7红外吸收光谱
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在有N个原子组成的分子中，每个原子在空间的 位置必须有x，y，z三个坐标来确定，也即每个原子 有3个运动自由度，则由N个原子组成的分子就有了 3N个坐标，有3N个运动自由度。
在分子的3N个运动状态中，可分成3种类型的运 动：分子的平动、转动和振动。
3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度
分子的平动和转动自由度
14 16
分子振动的形式
（1）分子的振动类型
绝大多数的分子是多原子分子，其振动方式显然很复 杂。但可以把它的振动分解为许多简单的基本振动，并依据 振动形式的不同归为二类：
伸缩振动：
原子沿着化学键的方向作来回周期运动。只涉及化学键键
长的变化，不涉及化学键角的变化。分为：对称伸缩振动s
和反对称伸缩振动as
线型
平动
非线型
转动
平动自由度：3个 转动自由度：2个
平动自由度：3个 转动自由度：3个
分子的振动自由度
线型分子振动自由度的数目： 振动自由度=3N－平动自由度的数目： 振动自由度=3N－6
任何一个复杂分子的振动，都可视作由3N－6或 3N－5个简正振动叠加而成。
2、有机物的红外吸收光谱是特征的，没有两种化合 物具有相同的吸收曲线（除光学异构体外），所 以红外光谱最广泛用于有机化合物的鉴定。
3、应用广泛：红外光谱不仅用于物质化学组成分析， 还可用于分子结构的基础研究，如研究测定分子键 长、键角。
4、本方法试样用量少，分析速度快，不破坏样品， 且气、液、固样品均可测定。
光谱表示形式
紫外
A
A吸光度
λ（nm）
红外
T透过率
红外光谱法与紫外吸收光谱的区别：
不同点 光源 起源
适用范围 特色
紫外
红外
紫外可见光
红外光
电子能级跃迁 振动－转动能级 跃迁
定性鉴别及测定 定性鉴别及测定 有机物的结构 有机物的结构
反映生色团、助 反映各个基团的 色团的情况 振动及转动特性
§10－2 红外吸收光谱产生的条件
0.9231
例： C0的红外光谱在2170cm-1 处有一振动吸收 峰，试计算
(1) CO键的力常数为多少? (2) 14C的对应吸收峰应在多少波数处发生?
解：
1 1307
k 2170cm1 12 16
12 16
力常数k=19N/CM
2 1307
19 2080cm1 14 16
1
k
2
k为键力常数，单位 N/cm 为2个小球（原子）折合质量（g）：
m1 m2
m1 m2
1 k 2c
1307
k
可见,影响基本振动频率的直接因素是： 键力常数k和相对原子质量M
某些化学键的力常数
化 学 键 C－C 键 长(Å) 1.54 k(N·cm-1) 4.5
C＝C 1.34 9.6
C≡C C－H 1.20 1.09 15.6 5.0
O－H 0.96 7.7
N－H 1.00 6.4
C＝O 1.22 12.1
例：计算C-H伸缩振动基本吸收峰的频率。
解： 已知 kC-H=5.0N/cm
M 121 0.9231 12 1
1307
5 3042 cm1
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。
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。
一、红外光区的划分
其中应用最广泛的范围为2.5－25μm，即中红外光谱。
红外吸收光谱图
吸收带在光谱图中的位置可用波长（μm）或波数（cm－1）表 示。光谱图的纵坐标，即吸收强度，可用百分透光度或吸光度表 示。
红外吸收光谱产生的条件
分子必须同时满足以下两个条件时，才能产生红外 吸收。
1、分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化
一个分子有多种振动方式，只有使分子偶极 矩发生变化的振动方式，才会吸收特定频率的红 外辐射, 这种振动方式具有红外活性。
1、双原子分子的振动及其振动频率 双原子分子犹如同一根弹簧连接的两个小球，
其质量分别为m1和m2，弹簧的质量忽略不计。当一 外力（相当于红外辐射能）作用于弹簧时，两小球 沿轴心来回振动。
双原子分子的振动 只有一种形式： 即伸缩振动
若将这种振动视作简谐振动，且遵循Hooke 定律，其振动频率可用下式表示：
振动频率： as s
亚甲基
弯曲振动(变形振动)： 使化学键角发生周期性变化的振动，只涉及键角的变化，
不涉及化学键键长的变化。分为： 面内：剪式振动 平面摇摆 面外：非平面摇摆 扭曲振动
亚甲基
（2）多原子分子的振动自由度
多原子分子振动由伸缩振动、弯曲振动以及它们 之间的偶合振动组成。
第十章 红外吸收光谱法 (Infrared Absorption Spectroscopy, IR)
目录
1 红外吸收光谱分析概述 2 红外吸收光谱产生的条件
3
红外光谱仪
4 样品的处理
5 红外光谱法的应用
§10－1 红外吸收光谱分析概述
利用物质的分子对红外辐射的吸收，得到与分 子结构相应的红外光谱图，从而来鉴别分子结构的 方法，称为红外吸收光谱法，简称红外光谱法。红 外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。
由于红外光区波长较长，所以人们描述红外光谱时， 通常使用波数：
(cm1) 1 10 4 (cm) (m)
对中红外光谱（2.5－25μ m） ，相应波数范围为 4000－400cm－1。
红外吸收光谱一般用T~曲线或T~ 波数曲线表示。
红外光谱法的特点：
1、红外吸收光谱吸收峰多,吸收强度低,图形复杂。
分子是否显示红外活性，与分子是否有永久偶 极矩无关。只有单原子分子和同核分子（H2、N2 等）才显示非红外活性。
2、 能量必须匹配
即只有当照射分子的红外辐射频率与分子某 种振动方式的频率相同时，分子吸收能量后，从 基态振动能级跃迁到较高能量的振动能级，从而 在图谱上出现相应的吸收带。
§10－3 分子振动方程 一、 分子振动的形式
振动自由度与红外吸收峰
有一个振动自由度就有一种振动状态，理论上讲 就应在红外谱图上产生相应的一个基频吸收带。
在分子的3N个运动状态中，可分成3种类型的运 动：分子的平动、转动和振动。
3N=平动自由度+转动自由度+振动自由度
分子的平动和转动自由度
14 16
分子振动的形式
（1）分子的振动类型
绝大多数的分子是多原子分子，其振动方式显然很复 杂。但可以把它的振动分解为许多简单的基本振动，并依据 振动形式的不同归为二类：
伸缩振动：
原子沿着化学键的方向作来回周期运动。只涉及化学键键
长的变化，不涉及化学键角的变化。分为：对称伸缩振动s
和反对称伸缩振动as
线型
平动
非线型
转动
平动自由度：3个 转动自由度：2个
平动自由度：3个 转动自由度：3个
分子的振动自由度
线型分子振动自由度的数目： 振动自由度=3N－平动自由度的数目： 振动自由度=3N－6
任何一个复杂分子的振动，都可视作由3N－6或 3N－5个简正振动叠加而成。
2、有机物的红外吸收光谱是特征的，没有两种化合 物具有相同的吸收曲线（除光学异构体外），所 以红外光谱最广泛用于有机化合物的鉴定。
3、应用广泛：红外光谱不仅用于物质化学组成分析， 还可用于分子结构的基础研究，如研究测定分子键 长、键角。
4、本方法试样用量少，分析速度快，不破坏样品， 且气、液、固样品均可测定。
光谱表示形式
紫外
A
A吸光度
λ（nm）
红外
T透过率
红外光谱法与紫外吸收光谱的区别：
不同点 光源 起源
适用范围 特色
紫外
红外
紫外可见光
红外光
电子能级跃迁 振动－转动能级 跃迁
定性鉴别及测定 定性鉴别及测定 有机物的结构 有机物的结构
反映生色团、助 反映各个基团的 色团的情况 振动及转动特性
§10－2 红外吸收光谱产生的条件
0.9231
例： C0的红外光谱在2170cm-1 处有一振动吸收 峰，试计算
(1) CO键的力常数为多少? (2) 14C的对应吸收峰应在多少波数处发生?
解：
1 1307
k 2170cm1 12 16
12 16
力常数k=19N/CM
2 1307
19 2080cm1 14 16
1
k
2
k为键力常数，单位 N/cm 为2个小球（原子）折合质量（g）：
m1 m2
m1 m2
1 k 2c
1307
k
可见,影响基本振动频率的直接因素是： 键力常数k和相对原子质量M
某些化学键的力常数
化 学 键 C－C 键 长(Å) 1.54 k(N·cm-1) 4.5
C＝C 1.34 9.6
C≡C C－H 1.20 1.09 15.6 5.0
O－H 0.96 7.7
N－H 1.00 6.4
C＝O 1.22 12.1
例：计算C-H伸缩振动基本吸收峰的频率。
解： 已知 kC-H=5.0N/cm
M 121 0.9231 12 1
1307
5 3042 cm1
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。
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。
一、红外光区的划分
其中应用最广泛的范围为2.5－25μm，即中红外光谱。
红外吸收光谱图
吸收带在光谱图中的位置可用波长（μm）或波数（cm－1）表 示。光谱图的纵坐标，即吸收强度，可用百分透光度或吸光度表 示。
红外吸收光谱产生的条件
分子必须同时满足以下两个条件时，才能产生红外 吸收。
1、分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化
一个分子有多种振动方式，只有使分子偶极 矩发生变化的振动方式，才会吸收特定频率的红 外辐射, 这种振动方式具有红外活性。
1、双原子分子的振动及其振动频率 双原子分子犹如同一根弹簧连接的两个小球，
其质量分别为m1和m2，弹簧的质量忽略不计。当一 外力（相当于红外辐射能）作用于弹簧时，两小球 沿轴心来回振动。
双原子分子的振动 只有一种形式： 即伸缩振动
若将这种振动视作简谐振动，且遵循Hooke 定律，其振动频率可用下式表示：
振动频率： as s
亚甲基
弯曲振动(变形振动)： 使化学键角发生周期性变化的振动，只涉及键角的变化，
不涉及化学键键长的变化。分为： 面内：剪式振动 平面摇摆 面外：非平面摇摆 扭曲振动
亚甲基
（2）多原子分子的振动自由度
多原子分子振动由伸缩振动、弯曲振动以及它们 之间的偶合振动组成。
第十章 红外吸收光谱法 (Infrared Absorption Spectroscopy, IR)
目录
1 红外吸收光谱分析概述 2 红外吸收光谱产生的条件
3
红外光谱仪
4 样品的处理
5 红外光谱法的应用
§10－1 红外吸收光谱分析概述
利用物质的分子对红外辐射的吸收，得到与分 子结构相应的红外光谱图，从而来鉴别分子结构的 方法，称为红外吸收光谱法，简称红外光谱法。红 外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。
由于红外光区波长较长，所以人们描述红外光谱时， 通常使用波数：
(cm1) 1 10 4 (cm) (m)
对中红外光谱（2.5－25μ m） ，相应波数范围为 4000－400cm－1。
红外吸收光谱一般用T~曲线或T~ 波数曲线表示。
红外光谱法的特点：
1、红外吸收光谱吸收峰多,吸收强度低,图形复杂。
分子是否显示红外活性，与分子是否有永久偶 极矩无关。只有单原子分子和同核分子（H2、N2 等）才显示非红外活性。
2、 能量必须匹配
即只有当照射分子的红外辐射频率与分子某 种振动方式的频率相同时，分子吸收能量后，从 基态振动能级跃迁到较高能量的振动能级，从而 在图谱上出现相应的吸收带。
§10－3 分子振动方程 一、 分子振动的形式
振动自由度与红外吸收峰
有一个振动自由度就有一种振动状态，理论上讲 就应在红外谱图上产生相应的一个基频吸收带。