第二章红外光谱教学文稿

• 红外吸收：一定波长的红外光照射被研究 物质的分子，若辐射能(h)等于振动基态 (Vo)的能级(E1)与第一振动激发态(V1)的能 级(E2)之间的能量差(E)时，则分子可吸 收能量，由振动基态跃迁到第一振动激发 态(V0 V1)(基频)：
• E = E2 - E1 = h
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分子振动和红外吸收谱带
分子振动方程式
双原子分子的简谐振动及其频率
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
分子的振动能级（量子化）：
E振=（V+1/2）h ：化学键的 振动频率； V ：振动量子数。
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• 使用键的力常数可近似计算出双原子分子化学键的 振动频率。
• 为了简化,可按下列公式近似计算:
E h h k 2
•芳环C=C伸缩振动:1608,1493cm-1;芳环C=C伸缩振动和甲基CH弯曲振动:1462,1449cm-1;芳环=C-H伸缩振动:3021cm-1;甲基CH伸缩振动:2941cm-1;甲基C-H弯曲振动:1376cm-1;苯的1,2-二元 取代:746cm-1
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1.2 分子化学键的振动与能级
②从基态→第二激发态，在比基频高一倍处出现弱 的吸收，即其振动频率近似于基频的两倍 ，由此产生 的吸收叫做倍频吸收 （弱的吸收峰）。
③多原子分子中各种振动间的相互作用→组合频率 ：等于两个或两个以上基本频率的和或差，由此产生 的吸收叫做组频吸收或复合频吸收。
倍频带与合频带统称为泛频带。
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• 远红外区： 25～400 m （400～25 cm-1）
• 红外光的波长常用波数(cm-1)表示。根据1 m = 10-4 cm，得出：波数 = 104/(m)。因此，2.5 m相当于4000 cm-1，而25 m相当于400 cm-1 。红外光谱为中红外区（4000～400 cm-1）的 振动-转动吸收光谱。观测到的分子的红外光谱 是20对20/7/8应于某一振动方式的宽吸收带，而不是一根
在小于3000附近的吸 收峰,是由于C－H键 的伸缩பைடு நூலகம்动而引起的。
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• 分子发生振动能级跃迁需要的能量对应于光波的 红外区域（12500～25cm-1），其中：
• 近红外区： 0.8～2.5 m（12500～4000 cm-1 ）
• 中红外区： 2.5～25 m （4000～400 cm-1）
波数= 10 4
：波长， m
纵坐标：透光率（T/%）或吸光度（A）
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• 分子吸收红外光后，引起辐射光强度的改变 ，由此可记录红外吸收光谱，通常以波长 (m)或波数(cm-1)为横坐标，百分透过率(T %)或吸光度(A)为纵坐标记录。
• 环庚三烯的红外光谱图
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邻二甲苯的红外光谱
• 1.2.1双原子分子的振动
• 可将某一个具体的化学键的振动看作双原子 分子的振动来进行分析。对于双原子分子的 振动，为了便于理解，可以用经典力学来说 明。用不同质量的小球代表原子，用不同硬 度的弹簧（略去质量）代表各种化学键，
• •
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成键双原子间的振动模型
• 把双原子分子称为谐振子。两个原子的伸展 振动视为一种简谐振动，根据虎克（ Hoocke)定律和Newton定律，其振动频率可 由下列公式近似计算：
力常数:
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
ν ：2400 2100 cm-1 1680 1500 cm-1 1300800 cm-1
化学键的键长愈短、键能愈大，K值就愈大，而键的力 常数K越大（即键强越强）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。
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(1)产生红外吸收光谱的条件 一定频率的红外光经过分子时，被分子中 具有相同振动频率的键所吸收，转化为键的振 动能，使键振动的振幅增大。如果分子中没有 相同频率的键，红外光就不被吸收。
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但并非所有振动在红外光谱中都有吸收 带出现，若振动不引起分子偶极矩的变化，则 在红外光谱中观察不到相应的吸收峰。所以产 生红外吸收光谱的必要条件是：
频率
波数
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• C：光速；
• ：原子的折合质量（m1、m2 分别为两 个原子的质量） ， 单位为g ；
•
m1.m2
m1+m2
•
• K：化学键的力常数，单位为:103N/nm 。
• 一些键的伸缩力常数列于下表:
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ν
表 某些键的伸缩力常数(×103N/nm)
键类型: —CC — > —C =C — > —C — C —
νIR = ν振动 振动≠0
一束连续改变波长的红外光照射样品→通 过样品槽的红外光在某些能引起分子振动的波 长（波数）范围内（峰位）被吸收→透光率 ↓→吸收强度（峰强度）↑
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(2)红外光谱的表示方法 用仪器按照波数（或波长）记录透射光强 度（或吸收光强度）→ 红外光谱图 横坐标：波数（cm-1)或波长（ m）
分子振动和红外吸收
分子的振动频率 因为E振动＞E转动，分子 吸收红外光，从低的振动能级向高的振动能级 跃迁时，必然伴随着转动能级的跃迁，所以由 此而产生的红外吸收光谱又称为振动—转动光 谱。
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分子的振动频率包括： ①从基态→第一激发态，所产生的分子振动称为基
本振动，其振动频率称为基本频率，由此产生的吸收 叫做基频吸收 （强的吸收峰）。
1 1 k 1307 k
2c
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• 如，计算C—H（CH3X）的伸缩振动频率： • K = 5； = （12 1）/（12 + 1）；
第二章
红外光谱
(Infrared Spectra, IR)
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第一节
红外光谱基础知识
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1.1 红外光谱
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
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红外光谱
——分子吸收红外光引起的振动能级跃迁和转动能 级跃迁而产生的吸收信号。 (一) 怎样研究IR(基本思路)？ 1、根据谱图波数值找特征吸收。达不到：谱图＝物 质2、不要试图解释每一个吸收峰的含义，以记住价键结 构的特征吸收峰为目的。 3、波数相同，则价键相同，峰形受其他因素影响。