红外吸收光谱分析法
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结构和外部因素影响。各种化合物中相同基团的特征吸收并 不总在一个固定频率上。 （1）电子效应 a．诱导效应：由于相邻基团电负性不同，通过静电诱导引起分子中电
子云分布变化，改变键的力常数，导致谱峰红移或蓝移。吸电子基团使 吸收峰向高频方向移动（蓝移）
R-COR
νC=0 1715cm-1
; ;
R-COH νC=0 1730cm -1 ； R-COF νC=0 1920cm-1 ;
O-H（氢键） S-H P-H
N-H
C≡N
四、无机化合物的特征红外吸收
内振动：原子以共价键相连时产生的振动是分子内发生的。 外振动：单原子离子、多原子离子或中性分子组成晶体时产 生的晶格振动，一般低于400cm－1，是特征的，在远红外区。 离子晶体质点带电，所以晶格振动偶极矩变化大，吸收峰强。 红外一般不能区分结晶水、吸附水和配位水。
（２）空间效应
环张力；共轭键的空间位阻；偶极场效应
C
C
环张力增大导致环内键削弱，而环上键增强
1576cm
-1
C H2 C H2 C H2 C H2
1781cm
-1
1678cm -1 1657cm
-1
1611cm -1 1644cm
-1
1651cm -1
(3) 氢键效应
氢键(分子内氢键；分子间氢键)：对峰位、峰强产 生极明显影响，使伸缩振动频率向低波数方向移动。
R-COCl νC=0 1800cm-1 R-CONH2 νC=0 1928cm-1
ｂ．共轭效应（π－π共轭效应）
O O H3C C CH3 C CH3
O C CH3
O C
1715 cm -1 1685 cm -1
1685 cm -1
1660 cm -1
分子中存在多个π键，耦合成大π键引起π －π共轭，电子云密度平均化， 双键略伸长单键略缩短，双键特征吸收谱峰红移。
4. X－Y伸缩，X－H 变形振动区 <1500 cm-1
指纹区(1500 ∼ 650 cm-1 ) ,较复杂。 C-H，N-H的变形振动； C-O，C-X的伸缩振动； C-C骨架振动等。精细结构的区分。
特 征 吸 收 带 （ 伸 缩 振 动 ） 键 学 化 氢 含
分子的指纹，广泛应用于分子结构和化学组成的研究 谱带位置、强度、形状确定分子空间构型、化学键力 常数、键长、键角 定量：特征峰的强度
1.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； (2) 有瞬间偶极矩变化。 对称分子：没有偶极矩变 化，辐射不能引起共振，无红 外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 非对称分子：有偶极矩变 化，红外活性。 偶极子在交变电场中的作用 示意图
表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型: 力常数: 峰位:
—C≡C — > —C =C — > —C — C — 15 ∼ 17 9.5 ∼ 9.9 4.5 ∼ 5.6 4.5µm 6.0 µm 7.0 µm
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。
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
1 v= = λ 2πc
1
k
µ
= 1307
k
µ
9. 6 = 1307 = 1650cm −1 12 / 2
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
二、分子中基团的基本振动形式 1．两类基本振动形式
伸缩振动 亚甲基：
（3）C=O （1850 ∼ 1600 cm-1 ） 碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。
3．叁键(C ≡C)伸缩振动区(2500 ∼1900 cm-1 )
（1）RC ≡CH （2100 ∼ 2140 cm-1 ） RC ≡CR’ （2190 ∼ 2260 cm-1 ） R=R’ 时，无红外活性 （2）RC ≡N （2100 ∼ 2140 cm-1 ） 非共轭 2240 ∼ 2260 cm-1 共轭 2220 ∼ 2230 cm-1
O R
H NH R
C=O 伸缩 N-H 伸缩 N-H变形
游离 1690 氢键 1650 3500 3400
1620-1590
HN H O
H O O C H 3C O- H
伸缩
1650-1620
OCH 2835
3
HO 3 7 0 5 -3 1 2 5
第二节 红外分光光度计
•一、仪器类型与结构 •二、制样方法 •三、联用技术
3) 固体:
②压片法（碱金属卤化物、聚四氟乙烯等） ③薄膜法
4）无损测试——红外衰减全反射光谱法直接测， 适合于材料表面化学研究
三、联用技术
GC/FTIR（气相色谱红外光谱联用） LC/FTIR（液相色谱红外光谱联用） PAS/FTIR（光声红外光谱） MIC/FTIR（显微红外光谱）——微量及微区分析
一、仪器类型与结构
色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪，10000－10cm-1）
傅里叶变换红外光谱仪结构框图
干涉仪 样品室 检测器 显示器 光源 计算机 绘图仪
干涉图
FTS
光谱图
傅里叶变换红外光谱仪工作原理图
迈克尔干涉仪工作原理图
பைடு நூலகம்
二、制样方法
1）气体——气体池（高温、高压池等） 2）液体： ①液膜法——难挥发液体（bp>80°C） ②溶液法——液体池 溶剂： CCl4 ，CS2常用。 ①研糊法（液体石腊法、氟化煤油法等）
特征吸收（cm-1） 金属氧化物 SiO2（无定型） ~1100(宽、强），800（弱），470 Al2O3 TiO2 ZnO Fe2O3 900~400（双宽峰、分辨不好） 750 ~550（双宽峰） 550 ~400（三个吸收带、分辨不好） 700 ~500（三个吸收带）
红外吸收光谱分析法
第一节 红外光谱分析基本原理 • 一、概述 • 二、分子中基团的基本振动形式 • 三、影响峰位变化的因素
一、概述
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱
红外光谱图： 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 可以用峰数，峰位， 峰形，峰强来描述。
红外光谱与分子结构
常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000 ∼ 670 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,P等） (2) 2500 ∼ 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区 (3) 1900 ∼ 1500 cm-1 O-H, N-H,双键伸 缩振动区 (4) 1500 ∼ 670 cm-1 X—Y伸缩（除H外） X—H变形振动区
键 双 键 伸 缩 三 氢 和 饱 氢 和 饱 不 氢 泼 活
基团吸收带数据
Ｏ－Ｈ ３６３０ Ｎ－Ｈ ３３５０ Ｐ－Ｈ ２４００ Ｓ－Ｈ ２５７０ ≡ Ｃ－Ｈ ３３３０ Ａr－Ｈ ３０６０ ＝Ｃ－Ｈ ３０２０ －ＣＨ３ ２９６０，２８７０ ＣＨ２ ２９２６，２８５３ －ＣＨ ２８９０ Ｃ ≡ Ｃ ２０５０ Ｃ ≡ Ｎ ２２４０ Ｒ２Ｃ＝Ｏ １７１５ ＲＨＣ＝Ｏ １７２５ Ｃ＝Ｃ １６５０ Ｃ－Ｏ １１００ Ｃ－Ｎ １０００ Ｃ－Ｃ ９００ Ｃ－Ｃ－Ｃ ＜５００ Ｃ－Ｎ－Ｏ ≈５００ Ｈ－Ｃ＝Ｃ－Ｈ ９６０（反） Ｒ－Ａr－Ｈ ６５０－９００ Ｈ－Ｃ－Ｈ １４５０
第三节 红外光谱与分子结构
•一、红外光谱的特征性 •二、有机化合物分子中常见基 团吸收峰 •三、基团吸收带数据 •四、无机化合物特征红外吸收
一、红外光谱的特征性
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— —CH2—CO—O— —CH2—CO—NH— 1715 cm-1 1735 cm-1 1680 cm-1 酮 酯 酰胺
（3）瞬间偶极矩变化大，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； 例2 CO2分子
变化
（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， 泛频峰；
三、影响峰位变化的因素
化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部
二、有机化合物分子中常见基团吸收峰
1． X—H伸缩振动区（4000 ∼
（1）—O—H
2500 cm-1 ）
3650 ∼ 3200 cm-1 确定 醇，酚，酸
在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强 吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
（2）饱和碳原子上的—C—H
—CH3 —CH2— —C—H 2960 cm-1 2870 cm-1 2930 cm-1 2850 cm-1 2890 cm-1 反对称伸缩振动 对称伸缩振动 反对称伸缩振动 对称伸缩振动 弱吸收
变形振动 亚甲基
２．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，
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
（2）峰数 无红外吸收。
峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时，
简正振动与自由度
吸收红外时，多原子分子中各原子按某一频率作简谐或非简 谐振动，这种基本振动称为简正振动。 每一简正振动对应简正振动频率。
三、基团吸收 带数据
指 纹 吸 变 收 带 动 振 形 振 动
常见基团的红外吸收带
=C-H O-H C-H C≡C C=C C-C，C-N，C-O C=O N-O N-N C-F C=N C-H，N-H，O-H 3500 3000 特征区 2500 2000 1500 1000 500 指纹区 C-X
3000 cm-1 以下
（3）不饱和碳原子上的=C—H（≡ C—H ）
苯环上的C—H =C—H ≡ C—H 3030 cm-1 3010 cm-1 3300 cm-1
3000 cm-1 以上
2．双键伸缩振动区(1500 ∼ 1900 cm-1 )
（1） RC=CR’ 1620 ∼ 1680 cm-1 强度弱， R=R’（对称）时，无红外活性。 （2）单核芳烃 的C=C键伸缩振动（1626 ∼ 1650 cm-1 ） 苯衍生物在 1650 ∼ 2000 cm-1 出现 C-H和C=C键的 面内变形振动的 泛频吸收（强度 弱），可用来判 断取代基位置。
简正振动数目，即自由度，用原子在三维空间中相对坐标位 置确定，即3N－6（线性分子3N－5），但并非每个简正振 动都有红外吸收，这是因为简并的存在和选律。 选律：实际和量子理论证明只有能引起瞬间偶极矩变化的简 正振动才有红外活性。 （只有能引起极化律变化的才有拉曼活性） 即：从组成分子的原子数目和对称性可推断分子中有多少简 正振动，有多少简并振动，从而推断哪些有红外、拉曼活性。 反之，从强谱线数可推断分子对称类型，弱谱使问题复杂化
子云分布变化，改变键的力常数，导致谱峰红移或蓝移。吸电子基团使 吸收峰向高频方向移动（蓝移）
R-COR
νC=0 1715cm-1
; ;
R-COH νC=0 1730cm -1 ； R-COF νC=0 1920cm-1 ;
O-H（氢键） S-H P-H
N-H
C≡N
四、无机化合物的特征红外吸收
内振动：原子以共价键相连时产生的振动是分子内发生的。 外振动：单原子离子、多原子离子或中性分子组成晶体时产 生的晶格振动，一般低于400cm－1，是特征的，在远红外区。 离子晶体质点带电，所以晶格振动偶极矩变化大，吸收峰强。 红外一般不能区分结晶水、吸附水和配位水。
（２）空间效应
环张力；共轭键的空间位阻；偶极场效应
C
C
环张力增大导致环内键削弱，而环上键增强
1576cm
-1
C H2 C H2 C H2 C H2
1781cm
-1
1678cm -1 1657cm
-1
1611cm -1 1644cm
-1
1651cm -1
(3) 氢键效应
氢键(分子内氢键；分子间氢键)：对峰位、峰强产 生极明显影响，使伸缩振动频率向低波数方向移动。
R-COCl νC=0 1800cm-1 R-CONH2 νC=0 1928cm-1
ｂ．共轭效应（π－π共轭效应）
O O H3C C CH3 C CH3
O C CH3
O C
1715 cm -1 1685 cm -1
1685 cm -1
1660 cm -1
分子中存在多个π键，耦合成大π键引起π －π共轭，电子云密度平均化， 双键略伸长单键略缩短，双键特征吸收谱峰红移。
4. X－Y伸缩，X－H 变形振动区 <1500 cm-1
指纹区(1500 ∼ 650 cm-1 ) ,较复杂。 C-H，N-H的变形振动； C-O，C-X的伸缩振动； C-C骨架振动等。精细结构的区分。
特 征 吸 收 带 （ 伸 缩 振 动 ） 键 学 化 氢 含
分子的指纹，广泛应用于分子结构和化学组成的研究 谱带位置、强度、形状确定分子空间构型、化学键力 常数、键长、键角 定量：特征峰的强度
1.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； (2) 有瞬间偶极矩变化。 对称分子：没有偶极矩变 化，辐射不能引起共振，无红 外活性。 如：N2、O2、Cl2 等。 非对称分子：有偶极矩变 化，红外活性。 偶极子在交变电场中的作用 示意图
表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型: 力常数: 峰位:
—C≡C — > —C =C — > —C — C — 15 ∼ 17 9.5 ∼ 9.9 4.5 ∼ 5.6 4.5µm 6.0 µm 7.0 µm
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。
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
1 v= = λ 2πc
1
k
µ
= 1307
k
µ
9. 6 = 1307 = 1650cm −1 12 / 2
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
二、分子中基团的基本振动形式 1．两类基本振动形式
伸缩振动 亚甲基：
（3）C=O （1850 ∼ 1600 cm-1 ） 碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。
3．叁键(C ≡C)伸缩振动区(2500 ∼1900 cm-1 )
（1）RC ≡CH （2100 ∼ 2140 cm-1 ） RC ≡CR’ （2190 ∼ 2260 cm-1 ） R=R’ 时，无红外活性 （2）RC ≡N （2100 ∼ 2140 cm-1 ） 非共轭 2240 ∼ 2260 cm-1 共轭 2220 ∼ 2230 cm-1
O R
H NH R
C=O 伸缩 N-H 伸缩 N-H变形
游离 1690 氢键 1650 3500 3400
1620-1590
HN H O
H O O C H 3C O- H
伸缩
1650-1620
OCH 2835
3
HO 3 7 0 5 -3 1 2 5
第二节 红外分光光度计
•一、仪器类型与结构 •二、制样方法 •三、联用技术
3) 固体:
②压片法（碱金属卤化物、聚四氟乙烯等） ③薄膜法
4）无损测试——红外衰减全反射光谱法直接测， 适合于材料表面化学研究
三、联用技术
GC/FTIR（气相色谱红外光谱联用） LC/FTIR（液相色谱红外光谱联用） PAS/FTIR（光声红外光谱） MIC/FTIR（显微红外光谱）——微量及微区分析
一、仪器类型与结构
色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪，10000－10cm-1）
傅里叶变换红外光谱仪结构框图
干涉仪 样品室 检测器 显示器 光源 计算机 绘图仪
干涉图
FTS
光谱图
傅里叶变换红外光谱仪工作原理图
迈克尔干涉仪工作原理图
பைடு நூலகம்
二、制样方法
1）气体——气体池（高温、高压池等） 2）液体： ①液膜法——难挥发液体（bp>80°C） ②溶液法——液体池 溶剂： CCl4 ，CS2常用。 ①研糊法（液体石腊法、氟化煤油法等）
特征吸收（cm-1） 金属氧化物 SiO2（无定型） ~1100(宽、强），800（弱），470 Al2O3 TiO2 ZnO Fe2O3 900~400（双宽峰、分辨不好） 750 ~550（双宽峰） 550 ~400（三个吸收带、分辨不好） 700 ~500（三个吸收带）
红外吸收光谱分析法
第一节 红外光谱分析基本原理 • 一、概述 • 二、分子中基团的基本振动形式 • 三、影响峰位变化的因素
一、概述
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱
红外光谱图： 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 可以用峰数，峰位， 峰形，峰强来描述。
红外光谱与分子结构
常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000 ∼ 670 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,P等） (2) 2500 ∼ 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区 (3) 1900 ∼ 1500 cm-1 O-H, N-H,双键伸 缩振动区 (4) 1500 ∼ 670 cm-1 X—Y伸缩（除H外） X—H变形振动区
键 双 键 伸 缩 三 氢 和 饱 氢 和 饱 不 氢 泼 活
基团吸收带数据
Ｏ－Ｈ ３６３０ Ｎ－Ｈ ３３５０ Ｐ－Ｈ ２４００ Ｓ－Ｈ ２５７０ ≡ Ｃ－Ｈ ３３３０ Ａr－Ｈ ３０６０ ＝Ｃ－Ｈ ３０２０ －ＣＨ３ ２９６０，２８７０ ＣＨ２ ２９２６，２８５３ －ＣＨ ２８９０ Ｃ ≡ Ｃ ２０５０ Ｃ ≡ Ｎ ２２４０ Ｒ２Ｃ＝Ｏ １７１５ ＲＨＣ＝Ｏ １７２５ Ｃ＝Ｃ １６５０ Ｃ－Ｏ １１００ Ｃ－Ｎ １０００ Ｃ－Ｃ ９００ Ｃ－Ｃ－Ｃ ＜５００ Ｃ－Ｎ－Ｏ ≈５００ Ｈ－Ｃ＝Ｃ－Ｈ ９６０（反） Ｒ－Ａr－Ｈ ６５０－９００ Ｈ－Ｃ－Ｈ １４５０
第三节 红外光谱与分子结构
•一、红外光谱的特征性 •二、有机化合物分子中常见基 团吸收峰 •三、基团吸收带数据 •四、无机化合物特征红外吸收
一、红外光谱的特征性
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— —CH2—CO—O— —CH2—CO—NH— 1715 cm-1 1735 cm-1 1680 cm-1 酮 酯 酰胺
（3）瞬间偶极矩变化大，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； 例2 CO2分子
变化
（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， 泛频峰；
三、影响峰位变化的因素
化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部
二、有机化合物分子中常见基团吸收峰
1． X—H伸缩振动区（4000 ∼
（1）—O—H
2500 cm-1 ）
3650 ∼ 3200 cm-1 确定 醇，酚，酸
在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强 吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
（2）饱和碳原子上的—C—H
—CH3 —CH2— —C—H 2960 cm-1 2870 cm-1 2930 cm-1 2850 cm-1 2890 cm-1 反对称伸缩振动 对称伸缩振动 反对称伸缩振动 对称伸缩振动 弱吸收
变形振动 亚甲基
２．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，
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
（2）峰数 无红外吸收。
峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化时，
简正振动与自由度
吸收红外时，多原子分子中各原子按某一频率作简谐或非简 谐振动，这种基本振动称为简正振动。 每一简正振动对应简正振动频率。
三、基团吸收 带数据
指 纹 吸 变 收 带 动 振 形 振 动
常见基团的红外吸收带
=C-H O-H C-H C≡C C=C C-C，C-N，C-O C=O N-O N-N C-F C=N C-H，N-H，O-H 3500 3000 特征区 2500 2000 1500 1000 500 指纹区 C-X
3000 cm-1 以下
（3）不饱和碳原子上的=C—H（≡ C—H ）
苯环上的C—H =C—H ≡ C—H 3030 cm-1 3010 cm-1 3300 cm-1
3000 cm-1 以上
2．双键伸缩振动区(1500 ∼ 1900 cm-1 )
（1） RC=CR’ 1620 ∼ 1680 cm-1 强度弱， R=R’（对称）时，无红外活性。 （2）单核芳烃 的C=C键伸缩振动（1626 ∼ 1650 cm-1 ） 苯衍生物在 1650 ∼ 2000 cm-1 出现 C-H和C=C键的 面内变形振动的 泛频吸收（强度 弱），可用来判 断取代基位置。
简正振动数目，即自由度，用原子在三维空间中相对坐标位 置确定，即3N－6（线性分子3N－5），但并非每个简正振 动都有红外吸收，这是因为简并的存在和选律。 选律：实际和量子理论证明只有能引起瞬间偶极矩变化的简 正振动才有红外活性。 （只有能引起极化律变化的才有拉曼活性） 即：从组成分子的原子数目和对称性可推断分子中有多少简 正振动，有多少简并振动，从而推断哪些有红外、拉曼活性。 反之，从强谱线数可推断分子对称类型，弱谱使问题复杂化