仪器分析：红外吸收光谱分析
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（有一种振动无红外 活性）
例2 水分子 （非对称分子）
14:47:30
§10-5 红外光谱吸收强度
问题：C=O 强；C=C 弱；为什么？
偶极矩变化——结构对称性；
对称性差偶极矩变化大吸收峰强度大
红外吸收光谱用符号表示：s(强)；m(中)；w(弱)
14:47:30
§10-6 红外吸收光谱的特征性
一定官能团对应一定的特征吸收频率，不同的分子中同一 类型基团的振动频率非常接近，把这种振动频率称为基团频率 例： —CH3 吸收峰 3000 2800 cm-1 ； —C=O 吸收峰 1850 1600 cm-1 ；
14:47:30
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
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（2）饱和碳原子上的—C—H
—CH3 2960 cm-1 2870 cm-1 反对称伸缩振动 对称伸缩振动
3000 cm-1 以下
—CH2—
—C—H
2930 cm-1 反对称伸缩振动
2850 cm-1 2890 cm-1 对称伸缩振动 弱吸收
（3）不饱和碳原子上的=C—H（ C—H ）
波 数 σ (cm-1) 4000~400 cm-1
σ（cm-1） ＝1/λ（cm）=104/λ（ m）
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红外光谱的表示方法：
红外光谱以T~或T~σ来表示，下图为苯酚的红外光谱。
λ/ m
T(%)
σ /cm-1
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• 紫外可见吸收光谱
A
λ
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紫外可见吸收光谱 起 源 电子能级跃迁
苯环上的C—H 3030 cm-1
=C—H
C—H
3040 3010 cm-1
3300 cm-1
双原子分子的振动
分子中的原子以平衡点为中心，以非常小的振幅作周 期性振动
类似于弹簧连接的两个小球的简谐振动
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。
m1 伸 缩
m2 伸
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分子振动的频率根据虎克定律计算
C光速
1
k
分子振动方程
2 c
k化学键的力常数，与键能和键长有关，
为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2），单位：g
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根据小球质量和相对原子质量的关系
NA k k 1303 2 c M M
1 2
分子振动方程
M 1M 2 M M1 M 2
例：计算C=O键伸缩振动产生的基频吸收峰的波数， 已知k = 12.1N cm-1 解：
红外吸收光谱分析法
Infrared Absorption Spectroscopy，IR
§10-1 红外吸收光谱概述
红外吸收光谱，分子振动能级跃迁产生（同时伴随转动能 级跃迁）又称为分子振动转动光谱。
14:47:30
习惯上将红外吸收光谱按波长分为远、中、近红外三 个区 红外光谱一般用的是中红外区 中红外区：波 长 λ（ m ） 2.5~25 m
根据各种基团的基团频率来鉴定化合物中存在的基 团以及分子中的相对位置
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• 红外吸收光谱为了便于解析划分为两个区域 • 4000 ~ 1350 cm-1 ：是由伸缩振动产生，吸收峰较稀疏， 鉴定官能团存在的主要区域——基团频率区、官能团区
• 1350 ~ 400 cm-1 ：吸收光谱较复杂，除单键的伸缩振
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1． X—H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ）
（1）—O—H 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。
注意区分 —NH伸缩振动： 3500 3100 cm-1
• 弯曲振动（变形振动） 涉及键角改变，键长不变。
每种振动形式有特定的振动频率，即有相应的红外吸收峰
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Baidu Nhomakorabea
2、基本振动的理论数（P294） 线性分子： 3n-5 例CO2 4个 例H2O 3个
非线性分子：3n-6
理论振动个数（振动自由度）——反应出峰的可能个数
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例1 CO2分子
红外吸收光谱 振动能级跃迁，伴 随转动能级跃迁
又称为
研究 范围 谱图表 示方法
电子光谱
不饱和有机化合物 共轭双键、芳香族 A-
分子振动转动光谱
几乎所有有机化合 物（除He、Ne、 O2、H2等） T~或T~ σ
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§10-2 红外吸收光谱产生的条件
物质分子吸收辐射满足两个条件： (1)辐射具有的能量与产生振动跃迁所需的能量相
12 16 M 6.8 12 16
12.1 1303 1738cm1 6.8
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利用实验得到的键力常数，可以估算各种类型的基频峰的波数 键类型 —CC — 力常数(Ncm-1) 12 18 波数 （cm-1） 2062
—C =C — 8 12 1683
—C － H — 5 2920
k 1303 M
化学键键强越强（即键的力常数K越大），折合相对原子 质量越小，化学键的振动频率越大。
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§10-4 多原子分子的振动
1、分子振动的基本形式
P295 • 伸缩振动： σ表示 原子沿着化学键的方向来回 振动，化学键键长改变，键角不 变。
动外，还有变形振动。能反映分子结构的细微变化——
指纹区
14:47:30
一、基团频率区
基团频率区又分为三个区： 1． 4000 2500 cm-1 X—H伸缩振动区（X=O、N、 C、S） 2． 2500 2000 cm-1 叁键、累积双键伸缩振动区 3． 2000 1500 cm-1 双键伸缩振动区
等——辐射频率和振动频率相等
(2)辐射与物质间有偶合作用（相互作用）——偶 极矩的变化）。
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偶极矩
qd
红外活性 振动有偶极矩变化，有红外活性。如：H2O， HCl, CO2 非红外活性 振动没有偶极矩变化，无红外活性。 如：N2、 O2、Cl2 等。
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§10-3
例2 水分子 （非对称分子）
14:47:30
§10-5 红外光谱吸收强度
问题：C=O 强；C=C 弱；为什么？
偶极矩变化——结构对称性；
对称性差偶极矩变化大吸收峰强度大
红外吸收光谱用符号表示：s(强)；m(中)；w(弱)
14:47:30
§10-6 红外吸收光谱的特征性
一定官能团对应一定的特征吸收频率，不同的分子中同一 类型基团的振动频率非常接近，把这种振动频率称为基团频率 例： —CH3 吸收峰 3000 2800 cm-1 ； —C=O 吸收峰 1850 1600 cm-1 ；
14:47:30
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
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（2）饱和碳原子上的—C—H
—CH3 2960 cm-1 2870 cm-1 反对称伸缩振动 对称伸缩振动
3000 cm-1 以下
—CH2—
—C—H
2930 cm-1 反对称伸缩振动
2850 cm-1 2890 cm-1 对称伸缩振动 弱吸收
（3）不饱和碳原子上的=C—H（ C—H ）
波 数 σ (cm-1) 4000~400 cm-1
σ（cm-1） ＝1/λ（cm）=104/λ（ m）
14:47:30
红外光谱的表示方法：
红外光谱以T~或T~σ来表示，下图为苯酚的红外光谱。
λ/ m
T(%)
σ /cm-1
14:47:30
• 紫外可见吸收光谱
A
λ
14:47:30
紫外可见吸收光谱 起 源 电子能级跃迁
苯环上的C—H 3030 cm-1
=C—H
C—H
3040 3010 cm-1
3300 cm-1
双原子分子的振动
分子中的原子以平衡点为中心，以非常小的振幅作周 期性振动
类似于弹簧连接的两个小球的简谐振动
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。
m1 伸 缩
m2 伸
14:47:30
分子振动的频率根据虎克定律计算
C光速
1
k
分子振动方程
2 c
k化学键的力常数，与键能和键长有关，
为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2），单位：g
14:47:30
根据小球质量和相对原子质量的关系
NA k k 1303 2 c M M
1 2
分子振动方程
M 1M 2 M M1 M 2
例：计算C=O键伸缩振动产生的基频吸收峰的波数， 已知k = 12.1N cm-1 解：
红外吸收光谱分析法
Infrared Absorption Spectroscopy，IR
§10-1 红外吸收光谱概述
红外吸收光谱，分子振动能级跃迁产生（同时伴随转动能 级跃迁）又称为分子振动转动光谱。
14:47:30
习惯上将红外吸收光谱按波长分为远、中、近红外三 个区 红外光谱一般用的是中红外区 中红外区：波 长 λ（ m ） 2.5~25 m
根据各种基团的基团频率来鉴定化合物中存在的基 团以及分子中的相对位置
14:47:30
• 红外吸收光谱为了便于解析划分为两个区域 • 4000 ~ 1350 cm-1 ：是由伸缩振动产生，吸收峰较稀疏， 鉴定官能团存在的主要区域——基团频率区、官能团区
• 1350 ~ 400 cm-1 ：吸收光谱较复杂，除单键的伸缩振
14:47:30
1． X—H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ）
（1）—O—H 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。
注意区分 —NH伸缩振动： 3500 3100 cm-1
• 弯曲振动（变形振动） 涉及键角改变，键长不变。
每种振动形式有特定的振动频率，即有相应的红外吸收峰
14:47:30
Baidu Nhomakorabea
2、基本振动的理论数（P294） 线性分子： 3n-5 例CO2 4个 例H2O 3个
非线性分子：3n-6
理论振动个数（振动自由度）——反应出峰的可能个数
14:47:30
例1 CO2分子
红外吸收光谱 振动能级跃迁，伴 随转动能级跃迁
又称为
研究 范围 谱图表 示方法
电子光谱
不饱和有机化合物 共轭双键、芳香族 A-
分子振动转动光谱
几乎所有有机化合 物（除He、Ne、 O2、H2等） T~或T~ σ
14:47:30
§10-2 红外吸收光谱产生的条件
物质分子吸收辐射满足两个条件： (1)辐射具有的能量与产生振动跃迁所需的能量相
12 16 M 6.8 12 16
12.1 1303 1738cm1 6.8
14:47:30
利用实验得到的键力常数，可以估算各种类型的基频峰的波数 键类型 —CC — 力常数(Ncm-1) 12 18 波数 （cm-1） 2062
—C =C — 8 12 1683
—C － H — 5 2920
k 1303 M
化学键键强越强（即键的力常数K越大），折合相对原子 质量越小，化学键的振动频率越大。
14:47:30
§10-4 多原子分子的振动
1、分子振动的基本形式
P295 • 伸缩振动： σ表示 原子沿着化学键的方向来回 振动，化学键键长改变，键角不 变。
动外，还有变形振动。能反映分子结构的细微变化——
指纹区
14:47:30
一、基团频率区
基团频率区又分为三个区： 1． 4000 2500 cm-1 X—H伸缩振动区（X=O、N、 C、S） 2． 2500 2000 cm-1 叁键、累积双键伸缩振动区 3． 2000 1500 cm-1 双键伸缩振动区
等——辐射频率和振动频率相等
(2)辐射与物质间有偶合作用（相互作用）——偶 极矩的变化）。
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偶极矩
qd
红外活性 振动有偶极矩变化，有红外活性。如：H2O， HCl, CO2 非红外活性 振动没有偶极矩变化，无红外活性。 如：N2、 O2、Cl2 等。
14:47:30
§10-3