仪器分析红外分光光度法优秀课件
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v 12 1c k13 k 0 7 131 0 9./6 2 2 716c5 m 10
正己烯中C=C键伸缩振动频 率实测值为1652 cm-1
第二节 基本原理
一、产生红外吸收的条件
1 . 辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需 的跃迁能量相等
红外吸收光谱是分子振动能级跃迁产生的。 因为分子振动能级差为0.05 ~ 1.0eV，比转动 能级差（0.0001 0.05eV）大，因此分子发 生振动能级跃迁时，不可避免地伴随转动能级 的跃迁，因而无法测得纯振动光谱，但为讨论 方便，以双原子分子振动光谱为例，说明红外 光谱产生的条件。
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。此外，还能用于金属有机化合物 （包括络合物）、氢键、吸附现象的研 究。但由于该光区能量弱，除非其它波 长区间内没有合适的分析谱带，一般不 在此范围内进行分析。
红外吸收光谱一般用T - 曲 线或T -（波数）曲线表示。纵坐 标为百分透射比T%，因而吸收峰 向下，向上则为谷；横坐标是波 长（单位为µm ），或（波数） （单位为cm-1）。
而吸收谱带的吸收强度与分子 组成或化学基团的含量有关，可用 以进行定量分析和纯度鉴定。
由于红外光谱分析特征性强，气 体、液体、固体样品都可测定，并具 有用量少，分析速度快，不破坏样品 的特点。因此，红外光谱法不仅与其 它许多分析方法一样，能进行定性和 定量分析，而且是鉴定化合物和测定 分子结构的用效方法之一。
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。
分子振动方程式
任意两个相邻的能级间的能量差为：
E h h k 2
1 1 k 1370 k
2c
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。
表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
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。
偶极子在交变电场中的作 用示意图
（二）分子振动方程式
1．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 V ：化学键的 振动频率； ：振动量子数。
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
化学键键强越强（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。
Leabharlann Baidu
例题: 由表中查知C=C键的K=9.5 9.9 ,令其为 9.6, 计算波数值
仪器分析红外分光光度法优秀课 件
一、概述
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生： 振-转光谱
分子的振动能量比转动能量大， 当发生振动能级跃迁时，不可避免 地伴随有转动能级的跃迁，所以无 法测量纯粹的振动光谱，而只能得 到 分子的振动-转动光谱，这种光 谱称为红外吸收光谱。
红外吸收光谱是一种分子吸收 光谱。
若把双原子分子（A-B）的两个原 子看作两个小球，把连结它们的化学 键看成质量可以忽略不计的弹簧，则 两个原子间的伸缩振动，可近似地看 成沿键轴方向的间谐振动。
由量子力学可以证明，该分子的振动总 能量(E)为：
E = （ +1/2）h
（=0，1，2，）
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 。
二、红外光谱法的特点
紫外、可见吸收光谱常用于研 究不饱和有机物，特别是具有共轭 体系的有机化合物，而红外光谱法 主要研究在振动中伴随有偶极矩变 化的化合物（没有偶极矩变化的振 动在拉曼光谱中出现）。
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。
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。
二、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
（ μm ）
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；
（一）红外光谱产生的条件一
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。
因此，除了单原子和同核分子如 Ne、He、O2、H2等之外，几乎所有的 有机化合物在红外光谱区均有吸收。 除光学异构体，某些高分子量的高聚 物以及在分子量上只有微小差异的化 合物外，凡是具有结构不同的两个化 合物，一定不会有相同的红外光谱。
红外吸收带的波数位置、波峰 的数目以及吸收谱带的强度反映了 分子结构上的特点，可以用来鉴定 未知物的结构组成或确定其化学基 团；
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 - 1000µm ）。
近红外光区的吸收带
（0.75 - 2.5µm ）
正己烯中C=C键伸缩振动频 率实测值为1652 cm-1
第二节 基本原理
一、产生红外吸收的条件
1 . 辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需 的跃迁能量相等
红外吸收光谱是分子振动能级跃迁产生的。 因为分子振动能级差为0.05 ~ 1.0eV，比转动 能级差（0.0001 0.05eV）大，因此分子发 生振动能级跃迁时，不可避免地伴随转动能级 的跃迁，因而无法测得纯振动光谱，但为讨论 方便，以双原子分子振动光谱为例，说明红外 光谱产生的条件。
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。此外，还能用于金属有机化合物 （包括络合物）、氢键、吸附现象的研 究。但由于该光区能量弱，除非其它波 长区间内没有合适的分析谱带，一般不 在此范围内进行分析。
红外吸收光谱一般用T - 曲 线或T -（波数）曲线表示。纵坐 标为百分透射比T%，因而吸收峰 向下，向上则为谷；横坐标是波 长（单位为µm ），或（波数） （单位为cm-1）。
而吸收谱带的吸收强度与分子 组成或化学基团的含量有关，可用 以进行定量分析和纯度鉴定。
由于红外光谱分析特征性强，气 体、液体、固体样品都可测定，并具 有用量少，分析速度快，不破坏样品 的特点。因此，红外光谱法不仅与其 它许多分析方法一样，能进行定性和 定量分析，而且是鉴定化合物和测定 分子结构的用效方法之一。
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。
分子振动方程式
任意两个相邻的能级间的能量差为：
E h h k 2
1 1 k 1370 k
2c
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。
表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
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。
偶极子在交变电场中的作 用示意图
（二）分子振动方程式
1．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 V ：化学键的 振动频率； ：振动量子数。
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
化学键键强越强（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。
Leabharlann Baidu
例题: 由表中查知C=C键的K=9.5 9.9 ,令其为 9.6, 计算波数值
仪器分析红外分光光度法优秀课 件
一、概述
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生： 振-转光谱
分子的振动能量比转动能量大， 当发生振动能级跃迁时，不可避免 地伴随有转动能级的跃迁，所以无 法测量纯粹的振动光谱，而只能得 到 分子的振动-转动光谱，这种光 谱称为红外吸收光谱。
红外吸收光谱是一种分子吸收 光谱。
若把双原子分子（A-B）的两个原 子看作两个小球，把连结它们的化学 键看成质量可以忽略不计的弹簧，则 两个原子间的伸缩振动，可近似地看 成沿键轴方向的间谐振动。
由量子力学可以证明，该分子的振动总 能量(E)为：
E = （ +1/2）h
（=0，1，2，）
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 。
二、红外光谱法的特点
紫外、可见吸收光谱常用于研 究不饱和有机物，特别是具有共轭 体系的有机化合物，而红外光谱法 主要研究在振动中伴随有偶极矩变 化的化合物（没有偶极矩变化的振 动在拉曼光谱中出现）。
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。
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。
二、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
（ μm ）
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；
（一）红外光谱产生的条件一
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。
因此，除了单原子和同核分子如 Ne、He、O2、H2等之外，几乎所有的 有机化合物在红外光谱区均有吸收。 除光学异构体，某些高分子量的高聚 物以及在分子量上只有微小差异的化 合物外，凡是具有结构不同的两个化 合物，一定不会有相同的红外光谱。
红外吸收带的波数位置、波峰 的数目以及吸收谱带的强度反映了 分子结构上的特点，可以用来鉴定 未知物的结构组成或确定其化学基 团；
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 - 1000µm ）。
近红外光区的吸收带
（0.75 - 2.5µm ）