝N-H键,键长缩短, =N-H反而↑。
• 将红外光谱划分四个区。
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
1、基本振动频率 σ 1 K 2C
• 依据基团振动频率与化学键力常数得关系规律,表
中数据说明:μ相同得基团,K ↓, σ ↓。
单键区(指纹区)得特点
• 单键区由于下述原因使其吸收峰多而复杂:
–由大量存在得有机化合物基本骨架C-C单键产生 得吸收峰;
–由于N、O原子量与C相差小,使C-O、C-N与C-C得 伸缩振动峰很难区别;
–由于C-H、N-H、O-H得弯曲振动也在该区域,使 其增加了复杂性;
–由于C与N就是多价元素,增加了其复杂性。
共轭效应
当两个或更多双键共轭时,因π电子离域↑,即共 轭体系中电子云密度平均化,使双键性↓,K ↓ ,其 基团↓,仍以羰基C=O为例。
O H3CCCH3
O C CH3
1715cm -1 1685cm -1
O
O
C CH3
C
1685cm -1 1660cm -1
共轭体系中得单键特点:K ↑ ,振动 ↑ 例:酚与脂肪醇:为什么酚C-O >醇C-O ？
OH
Ｏ与苯环共轭,
使C-O 键K ↑,C-O ↑
1230～1200 cm-1 。
CH2CH2 C O H
C-O 在1150～1050 cm-1
-I与+M共存时,应考虑主导效应
• 以酰胺为例:-I无法解释c=o↓ ,酰胺主导效应就是+M,结果 c=o↓ , c=o在1689 cm-1左右。N-H变成＝N-H键,键长缩短, =N-H反而↑。
第六章 红外吸收光谱法
m1m 2
(m1 m 2 )
分子振动的能量与振动频率之间的关系 E=（ +1/2）h=（ +1/2）hc 为振动量子数=0, 1, 2, 3
E振 h 2 k 1 （ ） 2
=0 → =1跃迁, 基态 → 第一激发态 即△ =1 振动能级跃迁的能量差为:
振动自由度= 3N-平动自由度-转动自由度
= 3N-6
= 3N-5
非线性分子
线性分子（所有分子在一条直线上）
如：H2O振动自由度 3×3 – 6 = 3三种基本振动形式
实际上红外谱图上峰的数目比理论值少得多
影响吸收峰数目的因素 (1)没有偶极矩变化的振动不产生红外吸收； (2)吸收频率相同，简并为一个吸收峰； (3)有时频率十分接近，仪器分辨不出，表现为一个吸收峰 (4)有些吸收程 度太弱，仪器检测不出
一、官能团区和指纹区
红外吸收光谱为了便于解析划分为两个区：
4000~1300cm-1 区域：是由伸缩振动产生的吸收
带，为化学键和基团的特征吸收峰，吸收峰较
稀疏，鉴定基团存在的主要区域——官能团区
1300~600cm-1 区域：吸收光谱较复杂，除单键
的伸缩振动外，还有变形振动。能反映分子结
构的细微变化——指纹区
§6-3 基团频率和特征吸收峰
基团的特征吸收峰——基团频率
• 组成分子的基团如：O-H、C=C、C=O等都有自 己特定的红外吸收区域，分子的其它部分对其吸收 位置影响较小。
• 通常把能代表某基团存在，并有较高强度的吸收 峰，称为特征吸收峰，所在的频率位置称为基团频 率。 • 基团频率——主要是一些伸缩振动引起的，用于 鉴定某官能团是否存在。基团不同，基团频率不同。
红外光谱的分析
第二节 基本原理
复杂振动都可以看成这些简正振动的线性组合。 2. 简正振动的基本形式 一般将振动形式分成两类：伸缩振动和变形振动。 （1）伸缩振动 原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角不变的振 动称为伸缩振动，用符号表示。它又可以分为对称伸缩 振动（ s）和不对称伸缩振动（ as ）。对同一基团，不 对称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动。 （2）变形振动（又称弯曲振动或变角振动）
第六章 第一节
红外光谱分析 概述
分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁 时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量 纯粹的振动光谱，而只能得到 分子的振动-转动光谱，这 种光谱称为红外吸收光谱。 红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收 了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩 的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的 跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红 外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外 光谱。
5
第一节
概述
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，一定不会有相同的红 外光谱。通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度， 反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构 组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子
组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯 度鉴定。由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固
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第二节 基本原理
（2）辐射与物质之间有耦合作用 为满足这个条件，分子振动必须伴随偶极矩的变化。 红外跃迁是偶极矩诱导的，即能量转移的机制是通过振 动过程所导致的偶极矩的变化和交变的电磁场（红外线） 相互作用 发生的。分子由于构成它的各原子的电负性的 不同，也显示不同的极性，称为偶极子。通常用分子的 偶极矩（）来描述分子极性的大小。当偶极子处在电磁 辐射的电场中时，该电场作周期性反转，偶极子将经受 交替的作用力而使偶极矩增加或减少。由于偶极子具有 一定的原有振动频率，显然，只有当辐射频率与偶极子
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第一节 概述
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，一定不会有相同的红 外光谱。通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度， 反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构
组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子 组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯 度鉴定。由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固
在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态 （ =0）跃迁至第二激发态（ =2）、第三激发态（ =3） ，所产生的吸收峰称为倍频峰。
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第二节 基本原理
由=0跃迁至=2时， △=2，则L=2，即吸收的红 外线谱线（ L ）是分子振动频率的二倍，产生的吸收峰 称为二倍频峰。
由=0跃迁至=3时， △=3，则L=3，即吸收的红 外线 谱线（ L ）是分子振动频率的三倍，产生的吸收 峰称为三倍频峰。其它类推。在倍频峰中，二倍频峰还 比较强。三倍频峰以上，因跃迁几率很小，一般都很弱， 常常不能测到。
二、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，而红外光谱法主要研 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）。因此，除了单原子和同 核分子如Ne、He、O2、H2等之外，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
两个小球，把连结它们的化学键看成质量可以忽略不计 的弹簧，则两个原子间的伸缩振动，可近似地看成沿键 轴方向的间谐振动。由量子力学可以证明，该分子的振 动总能量(E)为：
E= （ +1/2）h（=0，1，2，） 式中为振动量子数（ =0，1，2，……）；E是与 振动量子数相应的体系能量；为分子振动的频率。
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µm ），或波数（单位为cm-1）。
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第一节 概述
波长与波数之间的关系为： 波数/ cm-1 =104 /（ / µm ）
中红外区的波数范围是4000 ~ 400 cm-1 。
通常，中红外光谱法又简称为红外光的吸收带主要是由气体分子中的纯转动跃迁、
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第一节 概述
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很灵敏地反映出结构变化，所以对 异构体的研究特别方便。此外，还能用于金属有机化合 物（包括络合物）、氢键、吸附现象的研究。但由于该 光区能量弱，除非其它波长区间内没有合适的分析谱带， 一般不在此范围内进行分析。
子振动能级差为0.05~1.0eV，比转动能级差（0.0001
0.05eV）大，因此分子发生振动能级跃迁时，不可避免 地伴随转动能级的跃迁，因而无法测得纯振动光谱，但 为了讨论方便，以双原子分子振动光谱为例说明红外光 谱产生的条件。若把双原子分子（A-B）的两个原子看作
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第二节 基本原理
体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快，不破坏 样品的特点。因此，红外光谱法不仅与其它许多分析方 法一样，能进行定性和定量分析，而且该法是鉴定化合 物和测定分子结构的最有用方法之一。
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第二节 基本原理
一、产生红外吸收的条件
1 . 辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的跃迁能量
相等
红外吸收光谱是分子振动能级跃迁产生的。因为分
第六章 第一节
红外光谱分析 概述
分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁 时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量 纯粹的振动光谱，而只能得到 分子的振动-转动光谱，这 种光谱称为红外吸收光谱。
红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。
当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收 了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩 的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的 跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红 外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外 光谱。
EL=hL 于是可得产生红外吸收光谱的第一条件为：
EL =△E振 即L=△•
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第二节 基本原理
表明，只有当红外辐射频率等于振动量子数的差值 与分子振动频率的乘积时，分子才能吸收红外辐射，产 生红外吸收光谱。
分子吸收红外辐射后，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。因为△=1时，L=，所以 基频峰的位置（L）等于 分子的振动频率。
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第一节 概述
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 ~ 1000µm，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 ~ 2.5µm ），中 红外光区（2.5 ~ 25µm ），远红外光区（25 ~ 1000µm ）。
近红外光区（0.75 ~ 2.5µm ）
在室温时，分子处于基态（=0），E= 1/2•h，此 时，伸缩振动的频率很小。当有红外辐射照射到分子时， 若红外辐射的光子（L）所具有的能量（EL）恰好等于
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第二节 基本原理
分子振动能级的能量差（△E振）时，则分子将吸收红外 辐射而跃迁至激发态，导致振幅增大。分子振动能级的 能量差为
△E振=△•h 又光子能量为
近红外光区的吸收带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等 产生的。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
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第一节 概述
含氢原子团化合物的定量分析。
中红外光区（2.5 ~ 25µm ）
绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现 在该光区。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。