第六章 红外光谱分析法(1)PPT课件
合集下载
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
《红外光谱解析方法》课件
确定分子结构 鉴别化合物
反应机理研究 生物大分子研究
红外光谱能够提供分子中官能团 和化学键的信息，有助于确定分 子的结构。
红外光谱可以用于研究化学反应 机理，通过分析反应前后红外光 谱的变化可以推断出反应过程和 机理。
02
红外光谱解析方法分类
Chapter
基线校正法
基线校正法是一种常用的红外光谱解析方法，主要用 于消除基线漂移和噪声干扰，提高光谱的准确性和可
傅里叶变换法
傅里叶变换法是一种通过傅里 叶变换将时域信号转换为频域 信号，从而解析红外光谱的方
法。
傅里叶变换法能够将复杂的光 谱信号分解为多个简单的正弦 波和余弦波的叠加，便于解析
和识别各种成分的特征峰。
傅里叶变换法需要高精度的光 谱仪和计算机硬件，因此成本 较高。
傅里叶变换法的优点是能够准 确解析各种成分的特征峰，适 用于复杂混合物和生物样品的 分析。
《红外光谱解析方法》ppt课件
目录
• 红外光谱解析方法简介 • 红外光谱解析方法分类 • 红外光谱解析步骤 • 红外光谱解析实例 • 红外光谱解析的未来发展
01
红外光谱解析方法简介
Chapter
红外光谱的基本原理
红外光谱的产生
红外光谱是由于分子振动和转动能级跃迁而产生的 ，不同物质具有不同的能级分布，因此红外光谱具 有特征性。
生物大分子的红外光谱解析在研究其结构和功能方面具有 重要作用。通过分析生物大分子的红外光谱，可以了解其 分子结构和分子间的相互作用，进而研究其在生命过程中 的功能和作用机制。例如，在蛋白质的红外光谱中，可以 观察到蛋白质二级结构的信息，这对于研究蛋白质的结构 和功能具有重要意义。
05
红外光谱解析的未来发展
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。
红外光谱分析1
伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动。
13
红外光谱基本原理
• 弯曲振动【面内弯曲振动（面内摇摆, 剪式振动）面外弯曲振动（面外摇摆, 扭曲振动）】原子核在垂至于键轴的 方向上振动，从外形上看如同化学键 弯曲一般，故称之为弯曲振动。又分 为面内弯曲振动（s或（s）面内摇摆, 剪式振动）面外弯曲振动（面外摇摆, 扭曲振动 ）
红外光谱基本原理
• 化学键的振动：1,化学键的振动 在保持整个分子 重心的空间位置不发生变化的前提下，使分子内各 个原子核之间的距离发生周期性变化的运动，称为 化学键的振动。 • 2,化学键振动分类：伸缩振动（对称伸缩振动和不 对称伸缩振动）和弯曲振动【面内弯曲振动（面内 摇摆,剪式振动）面外弯曲振动（面外摇摆,扭曲振 动）】
22
红外光谱基本原理
• 2分子振动的整体性的第二层意思，就是振 动光谱的全貌能反映分子整体结构特征，这 是分子振动光谱不同于紫外可见光谱的一个 显著特点。
ห้องสมุดไป่ตู้
23
红外光谱基本原理
基本振动的理论数
简正振动的数目称为振动自由度，每个振动自由度相当 于红外光谱图上一个基频吸收带。 每种简正振动都有其特定的振动频率，似乎都应有相应的 红外吸收带。实际上，绝大多数化合物在红外光谱图上 出现的峰数远小于理论上计算的振动数，这是由如下原 因引起的： （1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收； （2）相同频率的振动吸收重叠，即简并； （3）仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带 很弱，仪器无法检测； 24 （4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。
（2）红外光谱不破坏样品的结构，对任何样 品的存在状态都适用（气、液、固）。 （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。 所以红外光谱又称为“分子指纹光谱”可鉴定 同分异构体、几何异构体、互变异构体。 （4）分析时间短。一般在10～30min内完成， 如果采用傅立叶变换红外光谱仪在1s以内就可 完成多次扫描。为动力学研究提供了十分有效 地工具。 7
红外吸收光谱法课件
*
红外吸收光谱法
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。
*
红外吸收光谱法
（2）倍频峰： 在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态（υ =0），跃迁至第二振动激发态（υ＝2），第三振动激发态（ υ＝3）…..等等，所产生的吸收峰。这些吸收峰称为倍频峰。 二倍频峰： υ0→2 νL=△u·v＝(2－0) ·v ＝2 v 三倍频峰: υ0→3 νL =△ u·v =(3-0) ·v =3v
*
红外吸收光谱法
4.基频峰数目减少的原因 (1)△μ=0 (2)o=c=o (3)仪器分辨率低 对一些频率很近的吸收峰分不开，一些 弱峰仪器灵敏度低，未捡出。 (4)波长超过了仪器的可测范围。 如 CO2只有两个峰。
*
红外吸收光谱法
图6-6二氧化碳的红外光谱图
*
红外吸收光谱法
*
红外吸收光谱法
2. 产生红外吸收的第二个条件 分子在振动，转动过程中必须有偶极矩 的净变化。即偶极矩的变化△μ≠0
图6～2：偶极子在交变电场中的作用示意图
*
红外吸收光谱法
（1）红外活性 分子振动引起偶极矩的变化，从而产生红外吸收的性质，称为红外活性。其分子称为红外活性分子。相关的振动称为红外活性振动。如H2O ，HCl ，CO为红外活性分子。 （2）非红外活性 若△μ＝0，分子振动和转动时，不引起偶极矩变化。不能吸收红外辐射。即为非红外活性。其分子称为红外非活性分子。如 H2 ，O2 ，N2 ，Cl2….相应的振动称为红外非活性振动。
红外吸收光谱法
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。
*
红外吸收光谱法
（2）倍频峰： 在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态（υ =0），跃迁至第二振动激发态（υ＝2），第三振动激发态（ υ＝3）…..等等，所产生的吸收峰。这些吸收峰称为倍频峰。 二倍频峰： υ0→2 νL=△u·v＝(2－0) ·v ＝2 v 三倍频峰: υ0→3 νL =△ u·v =(3-0) ·v =3v
*
红外吸收光谱法
4.基频峰数目减少的原因 (1)△μ=0 (2)o=c=o (3)仪器分辨率低 对一些频率很近的吸收峰分不开，一些 弱峰仪器灵敏度低，未捡出。 (4)波长超过了仪器的可测范围。 如 CO2只有两个峰。
*
红外吸收光谱法
图6-6二氧化碳的红外光谱图
*
红外吸收光谱法
*
红外吸收光谱法
2. 产生红外吸收的第二个条件 分子在振动，转动过程中必须有偶极矩 的净变化。即偶极矩的变化△μ≠0
图6～2：偶极子在交变电场中的作用示意图
*
红外吸收光谱法
（1）红外活性 分子振动引起偶极矩的变化，从而产生红外吸收的性质，称为红外活性。其分子称为红外活性分子。相关的振动称为红外活性振动。如H2O ，HCl ，CO为红外活性分子。 （2）非红外活性 若△μ＝0，分子振动和转动时，不引起偶极矩变化。不能吸收红外辐射。即为非红外活性。其分子称为红外非活性分子。如 H2 ，O2 ，N2 ，Cl2….相应的振动称为红外非活性振动。
红外光谱图文课件PPT
红外光谱可以监测化学反应过程中分 子结构的动态变化，有助于理解反应 机理。
04
红外光谱实验技术
Байду номын сангаас
样品制备技术
01
02
03
固体样品制备
将样品研磨成粉末，然后 与KBr混合压制成透明片 或与Ge晶片接触测量。
液体样品制备
将液体样品涂在CaF2或 NaCl晶片上，或使用液膜 法测量。
气体样品制备
将气体样品通过吸收池， 利用适当的吸收剂吸收后 进行测量。
红外光谱的表示方法
谱图
红外光谱图是以波长为横坐标，以透 射比或吸光度为纵坐标绘制的图谱。
峰的位置与强度
特征峰与峰带
特征峰是指特定官能团对应的吸收峰， 峰带则是由多个特征峰组成的区域， 可以反映分子中存在的官能团及其结 构特征。
峰的位置表示特定波长的红外光被吸 收，峰的强度则反映该波长下分子振 动的程度。
红外光谱图文课件
目录
• 红外光谱基本概念 • 红外光谱与分子结构的关系 • 红外光谱的应用 • 红外光谱实验技术
01
红外光谱基本概念
红外光谱的产生
分子振动
分子中的原子或分子的振动会产 生能量变化，当这些变化与红外 光相匹配时，光被吸收，形成红 外光谱。
分子振动类型
分子振动主要有伸缩振动和弯曲 振动两种类型，伸缩振动是指原 子沿键轴方向的往复运动，弯曲 振动则是指分子构型的变化。
02
仪器维护
定期对仪器进行校准和维护，确保测量准确性。
03
安全防范措施
了解并遵守实验室安全规定，避免直接接触有毒有害物质；在操作过程
中注意防止气体泄漏和火灾事故的发生；实验结束后，应按照实验室规
定正确处理废弃物。
04
红外光谱实验技术
Байду номын сангаас
样品制备技术
01
02
03
固体样品制备
将样品研磨成粉末，然后 与KBr混合压制成透明片 或与Ge晶片接触测量。
液体样品制备
将液体样品涂在CaF2或 NaCl晶片上，或使用液膜 法测量。
气体样品制备
将气体样品通过吸收池， 利用适当的吸收剂吸收后 进行测量。
红外光谱的表示方法
谱图
红外光谱图是以波长为横坐标，以透 射比或吸光度为纵坐标绘制的图谱。
峰的位置与强度
特征峰与峰带
特征峰是指特定官能团对应的吸收峰， 峰带则是由多个特征峰组成的区域， 可以反映分子中存在的官能团及其结 构特征。
峰的位置表示特定波长的红外光被吸 收，峰的强度则反映该波长下分子振 动的程度。
红外光谱图文课件
目录
• 红外光谱基本概念 • 红外光谱与分子结构的关系 • 红外光谱的应用 • 红外光谱实验技术
01
红外光谱基本概念
红外光谱的产生
分子振动
分子中的原子或分子的振动会产 生能量变化，当这些变化与红外 光相匹配时，光被吸收，形成红 外光谱。
分子振动类型
分子振动主要有伸缩振动和弯曲 振动两种类型，伸缩振动是指原 子沿键轴方向的往复运动，弯曲 振动则是指分子构型的变化。
02
仪器维护
定期对仪器进行校准和维护，确保测量准确性。
03
安全防范措施
了解并遵守实验室安全规定，避免直接接触有毒有害物质；在操作过程
中注意防止气体泄漏和火灾事故的发生；实验结束后，应按照实验室规
定正确处理废弃物。
红外吸收光谱分析(共27张PPT)
这里弹簧的k值就的原子不是静止不动的，原子在其平衡位置做相 对运动，从而产生振动！原子与原子之间的相对运动无非有 两种情况，即：键长发生变化（伸缩振动），键角发生变化 （弯曲振动）
对于双原子分子：没有弯曲振动，只有一个伸缩振动
对于多原子分子来说，包括伸缩振动和弯曲振动。 伸缩振动有对称和不对称伸缩以亚甲基－CH2为例
苯，3N－6＝30种，实际上苯的红外谱图上只有几个吸收峰！ 说明：不单苯，许多化合物在红外谱图上的吸收峰数目要远 小于其振动自由度（理论计算值）。
原因:(1)相同频率的峰重叠（2）频率接近或峰弱，仪器检测
不出（3）有些吸收峰落在仪器的检测范围之外（4）并不是
（2）对于基频峰：偶极矩变化越大的振动，吸收峰越强
②液体试样：溶液法和液膜法。溶液法是将液体试样溶在适当的红 外溶剂中（CS2，CCl4，CHCl3等）然后注入固定池中进行测定。液 膜法是在可拆池两窗之间，滴入几滴试样使之形成一层薄的液膜。
③固体试样：压片法、糊状法和薄膜法。压片法通常按照固体样品和 KBr为1：100研磨，用高压机压成透明片后再进行测定。糊状法就是把 试样研细滴入几滴悬浮剂（石蜡油），继续研磨成糊状然后进行测定 。薄膜法主要用于高分子化合物的测定，通常将试样溶解在沸点低易 挥发的溶剂中，然后倒在玻璃板上，待溶剂挥发成膜后再用红外灯加 热干燥进一步除去残留的溶剂，制成的膜直接插入光路进行测定。
（3）组频峰：振动之间相互作用产生的吸收峰
（4）泛频峰：倍频峰＋组频峰
（5）特征峰：可用于鉴别官能团存在的吸收峰。 （6）相关峰：由一个官能团引起的一组具有相互依存关系 的特征峰
红外光谱可分为基频区和指纹区两大区域
（1）基频区(4000～1350cm-1)又称为特征区或官能团区，其
对于双原子分子：没有弯曲振动，只有一个伸缩振动
对于多原子分子来说，包括伸缩振动和弯曲振动。 伸缩振动有对称和不对称伸缩以亚甲基－CH2为例
苯，3N－6＝30种，实际上苯的红外谱图上只有几个吸收峰！ 说明：不单苯，许多化合物在红外谱图上的吸收峰数目要远 小于其振动自由度（理论计算值）。
原因:(1)相同频率的峰重叠（2）频率接近或峰弱，仪器检测
不出（3）有些吸收峰落在仪器的检测范围之外（4）并不是
（2）对于基频峰：偶极矩变化越大的振动，吸收峰越强
②液体试样：溶液法和液膜法。溶液法是将液体试样溶在适当的红 外溶剂中（CS2，CCl4，CHCl3等）然后注入固定池中进行测定。液 膜法是在可拆池两窗之间，滴入几滴试样使之形成一层薄的液膜。
③固体试样：压片法、糊状法和薄膜法。压片法通常按照固体样品和 KBr为1：100研磨，用高压机压成透明片后再进行测定。糊状法就是把 试样研细滴入几滴悬浮剂（石蜡油），继续研磨成糊状然后进行测定 。薄膜法主要用于高分子化合物的测定，通常将试样溶解在沸点低易 挥发的溶剂中，然后倒在玻璃板上，待溶剂挥发成膜后再用红外灯加 热干燥进一步除去残留的溶剂，制成的膜直接插入光路进行测定。
（3）组频峰：振动之间相互作用产生的吸收峰
（4）泛频峰：倍频峰＋组频峰
（5）特征峰：可用于鉴别官能团存在的吸收峰。 （6）相关峰：由一个官能团引起的一组具有相互依存关系 的特征峰
红外光谱可分为基频区和指纹区两大区域
（1）基频区(4000～1350cm-1)又称为特征区或官能团区，其
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。
红外光谱分析
2024/3/30
10
2024/3/30
11
分子振动的类型
双原子分子振动
2024/3/30
12
分子的两个原子以其平衡点为中心，以 很小的振幅（与核间距相比）作周期性 “简谐”振动，其振动可用经典刚性振动 描述：
( 频率 ) 1 k ................或. (波数 ) 1 k
2024/3/30
27
2024/3/30
28
影响基团频率的因素
电子效应：引起化学键电子分布不均匀的效应。
诱导效应(Induction effect)：取代基电负性—静电 诱导—电子分布改变—k 增加—特征频率增加（移 向高波数）。
共轭效应(Conjugated effect)：电子云密度均化—键 长变长—k 降低—特征频率减小（移向低波数）。
24
叁键及累积双键区（2500~1900cm-1）
叁
CC，CN，C=C=C，C=C=O 等
键 RCCH
2100-2140
及 RCCR’ 2196-2260
R=R’则无红外吸收
累 积 CN
2240-2260
分子中有 N，H，C，峰
（非共轭） 强且锐；
双
2220-2230
有 O 则弱，离基团越近
键
（共轭） 则越弱。
例如：HCl分子k=5.1 mdyn/Å，则HCl的振动频率为：
1307 5.1/[(35.5 1.0) /(35.5 1.0)]
2993cm1 实 测 值 为2 88 5.9cm 1
对于C-H：k=5 mdyn/Å; =2920 cm-1 对于C=C，k=10 mdyn/Å, =1683 cm-1 对于C-C，k=5 mdyn/Å; =1190 cm-1
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
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
常规红外光谱仪器结构简单，价格不贵
样品用量少，可达微克量级
红外光谱主要用于定性分析
但也可用于定量分析
10
➢ 定性: 红外光谱最重要的应用是中红外区 有机化合物的结构鉴定。通过与标准谱图比较， 可以确定化合物的结构；对于未知样品，通过 官能团、顺反异构、取代基位置、氢键结合以 及络合物的形成等结构信息可以推测结构。
12
第一节 红外光谱分析的基本原理
一、概述 二、红外吸收光谱产生的条件 三、分子中基团的基本振动形式 四、红外吸收峰强度
13
一、概述
1. 红外光谱
ΔE 分子
ΔE振动
ΔE转动
h(Δν振动 Δν转动 )
hc / ( λ振动 λ转动 ) ΔE振动 0.05 ~ 1ev,
λ振动 25 ~ 1.25μm
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 （ m ） 和波数1/λ 单位：cm-1 可以用峰数，峰位， 峰形，峰强来描述。
应用：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；
2020/7/30
18
二、红外光谱产生的条件
辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；
ΔE转动 0.005 ~ 0.05ev, λ转动 250 ~ 25μm
E1
υ2 υ1 υ0
E0
分子振动吸收光谱
3
2 1
J
0
3
2 1
J
0
3
2 1
J
0
3
2 1
J
0
分子转动吸收光谱
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。
红外光谱也称分子的振、转动光谱。
作用：有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红
如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁， 有红外活性。
如：非对称分子：有偶极矩，红外活性。 没有偶极矩变化、但是有极化度变化的振动跃迁，有拉曼活性。19
(1) 辐射能应具有能满 足物质产生振动跃 迁所需的能量；
ΔE 分子
ΔE振动
ΔE转动
h(ν振动 ν转动 )
hc /( λ振动 λ转动 )
(2) 辐射与物质间有相互偶合作用，产生偶极炬的变化
没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：
如：单原子分子、同核分子：He、Ne、N2、O2、Cl2、H2 等。 没有红外活性 。
红外吸收光谱法：
分子的振动、转动 基频吸收光谱区
应用最为广泛的红 外光谱区
远红外光谱区：
❖ 气体分子的转动能级跃迁
❖ 液体与固体中重原子的伸 缩振动
❖ 晶体的晶格振动
❖ 某些变角振动、骨架振动异构体的研究
❖ 金属有机化合物、氢键、 吸附现象研究
该光区能量弱,较少用于分析 16
2020/7/30
17
特殊应用
遥测、车载、水下
4
货币真伪鉴别
利用红外光谱 分析了20美元 纸币安德鲁 杰克逊眼睛部 位的黑色油墨 的光谱信息
5
毛发处理历史鉴别
可以鉴别样本主人是否进行过染发、所使用的染发剂
以及是否服用了某些药物
6
对某汽车所宣称的三层 涂料进行验证
7
红外光谱的历史
➢ 1800年英国科学家赫谢尔发现红外线
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。
14
一、概述
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱 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 中红外区 远红外区
2020/7/30
15
2. 红外光谱的区的划分（0.75~1000m）
波谱区 波长/m 波数/ cm-1 跃迁类型
Advance Research FTIR VERTEX 70
Hi-End FTIR IFS66/66v/S IFS125HR/120M
55,000 ~ 4cm-1 117张谱/秒
High Resolution: 0.0007cm-1
EQUINOX55+望远镜:
Etna (Italy)火山监测
3
特殊FT-IR 原位在线
➢ 1936年世界第一台棱镜分光单光束红外光谱仪
制成
➢ 1946年制成双光束红外光谱仪
➢ 60年代制成以光栅为色散元件的第二代红外光
谱仪
➢ 70年代制成傅立叶变换红外光谱仪，使扫描速
度大大提高
➢ 70年代末，出现了激光红外光谱仪，共聚焦显
微红外光谱仪等
8
红外光谱的应用
• 提供聚合物的化学性质、立体结构、构象、序列 状态及取向等许多定性和定量的信息。
第六章 红外光谱法
Infrared absorption spectroscopy，IR
国家生化工程技术研究中心
1
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
总体概述
点击此处输入 相关文本内容
点击此处输入 相关文本内容
2
布鲁克红外光谱仪产品系列
Research FTIR Tensor 27/37
• 鉴定聚合物的主链结构、取代基的种类及位置、 双键位置及分子侧链结构等
• 化学反应机理、材料老化和降解机理等方面的应 用
• 高分子材料中添加剂、助剂成分分析，黏合剂及 涂料中多种组分的分析
9
3. 红外光谱的特点
每种化合物均有红外吸收，有机化合物的红外光 谱能提供丰富的结构信息
任何气态、液态和固态样品均可进行红外光谱测 定，这是其它仪器分析方法难以做到的
➢ 定量: 近年来红外光谱的定量分析应用也 有不少报道,尤其是近红外、远红外区的研究报 告在增加。如近红外区用于含有与C，N，O等 原子相连基团化合物的定量；远红外区用于无 机化合物研究等。
➢ 红外光谱还可作为色谱检测器。
11
主要内容
第一节 红外光谱基本原理 basic principle of Infrared absorption spectroscopy 第二节 红外光谱与分子结构 infrared spectroscopy and molecular structure 第三节 红外光谱仪器 infrared absorption spectrophotometer 第四节 红外谱图解析 analysis of Infrared spectrograph
近红外光
中红外光
0.75~2.5
2.5~50
13333~4000 4000~200
分子振动
远红外光 50~1000 200~10 分子转动
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
样品用量少，可达微克量级
红外光谱主要用于定性分析
但也可用于定量分析
10
➢ 定性: 红外光谱最重要的应用是中红外区 有机化合物的结构鉴定。通过与标准谱图比较， 可以确定化合物的结构；对于未知样品，通过 官能团、顺反异构、取代基位置、氢键结合以 及络合物的形成等结构信息可以推测结构。
12
第一节 红外光谱分析的基本原理
一、概述 二、红外吸收光谱产生的条件 三、分子中基团的基本振动形式 四、红外吸收峰强度
13
一、概述
1. 红外光谱
ΔE 分子
ΔE振动
ΔE转动
h(Δν振动 Δν转动 )
hc / ( λ振动 λ转动 ) ΔE振动 0.05 ~ 1ev,
λ振动 25 ~ 1.25μm
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 （ m ） 和波数1/λ 单位：cm-1 可以用峰数，峰位， 峰形，峰强来描述。
应用：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；
2020/7/30
18
二、红外光谱产生的条件
辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量；
ΔE转动 0.005 ~ 0.05ev, λ转动 250 ~ 25μm
E1
υ2 υ1 υ0
E0
分子振动吸收光谱
3
2 1
J
0
3
2 1
J
0
3
2 1
J
0
3
2 1
J
0
分子转动吸收光谱
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱。
红外光谱也称分子的振、转动光谱。
作用：有机化合物的结构解析的重要工具，根据有机化合物红
如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁， 有红外活性。
如：非对称分子：有偶极矩，红外活性。 没有偶极矩变化、但是有极化度变化的振动跃迁，有拉曼活性。19
(1) 辐射能应具有能满 足物质产生振动跃 迁所需的能量；
ΔE 分子
ΔE振动
ΔE转动
h(ν振动 ν转动 )
hc /( λ振动 λ转动 )
(2) 辐射与物质间有相互偶合作用，产生偶极炬的变化
没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：
如：单原子分子、同核分子：He、Ne、N2、O2、Cl2、H2 等。 没有红外活性 。
红外吸收光谱法：
分子的振动、转动 基频吸收光谱区
应用最为广泛的红 外光谱区
远红外光谱区：
❖ 气体分子的转动能级跃迁
❖ 液体与固体中重原子的伸 缩振动
❖ 晶体的晶格振动
❖ 某些变角振动、骨架振动异构体的研究
❖ 金属有机化合物、氢键、 吸附现象研究
该光区能量弱,较少用于分析 16
2020/7/30
17
特殊应用
遥测、车载、水下
4
货币真伪鉴别
利用红外光谱 分析了20美元 纸币安德鲁 杰克逊眼睛部 位的黑色油墨 的光谱信息
5
毛发处理历史鉴别
可以鉴别样本主人是否进行过染发、所使用的染发剂
以及是否服用了某些药物
6
对某汽车所宣称的三层 涂料进行验证
7
红外光谱的历史
➢ 1800年英国科学家赫谢尔发现红外线
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。
14
一、概述
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱 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 中红外区 远红外区
2020/7/30
15
2. 红外光谱的区的划分（0.75~1000m）
波谱区 波长/m 波数/ cm-1 跃迁类型
Advance Research FTIR VERTEX 70
Hi-End FTIR IFS66/66v/S IFS125HR/120M
55,000 ~ 4cm-1 117张谱/秒
High Resolution: 0.0007cm-1
EQUINOX55+望远镜:
Etna (Italy)火山监测
3
特殊FT-IR 原位在线
➢ 1936年世界第一台棱镜分光单光束红外光谱仪
制成
➢ 1946年制成双光束红外光谱仪
➢ 60年代制成以光栅为色散元件的第二代红外光
谱仪
➢ 70年代制成傅立叶变换红外光谱仪，使扫描速
度大大提高
➢ 70年代末，出现了激光红外光谱仪，共聚焦显
微红外光谱仪等
8
红外光谱的应用
• 提供聚合物的化学性质、立体结构、构象、序列 状态及取向等许多定性和定量的信息。
第六章 红外光谱法
Infrared absorption spectroscopy，IR
国家生化工程技术研究中心
1
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
标题添加
点击此处输入相 关文本内容
总体概述
点击此处输入 相关文本内容
点击此处输入 相关文本内容
2
布鲁克红外光谱仪产品系列
Research FTIR Tensor 27/37
• 鉴定聚合物的主链结构、取代基的种类及位置、 双键位置及分子侧链结构等
• 化学反应机理、材料老化和降解机理等方面的应 用
• 高分子材料中添加剂、助剂成分分析，黏合剂及 涂料中多种组分的分析
9
3. 红外光谱的特点
每种化合物均有红外吸收，有机化合物的红外光 谱能提供丰富的结构信息
任何气态、液态和固态样品均可进行红外光谱测 定，这是其它仪器分析方法难以做到的
➢ 定量: 近年来红外光谱的定量分析应用也 有不少报道,尤其是近红外、远红外区的研究报 告在增加。如近红外区用于含有与C，N，O等 原子相连基团化合物的定量；远红外区用于无 机化合物研究等。
➢ 红外光谱还可作为色谱检测器。
11
主要内容
第一节 红外光谱基本原理 basic principle of Infrared absorption spectroscopy 第二节 红外光谱与分子结构 infrared spectroscopy and molecular structure 第三节 红外光谱仪器 infrared absorption spectrophotometer 第四节 红外谱图解析 analysis of Infrared spectrograph
近红外光
中红外光
0.75~2.5
2.5~50
13333~4000 4000~200
分子振动
远红外光 50~1000 200~10 分子转动
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