仪器分析—红外光谱分析法课件
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（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（短波长区）； 反之，出现在低波数区（高波长区）。 例１ 水分子 （非对称分子）
(动画)
（2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变
化时，无红外吸收。
20:18:24
（3）瞬间偶基距变化大，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；
20:18:24
例题: 由表中查知C=C键的K=9.6, 计算波数值。
1 k k 9.6 v 1307 1307 1650cm 1 2c 12 / 2
1
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
20:18:24
2、分子的振动类型
basic vibration of the group in molecular
analysis of Infrared spectrograph
第十章 红外吸收光谱 分析法
一、红外光区的划分与应 用
infrared absorption spectroscopy，IR 二、红外吸收光谱的特点
第一节 概述
三、红外光谱图的表示方 法
20ຫໍສະໝຸດ Baidu18:24
一、红外光区的划分
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱
：振动量子数。
20:18:24
任意两个相邻的能级间的能量差为：
h E h 2 1 2c 1 k
k
1307 k
K化学键的力常数，与键能和键长有关，
为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）
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。
两类基本振动形式
伸缩振动 亚甲基：
(动画)
弯曲振动 亚甲基
20:18:24
甲基的振动形式
伸缩振动 甲基： 对称 υ s(CH3) 2870 ㎝-1 变形振动 甲基 对称δ s(CH3)1380㎝-1
20:18:24
不对称 υ as(CH3) 2960㎝-1
不对称δ
as(CH3)1460㎝
-1
3、基频、倍频和组频
20:18:24
一、红外吸收光谱产生的条件
condition of Infrared absorption spectroscopy
满足两个条件： (1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2)辐射与物质间有相互偶合作用。 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。 偶极子在交变电场中的作用示 意图
第十章 红外吸收光谱分析法
内容选择：
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 概论 基本原理 红外光谱仪器 红外光谱法中的试样制备 红外光谱法的应用
结束
20:18:24
basic principle of Infrared absorption spectroscopy
infrared absorption spectrophotometer
20:18:24
表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型 力常数 峰位
—CC — > —C =C — > —C — C — 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6 4.5m 6.0 m 7.0 m
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。
20:18:24
条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用
电场
无偶极矩变化
磁场
无红外吸收
红外吸收
偶极矩变化
交变磁场
分子固有振动
a
（能级跃迁）
20:18:24
二、分子的振动类型
1、分子基团的振动频率
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
分子的振动能级（量子化）： E振=（V+1/2）h
V ：化学键的 振动频率；
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构
近红外区 中红外区 远红外区
20:18:24
红外光区的划分与分析应用
波段 近红外区 波长uM 0.78-2.5 波数cm-1 12800-4000 分析光谱 漫反射 吸收 中红外区 2.5-50 2.5-25 4000-200 4000-400 定量、GCIR、LC-IR 发射 远红外光区 50-1000 200-10 吸收 定量 定性 气体混合物 纯无机或金属 有机 透射 分析类型 定量 定量 定性 分析对象 气体、固体 气体、液体 纯液体、固体 气体、液体、 固体
例2 CO2分子
（有一种振动无红外 活性）
（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； （6）分子吸收红外光时激发基频分别为ν 1和ν 2跃迁时， 同时会产生ν1+ν2的跃迁吸收峰，组频
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(动画)
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E振 是量子化的， 即 E振=（V+1/2）h 为分子振动频率，V为振动量子数，其值取 0,1,2,…
分子中不同振动能级差为 E振= Vh 也就是说，吸收光子的能量（ha ）要与该能量差相等， 即a= V时，才可能发生振转跃迁。例如当分子从基 态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1），此时V=1，即 a=
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三、红外吸收光谱图的表示方法
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第十章 红外吸收光谱 分析法
一、红外光谱产生的条件
二、双原子分子的振动
infrared absorption spec- 三、多原子分子的振动 troscopy，IR
四、基团频率和特征吸收峰 五、吸收谱带的强度
第二节 基本原理
六、影响基团频率的因素
近红外光区：无需对样品进行处理，适于原位、无损、在线分析； 中红外光区：适于结构和定性分析； 远红外光区：适于研究无机化合物及小分子气体。
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二、红外光谱的特点
比较内容 红外吸收光谱 紫外-可见吸收光谱 光谱产生 分子的振动和转 价电子和分子轨道上的电子 动能级的跃迁 在电子能级间的跃迁 研究对象 在振动中伴随有 不饱和有机化合物特别是具 有共轭体系的化合物 偶极矩变化的化 合物 分析功能 既可定性又可定 既可作定性又可定量，有时 是破坏性分析 量及结构分析， 非破坏性分析
(动画)
（2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变
化时，无红外吸收。
20:18:24
（3）瞬间偶基距变化大，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；
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例题: 由表中查知C=C键的K=9.6, 计算波数值。
1 k k 9.6 v 1307 1307 1650cm 1 2c 12 / 2
1
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
20:18:24
2、分子的振动类型
basic vibration of the group in molecular
analysis of Infrared spectrograph
第十章 红外吸收光谱 分析法
一、红外光区的划分与应 用
infrared absorption spectroscopy，IR 二、红外吸收光谱的特点
第一节 概述
三、红外光谱图的表示方 法
20ຫໍສະໝຸດ Baidu18:24
一、红外光区的划分
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱
：振动量子数。
20:18:24
任意两个相邻的能级间的能量差为：
h E h 2 1 2c 1 k
k
1307 k
K化学键的力常数，与键能和键长有关，
为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）
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。
两类基本振动形式
伸缩振动 亚甲基：
(动画)
弯曲振动 亚甲基
20:18:24
甲基的振动形式
伸缩振动 甲基： 对称 υ s(CH3) 2870 ㎝-1 变形振动 甲基 对称δ s(CH3)1380㎝-1
20:18:24
不对称 υ as(CH3) 2960㎝-1
不对称δ
as(CH3)1460㎝
-1
3、基频、倍频和组频
20:18:24
一、红外吸收光谱产生的条件
condition of Infrared absorption spectroscopy
满足两个条件： (1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2)辐射与物质间有相互偶合作用。 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。 偶极子在交变电场中的作用示 意图
第十章 红外吸收光谱分析法
内容选择：
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 概论 基本原理 红外光谱仪器 红外光谱法中的试样制备 红外光谱法的应用
结束
20:18:24
basic principle of Infrared absorption spectroscopy
infrared absorption spectrophotometer
20:18:24
表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型 力常数 峰位
—CC — > —C =C — > —C — C — 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6 4.5m 6.0 m 7.0 m
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。
20:18:24
条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用
电场
无偶极矩变化
磁场
无红外吸收
红外吸收
偶极矩变化
交变磁场
分子固有振动
a
（能级跃迁）
20:18:24
二、分子的振动类型
1、分子基团的振动频率
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
分子的振动能级（量子化）： E振=（V+1/2）h
V ：化学键的 振动频率；
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构
近红外区 中红外区 远红外区
20:18:24
红外光区的划分与分析应用
波段 近红外区 波长uM 0.78-2.5 波数cm-1 12800-4000 分析光谱 漫反射 吸收 中红外区 2.5-50 2.5-25 4000-200 4000-400 定量、GCIR、LC-IR 发射 远红外光区 50-1000 200-10 吸收 定量 定性 气体混合物 纯无机或金属 有机 透射 分析类型 定量 定量 定性 分析对象 气体、固体 气体、液体 纯液体、固体 气体、液体、 固体
例2 CO2分子
（有一种振动无红外 活性）
（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； （6）分子吸收红外光时激发基频分别为ν 1和ν 2跃迁时， 同时会产生ν1+ν2的跃迁吸收峰，组频
20:18:24
(动画)
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E振 是量子化的， 即 E振=（V+1/2）h 为分子振动频率，V为振动量子数，其值取 0,1,2,…
分子中不同振动能级差为 E振= Vh 也就是说，吸收光子的能量（ha ）要与该能量差相等， 即a= V时，才可能发生振转跃迁。例如当分子从基 态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1），此时V=1，即 a=
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三、红外吸收光谱图的表示方法
20:18:24
第十章 红外吸收光谱 分析法
一、红外光谱产生的条件
二、双原子分子的振动
infrared absorption spec- 三、多原子分子的振动 troscopy，IR
四、基团频率和特征吸收峰 五、吸收谱带的强度
第二节 基本原理
六、影响基团频率的因素
近红外光区：无需对样品进行处理，适于原位、无损、在线分析； 中红外光区：适于结构和定性分析； 远红外光区：适于研究无机化合物及小分子气体。
20:18:24
二、红外光谱的特点
比较内容 红外吸收光谱 紫外-可见吸收光谱 光谱产生 分子的振动和转 价电子和分子轨道上的电子 动能级的跃迁 在电子能级间的跃迁 研究对象 在振动中伴随有 不饱和有机化合物特别是具 有共轭体系的化合物 偶极矩变化的化 合物 分析功能 既可定性又可定 既可作定性又可定量，有时 是破坏性分析 量及结构分析， 非破坏性分析