红 外 吸 收 光 谱 法 ppt课件
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⒈进行分子结构的基础研究 测定分子键长、键 角、推断分子的立体构型；
⒉进行化学组分的定性和定量Baidu Nhomakorabea析； ⒊进行有机化合物的结构鉴定。
五、红外吸收光谱的表示法
红外吸收光谱与紫外吸收光谱的表示方法不同。
采用： T～σ 或 T～λ
目前多采用： T～ σ 曲线 在T～σ 曲线中，为防止T～σ 曲线在高波数
区过分扩张，一般用两种比例尺，多以2000cm-1 为界。
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652cm-1
㈡ 分子中基团的基本振动形式
两类基本振动形式： ⒈伸缩振动
⒉弯曲振动、变形振动
㈢分子的振动自由度
⒈分子的总自由度 分子的总自由度等于确定分子中各原子在空
间的位置所需坐标的总数。 在空间确定一个原子的位置，需要3个坐标，
当分子由N个原子组成时，则需要3N个坐标或 自由度才能确定其3N个原子的位置。
因为：
1
c
1
K
2 c u
所以当用A、B的折合相对原子质量u′代替折合原子质量u:
1302
K u'
讨论：
①K↑,u′↓,ν↑
② u′相同的同类原子，K↑,ν↑。
键类型 —CC — > —C = C — > —C－C —
力常数
15
10
5
峰位
2060cm-1 1680cm-1
1190cm-1
⒊适用范围不同
紫外吸收光谱法： ①只适用于研究芳香族或具有共轭的不饱和脂肪族化合 物及某些无机物。 ②测定对象的物态为溶液极少数为蒸气。 ③主要用于定量分析 红外吸收光谱法： ①结构上不受限制，在中红外光区能测得所有有机化合 物的特征光谱，还可用于研究某些无机物。 ②测定对象的物态为液态、固态以及气态。 ③主要用于定性鉴别及测定有机化合物的分子结构。
对于N个原子构成的分子整体，其分子自由
度的总数，应该等于平动、转动和振动自由度 的总和。
3N =平动自由度+转动自由度+振动自由度
⒉分子的振动自由度
多原子分子在红外光谱图上，可以出现一个以 上的基频吸收带，基频吸收带的数目等于分子的 振动自由度。
即振动自由度是分子基本振动的数目，即分子 的独立振动数。
第十二章
红外吸收光谱法 (IR)
概述
0.76～2.5μm 近红外区
一、红外光区 2.5～25 μm 中红外区（4000～400cm-1)
25 μm 以上 远红外区
二、红外光谱仪的波长测定范围
2.5～25 μm（4000～400cm-1)，为中红外区,
为振—转光谱。 三、红外光谱学
研究红外辐射与物质分子间作用的学科。 四、用途
此时所产生的吸收峰为基频峰。
⒉振动频率
Hooke定律推导出谐振子振动频率：
1
K
2
u
u
m 1m 2
m1 m2
K化学键力常数，与键能和键长及键的种类有关。 ①单键：≈5N/cm, 双键：≈10 N/cm，
叁键：≈15 N/cm ② K越大表明化学键的强度大。
u:折合原子质量，m1、m2为A、B原子质量
又振动过程分子的总能量: Ev＝U +T 则：当r ＝ re 时， U ＝0，Ev＝T
当r 很大 时， T ＝0, Ev＝U
量子力学证明，分子振动过程的总能量为：
EV (V 1)hv 2
V=0时， E V 1 h v 2
此时振动能为零点能。
由于振动能级是量子化的，吸收的光子的能量hνL 必须等于振动能级的能量差⊿EV：
hνL =⊿EV = (Vn+1/2) hν－(Vi+1/2) hν = (Vn－ Vi) hν = ⊿V﹒hν
即： νL = ⊿V﹒ν
结论：
如把双原子分子视为谐振子，发生能级跃迁时所吸
收的红外线频率νL 只能是谐振子振动频率ν的⊿V倍。 V = 0为基态，跃迁至第一激发态V = 1，νL = ν，
用振动自由度可以估计分子的基频峰的可能数 目。
振动自由度= 3N －〔平动自由度+转动自由度〕
⒊分子平动和转动自由度
① 分子的质心可以沿x、y和z三个坐标方向平移， 故分子的平动自由度等于3。 ②只有原子在空间的位置发生改变的转动，才能 形成一个自由度。 线性分子共有3个平动自由度，2 个转动自由度。 非线性分子共有3个平动自由度，3 个转动自由度。
线性分子围绕x和y轴的转动,引起原子的位置改 变，因此各形成一个转动自由度。分子绕z轴转动， 原子的位置没有改变，不能形成转动自由度。
x
z
x
y
z y 线性分子平动和转动自由度
x z
y
非线性分子平动和转动自由度
⒋计算公式：
线型分子振动自由度f ＝3N－5； 非线型分子振动自由度f ＝3N－6； 例：计算水分子、二氧化碳的振动自由度。
Z O^ HH
[
O
^
HH
] O[ HH
O s H 3 6 5 2 c m - 1 O a s H 3 7 5 6 c m - 1 O H 1 5 9 5 c m - 1
s u u r u rs uu r
+ +
O C O O C O O C = OO C O
C s= O 1 3 4 0 c m 1 C a s = O 2 3 5 0 c m 1 C = O 6 6 6 c m 1 C = O 6 6 6 c m 1
在红外光谱中总是用波数σ 描述频率的大小。
六、红外光谱与紫外光谱的区别
⒈起源不同： 紫外光谱—电子光谱 红外光谱—振动-转动光谱
⒉特征性不同： 红外光谱的特征性比紫外光谱强。 紫外光谱主要是分子的π电子或 n
电子跃迁产生的吸收光谱，多数紫外 光谱较简单，特征性较差。
红外吸收光谱是振动-转动光谱。每个官能团都有几种 振动形式，在红外区相应产生几个吸收峰，光谱复杂，特 征性强。
第一节 红外吸收光谱的基本原理
一、分子振动能级和振动形式 ㈠振动能级和振动形式 1．双原子分子的简谐振动
谐振子简谐振动过程位能U与原子间距离r及平 衡距离re间的关系：
U
1 2
Kr
re
2
其中：K 为化学键力常数（N/cm） 当r ＝ re 时， U ＝0 当r ＞re 或r ＜re 时，U ≠0
③ K 相同，u′↓,ν↑
键类型 —C－H > —C－C —
u′
1
6
峰位
2910cm-1 1190cm-1
④含氢原子单键振动吸收峰一般都出现在高波数区
例:
由表中查知C=C键的K=9.5 9.9 , 令其为9.6,
计算波数值.
1 1 k 1307 k
2 c u
u
1307 9.6 1650cm1 12 / 2
⒉进行化学组分的定性和定量Baidu Nhomakorabea析； ⒊进行有机化合物的结构鉴定。
五、红外吸收光谱的表示法
红外吸收光谱与紫外吸收光谱的表示方法不同。
采用： T～σ 或 T～λ
目前多采用： T～ σ 曲线 在T～σ 曲线中，为防止T～σ 曲线在高波数
区过分扩张，一般用两种比例尺，多以2000cm-1 为界。
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652cm-1
㈡ 分子中基团的基本振动形式
两类基本振动形式： ⒈伸缩振动
⒉弯曲振动、变形振动
㈢分子的振动自由度
⒈分子的总自由度 分子的总自由度等于确定分子中各原子在空
间的位置所需坐标的总数。 在空间确定一个原子的位置，需要3个坐标，
当分子由N个原子组成时，则需要3N个坐标或 自由度才能确定其3N个原子的位置。
因为：
1
c
1
K
2 c u
所以当用A、B的折合相对原子质量u′代替折合原子质量u:
1302
K u'
讨论：
①K↑,u′↓,ν↑
② u′相同的同类原子，K↑,ν↑。
键类型 —CC — > —C = C — > —C－C —
力常数
15
10
5
峰位
2060cm-1 1680cm-1
1190cm-1
⒊适用范围不同
紫外吸收光谱法： ①只适用于研究芳香族或具有共轭的不饱和脂肪族化合 物及某些无机物。 ②测定对象的物态为溶液极少数为蒸气。 ③主要用于定量分析 红外吸收光谱法： ①结构上不受限制，在中红外光区能测得所有有机化合 物的特征光谱，还可用于研究某些无机物。 ②测定对象的物态为液态、固态以及气态。 ③主要用于定性鉴别及测定有机化合物的分子结构。
对于N个原子构成的分子整体，其分子自由
度的总数，应该等于平动、转动和振动自由度 的总和。
3N =平动自由度+转动自由度+振动自由度
⒉分子的振动自由度
多原子分子在红外光谱图上，可以出现一个以 上的基频吸收带，基频吸收带的数目等于分子的 振动自由度。
即振动自由度是分子基本振动的数目，即分子 的独立振动数。
第十二章
红外吸收光谱法 (IR)
概述
0.76～2.5μm 近红外区
一、红外光区 2.5～25 μm 中红外区（4000～400cm-1)
25 μm 以上 远红外区
二、红外光谱仪的波长测定范围
2.5～25 μm（4000～400cm-1)，为中红外区,
为振—转光谱。 三、红外光谱学
研究红外辐射与物质分子间作用的学科。 四、用途
此时所产生的吸收峰为基频峰。
⒉振动频率
Hooke定律推导出谐振子振动频率：
1
K
2
u
u
m 1m 2
m1 m2
K化学键力常数，与键能和键长及键的种类有关。 ①单键：≈5N/cm, 双键：≈10 N/cm，
叁键：≈15 N/cm ② K越大表明化学键的强度大。
u:折合原子质量，m1、m2为A、B原子质量
又振动过程分子的总能量: Ev＝U +T 则：当r ＝ re 时， U ＝0，Ev＝T
当r 很大 时， T ＝0, Ev＝U
量子力学证明，分子振动过程的总能量为：
EV (V 1)hv 2
V=0时， E V 1 h v 2
此时振动能为零点能。
由于振动能级是量子化的，吸收的光子的能量hνL 必须等于振动能级的能量差⊿EV：
hνL =⊿EV = (Vn+1/2) hν－(Vi+1/2) hν = (Vn－ Vi) hν = ⊿V﹒hν
即： νL = ⊿V﹒ν
结论：
如把双原子分子视为谐振子，发生能级跃迁时所吸
收的红外线频率νL 只能是谐振子振动频率ν的⊿V倍。 V = 0为基态，跃迁至第一激发态V = 1，νL = ν，
用振动自由度可以估计分子的基频峰的可能数 目。
振动自由度= 3N －〔平动自由度+转动自由度〕
⒊分子平动和转动自由度
① 分子的质心可以沿x、y和z三个坐标方向平移， 故分子的平动自由度等于3。 ②只有原子在空间的位置发生改变的转动，才能 形成一个自由度。 线性分子共有3个平动自由度，2 个转动自由度。 非线性分子共有3个平动自由度，3 个转动自由度。
线性分子围绕x和y轴的转动,引起原子的位置改 变，因此各形成一个转动自由度。分子绕z轴转动， 原子的位置没有改变，不能形成转动自由度。
x
z
x
y
z y 线性分子平动和转动自由度
x z
y
非线性分子平动和转动自由度
⒋计算公式：
线型分子振动自由度f ＝3N－5； 非线型分子振动自由度f ＝3N－6； 例：计算水分子、二氧化碳的振动自由度。
Z O^ HH
[
O
^
HH
] O[ HH
O s H 3 6 5 2 c m - 1 O a s H 3 7 5 6 c m - 1 O H 1 5 9 5 c m - 1
s u u r u rs uu r
+ +
O C O O C O O C = OO C O
C s= O 1 3 4 0 c m 1 C a s = O 2 3 5 0 c m 1 C = O 6 6 6 c m 1 C = O 6 6 6 c m 1
在红外光谱中总是用波数σ 描述频率的大小。
六、红外光谱与紫外光谱的区别
⒈起源不同： 紫外光谱—电子光谱 红外光谱—振动-转动光谱
⒉特征性不同： 红外光谱的特征性比紫外光谱强。 紫外光谱主要是分子的π电子或 n
电子跃迁产生的吸收光谱，多数紫外 光谱较简单，特征性较差。
红外吸收光谱是振动-转动光谱。每个官能团都有几种 振动形式，在红外区相应产生几个吸收峰，光谱复杂，特 征性强。
第一节 红外吸收光谱的基本原理
一、分子振动能级和振动形式 ㈠振动能级和振动形式 1．双原子分子的简谐振动
谐振子简谐振动过程位能U与原子间距离r及平 衡距离re间的关系：
U
1 2
Kr
re
2
其中：K 为化学键力常数（N/cm） 当r ＝ re 时， U ＝0 当r ＞re 或r ＜re 时，U ≠0
③ K 相同，u′↓,ν↑
键类型 —C－H > —C－C —
u′
1
6
峰位
2910cm-1 1190cm-1
④含氢原子单键振动吸收峰一般都出现在高波数区
例:
由表中查知C=C键的K=9.5 9.9 , 令其为9.6,
计算波数值.
1 1 k 1307 k
2 c u
u
1307 9.6 1650cm1 12 / 2