红外吸收光谱法

键类型 力常数 折合质量 峰位
—C-Cl — 4.8 8.9
700cm-1
—C -C — 4.5 6
1428cm-1
—C - H — 4.8 0.9
2900cm-1
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表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
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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
2c
1307 k

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K 化学键的力常数，单位是105dyn/cm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。
1、折合质量相同，化学键越强（即键的力常数K 越大），化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在 高波数区。
红外吸收光谱法
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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 ~ 1000µm，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 ~ 2.5µm ），中红外光区（2.5 ~ 25µm ），远红
外光区（25 ~ 1000 µm ）。
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近红外光区的吸收带（0.75 ~ 2.5µm ）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产生。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含氢原子团化合物的定 量分析。
中红外区的波数范围是4000 ~ 400 cm-1 。
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三、红外光谱法的特点
（1）红外吸收只有振-转跃迁,能量低； （2）应用范围广, 除单原子分子及单核分子外, 几乎所 有的有机物均有红外吸收； （3）分子结构更为精细的表征：通过波谱的波数位置、 波峰数目及强度确定分子基团和分子结构； （4）气体、液体、固体样品都可测定； （5）样品用量少；分析速度快；不破坏样品。
中红外光区吸收带（2.5 ~ 25µm ）是绝大多数 有机化合物和无机离子的基频吸收带（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）。
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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。通常，中红外光谱法又简称为红 外光谱法。
(2)变形振动
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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
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2、非红外活性
若△μ＝0，分子振动时，不引起偶极矩变化， 不能吸收红外辐射，即为非红外活性。其分子
称为红外非活性分子。如 H2 ，O2 ，N2 ，Cl2….
相应的振动称为红外非活性振动。


O O
O CO
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五、分子振动方程式
以双原子分子的振动为例 化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧，其 振动类似于简谐振动
分子的振动能级是量子化的，振动能为：
E振
（V

1 )h
2
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V ：振动量子数；
：化学键的 振动频率。
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任意两个相邻的能级间的能量差为：
E

E来自百度文库1

En
（n
1
1)hv (n 2
1 )hv 2
hv h 1 k
2
h c hcv

v 1 k
键类型 力常数 峰位
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—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
2222cm-1 1667cm-1
1428cm-1 12
2、 化学键键能相近（即键的力常数K相近），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。
偶极矩：正负电荷重心所带的电荷数与其距离的
乘积。
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= q ·d
1、红外活性 分子振动引起偶极矩的变化，从而吸收红外光， 产生红外吸收光谱的性质，称为红外活性。其分 子称为红外活性分子。相关的振动称为红外活性
2019/12/振26 动。如H2O ，HCl ，CO为红外活性分子。 8
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，而且是鉴定化合物和测定分 子结构的用效方法之一。
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四、红外光谱产生的条件
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；
ΔE E2 E1 hv
2、辐射与物质间有相互偶合作用。
即物质振动时偶极矩发生改变。
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三、峰位、峰数与峰强 1、峰位：
化学键的力常数K越大，原子折合质量越小，
远红外光区吸收带 （25 ~ 1000µm ）是由气体分 子中的纯转动跃迁、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灵敏地 反映出结构变化，所以对异构体的研究特别有效。
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二、IR光谱的表示方法
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）。