第三章红外光谱090312
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红外
波谱分析-红外
第三章 红外吸收光谱法
§3.1 红外吸收光谱法基本原理 分子中基团的振动和转动能级跃迁会吸收红外 光，产生：红外光谱，也称振-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 ~ 1000µ m，根据仪器特点和应用不同， 习惯上又将红外光区分为三个区：近红外光区（ 0.75 ~ 2.5µ ），中红外光区（2.5 ~ 25µm ），远红 m 外光区（25 ~ 1000 µ ）。 m
波谱分析-红外
§3.3 红外光度计及实验技术 一、仪器结构
红外分光光度是由光源、吸收池、单色器、检测 器以及记录显示装置组成。
1、光源 常用的光源是能斯特灯和硅碳棒。 IR光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，通 电加热使之发射高强度的连续红外辐射。Nernst灯是 用氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结而成的中空棒和实心 棒。工作温度约为1700℃，在此高温下导电并发射红 外线。但在室温下是非导体，因此，在工作之前要预 热。
12
波谱分析-红外
表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
13
波谱分析-红外
§3.2 分子振动的基本形式及振动自由度 一、两类基本振动形式
(1) 伸缩振动
(2)变形振动
14
波谱分析-红外
15
波谱分析-红外
二、基本振动的理论数 简正振动的数目称为振动自由度，每个振动自 由度相当于红外光谱图上一个基频吸收带。设分子 由n个原子组成，每个原子在空间都有3个自由度， 原子在空间的位置可以用直角坐标中的3个坐标x、y 、z表示，因此，n个原子组成的分子总共应有3n个 自由度，即3n种运动状态。 但在这3n种运动状态中，包括3个整个分子的质 心沿x、y、z方向平移运动和3个整个分子绕x、y、z 轴的转动运动。这6种运动都不是分子振动，因此， 振动形式应有（3n-6）种。但对于直线型分子，若贯 穿所有原子的轴是在x方向，则整个分子只能绕y、z 轴转动，因此，直线性分子的振动形式为（3n-5）种 16 。
第三章 红外吸收光谱法
§3.1 红外吸收光谱法基本原理 分子中基团的振动和转动能级跃迁会吸收红外 光，产生：红外光谱，也称振-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 ~ 1000µ m，根据仪器特点和应用不同， 习惯上又将红外光区分为三个区：近红外光区（ 0.75 ~ 2.5µ ），中红外光区（2.5 ~ 25µm ），远红 m 外光区（25 ~ 1000 µ ）。 m
波谱分析-红外
§3.3 红外光度计及实验技术 一、仪器结构
红外分光光度是由光源、吸收池、单色器、检测 器以及记录显示装置组成。
1、光源 常用的光源是能斯特灯和硅碳棒。 IR光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，通 电加热使之发射高强度的连续红外辐射。Nernst灯是 用氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结而成的中空棒和实心 棒。工作温度约为1700℃，在此高温下导电并发射红 外线。但在室温下是非导体，因此，在工作之前要预 热。
12
波谱分析-红外
表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
13
波谱分析-红外
§3.2 分子振动的基本形式及振动自由度 一、两类基本振动形式
(1) 伸缩振动
(2)变形振动
14
波谱分析-红外
15
波谱分析-红外
二、基本振动的理论数 简正振动的数目称为振动自由度，每个振动自 由度相当于红外光谱图上一个基频吸收带。设分子 由n个原子组成，每个原子在空间都有3个自由度， 原子在空间的位置可以用直角坐标中的3个坐标x、y 、z表示，因此，n个原子组成的分子总共应有3n个 自由度，即3n种运动状态。 但在这3n种运动状态中，包括3个整个分子的质 心沿x、y、z方向平移运动和3个整个分子绕x、y、z 轴的转动运动。这6种运动都不是分子振动，因此， 振动形式应有（3n-6）种。但对于直线型分子，若贯 穿所有原子的轴是在x方向，则整个分子只能绕y、z 轴转动，因此，直线性分子的振动形式为（3n-5）种 16 。
波谱分析第三章03红外谱图解析
面外弯曲振动位置/cm-1 995 ～985, 910 ～905
895 ～ 885 730 ～ 650 980 ～ 965 840 ～ 790
1－己烯红外光谱图
对比
烯烃面外弯 曲振动鉴别顺 反异构体
730 — 665 980 — 960
3、炔烃
基团 = CH中C-H
3340～3260
700～610 （面外摇摆）
认。
44
烷烃
表3-4, (CH2)n结构 中亚甲基面内摇 摆振动
1168 1367 1386 1468
CH3 –CH – CH2 –CH – CH3
CH3
CH3
2,4 － 二甲基戊烷
78
2.烯烃
基团
= CH中C-H C＝C骨架
3080
2975 1680～1620
1000～800 （面外摇摆）
C=O
O
的 as
－C－O－C 的 s
（a）O的电负性作用 > O上孤对电子与羰基共轭作用， C=O 频率较脂肪酮高20 cm-1 。
（b） C-O-C的as 和s是酯类与其它羰基化合物在IR中区别 的重要依据。因与羰基相连，频率较醚类高。
（c）酯的C=O在大多数情况下不是第一吸收，而C-O-C的as 最强。不同类型的酯其as不同，查阅时应注意。
饱和脂肪醚：
R－O－R’ ， as 1150～1060 cm-1
芳香醚和乙烯基醚 ： Ph－O－R
Ph－O－Ph
R－C=C－O －R ’
as 1275～1010 cm-1 s 1075～1020 cm-1 由于p-共轭，=C－O键强度增大， as 向高波数位移。
饱和环醚： 在 1260～780 cm-1 范围出现两条或两条以上的吸收带。 环张力增加as波数降低， s波数升高。
第三章 红外光谱
第二章 红外光谱分析(IR) 红外光谱分析(IR)
§10-1 基础知识 10返回
1892年发现， 1892年发现，凡是含有甲基的物质都会强烈地吸收 年发现 波长3.4 的红外光， 3.4µ 波长3.4µm的红外光，从而推断凡是在该波长处产生强烈 吸收的物质都含有甲基。 吸收的物质都含有甲基。 这种利用样品对不同波长红外光的吸收程度研究物质 的分子组成和结构的方法，称为红外分子吸收光谱法 红外分子吸收光谱法。 的分子组成和结构的方法，称为红外分子吸收光谱法。到 1905年前后 年前后， 1905年前后，人们已系统研究了数百种化合物的红外吸收 光谱， 光谱，并总结了一些物质分子基团与其红外吸收带之间的 关系。 关系。 1930年有人用群论和量子力学方法计算了许多简 年有人用群论和量子力学方法计算了许多简 单分子的基频和键力常数，发展了红外光谱的理论研究。 单分子的基频和键力常数，发展了红外光谱的理论研究。
1、红外光谱起源 1800年英国天文学家 1800年英国天文学家Hershl用温度计测量太阳 年英国天文学家Hershl用温度计测量太阳 光可见区内外的温度时，发现红色光以外的黑暗部分 光可见区内外的温度时， 温度比可见光部分高，从而认识到在可见光光波长波 温度比可见光部分高， 方向末端还有一个红外光区。 方向末端还有一个红外光区。 红外光发现以后，逐步应用到各个方面， 红外光发现以后，逐步应用到各个方面，例如红 外检测器、红外瞄准镜、红外理疗仪等。而许多化学 外检测器、红外瞄准镜、红外理疗仪等。 家则致力于研究各种物质对各种不同波长红外光的吸 收程度，用于推断物质分子的组成和结构。 收程度，用于推断物质分子的组成和结构。
ν =
1 2π c
k ' Ar / N
= 1302
第三章 IR(2012)
不对称伸缩振动 (vas)
8
3.2.1 分子的振动 弯曲振动：原子垂直于价键方向振动，引起分子内键角的改 变，用 表示，分为面内弯曲(平面和剪式)，面外弯曲(非平 面摇摆和弯曲摇摆)。
+ + + +
C
剪式振动(δ s) 面 内
C
面内摇摆振动 (ρ )
C
面外摇摆振动 (ω ) 面 外
C
扭式振动 (τ )
13
3.2.1 分子的振动 用原子的相对原子质量代替， = /6.021023。
N 2 c
k k 1307
例如：HCl单键伸缩振动 (k=4.8 N/cm)
1 35.5 0.9726 1 35.5
1307
4.8 2904 cm1 0.9726
第三章 红外光谱
9
3.2.1 分子的振动 对称伸缩振动 不对称伸缩振动 剪式振动
面内摇摆振动
面外摇摆振动
弯曲振动
第三章 红外光谱
10
3.2.1 分子的振动
第三章 红外光谱
11
3.2.1 分子的振动 双原子分子只有一种振动形式—伸缩振动
第三章 红外光谱
12
3.2.1 分子的振动 双原子分子的红外吸收频率
荷分布发生变化，从而改变了键的力常数，使振动频率
始终为0，所以无吸收峰出现。
CO2的s=0（伸缩振动）
第三章 红外光谱
32
3.2.3 红外吸收强度及表示方法
基频、倍频和组频
1）基频峰强度大于倍频峰（跃迁几率） 2）基频峰强度大于组频（合频和差频，或泛频），一般不 易识别。 3）当倍频（或组频）位于某强的基频峰附近时，吸收强度
红外光谱-全ppt课件
杂散光少，波数精度高，分辨率可达0.05/cm
对温度、湿度要求不高。
光学部件简单，只有一个动镜在实验中运动，不易 磨损。
精选课件
27
红外光谱制样方法
样品要求：干燥无水、浓度适当、多组分样要 先分离
固体样品：溴化钾压片法 糊状法（石蜡油 或六氯丁二烯糊剂) 溶液法（溶剂CS2,、CCl4 、CHCl3) 薄膜法 (高分子化合物）
（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”。
精选课件
4
(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。
精选课件
8
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
键 H-C H-C C-C C=C C≡C C-O C=O C-Cl C≡N
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。
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，并且测得大量 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。
精选课件
6
1 = 2c
对温度、湿度要求不高。
光学部件简单，只有一个动镜在实验中运动，不易 磨损。
精选课件
27
红外光谱制样方法
样品要求：干燥无水、浓度适当、多组分样要 先分离
固体样品：溴化钾压片法 糊状法（石蜡油 或六氯丁二烯糊剂) 溶液法（溶剂CS2,、CCl4 、CHCl3) 薄膜法 (高分子化合物）
（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”。
精选课件
4
(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。
精选课件
8
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
键 H-C H-C C-C C=C C≡C C-O C=O C-Cl C≡N
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。
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，并且测得大量 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。
精选课件
6
1 = 2c
第三章_红外光谱PPT课件
红外光(0.76～1000μm)
λ(m) σ(cm-1)
0.78
3
30
300
12820
3333
333
33
近红外
中红外 远红外
精选课件
5
红外光谱分类及功能
(cm1) 104
精选课件(m)
6
1. 红外光谱的定义：
当样品受到频率连续变化的红外光照 射时，分子吸收某些频率的辐射，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，又称为分子振动转动光谱。
不对称伸缩振动 精选课件
伸 缩 振 动 改 变 键 长
13
分子的振动方式
平面箭式弯曲振动 精选课件
弯 曲 振 动 改 变 键 角
14
分子的振动方式
平面摇摆弯曲振动 精选课件
弯 曲 振 动 改 变 键 角
15
分子的振动方式
平面外摇摆弯曲振动 精选课件
弯 曲 振 动 改 变 键 角
16
分子的振动方式
属CH3
2925cm-1(νas) 2850cm-1(νs)
属CH2
由两组峰
的强度可
大致判断
CH2和CH3 的比例
3000cm-1附近是否有吸收峰可
用于有机物和无机物的区分
精选课件
33
2500-2000cm-1
叁键的伸缩振动区，此区域内任何小 的吸收 峰都 应收起注意，它们都能提供 结构信息。
精选课件
如：在3200-3600 cm-1存在吸收峰，宽 而钝的峰常是-OH，而尖峰可能是氨基。
精选课件
39
4. 关联峰
红外光谱
正庚烷
正十二 烷
正二十八 烷
-1 -1 1500 1400 1300 cm 1500 1400 1300 cm
-1 1500 1400 1300 cm
C-C骨架振动
1 C C 1250 ~ 1140 cm（弱 中）
H C CH3
1155cm-1 1170cm-1
CH3
CH3 C CH3 CH3
1250 cm-1
CH3 C CH3
1195 cm-1
甲基与芳环或杂原子相连时：
正辛烷的红外光谱
烷 烃
C-H伸 缩振动
C-H剪 式振动 1380 1465 2900
C-H面 内摇摆 振动 C-H面 外摇摆 振动
720
庚烷CH3(CH2)5CH3的红外光谱
CH3
CH
CH2
CH
CH3
的红外光谱
H 1000 ~ 650 cm1
取代类型
苯 单取代 二取代
三取代
四取代
1，21，31，41，2，31，2，41，3，51，2，3，41，2，3，51，2，4，5-
五取代
C-H面外弯曲振动吸收峰位置（cm-1） 670 770-730，710-690 770-735 810-750，710-690 833-810 780-760，745-705 885-870，825-805 865-810，730-675 810-800 850-840 870-855 870
弱，说明 CH3少 倍频 =C-H伸缩 振动 C=C伸 缩振动 端乙烯 基的CH弯曲 振动 强，说明CH2多
环己烯的红外光谱
C-H变形振动 =C-H伸缩振动 ＞3000cm-1 C=C伸缩振动 1670~1640cm-1
红外光谱详解课件
06
习题与思考题
基础概念题
题目1
简述红外光谱的基本原理
答案1
红外光谱是利用物质对红外光的吸收特性来研究物质分子结构和组成的一种方法。当红 外光与物质分子相互作用时，某些波长的光被吸收，形成特定的光谱图，通过分析这些
光谱图可以了解物质分子的振动和转动能级。
基础概念题
要点一
题目2
列举红外光谱中的主要吸收区域
要点二
答案2
红外光谱主要分为四个吸收区域，分别是近红外区（ 12500-4000 cm^-1）、中红外区（4000-400 cm^-1） 、远红外区（400-10 cm^-1）和超远红外区（10-5 cm^-1）。其中中红外区是研究分子振动和转动能级的主 要区域。
光谱解析题
题目3
根据给定的红外光谱图，分析可能的物质组 成
分子转动
02
分子除了振动外，还会发生转动，转动也会产生能量变化，从
而吸收特定波长的红外光。
分子振动和转动与红外光谱的关系
03
分子振动和转动产生的能量变化与红外光的能量相匹配时，光
子会被吸收，形成红外光谱。
分子振动与转动
振动模式
分子中的原子或分子的振动模式决定 了其吸收特定波长的红外光。不同化 学键或基团具有独特的振动模式，形 成了特征的红外光谱。
镜反射后相干叠加。
检测器
检测器用于检测干涉仪产生的相干 光束，将光信号转换为电信号。
光谱采集系统
光谱采集系统负责收集检测器输出 的电信号，并将其转换为光谱数据 。
傅里叶变换红外光谱技术
傅里叶变换
傅里叶变换是一种数学方法，用于将干涉图转换为光谱图 。通过傅里叶变换，可以获得样品的红外光谱。
分辨率
推荐-红外光谱1 精品
T↓，表明吸收的越好，故曲线低 谷表示是一个好的吸收带。
IR光谱得到的结构信息
1
吸收峰的位置（吸收频率） （cm1）
10 4
（m）
——定性（某一基团存在的最有用的特征）
2 吸收峰的强度
——定量
3 吸收峰的形状 (尖峰、宽峰、肩峰)
——定性（获得有关基团的一些信息）
IR光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约 为 0.75 ~ 1000µm，由分子中基团的振动和转动能级 跃迁产生，是振-转光谱。
红外光的波长范围
12500cm-1
4000cm-1
400cm-1
近红外区
中红外区
0.8m
2.5m
25m
远红外区
100cm-1 100m
红外光2.5 m)
倍频吸收
中红外(振动区) (2.5~25 m)
分子振动转动 （常用区）
远红外(转动区) (25-1000 m)
分区及波长范围
分子转动 跃迁类型
近红外光区(0.75~2.5 m)： 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。用于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(2.5 ~ 25µm ) ：
连续h ( I0 ) M 分子振动转动 跃迁 M * It
红外吸收光谱的表示方法
纵坐标为吸收强度(百分透 过率T%) 横坐标为吸收波长λ （ μm ）或吸收波数1/λ （cm-1 ） 可以用峰数，峰位，峰形， 峰强来描述。 波长与波数之间的关系为： 波数/ cm-1 =104 /（ / µm ）
基频吸收带，吸收最强，最适于定性和定量分析，应用极为广泛。
IR光谱得到的结构信息
1
吸收峰的位置（吸收频率） （cm1）
10 4
（m）
——定性（某一基团存在的最有用的特征）
2 吸收峰的强度
——定量
3 吸收峰的形状 (尖峰、宽峰、肩峰)
——定性（获得有关基团的一些信息）
IR光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约 为 0.75 ~ 1000µm，由分子中基团的振动和转动能级 跃迁产生，是振-转光谱。
红外光的波长范围
12500cm-1
4000cm-1
400cm-1
近红外区
中红外区
0.8m
2.5m
25m
远红外区
100cm-1 100m
红外光2.5 m)
倍频吸收
中红外(振动区) (2.5~25 m)
分子振动转动 （常用区）
远红外(转动区) (25-1000 m)
分区及波长范围
分子转动 跃迁类型
近红外光区(0.75~2.5 m)： 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。用于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(2.5 ~ 25µm ) ：
连续h ( I0 ) M 分子振动转动 跃迁 M * It
红外吸收光谱的表示方法
纵坐标为吸收强度(百分透 过率T%) 横坐标为吸收波长λ （ μm ）或吸收波数1/λ （cm-1 ） 可以用峰数，峰位，峰形， 峰强来描述。 波长与波数之间的关系为： 波数/ cm-1 =104 /（ / µm ）
基频吸收带，吸收最强，最适于定性和定量分析，应用极为广泛。
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溴取代基为直立键时，场 效应微弱；当溴取代基为 平伏键时，溴原子与羰基 氧原子空间接近，电子云 互相排斥，产生相反的诱 导极化，使溴原子与羰基 氧原子的负电荷相应减小， 羰基极性降低，双键性增 强，，吸收向高波数位移。
环的张力
环外双键 随环张力的增大，向高波数位移 环内双键 随环张力的增大，向低波数位移 烯碳的碳氢键 随环张力的增大，向高波数位移
3）组频跃迁 分子吸收一个光子激发两种跃迁，则吸收的频率 为两种跃迁的频率之和，这种跃迁称为组频跃迁。 组频跃迁的吸收峰较小。
1.2.2 多原子分子的振动 1.2.2.1 分子振动自自度 多原子分子振动比双原十分子振动要复杂得多。双 原子分子只有一种振动方式(伸缩振动)、所以可以产生 一个基本振动吸收峰, 而多原子分子随着原子数目的增 加，因而它可以出现一个以上基本振动吸收峰，并且这 些峰的数目与分子的振动自由度有关。 在研究多原子分子时，常把多原下的复杂振动分解 为许多简单的基本振动(又称简正振动)、这些基本振动 数目又称分子的振动自由度，简称分子自由度。分子自 由度数目与该分子中各原子在空间坐标中运动状态的总 和紧密相关.
1．3 分子偶极变化与峰强 1．3．1 峰强的表示方法 在红外光谱中峰强有以下4种表示方式、其中最常用 的为百分透过率T％或吸光度A.
红外谱图的峰强
振动跃迁过程中偶极矩的变化。
①化学键两端连接的原子电负性差别大，则伸缩振动 时引起的峰也越强。 ② 振动形式不同对分子的电荷分布影响不同 ③ 分子对称性越高，峰越弱 ④ Fermi共振、氢键的形成等都使峰增强。
单键区： 各种单键 的伸缩振 动以及含 氢基团的
弯曲振动
3 . 2红外光谱特征基团的吸收频率
4000-2500cm-1
羟基：
吸收在3200-3650cm-1范围。游离羟 基吸收在较高波数，峰形尖锐。当缔合形 成以氢键相连的多聚体时，键力常数下降， 吸收位置移向较低波数，峰形宽而钝。
振动自由度和选律
IR选律：在红外光的作用下，只有偶极矩(Δμ)发 生变化的振动，才会产生红外吸收。这样的振 动称为红外“活性”振动，其吸收带在红外光 谱中可见。在振动过程中，偶极矩不发生变化 的振动，称为红外“非活性”振动，其吸收带 在红外光谱中不可见。有些分子红外“活性” 振动，既有又有红外“非活性”振动。
Br
1812cm-1
1850cm-1
双键性减小，频率减小
δ+ C
双键性增加，频率增加
O
δ-
共轭效应
O R C
O R C CH CH
R
1715cm-1
1675cm-1
O C R
1690cm-1
羰基与 别的双 键共轭， 减小了 双键的 键级， 使其双 键性降 低，振 动频率 降低。
O R C SR’
对称伸缩振动， Δ μ =0，红外“非活性”振动
O
C
O
反对称伸缩振动， Δ μ ≠0，红外“活性”振动
吸收峰减少的原因
对称分子在振动过程中不发生偶极极矩 的变化 频率完全相同的振动彼此发生简并。 强宽峰覆盖与它频率相近的弱而窄的吸 收峰。 吸收强度太弱，以致无法测定。 吸收在中红外区之外。
CH2 1660 CH2 1680
1610
1566
环的张力
脂环酮羰基的吸收： 六员环 五员环 四员环 三员环
1715cm-1 1745cm-1 1780cm-1 1850cm-1
脂环上CH2的吸收： 环己烷 环丙烷
2925cm-1 3050cm-1
环的张力加大时，环上有关官能团的 吸收频率上升
空间障碍
产生红外光谱吸收条件
当一束连续波长的红外光透过极性分子 材料时，某一波长的红外光的频率若与分子 中某一原子或基团的振动频率相同时，即发 生共振。这时，光子的能量通过分子偶极矩 的变化传递给分子，导致分子对这一频率的 光子的选择吸收，从振动基态激发到振动激 发态，产生振动能级的跃迁。
IR选律
O
C
O
E分子=E电子+E移+E振+E转
红外线可引起分子振动能级的跃迁, 所形成的吸收光谱叫红外 吸收光谱,由于振动能级跃迁的同时也包含着转动能级跃迁,所 以红外光谱也叫振-转光谱.
记录被吸收光子的频率(波数)或波 长及相应的吸收强度，即形成IR谱图。 IR谱一般以波数 (cm-1)或波长λ(μm)为 横坐标，以透光率T(％)为纵坐标，基 团的吸收愈强则曲线愈向下降。
O
(-I)
(+C)
RO
C 1724 cm-1
(+C)
(C > -I)
场效应
场效应不是通过化学键，而是原子 或原子团的静电场通过空间相互作用。 场效应也会引起相应的振动谱带发生位 移。在分子的立体构型中，只有当空间 结构决定了某些基团靠得很近时，才会 产生场效应。
场效应
O Cl C H H O Cl C H H C CH3 C CH3
红外光谱法的特点
Hale Waihona Puke 任何气态、液态、固态样品均可进行红外
光谱测定； 不同的化合物有不同的红外吸收， 由红外光谱可得到化合物丰富的结构信息； 常规红外光谱仪价格低廉； 样品用量少； 可针对特殊样品运用特殊的测试方法
红外光谱基础知识
1.1 红外光谱
红外光谱是研究红外光与物质分子间相互作用的吸收光谱. 光或者电磁辐射与原子或分子相互作用,原子或分子吸收一 定能量的光子发生能级跃迁产生了吸收光谱.
2716.6
1380.6
2821.9
红外光谱和分子结构
官
4000 3500
能
团
区
2000 1500
指纹区
3000
2500
400
叁键区： 双键区： C=C、 氢键区： C≡C、 C=O、 OH、NH、CH、SH等 C≡N等 C=N、 C=S、 基团的伸缩振动 基团的 N=O以 伸缩振 及苯基 的伸缩 动 振动
跃迁类型
分子吸收红外光谱使键的振动从低能级向高能级跃迁， 振动能级有多个，所以从基态向高能态跃迁可分为以 下几种类型。 1）基频跃迁 一般情况下，分子的振动能级处于基态（=0），根据 跃迁条件，只有=0 =1的跃迁才是允许的。这种 跃迁称为基本跃迁，跃迁时相应的吸收频率称为基频。 2）倍频跃迁 实际上振动从基态向第二激发态、第三激发态的跃迁都 是可以发生的，这些跃迁发生时相应的吸收频率为基频 的倍数，所以称为倍频跃迁
红外吸收光谱(IR) Infrared Absorption Spectroscopy
本章主要内容
2.1红外光谱的基本原理和基本概念 2.2红外光谱的重要吸收区段 2.3红外光谱解析
红外光谱法发展历程
50年代初期，商品红外光谱仪问世。 70年代中期，红外光谱已成为有机化 合物结构鉴定的最重要的方法。 近十 年来，傅里叶变换红外的问世以及一些新 技术的出现，使红外光谱得到更加广泛的 应用。
能级跃迁的几率
① 样品的光度加大，跃迁几率增加，吸收峰增强。 ② 基频峰强于倍频峰。
红外谱图的峰位
分子的振动频率决定分子基团吸收的红外光频率， 即红外吸收位置。
1 2 K
m1 m2 m1 m2
K为双原子形成的化学键力常数
m1和m2分别为质量两个原子 相对原子
振动频率
与
原子的质量
一个由N个原子组成的分子，它们的振动可以分解为 3N个分量，每个分量中所有的原子都以相同的频率、 相同相位做简谐振动，具有这种特点的振动分量称为 简正振动。 在分子的3N个简正振动中，三个属于平动，三个属于 转动（直线型分子只有两个），原子之间相对位置真正 发生变化的简正振动（真振动）只有3N-6（直线形分 子为3N-5个）。在3N-6（或3N-5）个简正振动中只有 当振动频率与红外光频率相同且振动中瞬时偶极矩发 生变化的振动，才能产生红外吸收峰。
3610-3640cm-1 3500-3600cm-1 3200-3400cm-1
低波数
氢键的影响
O OH νOH O νC
O
1676 1673 3610
cm-1
O
OH
νC
O
1622 1675
cm-1
νOH O
2843(宽)
振动偶合：分子中如果两个基团相邻而且 它们的振动频率相近时，会发生相互作用 导致原有基团振动的频率，吸收强度发生 变化，这种相互作用称为振动偶合。 Fermi共振：倍频(或组合频)附近有较强的 基频峰时由于其相互作用而加强或产生峰 的分裂 。
观察到C=O有两 个基频吸收带， 1720cm-1 (与丙酮羰 基接近)和1750 cm-1 。 场效应使羰基的极性 降低，双键性增强， 吸收向高波数位移。
场效应—α卤代酮效应
ν
C O
O (CH3)3 C 1725
cm-1
O
(CH3)3 C 1730
cm-1
O
Br
(CH3)3 C 1742
Br
cm-1
环的张力
随环的缩小，环内键角减小，成环σ 键的p电子成分增加，键长变长，振动谱 带向低波数位移。而环外双键随环内角缩 小，环外σ键的p电子成分减少，s成分增 大，键长变短，振动谱带高波数位移。环 烯烃中烯碳的碳氢键的伸缩振动也随环张 力的增大而向高波数位移。
CH2
νC 1650
C
νC 1645
C
振动频率计算
分子的振动频率决定分子基团吸收的红外光频率， 即红外吸收位置。
1 2 K
m1 m2 m1 m2
K为双原子形成的化学键力常数
m1和m2分别为质量两个原子 相对原子量
振动频率
与
原子的质量
化学键强度