第1节 红外基本原理

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第一节
概述
波长与波数之间的关系为： 波数/ cm-1 =104 /（ / µ ） m 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）。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
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第二节 基本原理
基团键角发生周期变化而键长不变的振动称为变形振 动，用符号表示。变形振动又分为面内变形和面外变形 振动。面内变形振动又分为剪式（以表示）和平面摇摆 振动（以表示）。面外变形振动又分为非平面摇摆（以 表示）和扭曲振动（以表示）。 教材P.57图3.3 表示甲基、亚甲基的各种振动形式。 由于变形振动的力常数比伸缩振动的小，因此，同一基 团的变形振动都在其伸缩振动的低频端出现。 3 . 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
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第二节 基本原理
根据小球的质量和相对原子质量之间的关系 波数 = 1302（k /Ar）1/2 Ar为折合相对原子质量 影响基本振动频率的直接原因是相对原子质量和化学 键的力常数。化学键的力常数k越大，折合相对原子质量 Ar越小，则化学键的振动频率越高，吸收峰将出现在高 波数区；反之，则出现在低数区，例如C-C、 CC、 CC三种碳碳键的质量相同，键力常数的顺序是三键> 双键>单键。因此在红外光谱中， CC的吸收峰出现在 2222 cm-1，而CC约在1667 cm-1 ，C-C在1429 cm-1
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第二节 基本原理

第十章 红外吸收光谱分析
Infrared Absorption Spectrometry ，IR
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• 第一节 红外吸收光谱基本原理
一、红外光谱概述 二、红外吸收光谱产生条件 三、分子振动形式 四、红外光谱吸收强度
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一、红外光谱概述
红外吸收光谱（Infrared absorption spectroscopy, IR）又称为分子振动—转动光谱。
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1、红外光谱区域划分
习惯上按红外线波长，将红外光谱分成三个区域： （1）近红外区：0.78～2.5μm（12 820～4 000cm-1），主 要用于研究分子中的O—H、N—H、C—H键的振动倍频与组 频。 （2）中红外区：2.5～25μm（4 000～400cm-1），主要用 于研究大部分有机化合物的振动基频。 （3）远红外区：25～300μm（400～33cm-1），主要用于 研究分子的转动光谱及晶格的振动。
包含各种单键、双键和三键的伸缩振动及面内弯曲振动 特点：吸收峰稀疏、较强，易辨认 注：特征峰常出现在特征区 2. 指纹区： 指纹区： 1250~400cm-1的低频区，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 注：相关峰常出现在指纹区
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红外光谱的吸收带强度可用于定量分析，也是化合物定 性分析的重要依据。
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峰位、峰数、峰强 （1）峰位 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（短波区）； 反之，出现在低波数区（长波区）。 （2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶基距变化 时，无红外吸收。

红外光谱、核磁共振谱都是吸收光谱。

红外光谱可用来判断分子中有什么样的官能团。

核磁共振谱可用来判断分子中有哪几类氢原子，每类氢原子有多少个。

第一节红外光谱(IR)一.基本原理分子是由原子组成的。

组成有机分子的原子之间主要是通过极性键和非极性键结合在一起的。

成键原子间的运动形式可分为两大类：1.伸缩振动，用υ表示。

2.弯曲振动(变形振动)，用δ表示。

具有极性的键在振动过程中出现偶极矩的变化，在键的周围产生稳定的交变电场，与频率相同的辐射电磁波相互作用，从而吸收相应的能量使振动跃迁到激发态，得到振动光谱，即红外光谱。

这种振动称为红外活性振动。

原子间的振动主要吸收波数为4000-400 cm-1的红外光。

红外光谱的横坐标为波长(2.5~25μm)或波数(4000~400cm-1)，纵坐标为透过率(0-100%)。

92页123页182页223页237页253页278页310页330页362页374页图4-16 正辛烷图4-17 1-辛烯图4-181-辛炔图4-192-辛炔图6-4 邻二甲苯图6-5 间二甲苯图6-6 对二甲苯图9-1 1-氯己烷图10-3 10-4 乙醇图10-5 乙醚图10-6 正丁醚图11-1 苯酚图10-3对甲苯酚图12-4 乙醛图12-5 苯乙酮图13-4 乙酸图13-7 乙酸乙酯图15-1 硝基乙烷图15-2 硝基苯图15-6 苯胺第二节核磁共振谱(NMR)一.基本原理自旋量子数不为零的原子核由于自旋会产生磁场，形成磁矩。

磁矩在外磁场中出现不同取向的现象称为能级分裂。

与外磁场同向的为低能级，反向的为高能级。

当电磁波的能量等于高低能级间的能量差时，原子核吸收能量，产生核磁共振。

用得最多的是氢原子核谱，简称氢谱(NMR-1H)。

核磁共振谱中只有横坐标，代表化学位移。

二. 化学位移原子核外有电子，电子的运动产生了对抗外磁场的感应磁场，使核实际感受到的有效磁场强度比外磁场强度低。

核外电子产生的这种作用称为屏蔽效应，它的值用屏蔽常数σ表示。

傅里叶红外光谱分析第一节一般原理电子能级跃迁所产生的吸收光谱，主要在近紫外区和可见区，称为可见-紫外光谱；键振动能级跃迁所产生的吸收光谱，主要在中红外区，称为红外光谱；自旋的原子核在外加磁场中可吸收无线电波而引起能级的跃迁，所产生的吸收光谱称为核磁共振谱。

第二节紫外光谱一、紫外光谱的基本原理用波长X围200 nm～800 nm的光照射含有共轭体系的的不饱和化合物的稀溶液时，部分波长的光被吸收，被吸收光的波长和强度取决于不饱和化合物的结构。

以波长l为横座标，吸收度A为纵座标作图，得紫外光谱，或称电子光谱。

是化合物紫外光谱的特征常数。

紫外光谱中化合物的最大吸收波长λmax可见－紫外光谱适用于分析分子中具有π键不饱和结构的化合物。

二、紫外光谱在有机结构分析中的应用随着共轭体系的延长，紫外吸收向长波方向移动，且强度增大(π→π*)，因此可判断分子中共轭的程度。

利用紫外光谱可以测定化合物的纯度或含量。

第三节红外光谱一、红外光谱的基本原理用不断改变波长的红外光照射样品，当某一波长的频率刚好与分子中某一化学键的振动频率相同时，分子就会吸收红外光，产生吸收峰。

用波长〔λ〕或波长的倒数—波数〔cm-1〕为横坐标，百分透光率〔T％〕或吸收度〔A〕为纵坐标做图，得到红外吸收光谱图〔IR〕。

分子振动所需能量对应波数X围在400 cm-1～4000 cm-1。

二、红外吸收峰的位置和强度分子中的一个化学键可有几种不同的振动形式，而产生不同的红外吸收峰，键的振动分为两大类。

伸缩振动，用n表示，原子间沿键轴方向伸长或缩短。

弯曲振动用δ表示，形成化学键的两个原子之一与键轴垂直方向作上下或左右弯曲。

组成化学键的原子的质量越小，键能越高，键长越短，振动所需能量越大，吸收峰所在的波数就越高。

红外光谱的吸收峰分为两大区域：4000 cm－1～1330 cm－1区域：特征谱带区，是红外光谱分析的主要依据。

1330 cm-1～650 cm-1区域：指纹区。