第七章仪器分析法--- 红外吸收光谱法
第一节红外光谱分析基本原理
第一节红外光谱分析基本原理
一、概述
二、红外光谱与有机化合物结构
三、分子中基团的基本振动形式
四、基团频率和基团频率位移
一、概述
红外吸收光谱法又称红外分光光度法。它是利用物质对红外电磁辐射的选择性吸收特性来进行结构分析、定性和定量分析的一种分析方法。
红外光区的划分：
红外光谱位于可见光区和微波光区之间，其波长范围约0.75～1000μm。习惯上将红外光区划分为三个区域。
一、红外光谱的表示方法
波长： （ m）
频率: （Hz），常用波数σ表示, σ＝1/
如 =5 m，其波数为σ=1/5*10-4cm = 2000 cm-1
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。
1.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。
分子的振动能级（量子化）：
E振=（V+1/2）hν
V ：振动量子数,0,1,2,3….
ν：化学键的振动频率；
普朗克恒量h=6.63*10-34 J·S
?第二个条件：辐射与物质间有相互偶合作用。
偶合作用——偶极子具有一定的振动频率，红外光的频率与偶极子振动频率匹配时，才可使振动加大，产生振动能级的跃迁。
即产生红外吸收的条件是：分子在振动过程中的净偶极矩的变化不为0，分子产生红外活性振动，且辐射与分子振动发生能量耦合。
红外活性振动：分子振动产生偶极矩的变化
从而产生红外吸收
红外非活性振动：分子振动不产生偶极矩的变化
不产生红外吸收
对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起偶极矩的变化，无红外活性。如：N2、O2、Cl2等。非对称分子：可产生偶极矩变化，有红外活性如H2O ，HCl ，CO为红外活性分子。
2. 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的振动
(2) 分子振动方程式
对简单的双原子分子，其任意两个相邻的能级间的能量差为：
化学键基本振动频率取决于键两端原子的相对质量和键的力常数
一些化学键的力常数
化学键键能越强，键的力常数k越大，化学键的振动频率越大；原子相对质量越小，化学键的振动频率越大。
（3）基频峰与泛频峰
a）基频峰：
分子吸收一定频率红外线，振动能级从基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰。基频峰强度大——是红外主要吸收峰。
b）泛频峰
倍频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动激发态等高能态时所产生的吸收峰
泛频峰：除基频峰外，包括倍频峰在内的所有可能的跃迁产生的吸收峰称为泛频峰；泛频峰强度较弱，难辨认→却增加了光谱特征性。
三.分子振动形式（分子振动类型、自由度及与吸收光谱的关系）
1. 分子振动类型
1) 伸缩振动：键长改变而键角不变的振动称为伸缩振动。
a 对称伸缩振动：键长同时伸长、同时缩短的振动。
b 不对称伸缩振动：两个键一个伸长，一个缩短的振动。
2）变形振动：键长不变，键角改变的振动称为变形振动，又称变角振动。
a：面内变形振动
b：面外变形振动
每种振动形式都有特定的振动频率；
键长改变的振动需要更大的能量，所以伸缩振动出现在高频区，而变角振动则出现在低频区亚甲基的各种振动形式
2.分子振动的自由度
N个原子组成分子，每个原子都能向X、Y、Z三个坐标方向独立运动，共有3N个独立运动即3N个自由度（包括平动数、振动数、转动数），其中有3个平动自由度。
其中的转动自由度对直线和非直线分子不同：
?非直线性分子：如水分子有3个转动自由度
?直线性分子：2个转动自由度，键轴为轴的转动原子的位置没有改变。不形成转动的自由度。如二氧化碳。
要计算振动自由度，就有
?非直线性分子的振动自由度＝3N-3-3=3N-6
?直线性分子的振动自由度＝3N-3-2=3N-5
* 分子有几个振动自由度，就有几种基本振动形式，就可能产生几种频率的红外吸收。
?每种振动形式都具有特定的振动频率，也就有相应的红外吸收峰；实际上，反映在红外光谱中的吸收峰有时会增多或减少，其原因为：
?泛频峰的存在使光谱更复杂，增加了对分子结构特征性的表征；
?并不是所有分子振动形式都能在红外区观测到；分子的振动能否在光谱中出现及其强度与偶极距变化有关；
?对称性强的分子不出现红外光谱；
?具有相同频率的不同振动形式的吸收峰产生兼并；
?仪器的分辨率及灵敏度影响。
3 ．峰位、峰数与峰强
（1）峰位
峰的波数或波长；化学键的力常数k 越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。
（2）峰数
峰数与分子自由度有关，分子自由度越多，可能产生的吸收峰越多。无偶极距变化时，无红外吸收。
（3 ）峰强：
影响因素
1.迁跃几率，基频峰最大
2.偶极矩的变化大小
?根据量子理论，光谱强度与分子振动时偶极距变化的平方成正比。偶极距变化越大，吸收峰越
强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；
四.基团频率和基团频率位移
1.基团频率：
同一类的基团（化学键）都有其特定的红外吸收，它产生吸收峰的位置就称为基团频率（峰位）。也称为特征吸收频率。对应的吸收峰叫特征吸收峰。
?a.4000～1300cm-1官能团区化学键k 大，强度大，峰宽度大。
?b.1300～600cm-1指纹区(弯曲振动)定性分析主要用指纹区，对结构改变比较敏感。
2.基团频率位移：
同一类基团(化学键) ，由于所处的化学环境不同，其吸收峰的位置在一定的区域内发生移动叫基团频率位移。引起基团频率位移的因素，大致可以分为两类。即内部因素和外部因素。
内部因素：分子结构本身的影响。如诱导效应、共轭效应、氢键效应
外部因素：试样状态、溶剂极性、测定条件的不同会引起频率的位移。
影响基团频率位移的因素
(1)内部因素：
a 诱导效应：吸电子基团使吸收峰向高频方向移动（兰移）。如化学键电子密度增大，k增大，σ增大，向高频移动。
b 共轭效应：
使共轭体系中电子云密度平均化，电子密度→减小，k→减小，σ→减小，向低频移动。
c. 氢键效应
分子内氢键、分子间氢键：对峰位、峰强产生明显影响，使伸缩振动频率向低波数方向移动。
（2）外部因素
试样状态、溶剂极性、测定条件的不同会引起频率的位移。
a.溶剂效应:
与溶质形成氢键，或溶剂极性大,都导致向低频移动。
b.态效应: 试样状态可引起频率位移
气态时C＝O伸缩振动频率最高，非极性溶剂的稀溶液次之，而液态和固态的频率最低
* 同一化合物的气态和液态光谱或液态和固态光谱有很大的差别。查阅标准图谱时，要注意试样状态及制样方法等。
第二节红外分光光度计
一、仪器类型与结构
二、制样方法
一、仪器类型与结构
?两种类型：色散型
?干涉型（付立叶变换红外光谱仪）
色散型红外光谱仪的原理
?主要由5个部分组成,即光源、单色器、检测器、电子放大器和记录机械装置。
色散型红外光谱仪两种工作原理：
?光学零位平衡法
?双光束电比率记录系统。这种记录机构的最大特点是具有高的信噪比。
色散型仪器在红外光谱仪出现后的很长一段时间内一直使用。该仪器的优势是：
?为双光束仪器。使用单光束仪器时，大气中的H2O、CO2在重要的红外区域内有较强的吸收，因此需要一参比光路来补偿，使这两种物质的吸收补偿到零。采用双光束光路可以消除它们的影响，测定时不必严格控制室内的湿度及人数。
?而单色器在样品室之后可以消除大部分散射光而不至于到达检测器。
红外光谱仪的组成
1 . 光源
测定红外吸收光谱，需要能量较小的光源。黑体辐射是最接近理想光源的连续辐射。常见的有：?能斯特灯能斯特灯的材料是稀土氧化物，是用氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结而成的中空棒和实心棒，两端为铂引线。其工作温度为1200-2200K。此种光源在室温下是非导体，高温下导电并发射红外线。需要预先加热并设计电源电路能控制电流强度，以免灯过热损坏。
?碳化硅棒尺寸为50x5mm,工作温度1300-1500K。与能斯特灯相反,碳化硅棒具有正的电阻温度系数,电触点需水冷以防放电。其辐射能量与能斯特灯接近,但在>2000cm-1区域能量输出远大于能斯特灯。
2 . 吸收池
因玻璃、石英等材料不能透过红外光，红外吸收池要用可透过红外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5（TlI 58%，TlBr42%）等材料制成窗片。
用NaCl、KBr、CsI等材料制成的窗片需注意防潮。
固体试样常与纯KBr混匀压片，然后直接进行测定。
3 . 单色器
单色器由色散元件、准直镜和狭缝构成。
色散元件常用复制的闪耀光栅。由于闪耀光栅存在次级光谱的干扰，因此，需要将光栅和用来分离次光谱的滤光器或前置棱镜结合起来使用。
4 . 检测器
常用的红外检测器有真空热电偶、热释电检测器和碲镉汞检测器。
色散型红外光谱仪常用的是真空热电偶；
?是利用不同导体构成回路时的温差电现象，将在红外辐射的接受面产生的温差转变为电位差。Fourier变换红外光谱仪的特点
（1）扫描速度极快
Fourier变换仪器是在整个扫描时间内同时测定所有频率的信息，一般只要1s左右即可。因
此，它可用于测定不稳定物质的红外光谱。
（2）具有很高的分辨率
Fourier变换红外光谱仪分辨率达0.1--0.005 cm-1，而光栅型红外光谱仪分辨率只有0.2cm-1。（3）灵敏度高
反射镜面大，能量损失小，到达检测器的能量大，可检测10-8g数量级的样品。
?光谱范围宽；测量精度高；杂散光干扰小；样品不受因红外聚焦而产生的热效应的影响；特别适合于与气相色谱联机或研究化学反应机理等。
?比较传统红外光谱仪，由于采用狭缝，是色散型仪器的能量受到严格限制，扫描速度慢，灵敏度、分辨率和准确性较低。
Fourier变换红外光谱仪结构特点
?没有色散元件，主要由光源（硅碳棒、高压汞灯）、Michelson干涉仪、检测器、计算机和记录仪组成。
?核心部分为Michelson干涉仪，它将光源来的信号以干涉图的形式送往计算机进行Fourier变换的数学处理，最后将干涉图还原成光谱图。
?它与色散型红外光度计的主要区别在于干涉仪和电子计算机两部分。
傅里叶变换红外光谱仪工作原理图
迈克尔干涉仪工作原理图
二、制样方法
1）气体——气体池
2）液体：
①液膜法——难挥发液体，直接滴在两块盐片间。
②溶液法——封闭的液体池；用于沸点低，挥发性大的试样，液层厚度一般0.01－1mm。
3) 固体:
①研糊法（液体石腊法）
②KBr压片法
③薄膜法
?溶剂的影响：
?CCl4用于4000－1350 cm－1区在1580稍有干扰，CS2在1350－600 cm －1常用；
?为得到吸收全貌时，可用不同溶剂分别测定，也可在参比吸收池用纯溶剂消除干扰。
第三节红外光谱与分子结构
一、红外光谱的特征性
二、有机化合物分子中常见基团吸收峰
三、基团吸收带数据
四、分子的不饱和度
五、红外光谱图谱解析
一、红外光谱的特征性
?与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键振动频率——基团特征频率（特征峰）；
例：
二、有机化合物分子中常见基团吸收峰
（2）不饱和碳原子上的=C—H（≡ C—H ）
（3）饱和碳原子上的—C—H
2．双键伸缩振动区(1200 ~ 1900 cm-1 )
（1）RC=CR’1620 ~ 1680 cm-1
（2）单核芳烃的C=C键伸缩振动（1620 ~ 1450 cm-1）是芳环的骨架振动，其中1600、1500、1450吸收较强
（3 ）C=O （1850 ~ 1600 cm-1）
碳氧双键的特征峰，强度大，峰形尖锐。
3．叁键(C ≡C)伸缩振动区(2500 ~1900 cm-1 )
4. X—Y，X—H 变形振动区< 1650 cm-1
指纹区(1350 ~ 650 cm-1 ) , 较复杂。包括
?C-H，N-H的变形振动；
?C-O，C-X的伸缩振动；
?C-C骨架振动等。
可用于精细结构的区分、物质的鉴定。
三、基团吸收带数据
四、分子的不饱和度
五、红外光谱图谱解析
红外光谱图谱解析
红外光谱图谱解析
红外光谱图谱解析
红外光谱图谱解析
红外光谱图谱解析
?END
傅里叶变换红外光谱仪结构框图
第三章紫外可见吸收光谱法 1人眼能感觉到的可见光的波长范围是（ ）。 A 、400nm ?760nm B 、200nm ?400nm C 、200nm ?600nm D 、360nm ?800nm 2、 在分光光度法中，透射光强度 （I ）与入射光强度（∣0）之比l∕∣0称为（ ）。 A 、吸光度 B 、吸光系数 C 、透光度 D 、百分透光度 3、 符合朗伯-比尔定律的有色溶液在被适当稀释时，其最大吸收峰的波长位置 （ ）。 A 、向长波方向移动 B 、向短波方向移动 C 、不移动 D 、移动方向不确定 4、 对于符合朗伯-比尔定律的有色溶液，其浓度为 C 0时的透光度为 T 0；如果其浓度增大 1 倍，则此溶液透光度的对数为 （ ）。 A 、T 0∕2 B 、2T 0 C 、2lgT 0 D 、0.5lgT 0 5、 在光度分析中，某有色物质在某浓度下测得其透光度为 T ;若浓度增大1倍，则透光度 为 （）。 2 1/2 A 、T B 、T/2 C 、2T D 、T 6、 某物质的摩尔吸光系数很大，则表明 （ ）。 A 、该物质溶液的浓度很大 B 、光通过该物质溶液的光程长 C 、 该物质对某波长的光的吸收能力很强 D 、 用紫外-可见光分光光度法测定该物质时其检出下限很低 7、在用分光光度法测定某有色物质的浓度时，下列操作中错误的是 （ ）。 B 、待测溶液注到比色皿的 2/3高度处 D 、将比色皿透光面置于光路中 B 、吸光度与浓度成正比 D 、玻璃棱镜适用于紫外光区 9、在分光光度分析中，常出现工作曲线不过原点的情况。与这一现象无关的情况有 （ ）。 A 、试液和参比溶液所用吸收池不匹配 B 、参比溶液选择不当 C 、显色反应的灵敏度太低 D 、被测物质摩尔吸光系数太大 10、 质量相等的A 、B 两物质，其摩尔质量 M A > M B O 经相同方式发色后，在某一波长下测 得其吸光度相等，则在该波长下它们的摩尔吸光系数的关系是 （ ）O A A 、 B Pel A, B ZB A B^ — A 、 B 选择题 A 、比色皿外壁有水珠 C 、光度计没有调零 8、下列说法正确的是（ ）。 A 、透光率与浓度成正比
红外吸收光谱法 一．填空题 1．一般将多原子分子的振动类型分为伸缩振动和变形振动,前者又可分为对称伸缩振动和反对称伸缩振动,后者可分为面内剪式振动(δ)、面内摇摆振动(ρ) 和面外摇摆振动(ω)、面外扭曲振动(τ) 。2．红外光区在可见光区和微波光区之间,习惯上又将其分为三个区: 远红外区，中红外区和近红外区 ,其中中红外区的应用最广。 3．红外光谱法主要研究振动中有偶极矩变化的化合物，因此，除了单原子和同核分子等外,几乎所有的化合物在红外光区均有吸收。 4．在红外光谱中,将基团在振动过程中有偶极矩变化的称为红外活性 ,相反则 称为红外非活性的。一般来说,前者在红外光谱图上出现吸收峰。5．红外分光光度计的光源主要有能斯特灯和硅碳棒。 6．基团一OH、一NH；==CH的一CH的伸缩振动频率范围分别出现在 3750—3000 cm-1, 3300—3000 cm-1, 3000—2700 cm-1。 7．基团一C≡C、一C≡N ；—C==O；一C＝N，一C＝C—的伸缩振动频率范围分别出现在 2400—2100 cm-1, 1900—1650 cm-1, 1650—1500 cm-1。 8．4000—1300 cm-1 区域的峰是由伸缩振动产生的，基团的特征吸收一般位于此范围,它是鉴最有价值的区域，称为官能团区；1300—600 cm-1 区域中,当分子结构稍有不同时,该区的吸收就有细微的不同,犹如人的指纹一样,故称为指纹区。 二、选择题 1．二氧化碳分子的平动、转动和振动自由度的数目分别（A） A. 3，2，4 B. 2，3，4 C. 3，4，2 D. 4，2，3 2．乙炔分子的平动、转动和振动自由度的数目分别为（C） A. 2，3，3 B. 3，2，8 C. 3，2，7 D. 2，3，7 4．下列数据中,哪一组数据所涉及的红外光谱区能够包括CH 3CH 2 COH的吸收 带?（D） A. 3000—2700cm-1，1675—1500cm-1，1475—1300cm一1。 B. 3300—3010cm-1，1675—1500cm-1, 1475—1300cm-1。 C. 3300—3010cm-1, 1900—1650cm-l，1000——650cm-1。 D. 3000—2700cm-1, 1900—1650cm-1, 1475——1300cm-1。 1900—1650cm-1为 C==O伸缩振动，3000—2700cm-1为饱和碳氢C—H伸缩振动（不饱和的其频率高于3000 cm-1），1475——1300cm-1为C—H变形振动（如—CH 3 约在1380—1460cm-1）。
红外吸附光谱法的学习 吸附研究方法多种多样，经典的方法有吸热法，比表面积，吸附等温线等。近代研究方法增加了红外光谱法，表面电压法，紫外光电子能谱等多个新研究方法技术。我主要对红外吸附光谱法进行了学习。 红外吸附法可提供吸附质及吸附剂—固体键的资料。通过吸附质在吸附前后红外吸收光谱地位移，考察表面吸附情况。不同的振动频率代表了吸附分子中不同的原子和表面成键。该方法有助于区别物理吸附和化学吸附。物理吸附靠范德华力，一般只能观察到谱带位移，不产生新谱带；而化学吸附形成新的化学键，能出现新谱带。该方法还能确定化学吸附分子的构型，如采用红外光谱测定CO在Pd上的吸附构型，表明覆盖率增加直线式结构增强。下面将具体介绍利用红外光谱仪测定CO在Pd/ Al 2O3 催化剂及载体上的吸附性能。 实验用催化剂系将一定浓度的含活性组分的混合溶液,浸渍于载体,然后经干燥、还原和活化而成。在红外测定前,将样品充分还原后,研磨成小颗粒,置于可用于吸附态测定的漫反射池中。采用 NaCl 做吸收池窗片。首先在高纯氮气吹扫下以 2 ℃ / mi n 的升温速率升至 180 ℃脱气,跟踪记录样品表面脱附情况 , 直至观测到的红外光谱图基本不变化。降至室温后切换为 CO 吸附气,并开始跟踪记录红外光谱图的变化。为防止催化剂表面吸附的物质对下次实验造成影响,每次实验均更换为新鲜催化剂。 首先是CO在载体Al2O3上吸附的红外光谱。众所周知 ,载体的作用不仅是稀释、支撑、分散金属活性组分 ,而且也具有明显的吸附剂特征。图 1 为 120 ℃时 CO 在载体Al2O3上吸附的红外-光谱图。从图 1 中可以看出 , CO 在Al2O3表面上有 HCOO-的形成 ( 1600 cm-1、 1383 cm-1) ,这是由于在Al2O3表面上存在不同的表面OH-可与-吸附在载体上的 CO 生成羧基等表面吸附态 , 即CO + O H-→ HCOO-。另外 , 在Al2O3上不可避免地会吸附少量的水 , 也可促进 HCOO-的生成。从图1还可发现 , 在Al2O3上有少量吸附态HCO3-的生成( 1465 cm-1,1254 cm-1)。 比较不同温度下 CO 在Al2O3上吸附的红外光谱 , 如图 2 所示 , 在室温时 , 可以发现少量的HCO3-吸收峰 ( 1656 cm-1、 1465 cm-1和1254cm-1 ,随着温度升高 , HCO3-吸收峰强度逐-渐减弱。温度至 100 ℃时 ,在 1600 cm-1处出现了一个新峰 , 且随温度的升高而逐渐增强。同时 ,1383 cm-1峰附近的 1349 cm-1处峰也随温度升-高逐渐增大 , 到100 ℃时强度已明显超出 1383cm-1处峰。 1600 cm-1和 1383 cm-1峰分别对应于HCOO-的不对称和对称伸缩振动 , 这说明HCO3-在升温过程中转变为 HCOO-, 至 120 ℃-时催化剂表面只有少量的HCO3-吸附态。 其次是CO 在催化剂Pd表面上吸附的红外光谱研究。图 3 为反应温度 120 ℃时 CO 在 Pd/ Al2O3催-化剂表面上吸附的红外光谱图。图 3 中的 2176cm-1、 2116 cm-1-处峰为
仪器分析实验有机化合物的红外光谱分析 2015年4月21日 有机化合物的红外光谱分析 开课实验室：环境资源楼312 【实验目的】 1、初步掌握两种基本样品制备技术及傅里叶变换光谱仪器的简单操作； 2、通过谱图解析及网上标准谱图的检索，了解由红外光谱鉴定未知物的一般过程； 3、掌握有机化合物红外光谱测定的制样方法，回顾基础有机化学光谱的相关知识。 【基本原理】 ? 原理概述：物质分子中的各种不同基团，在有选择地吸收不同频率的红外辐射后，发生振动能级之间的跃迁，形成各自独特的红外吸收光谱。据此，可对物质进行定性和定量分析。特别是对化合物结构的鉴定，应用更为广泛。 ? 红外吸收法： 类型：吸收光谱法； 原理：电子的跃迁：电子由于受到光、热、电等的激发，从一个能级转移到另一个能级的现象。这是因为分 子中的电子总是处在某一种运动状态中，每一种状态都具有一定的能量，属于一定的能级。当这些电子有选择地吸收了不同频率的红外辐射的能量，发生振动能级之间的跃迁，形成各自独特的红外吸收光谱。据此，可对化合物进行定性和定量分析； 条件：分子具有偶极矩。 【仪器与试剂】 1、仪器： 傅里叶变换红外光谱仪（德国Bruker公司，TENSOR 27型; 美国Thermo Fisher 公司， Nicolet 6700型）；压片机； 玛瑙研钵； 红外灯。 2、试剂：NaCl窗片、KBr晶体，待分析试样液体及固体。 【实验步骤】 1、样品制备 （1）固体样品：KBr压片法 在玛瑙研钵将KBr晶体充分研磨后加入其量5%左右的待测固体样品，混合研磨直至均匀。在一个具有抛光面的金属模具上放一个圆形纸环，用刮勺将研磨好的
红外吸收光谱法 一、选择题 1. CH 3—CH 3的哪种振动形式是非红外活性的（1） （1）υC-C （2）υC-H （3）δasCH （4）δsCH 2. 化合物中只有一个羰基，却在1773cm -1和1736 cm -1处出现两个吸收峰，这是 因为（3） （1）诱导效应 （2）共轭效应 （3）费米共振 （4）空间位阻 3. 一种能作为色散型红外光谱仪的色散元件材料为（4） （1）玻璃 （2）石英 （3）红宝石 （4）卤化物晶体 4. 预测H 2S 分子的基频峰数为（2） （1）4 （2）3 （3）2 （4）1 5. 下列官能团在红外光谱中吸收峰频率最高的是（4） （1） （2）—C ≡C — （3） （4）—O —H 二、解答及解析题 1. 把质量相同的球相连接到两个不同的弹簧上。弹簧B 的力常数是弹簧A 的力常数的两倍，每个球从静止位置伸长1cm ，哪一个体系有较大的势能。 答：M h hv E k 2π= = ;所以B 体系有较大的势能。 2. 红外吸收光谱分析的基本原理、仪器，同紫外可见分光光度法有哪些相似和不同之处？ 答： 红外 紫外 基本原理 当物质分子吸收一定波长的光能，能引起分子振动和转动的能及跃迁，产生的吸收光谱一 般在中红外区，称为红外光谱 当物质分子吸收一定波长的光能，分子外层电子或分子轨道电子由基态跃迁到激发态，产生的吸收光 谱一般在紫外-可见光区。 仪器 傅立叶变换红外光谱仪 紫外可见光分光光度计 相同：红外光谱和紫外光谱都是分子吸收光谱。 不同：紫外光谱是由外层电子跃迁引起的。电子能级间隔一般约为1~20eV; 而红外光谱是分子的振动能级跃迁引起的，同时伴随转动能级跃迁，一般振动能级间隔约为0.05~1eV 。
仪器分析实验报告 实验名称：红外光谱分析（IR）实验学院：化学工程学院 专业：化学工程与工艺 班级：化工112 姓名：王文标学号11402010233 指导教师：张宗勇 日期：2014.4.29
一、 实验目的 1、掌握溴化钾压片法制备固体样品的方法； 2、学习并掌握美国尼高立IR-6700型红外光谱仪的使用方法； 3、初步学会对红外吸收光谱图的解析。 二、实验原理 红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。波长在0.75～1000μm 。通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在0.75～2.5μm （波数在13300～4000cm -1），又称泛频区；中红外区：波长在 2.5～50μm （波数在4000～200cm -1），又称振动区；远红外区：波长在50～1000μm （波数在200～10cm -1），又称转动区。其中中红外区是研究、应用最多的区域。 红外区的光谱除用波长λ表征外，更常用波数σ表征。波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。其关系式为： )(10)(4 1 cm cm λσ=- 作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为“分子指纹”。它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。它也不受熔点、沸点和蒸气压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。而作为红外光谱的测定工具-红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜，最常用于工业及实验研究领域，如医药鉴别，人造皮革中异氰酸酯基确定等等。因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。 根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振动的形式。因此，特征吸收谱带的数目、位置、形状及强度取决于分子中各基团（化学键）的振动形式和所处的化学环境。只要掌握了各种基团的振动频率（基团频率）及其位移规律，即可利用基团振动频率与分子结构的关系，来确定吸收谱带的归属，确定分子中所含的基团或键，并进而由其特征振动频率的位移、谱带强度和形状的改变，来推定分子结构。 红外光谱仪可分为色散型和干涉型。色散型红外光谱仪又有棱镜分光型和光栅分光型，干涉型为傅立叶变换红外光谱仪（FTIR ），最主要的区别是FTIR 没
红外吸收光谱法习题 一、填空题 1. 在分子的红外光谱实验中,并非每一种振动都能产生一种红外吸收带,常常是实际吸收带比预期的要少得多。其原因是(1)_______; (2)________; (3)_______; (4)______。 2.乳化剂OP-10的化学名称为:烷基酚聚氧乙烯醚, 化学式: IR谱图中标记峰的归属:a_____, b____, c______, d____。 3.化合物的红外光谱图的主要振动吸收带应为: (1)3500～3100 cm-1处,有 ___________________振动吸收峰 (2)3000～2700 cm-1处,有 ___________________振动吸收峰 (3)1900～1650 cm-1处,有 ___________________振动吸收峰 (4)1475～1300 cm-1处,有 ___________________振动吸收峰 4.在苯的红外吸收光谱图中 (1) 3300～3000cm-1处,由________________________振动引起的吸收峰 (2) 1675～1400cm-1处,由________________________振动引起的吸收峰 (3) 1000～650cm-1处,由________________________振动引起的吸收峰 二、选择题 分子在红外光谱图上基频吸收峰的数目为 ( ) 1. Cl 2 (1) 0 (2) 1 (3) 2 (4) 3 2.下列关于分子振动的红外活性的叙述中正确的是 ( ) (1)凡极性分子的各种振动都是红外活性的,非极性分子的各种振动都不是红外活性的 (2)极性键的伸缩和变形振动都是红外活性的 (3)分子的偶极矩在振动时周期地变化,即为红外活性振动 (4)分子的偶极矩的大小在振动时周期地变化,必为红外活性振动,反之则不是 4.用红外吸收光谱法测定有机物结构时,试样应该是 ( ) (1)单质 (2)纯物质 (3)混合物 (4)任何
第三章红外吸收光谱分析 3.1概述 3.1.1红外吸收光谱的基本原理 红外吸收光谱法又称为分子振动转动光谱，属于分子光谱的范畴，是有机物结构分析的重要方法之一。当一定频率的红外光照射分子时，若分子中某个基团的振动频率和红外辐射的频率一致，两者产生共振，光的能量通过分子偶极矩的变化传递给分子，该基团就吸收了这个频率的红外光，产生振动能级跃迁；如果红外辐射的频率和分子中各基团的振动能级不一致，该频率的红外光将不被吸收。如果用频率连续变化的红外光照射某试样，分子将吸收某些频率的辐射，引起对应区域辐射强度的减弱，用仪器以吸收曲线的形式记录下来，就得到该试样的红外吸收光谱，稀溶液谱带的吸光度遵守Lambert-Beer定律。 图3-1为正辛烷的红外吸收光谱。红外谱图中的纵坐标为吸收强度，通常用透过率或吸光度表示，横坐标以波数或波长表示，两者互为倒数。图中的各个吸收谱带表示相应基团的振动频率。各种化合物分子结构不同，分子中各个基团的振动频率不同。其红外吸收光谱也不同，利用这一特性，可进行有机化合物的结构分析、定性鉴定和定量分析。 图3-1 正辛烷的红外光谱图 几乎所有的有机和无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一些同系物外，结构不同的两个化合物，它们的红外光谱一定不会相同。吸收谱带出现的频率位置是由分子振动能级决定，可以用经典力学(牛顿力学)的简正振动理论来说明。吸收谱带的强度则主要取决于振动过程中偶极矩的变化和能级跃迁的概率。也就是说，红外光谱中，吸收谱带的位置、形状和强度反映了分子结构的特点，而吸收谱带的吸收强度和分子组成或官能团的含量有关。
第十章红外吸收光谱法 10．1教学建议 一、从应用实例入手，介绍红外吸收光谱法的基本原理和红外光谱仪结构特征。 二、依据红外谱图确定有机化合物结构,推断未知物的结构为目的,介绍红外光谱分析方法在定性及定量分析的方面的应用。 10．2主要概念 一、教学要求： （一）、掌握红外吸收光谱法的基本原理； （二）、掌握依据红外谱图确定有机化合物结构,推断未知物的结构方法； （三）、了解红外光谱仪的结构组成与应用。 二、内容要点精讲 （一）基本概念 红外吸收光谱——当用红外光照射物质时，物质分子的偶极矩发生变化而吸收红外光光能，有振动能级基态跃迁到激发态（同时伴随着转动能级跃迁），产生的透射率随着波长而变化的曲线。 红外吸收光谱法——利用红外分光光度计测量物质对红外光的吸收及所产生的红外光谱对物质的组成和结构进行分析测定的方法，称为红外吸收光谱法。 振动跃迁——分子中原子的位置发生相对运动的现象叫做分子振动。不对称分子振动会引起分子偶极矩的变化，形成量子化的振动能级。分子吸收红外光从振动能级基态到激发态的变化叫做振动跃迁。 转动跃迁——不对称的极性分子围绕其质量中心转动时，引起周期性的偶极矩变化，形成量子化的转动能级。分子吸收辐射能（远红外光）从转动能级基态到激发态的变化叫做转动跃迁。 伸缩振动——原子沿化学键的轴线方向的伸展和收缩的振动。 弯曲振动——原子沿化学键轴线的垂直方向的振动，又称变形振动，这是键长不变，键角发生变化的振动。 红外活性振动——凡能产生红外吸收的振动，称为红外活性振动，不能产生红外吸收的振动则称为红外非活性振动。 诱导效应——当基团旁边连有电负性不同的原子或基团时，通过静电诱导作用会引起分子中电子云密度变化，从而引起键的力常熟的变化，使基团频率产生位移的现象。 共轭效应——分子中形成大 键使共轭体系中的电子云密度平均化，双键力常数减小，使基团的吸收频率向低波数方向移动的现象。 氢键效应——氢键使参与形成氢键的原化学键力常数降低，吸收频率将向低波数方向移动的现象。 溶剂效应——由于溶剂（极性）影响，使得吸收频率产生位移现象。 基团频率——通常将基团由振动基态跃迁到第一振动激发态所产生的红外吸收频率称为基团频率，光谱上出现的相应的吸收峰称为基频吸收峰，简称基频峰。 振动偶合——两个相邻基团的振动之间的相互作用称为振动偶合。 基团频率区——红外吸收光谱中能反映和表征官能团（基团）存在的区域。 指纹区——红外吸收光谱中能反映和表征化合物精细结构的区域。
第8章红外光谱分析法 教学时数：6学时 教学要求： 1、理解产生红外吸收的条件。 2、了解分子的振动类型，红外光谱中吸收峰增减的原因。 3、理解影响吸收峰的位置、峰数、峰强的主要因素。 4、掌握基团频率和特征吸收峰，主要有机化合物的红外吸收光谱特征。 5、理解影响基团频率位移的因素 6、掌握红外吸收光谱法的定性、定量方法。 7、了解红外光谱的构造与红外制样技术。 教学重点与难点： 重点：红外吸收的条件，影响吸收峰强度的因素，基团频率和特征吸收峰，典型有机化合物的红外光谱主要特征，定性分析。 难点：分子的振动，影响基团频率的因素，结构推断。 §8-1 概述 一、分子光谱与红外光区的划分 E分子= E电子+E振动+ E转动 其中E电子属于紫外，可见研究的范围，分子的振动，转动光谱属于红
外光谱研究的范围。其波长范围约为0.75—1000nm 根据仪器技术及应用不同，习惯上把红外光谱分成三个区： 1、近红外区（λ=0.75—2.5μm ） 主要低能电子跃迁，含氢原子团的倍频吸收，用于研究稀土及其它过渡金属化合物，含氢（-OH 、N-N 、C-H ）原子团的吸收 2、中红外区（λ=2.5 —25μm ） 大多有机化合物及无机离子的基频吸收带出现在该光区，主要由分子的振动和转动跃迁引起的，最适用于定性定量分析，且仪器及分析测试技术最成熟。 3、远红外区（λ= 25—1000μm ） 主要是分子的纯转动能级跃迁以及晶体振动很少应用。红外光谱中一般以波数表示谱带的位置，而不是用波长 σ（cm 1-）=) (1cm λ 二、 红外光谱研究的对象及特点 1、研究对象： 红外光谱是振动—转动光谱，但它只能研究震动中伴有偶极矩变化的化合物。 极性分子 有偶极矩变化—红外 μ≠0
第十二章 红外吸收光谱法 思考题和习题 8.如何利用红外吸收光谱区别烷烃、烯烃及炔烃？ 烷烃主要特征峰为2 3 3 ,,,CH s CH as CH H C δδδν-，其中νC-H 峰位一般接近3000cm -1又低于3000cm -1 。 烯烃主要特征峰为H C C C H C -==-=γνν,,，其中ν=C-H 峰位一般接近3000cm -1又高于3000cm -1 。νC=C 峰位约在1650 cm -1。H C -=γ是烯烃最具特征的峰，其位置约为1000-650 cm -1。 炔烃主要特征峰为H C C C H C -≡≡-≡γνν,,，其中H C -≡ν峰位在3333-3267cm -1 。C C ≡ν峰位在 2260-2100cm -1，是炔烃的高度特征峰。 9.如何在谱图上区别异丙基及叔丁基？ 当两个或三个甲基连接在同一个C 上时，则吸收峰s CH 3 δ分裂为双峰。如果是异丙基，双峰分别 位于1385 cm -1和1375 cm -1左右，其峰强基本相等。如果是叔丁基，双峰分别位于1365 cm -1 和1395 cm -1左右，且1365 cm -1峰的强度约为1395 cm -1的两倍。 10.如何利用红外吸收光谱确定芳香烃类化合物？ 利用芳香烃类化合物的主要特征峰来确定： 芳氢伸缩振动（ =C-H ），3100~3000cm -1 (通常有几个峰) 泛频峰2000~1667cm -1 苯环骨架振动（ c=c ），1650-1430 cm -1，~1600cm -1及~1500cm -1 芳氢面内弯曲振动（β=C-H ），1250~1000 cm -1 芳氢面外弯曲振动（ =C-H ），910~665cm -1 14．试用红外吸收光谱区别羧酸、酯、酸酐。 羧酸的特征吸收峰为v OH 、v C=O 及OH 峰。v OH （单体）~3550 cm -1 (尖锐)，v OH (二聚体)3400~2500(宽而散)，v C=O (单体)1760 cm -1 (S)，v as C=O (二聚体)1710~1700 cm -1 (S)。羧酸的 OH 峰位在955～915 cm -1 范围内为一宽谱带，其形状较独特。 酯的特征吸收峰为v C=O 、v c-o-c 峰，具体峰位值是：v C=O ~1735cm -1 (S)；v c-o-c 1300~1000cm -1 (S)。v as c-o-c
第三章紫外可见吸收光谱法 一、选择题 1、人眼能感觉到的可见光的波长范围就是()。 A、400nm～760nm B、200nm～400nm C、200nm～600nm D、360nm～800nm 2、在分光光度法中,透射光强度(I)与入射光强度(I0)之比I/I0称为( )。 A、吸光度 B、吸光系数 C、透光度 D、百分透光度 3、符合朗伯-比尔定律的有色溶液在被适当稀释时,其最大吸收峰的波长位置( )。 A、向长波方向移动 B、向短波方向移动 C、不移动 D、移动方向不确定 4、对于符合朗伯-比尔定律的有色溶液,其浓度为c0时的透光度为T0;如果其浓度增大1倍,则此溶液透光度的对数为( )。 A、T0/2 B、2T0 C、2lgT0 D、0、5lgT0 5、在光度分析中,某有色物质在某浓度下测得其透光度为T;若浓度增大1倍,则透光度为( )。 A、T2 B、T/2 C、2T D、T1/2 6、某物质的摩尔吸光系数很大,则表明( )。 A、该物质溶液的浓度很大 B、光通过该物质溶液的光程长 C、该物质对某波长的光的吸收能力很强 D、用紫外-可见光分光光度法测定该物质时其检出下限很低 7、在用分光光度法测定某有色物质的浓度时,下列操作中错误的就是( )。 A、比色皿外壁有水珠 B、待测溶液注到比色皿的2/3高度处 C、光度计没有调零 D、将比色皿透光面置于光路中 8、下列说法正确的就是( )。 A、透光率与浓度成正比 B、吸光度与浓度成正比 C、摩尔吸光系数随波长而改变 D、玻璃棱镜适用于紫外光区 9、在分光光度分析中,常出现工作曲线不过原点的情况。与这一现象无关的情况有( )。 A、试液与参比溶液所用吸收池不匹配 B、参比溶液选择不当 C、显色反应的灵敏度太低 D、被测物质摩尔吸光系数太大 10、质量相等的A、B两物质,其摩尔质量M A＞M B。经相同方式发色后,在某一波长下测得其吸光度相等,则在该波长下它们的摩尔吸光系数的关系就是( )。 A、εA＞εB B、εA＜εB C、εA=εB D、2εA＞εB 11、影响吸光物质摩尔吸光系数的因素就是( )。 A、比色皿的厚度 B、入射光的波长
红外吸收光谱法 第六章红外吸收光谱法 一、选择题 1.在含羰基的分子中，增加羰基的极性会使分子中该键的红外吸收带 ( ) (1) 向高波数方向移动 (2) 向低波数方向移动 (3) 不移动 (4) 稍有振动 2. 红外吸收光谱的产生是由于 ( ) (1) 分子外层电子、振动、转动能级的跃迁 (2) 原子外层电子、振动、转动能级的跃迁 (3) 分子振动-转动能级的跃迁 (4) 分子外层电子的能级跃迁 3. 色散型红外分光光度计检测器多用 ( ) (1) 电子倍增器 (2) 光电倍增管 (3) 高真空热电偶 (4) 无线电线圈 4.一种能作为色散型红外光谱仪色散元件的材料为 ( ) (1) 玻璃 (2) 石英 (3) 卤化物晶体 (4) 有机玻璃 -15.一个含氧化合物的红外光谱图在3600,3200cm有吸收峰, 下列化合物最可能 的是 ( ) (1) CH,CHO (2) CH,CO-CH 333 (3) CH,CHOH-CH (4) CH,O-CH-CH 33 323 6. Cl分子在红外光谱图上基频吸收峰的数目为 ( ) 2
(1) 0 (2) 1 (3) 2 (4) 3 7. 下列关于分子振动的红外活性的叙述中正确的是 ( ) (1)凡极性分子的各种振动都是红外活性的, 非极性分子的各种振动都不是红外活性的 (2) 极性键的伸缩和变形振动都是红外活性的 (3) 分子的偶极矩在振动时周期地变化, 即为红外活性振动 (4) 分子的偶极矩的大小在振动时周期地变化, 必为红外活性振动, 反之则不是 8. 羰基化合物中, C=O伸缩振动频率最高者为 ( ) O RC) R(1 O C) R F(2 O C) R Cl(3 O C) R Br(4 9.用红外吸收光谱法测定有机物结构时, 试样应该是 ( ) (1) 单质 (2) 纯物质 (3) 混合物 (4) 任何试样 10 以下四种气体不吸收红外光的是 ( ) (1)HO (2)CO (3)HCl (4)N 222 11. 红外光谱法, 试样状态可以是 ( ) (1) 气体状态 (2) 固体状态
红外吸收光谱法 第一节概述 一、红外光谱测定的优点 20世纪50年代初期，红外光谱仪问世，揭开了有机物结构鉴定的新篇章。到了50年代末期，已经积累了大量的红外光谱数据，到70年代中期，红外光谱法成为了有机结构鉴定的重要方法。红外光谱测定的优点： 1、任何气态、液态、固态样品都可以进行红外光谱的测定，这是核磁、质谱、紫外等仪器所不及的。 2、每种化合物均有红外吸收，又有机化合物的红外光谱可以获得丰富的信息。 3、常规红外光谱仪价格低廉，易于购置。 4、样品用量小。 二、红外波段的划分 σ=104/λ（λnm σcm-1） 红外波段范围又可以进一步分为远红外、中红外、近红外 波段波长nm 波数cm-1 近红外0.75~2.5 13300~4000 中红外 2.5~15.4 4000~650 远红外15.4~830 650~12 三、红外光谱的表示方法 红外光谱图多以波长λ（nm）或波数σ（cm-1）为横坐标，表示吸收峰的位置，多以透光率T%为纵坐标，表示吸收强度，此时图谱中的吸收“峰”，其实是向下的“谷”。一般吸收峰的强弱均以很强（ε大于200）、强（ε在75-200）、中（ε在25-75）、弱（ε在5-25）、很弱（ε小于5），这里的ε为表观摩尔吸收系数 红外光谱中吸收峰的强度可以用吸光度（A）或透过率T%表示。峰的强度遵守朗伯-比耳定律。吸光度与透过率关系为 A=lg( ) T1 所以在红外光谱中“谷”越深（T%小），吸光度越大，吸收强度越强。第二节红外吸收光谱的基本原理
一、分子的振动与红外吸收 任何物质的分子都是由原子通过化学键联结起来而组成的。分子中的原 子与化学键都处于不断的运动中。它们的运动，除了原子外层价电子跃迁以 外，还有分子中原子的振动和分子本身的转动。这些运动形式都可能吸收外 界能量而引起能级的跃迁，每一个振动能级常包含有很多转动分能级，因此 在分子发生振动能级跃迁时，不可避免的发生转动能级的跃迁，因此无法测 得纯振动光谱，故通常所测得的光谱实际上是振动-转动光谱，简称振转光谱。 1、双原子分子的振动 分子的振动运动可近似地看成一些用弹簧连接着的小球的运动。以双原子 分子为例，若把两原子间的化学键看成质量可以忽略不计的弹簧，长度为r （键 长），两个原子分子量为m 1、m 2。如果把两个原子看成两个小球，则它们之 间的伸缩振动可以近似的看成沿轴线方向的简谐振动，如图3—2。因此可以 把双原子分子称为谐振子。这个体系的振动频率υ（以波数表示），由经典力 学（虎克定律）可导出： C ——光速（3×108 m/s ） υ= K ——化学键的力常数（N/m ） μ——折合质量（kg ） μ= 如果力常数以N/m 为单位，折合质量μ以原子质量为单位，则上式可简 化为 υ=130.2 双原子分子的振动频率取决于化学键的力常数和原子的质量，化学键越强，相对原子质量越小，振动频率越高。 H-Cl 2892.4 cm -1 C=C 1683 cm -1 C-H 2911.4 cm -1 C-C 1190 cm -1 同类原子组成的化学键（折合质量相同），力常数大的，基本振动频率就 大。由于氢的原子质量最小，故含氢原子单键的基本振动频率都出现在中红 外的高频率区。 2、多原子分子的振动 (1)、基本振动的类型 1πμ2c K m 1m 2m 1m2+ K μ
第六章红外吸收光谱法 基本要点： 1.红外光谱分析基本原理； 2.红外光谱与有机化合物结构； 3.各类化合物的特征基团频率； 4.红外光谱的应用; 5.红外光谱仪. 学时安排：3学时 第一节概述 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。 红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。 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。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。 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（0.75 ~ 2.5μm） 近红外光区的吸收带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等产生的。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（2.5 ~ 25μm） 绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在该光区。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。 远红外光区（25 ~1000μm）该区的吸收带主要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很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~λ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λ（单位为μm），或波数（单位为cm-1）。 波长λ与波数之间的关系为： 波数/cm-1=104/（λ / μm） 中红外区的波数范围是4000 ~ 400cm-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
六、红外吸收光谱法(193题) 一、选择题 ( 共61题 ) 1. 2 分 (1009) 在红外光谱分析中，用 KBr制作为试样池，这是因为： ( ) (1) KBr 晶体在 4000～400cm-1围不会散射红外光 (2) KBr 在 4000～400 cm-1围有良好的红外光吸收特性 (3) KBr 在 4000～400 cm-1围无红外光吸收 (4) 在 4000～400 cm-1围，KBr 对红外无反射 2. 2 分 (1022) 下面给出的是某物质的红外光谱（如图），已知可能为结构Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ，试问哪 一结构与光谱是一致的？为什么？ ( ) 3. 2 分 (1023) 下面给出某物质的部分红外光谱（如图），已知结构Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ，试问哪一结构 与光谱是一致的，为什么？ 4. 2 分 (1068) 一化合物出现下面的红外吸收谱图，可能具有结构Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ或Ⅳ，哪一结构与 光谱最近于一致？ 5. 2 分 (1072) 1072
羰基化合物中，C = O 伸缩振动 频率出现最低者为 ( ) (1) I (2) II (3) III (4) IV 6. 2 分 (1075) 一种能作为色散型红外光谱仪色散元件的材料为 ( ) (1) 玻璃 (2) 石英 (3) 卤化物晶体 (4) 有机玻璃 7. 2 分 (1088) 并不是所有的分子振动形式其相应的红外谱带都能被观察到，这是因为 ( ) (1) 分子既有振动运动，又有转动运动，太复杂 (2) 分子中有些振动能量是简并的 (3) 因为分子中有 C、H、O 以外的原子存在 (4) 分子某些振动能量相互抵消了 8. 2 分 (1097) 下列四组数据中，哪一组数据所涉及的红外光谱区能够包括CH3- CH2-CH = O的吸收带( ) 9. 2 分 (1104) 请回答下列化合物中哪个吸收峰的频率最高？ ( ) 10. 2 分 (1114) 在下列不同溶剂中，测定羧酸的红外光谱时，C＝O 伸缩振动频率出现最高者为( ) (1) 气体 (2) 正构烷烃 (3) 乙醚 (4) 乙醇 11. 2 分 (1179) 水分子有几个红外谱带，波数最高的谱带对应于何种振动 ? ( ) (1) 2 个，不对称伸缩 (2) 4 个，弯曲 (3) 3 个，不对称伸缩 (4) 2 个，对称伸缩 12. 2 分 (1180) CO2的如下振动中，何种属于非红外活性振动 ? ( ) (1) ← → (2) →← → (3)↑ ↑ (4 ) O＝C＝O O ＝ C ＝O O ＝ C ＝O O ＝ C ＝ O ↓ 13. 2 分 (1181) 苯分子的振动自由度为 ( ) (1) 18 (2) 12 (3) 30 (4) 31 14. 2 分 (1182) 双原子分子在如下转动情况下 (如图)，转动不形成转动自由度的是 ( )
第6章红外吸收光谱法 6.1 内容提要 6.1.1 基本概念 红外吸收光谱——当用红外光照射物质时，物质分子的偶极矩发生变化而吸收红外光光能，有振动能级基态跃迁到激发态（同时伴随着转动能级跃迁），产生的透射率随着波长而变化的曲线。 红外吸收光谱法——利用红外分光光度计测量物质对红外光的吸收及所产生的红外光谱对物质的组成和结构进行分析测定的方法，称为红外吸收光谱法。 振动跃迁——分子中原子的位置发生相对运动的现象叫做分子振动。不对称分子振动会引起分子偶极矩的变化，形成量子化的振动能级。分子吸收红外光从振动能级基态到激发态的变化叫做振动跃迁。 转动跃迁——不对称的极性分子围绕其质量中心转动时，引起周期性的偶极矩变化，形成量子化的转动能级。分子吸收辐射能（远红外光）从转动能级基态到激发态的变化叫做转动跃迁。 伸缩振动——原子沿化学键的轴线方向的伸展和收缩的振动。 弯曲振动——原子沿化学键轴线的垂直方向的振动，又称变形振动，这是键长不变，键角发生变化的振动。 红外活性振动——凡能产生红外吸收的振动，称为红外活性振动，不能产生红外吸收的振动则称为红外非活性振动。 诱导效应——当基团旁边连有电负性不同的原子或基团时，通过静电诱导作用会引起分子中电子云密度变化，从而引起键的力常熟的变化，使基团频率产生位移的现象。 共轭效应——分子中形成大 键使共轭体系中的电子云密度平均化，双键力常数减小，使基团的吸收频率向低波数方向移动的现象。 氢键效应——氢键使参与形成氢键的原化学键力常数降低，吸收频率将向低波数方向移动的现象。 溶剂效应——由于溶剂（极性）影响，使得吸收频率产生位移现象。 基团频率——通常将基团由振动基态跃迁到第一振动激发态所产生
第五节 红外吸收光谱法（IR ） 一、概述 优点：①每种化合物均有红外吸收（除了单原子分子＆同核双原子），因此应用范围广 ②分析快速、灵敏度高、检测样品量少 ③是一种无损检测方法，可检测各种状态的试样 ④对光谱的吸收符合朗伯比尔定律，由于谱带宽，干扰峰多，应用于定量分析较少 ⑤分子的振动能级与许多结构特征因素相关，因此能提供丰富的组成和结构信息 二 红外光区光谱表示方法： T ％～ σ曲线or T ％～ λ曲线 波长λ与 波数σ之间的关系为： σ （ cm-1） =104 / λ （ μm ） 例： λ ＝5 μm 的红外线，它的波长为 σ＝ 104 / 5＝2000 cm-1 三、红外光谱的产生机理 1、条件：①吸收应刚好满足分子跃迁时所需的能量 ②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） 偶极距（dipole moment ）μ＝ q · d 只有偶极距不为零的分子才能对吸收了红外光后引起偶极距的共振吸收，在特征波长处产生吸收峰，构成了红外吸收光谱图。 红外光谱图：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 k 化学键的力常数，与键能和键长有关 μ为双原子的折合质量 ： μ =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。 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。 1cm 16502 /126.913071307211 -=====μμπλk k c v 分子中基团的基本振动形式 两类基本振动形式 （以亚甲基为例） 伸缩振动（对称伸缩、反对称伸缩） 变形振动 面内变形（剪式、摇摆） 面外变形（面外摇摆、扭曲变形） .影响峰数减少的原因 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
第十四章红外光谱和拉曼光谱分析法 1．红外光谱法及特点 (1)利用物质分子对红外辐射的吸收，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本态到激发态的跃迁，得到分子振动能级和转动能级变化产生的振动一转动光谱，又称为红外光谱，红外光谱属于分子吸收光谱的范畴。 (2)有机化合物的红外光谱能提供丰富的结构信息，因此红外光谱是有机化合物结构解析的重要手段之一。 (3)红外吸收谱带的谱峰的位置、谱峰的数目及其强度，反映了分子结构上的特点，通过官能团、顺反异构、取代基位置、氢键结合以及配合物的形成等结构信息可以推测未知物的分子结构。吸收谱带的吸收强度与分子组成或其化学基团的含量有关。 (4)在发生振动跃迁的同时，分子转动能级也发生改变，因而红外光谱形成的是带状光谱。 2．红外光谱的产生条件 (1)照射光的能量E=hν等于两个振动能级间的能量差△E时，分子才能由低 振动能级E 1跃迁到高振动能级E 2 。即△E=E 1 一E 2 ，则产生红外吸收光谱。 (2)分子振动过程中能引起偶极矩变化的红外活性振动才能产生红外光谱。 3．分子振动模型及振动方程 可以将多原子分子看成是双原子分子的集合，采用谐振子模型来研究双原子分子的振动，体系的分子振动方程：
其中μ为折合质量，若设A和B的质量分别为m 1和m 2 ，则 通过振动方程可以看出振动频率ν随力常数k的增加或μ的减少(取决于m 1 和m 2 中较小的一个)而增大。 真实分子的振动并不完全符合胡克定律，不是理想的谐振子，所以谐振子模型应用于真实分子时应加以修正。 4．分子振动自由度 由N个原子构成的复杂分子内的原子振动有多种形式，通常称为多原子分子的简正振动。多原子分子简正振动的数目称为振动自由度，每个振动自由度对应于红外光谱图上一个基频吸收带。 在直角坐标系中，每个质点都可以在x，y，z三个方向上运动，所以N个质点运动的自由度为3N个，除去整个分子平动的3个自由度和整个分子转动的3个自由度，则分子内原子振动自由度为(3N一6)个。 对于直线形分子，若贯穿所有原子的轴是在戈方向，则整个分子只能绕y、z轴转动，因此，线性分子的振动形式为(3N一5)个。 由N个原子构成的非线性分子有(N一1)个化学键，所以伸缩振动(键长变化)有(N一1)种，剩余的(2N一5)种称为变形振动(键角变化)，线性分子的伸缩振动和变形振动的个数分别为(N一1)和(2N一4)种。 5．分子的振动类型 振动类型基本上可分为两大类，即伸缩振动和变形振动。