第六章红外光谱法
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第六章 红外吸收光谱分析
active) ；反之则为红外非活性（infrared inactive)。
9
二、 分子振动方程式
10
双原子分子可以看成是谐振子，根据经典力 学(胡克定律)，可导出如下公式：
1 v 2 k
k
m1 m2 m1 m2
1303 k
v
1 2 c
-1) ； k为力常 ν 为振动频率(Hz)， 用波数表示 (cm v 数，表示每单位位移的弹簧恢复力 (dyncm-1) ； μ 为折合质量(g)。
实验中观察到的C＝O伸缩振动频率都在1700cm－1附近。 值得注意的是：在弹簧和小球的体系中，其能量变化是 连续的，而真实分子的振动能量变化是量子化的。
13
三、 分子振动的形式
（一）分子的振动自由度
每个原子在空间的位置必须有三个坐标来确定，则由 N个原子组成的分子就有了3N个坐标，或称为有3N个运
动自由度。分子本身作为一个整体，有三个平动自由度
和三个转动自由度。
14
直线型分子的振动形式：3N - 5 非直线型分子的振动形式：3N -6
15
（二）分子的振动形式
a.直线型分子：3N-5
如CO2
16
b. 非线形分子： 3N – 6
如H2O
17
分子的振动形式：
•化学键两端的原子沿键轴方向作来回周期运动 对称伸缩振动
11
可见，影响基本振动频率 (即基频峰位置 )的直接原因是原 子质量和化学键力常数。
表15－1 某些化学键的力常数
化 学 键 键 长(A) k(N· cm－1)
C－C C＝C 1.54 4.5 1.34 9.6
C≡C C－H O－H N－H C＝O 1.20 15.6 1.09 5.1 0.96 7.7 1.00 6.4 1.22 12.1
第六章 红外光谱法 第一节 红外光谱法基础
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。
00:30:37
到了六十年代，用光栅代替棱镜作分光器 的第二 代红外光谱仪投入了使用。这种计算机化的光栅为分 光部件的第二代红外分光光度计仍在应用。
七十年代后期，干涉型傅里叶变换红外光谱仪 (FT-IR)投入了使用，这就是第三代红外分光光度计。
（2）红外光谱不破坏样品，并且对任何样品的存在状态都适 用，如气体、 液体、可研细的固体或薄膜似的固体都 可以分析。测定方便，制样简单。
（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 0纹0:30光:37 谱”。
00:30:37
例题: 由表中查知C=C键的K=9.5 9.9 ,令其为 9.6, 计算波数值。
v 1 1 k 1307 k 1307 9.6 1650cm1
2c
12 / 2
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
00:30:37
三、分子的基本红外光谱振动形式
1、两类基本振动形式
第六章 红外吸收光谱
分析法
第一节 红外光谱分析基础
一、概述 二、分子振动和特征振
动频率 三、分子的基本红外光
谱振动形式 四、红外吸收峰强度
00:30:37
一、概述
振-转光谱：分子中基团的振动和转动能级跃迁产生 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: 0.75-2.5μm 中红外区: 2.5-50μm 远红外区: 50-1000μm 常用: 2.5-25μm
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。
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到了六十年代，用光栅代替棱镜作分光器 的第二 代红外光谱仪投入了使用。这种计算机化的光栅为分 光部件的第二代红外分光光度计仍在应用。
七十年代后期，干涉型傅里叶变换红外光谱仪 (FT-IR)投入了使用，这就是第三代红外分光光度计。
（2）红外光谱不破坏样品，并且对任何样品的存在状态都适 用，如气体、 液体、可研细的固体或薄膜似的固体都 可以分析。测定方便，制样简单。
（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 0纹0:30光:37 谱”。
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例题: 由表中查知C=C键的K=9.5 9.9 ,令其为 9.6, 计算波数值。
v 1 1 k 1307 k 1307 9.6 1650cm1
2c
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正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
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三、分子的基本红外光谱振动形式
1、两类基本振动形式
第六章 红外吸收光谱
分析法
第一节 红外光谱分析基础
一、概述 二、分子振动和特征振
动频率 三、分子的基本红外光
谱振动形式 四、红外吸收峰强度
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一、概述
振-转光谱：分子中基团的振动和转动能级跃迁产生 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: 0.75-2.5μm 中红外区: 2.5-50μm 远红外区: 50-1000μm 常用: 2.5-25μm
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。
红外吸收光谱s
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（2）分析时间短。 通过检索、与标准红外吸收谱图对照， 一般可在10～30min完成分析。若用计算机 检索标准谱图，可在几分钟内完成分析。 （3）所用试样量少。 对固体和液体试祥，进行常量定性分析 只需20mg，半微量分析约5mg，微量分析约 20μg。对气体试样约200mL。
这种能量通常可由照射体系的红外线供给。振动
能级是量子化的，分子振动只能吸收一定的能量 ★吸收的能量将取决于键力常数（k）与两端连接的 原子的质量，即取决于分子内部的特征。这就是 红外光谱可以测定化合物结构的理论依据。
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红外吸收光谱的术语：
基频峰：当分子吸收红外辐射后，振动能级从 基态跃迁到第一激发态时所产生的 吸收峰。
IR（远） IR(中)
UV-Vis
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2
分子振动能级差为0.05～1.0eV，比转动 能级差（0.0001 ～ 0.05 eV）大，因此分子 发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随转动 能级跃迁，红外光谱实际上是分子的振动转动光谱，即带状光谱。
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3
■红外光谱 当样品受到频率连续变化的红外光照射时， 分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或 转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振 动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相 应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录 红外光的百分透射比（T%）与波数（ζ）或 波长（λ）关系的曲线，就得到红外光谱。
如：醇类的OH基在四氯化碳溶剂中伸缩振 动的强度比在乙醚溶剂中弱得多。而在不同浓 度的四氯化碳溶液中，由于缔合状态不同，强 度也有很大差别。
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（3）谱带的强度与振动形式有关。
（2）分析时间短。 通过检索、与标准红外吸收谱图对照， 一般可在10～30min完成分析。若用计算机 检索标准谱图，可在几分钟内完成分析。 （3）所用试样量少。 对固体和液体试祥，进行常量定性分析 只需20mg，半微量分析约5mg，微量分析约 20μg。对气体试样约200mL。
这种能量通常可由照射体系的红外线供给。振动
能级是量子化的，分子振动只能吸收一定的能量 ★吸收的能量将取决于键力常数（k）与两端连接的 原子的质量，即取决于分子内部的特征。这就是 红外光谱可以测定化合物结构的理论依据。
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红外吸收光谱的术语：
基频峰：当分子吸收红外辐射后，振动能级从 基态跃迁到第一激发态时所产生的 吸收峰。
IR（远） IR(中)
UV-Vis
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分子振动能级差为0.05～1.0eV，比转动 能级差（0.0001 ～ 0.05 eV）大，因此分子 发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随转动 能级跃迁，红外光谱实际上是分子的振动转动光谱，即带状光谱。
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■红外光谱 当样品受到频率连续变化的红外光照射时， 分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或 转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振 动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相 应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录 红外光的百分透射比（T%）与波数（ζ）或 波长（λ）关系的曲线，就得到红外光谱。
如：醇类的OH基在四氯化碳溶剂中伸缩振 动的强度比在乙醚溶剂中弱得多。而在不同浓 度的四氯化碳溶液中，由于缔合状态不同，强 度也有很大差别。
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（3）谱带的强度与振动形式有关。
第六章 红外吸收光谱
不是所有的振动都能引起红外吸收，只有偶极矩(μ)发生变化才能有红外吸收。
二、分子振动方程式
h E h 2 k
k 1307 M
M 1M 2 M M1 M 2
沿轴振动，只改变键长，不改变键角 1 1 k
2c
K化学键的力常数，与键能和键长有关 M为双原子的折合质量 影响振动频率的因素：键两端原子的折合质量、键的力常数，即取 决于分子的结构特征。
包含C—X（X：O，H，N）单键的伸缩振动及各种面内弯曲振动
特点：吸收峰密集、难辨认→指纹
2、四分区（4000 670 cm-1）
(1)40002500 cm-1X—H伸缩振动区（X：O，N，C，S） (2)25001900 cm-1三键，累积双键伸缩振动区 (3)19001200 cm-1双键伸缩振动区 (4)1200670 cm-1X—Y伸缩，X—H变形振动区
醚：C－O－C伸缩振动位于 1250～1050 cm-1 ，确定醚类存在的唯一谱带
常见基团的红外吸收带
=C-H O-H
CC
C-H
C=C
C=O C-C，C-N，C-O C-X
O-H（氢键）
S-H
N-H
P-H CN
N-O N-N C-F C=N
C-H，N-H，O-H 3500 3000 2500 2000 1500 1000
§6.2 红外光谱分析基本原理
一、红外吸收光谱产生的条件
1、辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量 振= 红外光 2、分子要有偶极距
红外吸收是由于分子振动引起的偶极距和红外光束的振动相互作用产生的
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。
二、分子振动方程式
h E h 2 k
k 1307 M
M 1M 2 M M1 M 2
沿轴振动，只改变键长，不改变键角 1 1 k
2c
K化学键的力常数，与键能和键长有关 M为双原子的折合质量 影响振动频率的因素：键两端原子的折合质量、键的力常数，即取 决于分子的结构特征。
包含C—X（X：O，H，N）单键的伸缩振动及各种面内弯曲振动
特点：吸收峰密集、难辨认→指纹
2、四分区（4000 670 cm-1）
(1)40002500 cm-1X—H伸缩振动区（X：O，N，C，S） (2)25001900 cm-1三键，累积双键伸缩振动区 (3)19001200 cm-1双键伸缩振动区 (4)1200670 cm-1X—Y伸缩，X—H变形振动区
醚：C－O－C伸缩振动位于 1250～1050 cm-1 ，确定醚类存在的唯一谱带
常见基团的红外吸收带
=C-H O-H
CC
C-H
C=C
C=O C-C，C-N，C-O C-X
O-H（氢键）
S-H
N-H
P-H CN
N-O N-N C-F C=N
C-H，N-H，O-H 3500 3000 2500 2000 1500 1000
§6.2 红外光谱分析基本原理
一、红外吸收光谱产生的条件
1、辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量 振= 红外光 2、分子要有偶极距
红外吸收是由于分子振动引起的偶极距和红外光束的振动相互作用产生的
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。
第六章 红外光谱法
辐射→ 分子振动能级跃迁→ 红外光谱→ 辐射 → 分子振动能级跃迁 → 红外光谱 → 官能团 →分子结构 范围和适用物质： 范围和适用物质： 近红外区 中红外区 远红外区 常用波段
二、红外光谱与有机化合物结构
红外光谱图： 纵坐标为吸收强度， 横坐标为波长λ （ µm ） 或波数σ （cm-1 ）。 可以用峰数、峰位、峰形、峰强来描述。 应用： 应用：有机化合物的结构解析。 定性： 定性：基团的特征吸收频率。 定量： 定量：特征峰的强度。
基团特征频率区： 4000 ∼ 1300 cm-1 指纹区： 1300 ∼ 400 cm-1
常见化合物基团频率出现的范围：4000 ∼ 400 cm-1 依据基团的振动形式，分为四个区： (1)4000 ∼ 2500 cm-1 X—H伸缩振动区（X=O，N，C，S） (2)2500 ∼ 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区 (3)1900 ∼ 1300 cm-1 双键伸缩振动区 (4)1300 ∼ 400 cm-1 X—Y伸缩， X—H变形振动区
1． X—H伸缩振动区（4000 ∼ 2500 cm-1 ） 伸缩振动区（ 伸缩振动区
Ψ h2 d2 1 2 − 2 ⋅ + k(∆r) Ψ = EΨ 8π µ d(∆r)2 2
解得系统能量为：
1 h k Eυ = (υ + ) 2 2π µ
υ = 0，1，2，3… (υ：振动量子数) 。
将经典力学式 ν = cσ = 1 得
1 Eυ = (υ + )hν 2
k
2π µ
代入
1 h k Eυ = (υ + ) 2 2π µ
(动画) 动画)
注意：⑴ 振动自由度反映吸收峰数量； ⑵ 并非每个振 注意： 振动自由度反映吸收峰数量； 动都产生基频峰； 吸收峰数常少于振动自由度数。 动都产生基频峰；⑶ 吸收峰数常少于振动自由度数。 吸收峰数少于振动自由度的原因： 吸收峰数少于振动自由度的原因： 发生了简并---即振动频率相同的峰重叠 ①发生了简并 即振动频率相同的峰重叠 ； 红外非活性振动； ②红外非活性振动； 仪器分辨率不高， ③仪器分辨率不高，对一些频率很近的吸收峰分不 开； 波长超过了仪器的可测范围（一般4000～400 cm ④波长超过了仪器的可测范围（一般 ～ －1）。
《红外光谱法》课件
红外光谱的应用前 景
红外光谱技术在化学、工业 和环境领域有广泛应用，将 继续发展和创新。
红外光谱技术的发 展方向
红外光谱技术将逐步提高仪 器性能、扩大应用范围，并 与其他技术紧密结合进行研 究和创新。
基础理论知识
1 振动模式
物质分子在红外辐射作用下发生的振动现象，是红外光谱分析的基础。
2 红外辐射
红外辐射是一种波长较长的电磁辐射，它与物质相互作用产生能量的吸收和发射。
3 能量吸收
红外光谱通过测量物质在不同波长的红外辐射下吸收的能量量来分析物质的组成和结构。
红外光谱仪的组成
光源
红外光谱仪中使用红外光源产生红外辐射，常 用的包括热电偶和红外光管。
样品室
样品室是放置待测物质的空间，通过样品室中 的红外辐射与物质相互作用来进行光谱分析。
分光仪
分光仪用于将红外辐射分解成不同波长的光线， 常用的接收分光仪分离出的红外光谱信号，并 转化成电信号进行检测和分析。
红外光谱的应用
1
化学分析
红外光谱在化学领域广泛应用，可用于分析物质的组成、结构和化学变化。
红外光谱法的发展趋势
红外光谱技术的研究方向
开发更高分辨率的仪器、提升信号处理和数 据分析算法、拓展红外光谱的应用范围。
未来发展趋势
红外光谱技术将在医药、生物和环境领域得 到广泛应用，与其他技术相结合推动科学研 究和工业创新。
总结
红外光谱法的意义
红外光谱法是一种重要的分 析技术，可用于物质组成和 结构分析，推动科学研究和 工业发展。
《红外光谱法》PPT课件
欢迎来到《红外光谱法》的PPT课件！本课程将深入探讨红外光谱的基本概 念、理论知识、仪器组成、应用领域以及未来发展趋势，让您全面了解这一 重要领域。
《红外吸收光谱法》课件
在倍频峰中，二倍频峰还比较强，三倍频峰以上。因跃迁的几率很小。一般都很弱，常常观测不到。 4000～400cm-1间主要测基频峰，既使有倍频峰也很弱。 还有 合频峰（v1＋v2 , 2 v1 ＋ v2 ….) 差频峰（ v1 - v2 , 2v1 -v2 …….） 很弱，不易辨认。 倍频峰，合频峰，差频峰通称泛频峰，分 子振动并不是严格的简谐振动。
图：6～1
红外光谱图表示法。
σ(cm-1)
二.红外吸收光谱产生的条件
A-B分子 获得红外辐射hνL发生： Eυ＝（υ＋1/2）hν υ：振动量子数 υ＝0.1.2.3…….. ν: 振动频率
室温下 u＝0 E(u=0)=1/2h v △E振动＝Eu－E(u=0) ＝ △u•hv （振动能级差） 光子能量为： E＝hvL＝ △E振 vL＝ △u • ν
不同点： 1. 产生机理不同： 紫外也称电子光谱。是由于分子中价电子跃迁所产生的，且能级差大△E→大， ν→大;而红外光谱称为振转光谱是振动和转动能级跃迁，能级差小，△E→小 V→小。 2.从研究对象和使用范围上，紫外光谱只能分析不饱和有机化学物。特别是有共轭体系的化合物及少数无机物。红外适用于分析那些分子振动偶极矩变化不为0的所有化合物（包括有机和无机。）
图6-6二氧化碳的红外光谱图
四.基团频率和基团频率位移
1.基团频率：同一类的基团（化学键）都有其特定的红外吸收，它产生吸收峰的位置就称为基团频率。也称为特征吸收频率。对应的吸收峰叫特征吸收峰。
a.4000～1300cm-1官能团区 k →大， 强度大，峰宽度大。 b.1300~600cm-1指纹区(弯曲振动)定性分析主要用指纹区，对结构改变比较敏感。 （通常把这种能代表某基团存在，并有较高强度的吸收峰称为特征吸收峰，其所在的位置称特征吸收频率或基团频率）
图：6～1
红外光谱图表示法。
σ(cm-1)
二.红外吸收光谱产生的条件
A-B分子 获得红外辐射hνL发生： Eυ＝（υ＋1/2）hν υ：振动量子数 υ＝0.1.2.3…….. ν: 振动频率
室温下 u＝0 E(u=0)=1/2h v △E振动＝Eu－E(u=0) ＝ △u•hv （振动能级差） 光子能量为： E＝hvL＝ △E振 vL＝ △u • ν
不同点： 1. 产生机理不同： 紫外也称电子光谱。是由于分子中价电子跃迁所产生的，且能级差大△E→大， ν→大;而红外光谱称为振转光谱是振动和转动能级跃迁，能级差小，△E→小 V→小。 2.从研究对象和使用范围上，紫外光谱只能分析不饱和有机化学物。特别是有共轭体系的化合物及少数无机物。红外适用于分析那些分子振动偶极矩变化不为0的所有化合物（包括有机和无机。）
图6-6二氧化碳的红外光谱图
四.基团频率和基团频率位移
1.基团频率：同一类的基团（化学键）都有其特定的红外吸收，它产生吸收峰的位置就称为基团频率。也称为特征吸收频率。对应的吸收峰叫特征吸收峰。
a.4000～1300cm-1官能团区 k →大， 强度大，峰宽度大。 b.1300~600cm-1指纹区(弯曲振动)定性分析主要用指纹区，对结构改变比较敏感。 （通常把这种能代表某基团存在，并有较高强度的吸收峰称为特征吸收峰，其所在的位置称特征吸收频率或基团频率）
第六章-红外光谱分析PPT课件
2021
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第一节 概述
量的高聚物以及在分子量上只有微小差异的化合物外， 凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红 外光谱。通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度， 反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构
组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子 组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯 度鉴定。由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固
在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态 （ =0）跃迁至第二激发态（ =2）、第三激发态（ =3） ，所产生的吸收峰称为倍频峰。
2021
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第二节 基本原理
由=0跃迁至=2时， △=2，则L=2，即吸收的红 外线谱线（ L ）是分子振动频率的二倍，产生的吸收峰 称为二倍频峰。
由=0跃迁至=3时， △=3，则L=3，即吸收的红 外线 谱线（ L ）是分子振动频率的三倍，产生的吸收 峰称为三倍频峰。其它类推。在倍频峰中，二倍频峰还 比较强。三倍频峰以上，因跃迁几率很小，一般都很弱， 常常不能测到。
二、红外光谱法的特点
紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特 别是具有共轭体系的有机化合物，而红外光谱法主要研 究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变 化的振动在拉曼光谱中出现）。因此，除了单原子和同 核分子如Ne、He、O2、H2等之外，几乎所有的有机化合 物在红外光谱区均有吸收。除光学异构体，某些高分子
两个小球，把连结它们的化学键看成质量可以忽略不计 的弹簧，则两个原子间的伸缩振动，可近似地看成沿键 轴方向的间谐振动。由量子力学可以证明，该分子的振 动总能量(E)为：
E= （ +1/2）h（=0，1，2，） 式中为振动量子数（ =0，1，2，……）；E是与 振动量子数相应的体系能量；为分子振动的频率。
红外光谱法
剪式（δ） 面内变形振动
2. 变形振动 （弯曲振动）
面外变形振动
平面摇摆振动（ρ）
面外摇摆振动（ω）
面外扭曲振动（τ）
（三）基本振动的理论数（振动自由度） 1. 振动自由度的计算公式 3N个自由度=平动自由度+振动自由度+转动自由度 振动自由度=3N-3-转动自由度 线性分子：振动自由度=3N-3-2=3N-5 非线性分子：振动自由度=3N-3-3=3N-6
=C-H
990-970 cm-1
=C-H
690 cm-1
P62表4.4典型有机化合物的基团频率（了解）
§ 6.4 红外光谱仪
色散型红外光谱仪 红外光谱仪 傅立叶(Fourier)变换红外光谱仪
一、色散型红外光谱仪
光源 → 样品池 →单色器→检测器 → 记录系统
样品池放在光源和单色器之间： 1. 红外辐射没有足够的能量引起试样的光化学分解 2. 可使抵达检测器的杂散辐射量（来自试样和吸收池）减至最小
基本振动频率公式 虎克定律
1 2
k
或
ῦ
1 2c
k
k - - - 化学键的力常数N cm-1
m1 m2 - - - 折合质量 m1 m2
c - - - 光速3.0 1010 cm s 1 M1 M 2 m1 m2 M1 M 2 1 NA NA M NA m1 m2 M 1 M 2 M 1 M 2 N A NA NA M 折合摩尔质量 N A Avogadro 常数6.022 10 23 mol 1 1 ῦ 2c kN A N A 2 M 2c
O-H：3700 – 3200 cm-1
06第六章红外光谱法
又如： C—C
C—N
C—O
k相同，μ不同： C—O ＞ C—N ＞ C—C C—O 1280cm-1 1330cm-1 C—N C—C 2222cm-1
三、多原子分子的振动： <一> 振动基本类型： 原子沿着价键方向的来回运动的 1.伸缩振动： 振动。 特征：键长发生变化，键角不变。 ●对称伸缩振动：两个相同原子同时沿轴离开或 移向中心原子，用γs表示。 ●反对称伸缩振动：一个原子移向中心原子，而 另一个原子离开中心原子，用γas表示。
1300cm-1有五
个吸收峰，
则有C=O、
C=C、C=N、
N=O双键。
由分子式可知，不应含有C=N和N=O键，由①可知，
无C=C键。
∴ 化合物含有两个C=O基团和饱和基团的化合物。
⑤ 在900～600cm-1有吸收 峰，且仅有 755cm-1峰。 故 ④ 在1300～900cm-1有 中的n＜4。因只 有一个吸收峰，可推知 吸收峰，则有有C—O、 n1=n2、n1+n2=n。 C—N、C—F键，由分子
如下图所示，试推断其结构。
解： 1.计算不饱和度：
含有三键或者两个双键
2.谱图解析： ① 在4000～2500cm-1有吸收峰， 无吸收 ② 在2500～1900cm-1 则有O—H、N—H、C—H、S—H 在1900～ 峰，则无： ③ 单键，且峰在3000cm-1以下， 故为饱和烃的C—H吸收峰。
♣ 每个振动自由度对应红外光谱上一个基频吸收带。 ♣ 每个原子的空间位置可用直角坐标中x、y、z表示， 即每个原子有三个自由度。 ♣ 由n个原子组成的分子在空间中有3n个总自由度，而 这3n种运动状态包括了分子的振动自由度、平动自 由度和转动自由度，即： 振动自由度 = 3n - 平动自由度 - 转动自由度
第六章 红外光谱分析法(3)
第六章 红外光谱法
Infrared absorption spectroscopy，IR
余定华 博士，副教授，硕士生导师
南京工业大学生物与制药工程学院 国家生化工程技术研究中心
第四节 红外光谱解析
一、红外谱图解析
二、未知物结构确定
一、红外谱图解析
1．烷烃
（CH3，CH2，CH）(C—C,C—H ) 3000cm-1 δ CH3 δ s1380 cm-1
R1 H R1 R2 R1 R2 C C C C
H
970 cm-1（强）
R1 H R1 H R1 C C C C
R2 H
（=C-H）
R2 R3 790-840 cm-1 C C （820 cm-1） H R3 R4 610-700 cm-1（强）
800-650 cm-1 （690 cm-1）
H 990 cm-1 H 910 cm-1 （强） H
酰胺的红外光谱图
酰胺的特征吸收包括：羰基的C=O伸缩振动吸收， 胺基的N-H伸缩振动吸收或弯曲振动吸收
不同酰胺吸收峰数据
谱带类型 υ 伯 酰 δ 胺 υ
（N-H） （C=O）
谱带名称
酰胺Ⅰ谱带 （面内） 酰胺Ⅱ谱带 （N-H） υ （Ｃ－Ｎ） 酰胺Ⅲ谱带 δ （N-H） （面外） 酰胺Ⅳ谱带 υ
羧酸的红外光谱图
酯类化合物的特征吸收位羰基伸缩振动和C-O-C结构的对称和 非对称伸缩振动，后者是区分酯和其他羰基化合物的主要依据。 另外，酯的羰基吸收在大多数情况下不是第一吸收，这与其他 羰基化合物的羰基吸收通常为最强吸收不同。C-O-C结构的对 称伸缩振动位于1100 cm -1处，吸收较弱； C-O-C结构的非 对称伸缩振动是酯的最有用的特征吸收，通常为第一吸收，位 于1210~1160 cm-1区
Infrared absorption spectroscopy，IR
余定华 博士，副教授，硕士生导师
南京工业大学生物与制药工程学院 国家生化工程技术研究中心
第四节 红外光谱解析
一、红外谱图解析
二、未知物结构确定
一、红外谱图解析
1．烷烃
（CH3，CH2，CH）(C—C,C—H ) 3000cm-1 δ CH3 δ s1380 cm-1
R1 H R1 R2 R1 R2 C C C C
H
970 cm-1（强）
R1 H R1 H R1 C C C C
R2 H
（=C-H）
R2 R3 790-840 cm-1 C C （820 cm-1） H R3 R4 610-700 cm-1（强）
800-650 cm-1 （690 cm-1）
H 990 cm-1 H 910 cm-1 （强） H
酰胺的红外光谱图
酰胺的特征吸收包括：羰基的C=O伸缩振动吸收， 胺基的N-H伸缩振动吸收或弯曲振动吸收
不同酰胺吸收峰数据
谱带类型 υ 伯 酰 δ 胺 υ
（N-H） （C=O）
谱带名称
酰胺Ⅰ谱带 （面内） 酰胺Ⅱ谱带 （N-H） υ （Ｃ－Ｎ） 酰胺Ⅲ谱带 δ （N-H） （面外） 酰胺Ⅳ谱带 υ
羧酸的红外光谱图
酯类化合物的特征吸收位羰基伸缩振动和C-O-C结构的对称和 非对称伸缩振动，后者是区分酯和其他羰基化合物的主要依据。 另外，酯的羰基吸收在大多数情况下不是第一吸收，这与其他 羰基化合物的羰基吸收通常为最强吸收不同。C-O-C结构的对 称伸缩振动位于1100 cm -1处，吸收较弱； C-O-C结构的非 对称伸缩振动是酯的最有用的特征吸收，通常为第一吸收，位 于1210~1160 cm-1区
红外吸收光谱法-光谱分析
V：振动量子数，可取0，1，2，…… X：非谐振系数，表示非谐性大小。
二、分子的振动形式
（一）振动的基本类型 对称伸缩振动vs 伸缩振动 反对称伸缩振动vas 剪式振动δ 面内变形 变形振动 (弯曲振动) 面外变形 面外摇摆ω 伸缩振动——键长改变，出现在高频区 变形振动——键角改变，出现在低频区 面内摇摆ρ 扭曲变形τ
二、常见化合物的特征吸收峰 • • • • • • 烷烃类 烯烃类 炔烃类 芳香类 羰基化合物 羟基化合物
三、影响基团频率位移的因素
• 分子中化学键不是孤立的，受分子中相邻 基团的影响。 • 同一基团在不同的分子结构中受不同基团 的影响，其基团频率会有所改变，了解影 响基团频率的因素，对解析红外光谱和推 断分子结构非常有用。 • 影响基团频率的因素有内部结构和外部环 境的影响。
O-H,N-H及C-H键 0.78~2.5 12820~4000 的倍频吸收 2.5~25 4000~400 分子的基团振动、 分子转动 分子转动、 晶格振动
25~300
400~33
§6~2 红外吸收基本原理
红外光谱的产生
由分子振动能级跃迁产生。
定性分析—— 吸收峰的位置和形状 定量分析—— 吸收峰的强弱
1
2.非谐振子
• 双原子分子并非理想的谐振子，V较小时振动情况与谐振子 较为接近。 • V=0 → V=1 产生的吸收谱带称为基频峰，最强。 V=0 → V=2，3产生的吸收谱带倍频峰，弱的多。 倍频峰的频率并不是基频峰频率的整数倍，而是略小一 些。非谐振子的振动能量可用下式表示：
1 1 2 E v (V )h (V ) Xh 2 2
一、分子的振动方程式及振动能级
（一）分子的振动方程式
m1 m2
二、分子的振动形式
（一）振动的基本类型 对称伸缩振动vs 伸缩振动 反对称伸缩振动vas 剪式振动δ 面内变形 变形振动 (弯曲振动) 面外变形 面外摇摆ω 伸缩振动——键长改变，出现在高频区 变形振动——键角改变，出现在低频区 面内摇摆ρ 扭曲变形τ
二、常见化合物的特征吸收峰 • • • • • • 烷烃类 烯烃类 炔烃类 芳香类 羰基化合物 羟基化合物
三、影响基团频率位移的因素
• 分子中化学键不是孤立的，受分子中相邻 基团的影响。 • 同一基团在不同的分子结构中受不同基团 的影响，其基团频率会有所改变，了解影 响基团频率的因素，对解析红外光谱和推 断分子结构非常有用。 • 影响基团频率的因素有内部结构和外部环 境的影响。
O-H,N-H及C-H键 0.78~2.5 12820~4000 的倍频吸收 2.5~25 4000~400 分子的基团振动、 分子转动 分子转动、 晶格振动
25~300
400~33
§6~2 红外吸收基本原理
红外光谱的产生
由分子振动能级跃迁产生。
定性分析—— 吸收峰的位置和形状 定量分析—— 吸收峰的强弱
1
2.非谐振子
• 双原子分子并非理想的谐振子，V较小时振动情况与谐振子 较为接近。 • V=0 → V=1 产生的吸收谱带称为基频峰，最强。 V=0 → V=2，3产生的吸收谱带倍频峰，弱的多。 倍频峰的频率并不是基频峰频率的整数倍，而是略小一 些。非谐振子的振动能量可用下式表示：
1 1 2 E v (V )h (V ) Xh 2 2
一、分子的振动方程式及振动能级
（一）分子的振动方程式
m1 m2
红外吸收光谱法教案
第六章红外吸收光谱法基本要点：1.红外光谱分析基本原理；2.红外光谱与有机化合物结构；3.各类化合物的特征基团频率；4.红外光谱的应用;5.红外光谱仪.学时安排：3学时第一节概述分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。
红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。
当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。
记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。
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，根据仪器技术和应用不同，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 ~ 1000µm）。
近红外光区（0.75 ~ 2.5µm）近红外光区的吸收带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等产生的。
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。
中红外光区（2.5 ~ 25µm）绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在该光区。
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。
远红外光区（25 ~1000µm）该区的吸收带主要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。
第六章 红外吸收光谱法
m1m 2
(m1 m 2 )
分子振动的能量与振动频率之间的关系 E=（ +1/2）h=（ +1/2）hc 为振动量子数=0, 1, 2, 3
E振 h 2 k 1 （ ） 2
=0 → =1跃迁, 基态 → 第一激发态 即△ =1 振动能级跃迁的能量差为:
振动自由度= 3N-平动自由度-转动自由度
= 3N-6
= 3N-5
非线性分子
线性分子（所有分子在一条直线上）
如：H2O振动自由度 3×3 – 6 = 3三种基本振动形式
实际上红外谱图上峰的数目比理论值少得多
影响吸收峰数目的因素 (1)没有偶极矩变化的振动不产生红外吸收； (2)吸收频率相同，简并为一个吸收峰； (3)有时频率十分接近，仪器分辨不出，表现为一个吸收峰 (4)有些吸收程 度太弱，仪器检测不出
一、官能团区和指纹区
红外吸收光谱为了便于解析划分为两个区：
4000~1300cm-1 区域：是由伸缩振动产生的吸收
带，为化学键和基团的特征吸收峰，吸收峰较
稀疏，鉴定基团存在的主要区域——官能团区
1300~600cm-1 区域：吸收光谱较复杂，除单键
的伸缩振动外，还有变形振动。能反映分子结
构的细微变化——指纹区
§6-3 基团频率和特征吸收峰
基团的特征吸收峰——基团频率
• 组成分子的基团如：O-H、C=C、C=O等都有自 己特定的红外吸收区域，分子的其它部分对其吸收 位置影响较小。
• 通常把能代表某基团存在，并有较高强度的吸收 峰，称为特征吸收峰，所在的频率位置称为基团频 率。 • 基团频率——主要是一些伸缩振动引起的，用于 鉴定某官能团是否存在。基团不同，基团频率不同。
第六章 红外光谱分析法(2)
同样的基频振动(v 0→1)，偶极矩的变化越大，吸收峰也 越强。
化学键两端连接原子的电负性相差越大，或分子的对称 性越差，伸缩振动时偶极矩的变化越大，吸收峰也越强。
吸收峰强度： 反对称伸缩振动>对称伸缩振动>变形振动 vC=O> vC=C
第二节 红外光谱与分子结构
一、红外光谱的基团频率
二、分子结构与吸收峰
外特征吸收频率，确定化合物结构中基团；也可依据特 征峰的强度变化进行定量分析。
红外光谱的分类
近红外光谱区：
❖ 低能电子能级跃迁 ❖ 含氢原子团：-OH、 -NH、-CH伸缩振动的倍频吸收峰 ❖ 稀土及过渡金属离子配位化学的研究对象 ❖ 适用于水、醇、高分子化合物、含氢原子团化合物的定量分析
红外吸收光谱法：
吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。 注意区分 —NH伸缩振动： 3500 3100 cm-1
09:33:36
（2）饱和碳原子上的—C—H
—CH3 —CH2— —C—H
2960 cm-1 反对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动 2930 cm-1 反对称伸缩振动 3000 cm-1 以下 2850 cm-1 对称伸缩振动 2890 cm-1 弱吸收
三、影响峰位移的因素
四、不饱和度
一、红外吸收光谱的特征性
与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的 化学键振动频率——基团特征频率（特征峰）；
例： 2800 3000 cm-1 —CH3 特征峰； 1600 1850 cm-1 —C=O 特征峰；
基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：
—CH2—CO—CH2— 1715 cm-1 酮
= （2 + 2n4 + n3 – n1 ）/ 2 n4 ， n3 ， n1 分别为分子中四价，三价，一价元素数目。 作用： 由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键， 三键，环，芳环的数目，验证谱图解析的正确性。
化学键两端连接原子的电负性相差越大，或分子的对称 性越差，伸缩振动时偶极矩的变化越大，吸收峰也越强。
吸收峰强度： 反对称伸缩振动>对称伸缩振动>变形振动 vC=O> vC=C
第二节 红外光谱与分子结构
一、红外光谱的基团频率
二、分子结构与吸收峰
外特征吸收频率，确定化合物结构中基团；也可依据特 征峰的强度变化进行定量分析。
红外光谱的分类
近红外光谱区：
❖ 低能电子能级跃迁 ❖ 含氢原子团：-OH、 -NH、-CH伸缩振动的倍频吸收峰 ❖ 稀土及过渡金属离子配位化学的研究对象 ❖ 适用于水、醇、高分子化合物、含氢原子团化合物的定量分析
红外吸收光谱法：
吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。 注意区分 —NH伸缩振动： 3500 3100 cm-1
09:33:36
（2）饱和碳原子上的—C—H
—CH3 —CH2— —C—H
2960 cm-1 反对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动 2930 cm-1 反对称伸缩振动 3000 cm-1 以下 2850 cm-1 对称伸缩振动 2890 cm-1 弱吸收
三、影响峰位移的因素
四、不饱和度
一、红外吸收光谱的特征性
与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的 化学键振动频率——基团特征频率（特征峰）；
例： 2800 3000 cm-1 —CH3 特征峰； 1600 1850 cm-1 —C=O 特征峰；
基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：
—CH2—CO—CH2— 1715 cm-1 酮
= （2 + 2n4 + n3 – n1 ）/ 2 n4 ， n3 ， n1 分别为分子中四价，三价，一价元素数目。 作用： 由分子的不饱和度可以推断分子中含有双键， 三键，环，芳环的数目，验证谱图解析的正确性。
红外光谱法(仪器分析课件)
项目三 红外光谱法
z
目录
Contents
1 红外光谱法基本原理 2 红外光谱仪 3 红外光谱实验技术 4 红外光谱仪虚拟仿真训练 5 红外光谱法在结构分析中的应用
红外光谱法
能力目标
• 能够熟练的操作傅立叶红外光谱仪； • 能够根据样品的状态、性质选择合适
的样品处理方法； • 能够根据谱图确定常见有机化合物的
—NH2，—NH（游离） —NH2，—NH（缔合）
—SH
C—H伸缩振动
一
不饱和C—H
≡C—H（叁键） ═C—H（双键） 苯环中C—H
区
饱和C—H
域
—CH3 —CH3
—CH2
—CH2
吸收频率 （cm-1）
3650—3580 3400—3200 3500—3300 3400—3100 2600—2500
近红外、中红外、远红外区域。
概述
红外谱图的表示法
样品的红外吸收曲线称为红外吸收光谱，多用百分透射比与波数或百分透
射比与波长曲线来描述。
纵坐标为吸收强度，横坐标为波长λ （μm）和波数1/λ，单位：cm-1
有机化合物的结构解析；定性（基团的特征吸收频率）；定量（特征峰的强度）
红外光谱法原理 红外吸收光谱产生的条件
C=O、C=C、C=N、NO2、苯环等的伸缩振动
1500~400cm-1
C－C、C－O、C－N、C－X等的伸缩振动及含氢基团的弯曲振动
• 基团特征频率区的特点和用途
• 吸收峰数目较少，但特征性强。不同化合物中的同种基团振动吸收 总是出现在一个比较窄的波数范围内。
• 主要用于确定官能团。
• 指纹区的特点和用途
振动形式
伸缩 伸缩 伸缩 伸缩 伸缩
z
目录
Contents
1 红外光谱法基本原理 2 红外光谱仪 3 红外光谱实验技术 4 红外光谱仪虚拟仿真训练 5 红外光谱法在结构分析中的应用
红外光谱法
能力目标
• 能够熟练的操作傅立叶红外光谱仪； • 能够根据样品的状态、性质选择合适
的样品处理方法； • 能够根据谱图确定常见有机化合物的
—NH2，—NH（游离） —NH2，—NH（缔合）
—SH
C—H伸缩振动
一
不饱和C—H
≡C—H（叁键） ═C—H（双键） 苯环中C—H
区
饱和C—H
域
—CH3 —CH3
—CH2
—CH2
吸收频率 （cm-1）
3650—3580 3400—3200 3500—3300 3400—3100 2600—2500
近红外、中红外、远红外区域。
概述
红外谱图的表示法
样品的红外吸收曲线称为红外吸收光谱，多用百分透射比与波数或百分透
射比与波长曲线来描述。
纵坐标为吸收强度，横坐标为波长λ （μm）和波数1/λ，单位：cm-1
有机化合物的结构解析；定性（基团的特征吸收频率）；定量（特征峰的强度）
红外光谱法原理 红外吸收光谱产生的条件
C=O、C=C、C=N、NO2、苯环等的伸缩振动
1500~400cm-1
C－C、C－O、C－N、C－X等的伸缩振动及含氢基团的弯曲振动
• 基团特征频率区的特点和用途
• 吸收峰数目较少，但特征性强。不同化合物中的同种基团振动吸收 总是出现在一个比较窄的波数范围内。
• 主要用于确定官能团。
• 指纹区的特点和用途
振动形式
伸缩 伸缩 伸缩 伸缩 伸缩
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第6章 红外光谱法
（ Infrared Spectrometry, IR）
§6-1 概述
一 红外光区的划分
基频吸收带 辐射→分子振动和转动能级跃迁→红外光谱
二 红外光谱法的特点
峰数 峰位 峰强
研究对象：振动中伴随有偶极矩变化的化合物定性及有 机化合物结构鉴定：分子的特征吸收 定量分析：特征峰强度
1613cm-1
1640cm-1
（二）外部因素
物质状态
溶剂
§6-4 红外光谱仪及制样方法
一 色散型红外分光光度计
1 基本组成
1) 光源 能斯特灯 稳定, 不需用水冷却。但需预热, 机械强度差。 硅碳棒 使用波数范围较宽, 坚固, 发光面积大。电极接 触部分需用水冷却。
2) 吸收池
红外光谱图上的峰数≤基本振动理论数
三 影响吸收峰强度的因素
1. 吸收峰强弱的划分
摩尔吸光系数
峰强度
>100
非常强(vs) 强(s)
中强(m)
<100 10< <20 1< <10
20<
弱(w)
2. 影响吸收峰强度的因素
振动能级的跃迁几率 基态(v=0)至第一激发态(v=1)跃迁几率大， 基频吸收带较强 基态(v=0)至第二激发态(v=2)跃迁几率小， 倍频吸收带较弱
双光束；单色器在样品池后面；扫描速率慢
二 傅里叶变换红外分光光度计
1 基本原理
迈克尔逊干涉仪示意图
1
2
多色光干涉时域谱
2 傅里叶变换红外光谱仪优点
1)谱图的信噪比高。 2) 波长(数)精度高(0.01 ±cm-1)，重现性好。
3) 分辨率高。
4) 扫描速度快。
三 制样方法
1)气体——气体池 2)液体
{ 酚 1300-1165 cm , 强，用处大
-1
醇 1410-1250 cm-1, 弱，用处不大
1 : O H 2 : C O
1 2
CH3CH2CH2CH2OH
OH CH3CH2 C CH3
1
H
2
OH CH3 C CH3
1
/ cm1
2
CH3
酮
CO : 1715 1 , 强，特征峰 cm
a
a : 吸收的电磁辐射频率
1 a 2
k
1
a
c
c
1 (cm ) 2c
k
k : 化学键力常数； : 原子的折合质量
m1 m 2 m1 m 2
键力常数对振动频率的影响
键类型 —CC — 15 17 —C =C — 9.5 9.9 —C — C — 4.5 5.6 k
－C≡C－, －C≡N－:伸缩振动
C＝C＝C, C＝C＝O,: 反对称伸缩振动
3) 2000-1500 cm-1 双键伸缩振动区
C＝O: 1870-1600 cm-1 C＝C, C＝N, N＝O: 1675-1500 cm-1
指纹区：1300-600 cm-1
X－Y伸缩振动: C－O, C－N, C－X, N－O等 X－H变形振动: C－H, O－H等 例：烯烃取代程度及构型的判断
O R C O R1 C O
1755cm-1 1827cm-1 乙酸酐的 C O 吸收峰
C O 吸收峰分裂成两个峰
4. 费米共振
C4H9 O C=CH2 正丁基乙烯基醚
CH 810cm 1
CH 倍频约在1600 1 cm
CC 1695 1540 cm
1
}共振产生两个吸收带
1) 4000-2500 cm-1 x-H伸缩振动(x: O, N, C, S) O－H: 3700-3200 cm-1
COO－H: 3600-2500 cm-1
N－H: 3500-3300 cm-1
C－H
{
>3000 cm-1, 不饱和，＝C－H或≡C－H <3000 cm-1, 饱和，－C－H
2) 2500-2000 cm-1 三键和累积双键区
2222 cm-1
1667 cm-1
1429 cm-1
原子折合质量对振动频率的影响
键类型 k C－O 5.0-5.8 C－N ～ C—C 4.5-5.6
>
1280 cm-1 1330 cm-1
>
1430 cm-1
二 多原子分子的振动
（一）振动的基本类型
1. 伸缩振动
亚甲基
振动时键长发生变化，键角不变。
CH3(CH2)5C≡CH
例2：推测纯液体C8H8的结构
解： 1） =1-8/2+8=5 2）峰归属
H C CH2
3）可能的结构
醇和酚
cm , 峰宽，强度大 OH : 3700 3200 cm CO : 1260 1000
OH
1 1
{ 酚 1260
醇 1100-1000
RCH
R C H
R C H C H
CH2
H C R'
R'
两个强吸收峰：990和910 cm-1 反式构型吸收峰：990-970 cm-1 顺式构型吸收峰：～690 cm-1
例：苯环取代类型的确定 675 cm-1 770-730 cm-1, 710-690 cm-1 770-730 cm-1 810-750 cm-1, 725-680 cm-1 860-800 cm-1
窗片材料: NaCl, KBr, CsI, KRS-5 (TlI58%-TlBr42%)
3) 单色器
光栅, 狭缝，准直镜
4) 检测器
热检测器：真空热电偶 热电检测器：TGS ((NH2CH2COOH)3· 2SO4) H 光电导检测器：MCT (Hg-Cd-Te)
2 双光束红外分光光度计
1680
O R C OR
R C
SR
I>M
M>I
CO (cm 1 ) 1735
1690
共轭效应(C效应)
O R C CH2
O CH C C CH2
CO (cm 1 )
1715
1685-1665
2. 氢键的影响
分子间氢键
O C OH O HO C
O－H键吸收峰频率减小 C＝O键吸收峰频率也减小
P235
二 影响基团频率的因素
（一）内部因素
1. 电子效应 诱导效应(I效应)
O R C R'
O R C H
O R C Cl
O R C F
CO (cm 1 ) 1715
1730
1800
1920
.. O R C Cl
中介效应(M效应)
O R C NH2
O R C R'
1715
O
CO (cm 1 )
δas1460 cm-1 重叠 -1 CH2 δs1465 cm
CH3 δs C—C骨架振动 1155cm-1 1170cm-1
H C C H3 C H3
1385-1380cm-1 1372-1368cm-1
1:1
C H3 C C H3 C H3
1405-1385cm-1 1372-1365cm-1 1:2 1250 cm-1
振动过程中偶极矩的变化
0
0
r q
OCO
0
C、O电负性差别大, 伸缩振动时, 偶极矩变化大
CO强度 CC强度，
O=C=O反对称伸缩振动偶极矩发生变化 红外吸收。 O=C=O对称伸缩振动偶极矩无变化 无红外吸收峰产生 振动过程中偶极矩的变化越大，吸收峰强度越大
苯的紫外吸收光谱
§6-2 基本原理
一 双原子分子的振动 缩 基本振动频率：
1 2
k
伸
1 E v ( v )h 振动能量： 2 v : 振动量子数，v 0,1,2,3 : 振动频率
基频吸收带：基态(v=0)至第一激发态(v=1)的跃迁
1 1 h a E1 E0 (1 )h h h 2 2
n 3 n1 1 n4 2
3 图谱解析
烷烃
3000cm-1
C-H伸缩振动
CH2 对称伸缩2853cm-1±10 CH3 对称伸缩2872cm-1±10 CH2不对称伸缩2926cm-1±10 CH3不对称伸缩2962cm-1±10
甲基变形振动 CH 3
δs1380 cm-1
液膜法—难挥发液体（沸点>80C） 常用溶剂： CCl4 ，CS2
{溶液法—液体池
KBr压片法 石蜡糊法 薄膜法
3)固体
{
§12-5 红外光谱法的应用
一 定性分析
（一） 已知物的鉴定和纯度检验 比较谱图： 各吸收峰的位置
形状
峰的相对强度
（二） 未知物结构的测定
1 收集样品的有关资料和数据 2 确定未知物的不饱和度
2900-2800 cm-1
=C-H 变形振动: 1000～650 cm-1
辛烯-1的红外谱图
炔烃
≡C-H 伸缩振动: 3300 ～ 3200 cm-1 C≡C 伸缩振动: 2300 ～ 2100 cm-1(尖细, 弱)
芳烃 C=C伸缩振动: 1650～1450 cm-1
2至4个中到强吸收峰
亚甲基面外变形振动
(CH2)n
n4
720 cm-1附近出现较稳定的弱吸收峰
正庚烷的红外光谱
CH3(CH2)5
H C CH3 CH3
2-甲基辛烷
烯烃
C=C伸缩振动:1700～1600 cm-1
（ Infrared Spectrometry, IR）
§6-1 概述
一 红外光区的划分
基频吸收带 辐射→分子振动和转动能级跃迁→红外光谱
二 红外光谱法的特点
峰数 峰位 峰强
研究对象：振动中伴随有偶极矩变化的化合物定性及有 机化合物结构鉴定：分子的特征吸收 定量分析：特征峰强度
1613cm-1
1640cm-1
（二）外部因素
物质状态
溶剂
§6-4 红外光谱仪及制样方法
一 色散型红外分光光度计
1 基本组成
1) 光源 能斯特灯 稳定, 不需用水冷却。但需预热, 机械强度差。 硅碳棒 使用波数范围较宽, 坚固, 发光面积大。电极接 触部分需用水冷却。
2) 吸收池
红外光谱图上的峰数≤基本振动理论数
三 影响吸收峰强度的因素
1. 吸收峰强弱的划分
摩尔吸光系数
峰强度
>100
非常强(vs) 强(s)
中强(m)
<100 10< <20 1< <10
20<
弱(w)
2. 影响吸收峰强度的因素
振动能级的跃迁几率 基态(v=0)至第一激发态(v=1)跃迁几率大， 基频吸收带较强 基态(v=0)至第二激发态(v=2)跃迁几率小， 倍频吸收带较弱
双光束；单色器在样品池后面；扫描速率慢
二 傅里叶变换红外分光光度计
1 基本原理
迈克尔逊干涉仪示意图
1
2
多色光干涉时域谱
2 傅里叶变换红外光谱仪优点
1)谱图的信噪比高。 2) 波长(数)精度高(0.01 ±cm-1)，重现性好。
3) 分辨率高。
4) 扫描速度快。
三 制样方法
1)气体——气体池 2)液体
{ 酚 1300-1165 cm , 强，用处大
-1
醇 1410-1250 cm-1, 弱，用处不大
1 : O H 2 : C O
1 2
CH3CH2CH2CH2OH
OH CH3CH2 C CH3
1
H
2
OH CH3 C CH3
1
/ cm1
2
CH3
酮
CO : 1715 1 , 强，特征峰 cm
a
a : 吸收的电磁辐射频率
1 a 2
k
1
a
c
c
1 (cm ) 2c
k
k : 化学键力常数； : 原子的折合质量
m1 m 2 m1 m 2
键力常数对振动频率的影响
键类型 —CC — 15 17 —C =C — 9.5 9.9 —C — C — 4.5 5.6 k
－C≡C－, －C≡N－:伸缩振动
C＝C＝C, C＝C＝O,: 反对称伸缩振动
3) 2000-1500 cm-1 双键伸缩振动区
C＝O: 1870-1600 cm-1 C＝C, C＝N, N＝O: 1675-1500 cm-1
指纹区：1300-600 cm-1
X－Y伸缩振动: C－O, C－N, C－X, N－O等 X－H变形振动: C－H, O－H等 例：烯烃取代程度及构型的判断
O R C O R1 C O
1755cm-1 1827cm-1 乙酸酐的 C O 吸收峰
C O 吸收峰分裂成两个峰
4. 费米共振
C4H9 O C=CH2 正丁基乙烯基醚
CH 810cm 1
CH 倍频约在1600 1 cm
CC 1695 1540 cm
1
}共振产生两个吸收带
1) 4000-2500 cm-1 x-H伸缩振动(x: O, N, C, S) O－H: 3700-3200 cm-1
COO－H: 3600-2500 cm-1
N－H: 3500-3300 cm-1
C－H
{
>3000 cm-1, 不饱和，＝C－H或≡C－H <3000 cm-1, 饱和，－C－H
2) 2500-2000 cm-1 三键和累积双键区
2222 cm-1
1667 cm-1
1429 cm-1
原子折合质量对振动频率的影响
键类型 k C－O 5.0-5.8 C－N ～ C—C 4.5-5.6
>
1280 cm-1 1330 cm-1
>
1430 cm-1
二 多原子分子的振动
（一）振动的基本类型
1. 伸缩振动
亚甲基
振动时键长发生变化，键角不变。
CH3(CH2)5C≡CH
例2：推测纯液体C8H8的结构
解： 1） =1-8/2+8=5 2）峰归属
H C CH2
3）可能的结构
醇和酚
cm , 峰宽，强度大 OH : 3700 3200 cm CO : 1260 1000
OH
1 1
{ 酚 1260
醇 1100-1000
RCH
R C H
R C H C H
CH2
H C R'
R'
两个强吸收峰：990和910 cm-1 反式构型吸收峰：990-970 cm-1 顺式构型吸收峰：～690 cm-1
例：苯环取代类型的确定 675 cm-1 770-730 cm-1, 710-690 cm-1 770-730 cm-1 810-750 cm-1, 725-680 cm-1 860-800 cm-1
窗片材料: NaCl, KBr, CsI, KRS-5 (TlI58%-TlBr42%)
3) 单色器
光栅, 狭缝，准直镜
4) 检测器
热检测器：真空热电偶 热电检测器：TGS ((NH2CH2COOH)3· 2SO4) H 光电导检测器：MCT (Hg-Cd-Te)
2 双光束红外分光光度计
1680
O R C OR
R C
SR
I>M
M>I
CO (cm 1 ) 1735
1690
共轭效应(C效应)
O R C CH2
O CH C C CH2
CO (cm 1 )
1715
1685-1665
2. 氢键的影响
分子间氢键
O C OH O HO C
O－H键吸收峰频率减小 C＝O键吸收峰频率也减小
P235
二 影响基团频率的因素
（一）内部因素
1. 电子效应 诱导效应(I效应)
O R C R'
O R C H
O R C Cl
O R C F
CO (cm 1 ) 1715
1730
1800
1920
.. O R C Cl
中介效应(M效应)
O R C NH2
O R C R'
1715
O
CO (cm 1 )
δas1460 cm-1 重叠 -1 CH2 δs1465 cm
CH3 δs C—C骨架振动 1155cm-1 1170cm-1
H C C H3 C H3
1385-1380cm-1 1372-1368cm-1
1:1
C H3 C C H3 C H3
1405-1385cm-1 1372-1365cm-1 1:2 1250 cm-1
振动过程中偶极矩的变化
0
0
r q
OCO
0
C、O电负性差别大, 伸缩振动时, 偶极矩变化大
CO强度 CC强度，
O=C=O反对称伸缩振动偶极矩发生变化 红外吸收。 O=C=O对称伸缩振动偶极矩无变化 无红外吸收峰产生 振动过程中偶极矩的变化越大，吸收峰强度越大
苯的紫外吸收光谱
§6-2 基本原理
一 双原子分子的振动 缩 基本振动频率：
1 2
k
伸
1 E v ( v )h 振动能量： 2 v : 振动量子数，v 0,1,2,3 : 振动频率
基频吸收带：基态(v=0)至第一激发态(v=1)的跃迁
1 1 h a E1 E0 (1 )h h h 2 2
n 3 n1 1 n4 2
3 图谱解析
烷烃
3000cm-1
C-H伸缩振动
CH2 对称伸缩2853cm-1±10 CH3 对称伸缩2872cm-1±10 CH2不对称伸缩2926cm-1±10 CH3不对称伸缩2962cm-1±10
甲基变形振动 CH 3
δs1380 cm-1
液膜法—难挥发液体（沸点>80C） 常用溶剂： CCl4 ，CS2
{溶液法—液体池
KBr压片法 石蜡糊法 薄膜法
3)固体
{
§12-5 红外光谱法的应用
一 定性分析
（一） 已知物的鉴定和纯度检验 比较谱图： 各吸收峰的位置
形状
峰的相对强度
（二） 未知物结构的测定
1 收集样品的有关资料和数据 2 确定未知物的不饱和度
2900-2800 cm-1
=C-H 变形振动: 1000～650 cm-1
辛烯-1的红外谱图
炔烃
≡C-H 伸缩振动: 3300 ～ 3200 cm-1 C≡C 伸缩振动: 2300 ～ 2100 cm-1(尖细, 弱)
芳烃 C=C伸缩振动: 1650～1450 cm-1
2至4个中到强吸收峰
亚甲基面外变形振动
(CH2)n
n4
720 cm-1附近出现较稳定的弱吸收峰
正庚烷的红外光谱
CH3(CH2)5
H C CH3 CH3
2-甲基辛烷
烯烃
C=C伸缩振动:1700～1600 cm-1