第二章 红外光谱PPT课件

键类型 力常数 峰位
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
4.5m
6.0 m
7.0 m
表 某些键的力常数（毫达因/埃）
2.诱导效应 吸电子基团使吸收峰向高频方向移动
R-COR C=0 1715cm-1 ; R-COCl C=0 1800cm-1 ; F-COF C=0 1928cm-1 ;
3、峰数
理论值为 3n-6或(3n-5) 实际峰数不等于此值。 在红外吸收光谱上除基频峰外，振动能级由基态（ =0）
跃迁至第二激发态（ =2）、第三激发态（ =3），所产生 的吸收峰称为倍频峰
由=0跃迁至=2时， △=2，则L=2，产生的吸收峰称 为二倍频峰。
由=0跃迁至=3时， △=3，产生的吸收峰称为三倍频 峰。其它类推。在倍频峰中，二倍频峰还比较强。三倍频峰 以上，因跃迁几率很小，一般都很弱，常常不能测到。
即物质振动时偶极矩发生改变。
= q ·d
2.1.3 红外光谱的吸收峰强
瞬间偶基距变化大，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；
一般地，极性较强的基团（如C=0，C-X等）振动，吸收 强度较大；极性较弱的基团（如C=C、C-C、N=N等）振动，吸 收较弱。红外光谱的吸收强度一般定性地用很强（vs）、强 （s）、中（m）、弱（w）和很弱（vw）等表示。按摩尔吸光 系数的大小划分吸收峰的强弱等级，具体如下：
=1= 1 2pc
k
= 4.12
k
注：各物理量的单位
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）
发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的 折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。
化学键越强（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。
>100
非常强峰（vs）
20< <100
强峰（s）
10< <20
中强峰（m）
1< <10
弱峰（w）
2.2 影响红外光谱吸收峰的结构因素
化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分 子的内部结构和外部因素影响。相同基团的特征吸 收并不总在一个固定频率上。
1、化学键的强度
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
除此之外，还有合频峰（1+2，21+2，），差频 峰（ 1-2，21-2， ）等，这些峰多数很弱，一般不容 易辨认。
倍频峰、合频峰和差频峰统称为泛频峰。 偶极矩不发生变化的振动不产生红外吸收。
CO2分子
4、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）辐射与物质间有相互偶合作用。
远红外光区吸收带 （25 ~ 1000µm ）是由气体分 子中的纯转动跃迁、振动-转动跃迁、液体和固体中重 原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体 中的晶格振动所引起的。 由于低频骨架振动能灵敏地 反映出结构变化，所以对异构体的研究特别方便。
二、IR光谱的表示方法
红外吸收光谱一般用T ~ 曲线或T ~ （波数）曲线 表示。纵坐标为百分透光度T%，因而吸收峰向下；横 坐标是波长（单位为µm ），或 （波数）（单位为 cm-1）。
R-COH C=0 1730cm -1 ； R-COF C=0 1920cm-1 ; R-CONH2 C=0 1650cm-1 ;
Baidu Nhomakorabea
3、 共轭效应
O H3C C C H3
1715
O C C H3
168 5
O C
1660
4、环张力效应
环外双键、环上羰基随着环张力的增加，波 数增加；环内双键随着环张力的增加，波数 降低。
波长与波数之间的关系为：波数 / cm-1 =104 /（ / µm ）中红外区的波数范围是4000 ~ 400 cm-1 。
2.1.2 分子振动类型
1、两类基本振动形式 1）伸缩振动
2）弯曲振动
2、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。设分子由n个原子组成， 每个原子在空间都有3个自由度，原子在空间的位置可以用直 角坐标中的3个坐标x、y、z表示，因此，n个原子组成的分子 总共应有3n个自由度，即3n种运动状态。但在这3n种运动状 态中，包括3个整个分子的质心沿x、y、z方向平移运动和3个 整个分子绕x、y、z轴的转动运动。这6种运动都不是分子振 动，因此，振动形式应有（3n-6）种。但对于直线型分子， 若贯穿所有原子的轴是在x方向，则整个分子只能绕y、z轴转 动，因此，直线性分子的振动形式为（3n-5）种。
第2章 红外光谱（IR） （infrared spectroscopy）
2.1 红外光谱的基本原理 2.1.1 红外吸收光谱
红外光谱是一种分子光谱 当用一束具有连续波长的红外光照
射一物质时，该物质的分子要吸收 一定波长的红外光的光能，将其转 变为分子的振动能和转动能。
一、红外光区的划分
红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长 范围约为 0.75 ~ 1000µm，根据仪器技术和应用 不同，习惯上又将红外光区分为三个区：近红 外光区（0.75 ~ 2.5µm ），中红外光区（2.5 ~ 25µm ），远红外光区（25 ~ 1000 µm ）。
1576cm-1 1611cm-1 1644cm-1
近红外光区的吸收带（0.75 ~ 2.5µm ）主要 是由低能电子跃迁、含氢原子团（如O-H、N-H 、C-H）伸缩振动的倍频吸收产生。该区的光谱 可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物
，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含 氢原子团化合物的定量分析。
中红外光区吸收带（2.5 ~ 25µm ）是绝大多数 有机化合物和无机离子的基频吸收带（由基态振动 能级（=0）跃迁至第一振动激发态（=1）时，所 产生的吸收峰称为基频峰）。由于基频振动是红外 光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行红外 光谱的定性和定量分析。同时，由于中红外光谱仪 最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量的数 据资料，因此它是应用极为广泛的光谱区。通常， 中红外光谱法又简称为红外光谱法。