分析化学红外吸收光谱法资料
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例如：
O=C=O
O=C=O
O=C=O
O=C=O
对称伸缩 无吸收峰
面内弯曲 面外弯曲 简并为一个吸收峰
反对称伸缩 吸收峰
14
（2）吸收峰增多的原因
① 倍频、组合频
倍频峰和组频峰又称为泛频峰。 ② 振动偶合 当相同的两个基团在分子中靠得很近时，其相应 的特征峰常发生分裂，形成两个峰。 ③ 费米共振 泛频峰与邻近的强的基频峰之间的偶合，称为费 米共振，往往裂分为两个峰。
吸收峰 基频峰 （强） 泛频峰
（弱）
倍频峰 合频峰 组频峰 差频峰
8
2、分子的振动形式
• 简正振动：分子质心保持不变，整体不转动，
• 说明：每个原子都在其平衡位置附近作简谐振动，其振动 频率和位相都相同，即每个原子都在同一瞬间经过自己的 平衡位置，而且都同时达到各自的最大位移。
• 振动的基本类型 1）伸缩振动：表示 原子沿着化学键的方向来回振动 涉及化学键键长改变，键角不变； 2）弯曲振动： 表示 原子沿着化学键的垂直方向振动，又称变形振 动，涉及键角及键的方向改变，键长不变。
• 如：H2O振动自由度 3×3 – 6 = 3三种基本振动形式
12
实际上红外谱图上峰的数目不等于理论值 影响峰数增多或减少的原因 （1）吸收峰减少的原因
① 红外非活性振动（有高度对称结构的分子，振动过
②
③
④ ⑤
程中不引起偶极矩变化，虽有振动形式存在，但不 产生红外吸收峰）。 简并，即两种振动具有相同频率，只出现一个峰。 强峰往往要覆盖与它频率相近的弱而窄的峰。 吸收峰落在仪器的检测范围之外。 受仪器分辨率所限，有时挨的很近的两个峰仪器分 辨不出，只表现为一个峰；或者是峰太弱，仪器检 测不出来。
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三、红外吸收光谱产生的条件和谱带强度
（一）条件 1. 红外辐射的频率等于分子某个基团的振动频率 红外= 振 2.引起偶极矩变化的振动形式 即活性振动： ≠0 例如：非极性双原子分子： H2 、 O2 、 N2 ： =0 极性双原子分子： HCl ≠0
3
5、与紫外可见吸收光谱法的比较
不同点 光 源 起 源 研究 紫外可见吸收光谱 紫外可见光 电子能级跃迁 不饱和有机化合物 红外吸收光谱 红外光 振动能级跃迁 具有活性振动的化合 物（包括有机物和无 机物）
范围 特 色
共轭双键、芳香族等
反映发色团、助色团的情 反映各个基团的振动 况 及转动特性
4
第一节 红外吸收基本原理
2
• 3、历史： • 1800年英国天文学家Hershl用实验证明了红外光的存在；20 世纪初人们进一步系统地了解了不同官能团有不同红外 吸收频率； • 1950年以后出现了自动记录式红外分光光度计； • 1970年以后出现了傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)； • 此后，红外测定技术，如全反射红外、显微红外、光声光 谱以及红外联机技术不断发展和完善，使红外光谱法得到 了广泛应用。 • 4、光谱表示方法 • ①线性波长表示法：T～ • ②线性波数表示法：T～
+ H
同一方向
+ H C
—
H
相反方向
剪式振动
摇转振动
摇摆振动
扭曲振动
面内弯曲振动
面外弯曲振动
+、- ——分别表示垂直直面向里向外
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3、振动自由度——基本振动的理论数
• 理论上讲，分子的每一种振动形式都会产生一个基频吸收峰， 即一个多原子分子产生的基频峰的数目=分子所有的振动形式 的数目 • 在空间确定一个原子的位置，需要3个坐标，若分子有n个原 子，需要3n个坐标或自由度。分子自由度总数：3n=平动+振动 +转动（自由度） •振动形式数目：振动自由度= 3n-平动-转动 非线性分子 线性分子 振动自由度 N = 3n-6 振动自由度 N = 3n-5 （所有分子在一条直线上）
5
一、基本原理 （一）分子的振动
1、谐振子—说明与k及µ 的关系
m1 伸 缩 m2 伸
将两原子看成是质量为m1与m2的两个小球，把连接它 们的化学键质量忽略，看作为弹簧，原子在平衡位置作伸 缩振动，近似看成简谐振动。
6
• （1）分子振动的频率计算公式
1 k 1 k 或 2 2c k 是化学键的力常数，单位：N· cm-1
为原子的折合质量
• （2）公式意义： ①分子振动的频率与化学键力常数k1/2（键强）成正比； ②分子振动的频率与折合质量1/2成反比
m1m2 (m1 m2 )
7
几个术语
基频峰：=0 → =1 产生的吸收谱带称基本谱带，最强； 倍频峰： =0 → =2，3产生的吸收谱带，弱； 合频峰：当光子能量等于同一分子两种基团的基频跃迁能量 总和时，则可能同时受激产生两种频率之和的谱带； 差频峰（*）当光子能量等于同一分子两种基团的基频跃迁 能量之差时，则可能同时受激产生两种频率之差的 带，实际是一种由基态到激发态，同时另一种由激发 态到基态；
第八章 红外吸收光谱法和Raman光谱法 第一节 红外吸收光谱的基本原理 第二节 红外光谱与和Raman光谱仪器及制样 第三节 基团振动频率及影响因素 第四节 红外光谱和Raman光谱的主要应用
1
概 述
1、方法定义：
•
基于物质分子对红外辐射的吸收所产生的红外吸收光谱， 对物质的组成、结构及含量进行分析测定的方法叫红外吸 收光谱分析法。 2、分子振动光谱的特点： 1）特征性高。 就像人的指纹一样，每一种化合物都有自己的特征红外 光谱，所以把红外光谱分析形象的称为物质分子的“指 纹”分析。 与分子组成、化学键、官能团及空间分布密切相关； 2）是无损分析；用样量少，分析速度快，不破坏样品。 3）应用广泛。从气体、液体到固体，从无机化合物到有机 化合物，从高分子到低分子都可用红外光谱法进行分析。
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振动方式分 为两类：伸缩振动；弯曲振动
对称伸缩振动νs
+ +
反对称伸缩振动
+
面内弯曲振动（剪切振动）
+
面外弯曲振动（面外摇摆） 面外弯曲振动（扭曲）
面内弯曲振动（面内摇摆 10 )
以亚甲基为例
• 伸缩振动
H
C
H
H C
H
对称伸缩振动
反对称伸缩振动 H H C
同向
• 弯曲振动
H C H
相向
+ H C
红外光谱的产生
当一束红外光照射分子时，分子中某个振动 频率与红外光的某一频率的光相同时（振= 红外 光），分子就吸收此频率光发生振动能级跃迁，产 生红外吸收光谱。
•
• 根Hale Waihona Puke Baidu红外吸收光谱中吸收峰的位置和形状来 推测未知物结构，进行定性分析和结构分析；根 据吸收峰的强弱与物质含量的关系进行定量分析。
例如：
O=C=O
O=C=O
O=C=O
O=C=O
对称伸缩 无吸收峰
面内弯曲 面外弯曲 简并为一个吸收峰
反对称伸缩 吸收峰
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（2）吸收峰增多的原因
① 倍频、组合频
倍频峰和组频峰又称为泛频峰。 ② 振动偶合 当相同的两个基团在分子中靠得很近时，其相应 的特征峰常发生分裂，形成两个峰。 ③ 费米共振 泛频峰与邻近的强的基频峰之间的偶合，称为费 米共振，往往裂分为两个峰。
吸收峰 基频峰 （强） 泛频峰
（弱）
倍频峰 合频峰 组频峰 差频峰
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2、分子的振动形式
• 简正振动：分子质心保持不变，整体不转动，
• 说明：每个原子都在其平衡位置附近作简谐振动，其振动 频率和位相都相同，即每个原子都在同一瞬间经过自己的 平衡位置，而且都同时达到各自的最大位移。
• 振动的基本类型 1）伸缩振动：表示 原子沿着化学键的方向来回振动 涉及化学键键长改变，键角不变； 2）弯曲振动： 表示 原子沿着化学键的垂直方向振动，又称变形振 动，涉及键角及键的方向改变，键长不变。
• 如：H2O振动自由度 3×3 – 6 = 3三种基本振动形式
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实际上红外谱图上峰的数目不等于理论值 影响峰数增多或减少的原因 （1）吸收峰减少的原因
① 红外非活性振动（有高度对称结构的分子，振动过
②
③
④ ⑤
程中不引起偶极矩变化，虽有振动形式存在，但不 产生红外吸收峰）。 简并，即两种振动具有相同频率，只出现一个峰。 强峰往往要覆盖与它频率相近的弱而窄的峰。 吸收峰落在仪器的检测范围之外。 受仪器分辨率所限，有时挨的很近的两个峰仪器分 辨不出，只表现为一个峰；或者是峰太弱，仪器检 测不出来。
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三、红外吸收光谱产生的条件和谱带强度
（一）条件 1. 红外辐射的频率等于分子某个基团的振动频率 红外= 振 2.引起偶极矩变化的振动形式 即活性振动： ≠0 例如：非极性双原子分子： H2 、 O2 、 N2 ： =0 极性双原子分子： HCl ≠0
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5、与紫外可见吸收光谱法的比较
不同点 光 源 起 源 研究 紫外可见吸收光谱 紫外可见光 电子能级跃迁 不饱和有机化合物 红外吸收光谱 红外光 振动能级跃迁 具有活性振动的化合 物（包括有机物和无 机物）
范围 特 色
共轭双键、芳香族等
反映发色团、助色团的情 反映各个基团的振动 况 及转动特性
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第一节 红外吸收基本原理
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• 3、历史： • 1800年英国天文学家Hershl用实验证明了红外光的存在；20 世纪初人们进一步系统地了解了不同官能团有不同红外 吸收频率； • 1950年以后出现了自动记录式红外分光光度计； • 1970年以后出现了傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)； • 此后，红外测定技术，如全反射红外、显微红外、光声光 谱以及红外联机技术不断发展和完善，使红外光谱法得到 了广泛应用。 • 4、光谱表示方法 • ①线性波长表示法：T～ • ②线性波数表示法：T～
+ H
同一方向
+ H C
—
H
相反方向
剪式振动
摇转振动
摇摆振动
扭曲振动
面内弯曲振动
面外弯曲振动
+、- ——分别表示垂直直面向里向外
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3、振动自由度——基本振动的理论数
• 理论上讲，分子的每一种振动形式都会产生一个基频吸收峰， 即一个多原子分子产生的基频峰的数目=分子所有的振动形式 的数目 • 在空间确定一个原子的位置，需要3个坐标，若分子有n个原 子，需要3n个坐标或自由度。分子自由度总数：3n=平动+振动 +转动（自由度） •振动形式数目：振动自由度= 3n-平动-转动 非线性分子 线性分子 振动自由度 N = 3n-6 振动自由度 N = 3n-5 （所有分子在一条直线上）
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一、基本原理 （一）分子的振动
1、谐振子—说明与k及µ 的关系
m1 伸 缩 m2 伸
将两原子看成是质量为m1与m2的两个小球，把连接它 们的化学键质量忽略，看作为弹簧，原子在平衡位置作伸 缩振动，近似看成简谐振动。
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• （1）分子振动的频率计算公式
1 k 1 k 或 2 2c k 是化学键的力常数，单位：N· cm-1
为原子的折合质量
• （2）公式意义： ①分子振动的频率与化学键力常数k1/2（键强）成正比； ②分子振动的频率与折合质量1/2成反比
m1m2 (m1 m2 )
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几个术语
基频峰：=0 → =1 产生的吸收谱带称基本谱带，最强； 倍频峰： =0 → =2，3产生的吸收谱带，弱； 合频峰：当光子能量等于同一分子两种基团的基频跃迁能量 总和时，则可能同时受激产生两种频率之和的谱带； 差频峰（*）当光子能量等于同一分子两种基团的基频跃迁 能量之差时，则可能同时受激产生两种频率之差的 带，实际是一种由基态到激发态，同时另一种由激发 态到基态；
第八章 红外吸收光谱法和Raman光谱法 第一节 红外吸收光谱的基本原理 第二节 红外光谱与和Raman光谱仪器及制样 第三节 基团振动频率及影响因素 第四节 红外光谱和Raman光谱的主要应用
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概 述
1、方法定义：
•
基于物质分子对红外辐射的吸收所产生的红外吸收光谱， 对物质的组成、结构及含量进行分析测定的方法叫红外吸 收光谱分析法。 2、分子振动光谱的特点： 1）特征性高。 就像人的指纹一样，每一种化合物都有自己的特征红外 光谱，所以把红外光谱分析形象的称为物质分子的“指 纹”分析。 与分子组成、化学键、官能团及空间分布密切相关； 2）是无损分析；用样量少，分析速度快，不破坏样品。 3）应用广泛。从气体、液体到固体，从无机化合物到有机 化合物，从高分子到低分子都可用红外光谱法进行分析。
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振动方式分 为两类：伸缩振动；弯曲振动
对称伸缩振动νs
+ +
反对称伸缩振动
+
面内弯曲振动（剪切振动）
+
面外弯曲振动（面外摇摆） 面外弯曲振动（扭曲）
面内弯曲振动（面内摇摆 10 )
以亚甲基为例
• 伸缩振动
H
C
H
H C
H
对称伸缩振动
反对称伸缩振动 H H C
同向
• 弯曲振动
H C H
相向
+ H C
红外光谱的产生
当一束红外光照射分子时，分子中某个振动 频率与红外光的某一频率的光相同时（振= 红外 光），分子就吸收此频率光发生振动能级跃迁，产 生红外吸收光谱。
•
• 根Hale Waihona Puke Baidu红外吸收光谱中吸收峰的位置和形状来 推测未知物结构，进行定性分析和结构分析；根 据吸收峰的强弱与物质含量的关系进行定量分析。