红外吸收光谱分析法
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学生--第十章 红外光谱分析
IR光谱中最强的峰，具有高度的特征性，鉴定羰基化合物
化合物 酮
酯 酰胺
频率σC=O 1710
1710-1735 1680-1710
峰数 1
1 1
酸酐
1820-1760
2
●单核芳烃的
C=C 的伸缩振动，出现在1620—1450cm-1
1500 cm-1 附近的吸收峰最强； 1600 cm-1 附近的吸收峰居中；
如果是RCCR，因为分子是对称，则为非红外活性。
（3）双键伸缩振动区（1900 —1500 cm-1）[1] C=C、 C=O C=N、 N=O 的伸缩振动、苯环的骨架振动
●
脂肪族化合物的 C=C ，出现在1680—1620cm-1 峰较弱
●
羰基C=0 的伸缩振动，出现在1850—1600cm-1
例：计算8.00 µ m的红外线的ν和σ。 ν=
C
2.998×1010cm/s = 8.00 ×10-4cm
=3.75 ×1013 s-1
σ（cm-1
104 -1 =1250 cm = ） （µ m）
3. 红外光谱特点 1）高度的特征性； 2）应用范围广； 3）固、液、气态样均可测定，且用量少、不破坏样品。 4）能进行定性和定量分析，而且该法是鉴定化合物和测 定分子结构的最有用方法之一。
二、吸收峰增减的原因 1、吸收峰减少的原因[1] 例如：线型分子CO2，基本振动形式为4，应有4个吸收峰， 对称伸缩振动σs=1388 cm-1，但=0，不吸收红外光； 面内变形δ=面外变形振动γ ，发生简并。 但实际上只有667 cm-1和2349 cm-1两个吸收峰。[2]
●
●
●
偶极矩的变化=0的振动，不产生红外吸收峰； 谱线简并（振动形式不同，但其频率相同）； 仪器分辨率不够，或吸收峰很弱，仪器无法检测；
红外吸收光谱分析 - 红外吸收光谱分析
归属
CH 3 | CH3 — C — | CH 3
吸收峰 3360 1195
振动形式
OH
COHale Waihona Puke 归属 —OH可能结构为
CH 3 | CH 3 — C — OH |
CH 3
例2 C10H10O4
U 2 210 10 6 (可能有苯环） 2
峰位 1727cm-1 1288 1126
第四节 红外吸收光谱分 析
一、试样的制备（样品纯度＞98%）
1.固体试样：KBr压片法
2.液体试样：夹片法（液体试样滴在一片KBr
窗片上，用另一片KBr窗片夹住后测定）
知识点12：红外光谱解析方法
二、IR光谱解析方法
1．计算不饱和度
U 2 2n4 n3 n1 2
意义：
U 0 无双键或环状结构 U 1 可能含一个双键或一个环 U 2 含两个双键，或一个双键 环，或一个叁键 U 4 苯环 U 5 苯环 一个双键
• 3．某未知物的沸点202℃，分子式为 C8H8O，试判断其结构。
4．某化合物的分子式为C8H10O2， 试推断其结构式。
• 5．已知未知物的分子式为C7H9N， 推出其结构。
6．已知某化合物的分子式为 C9H10O2，试推断结构式。
O
CH2OCCH3
CH3 NH2
O C CH3
答案!
OH OH CH CH2
2.确定官能团或结构碎片
3.推出可能的结构 4.核对分子式和不饱和度 5.和Saltler标准光谱对照
例1 C4H10O
U 2 8 10 （0饱和脂肪族化合物） 2
吸收峰 2970cm-1 2874 1476 1395 1363
红外吸收光谱分析法FTIR
光谱解析难度大
红外光谱的复杂性较高，需要专业的 知识和技能进行解析，对分析人员的 要求较高。
仪器成本高
FTIR仪器的制造成本较高，使得其普 及和应用受到一定限制。
测试时间较长
与一些其他分析方法相比，FTIR的测 试时间可能较长，需要更多的时间来 完成分析。
未来发展前景
提高检测灵敏度和分辨率 通过改进仪器性能和技术，提高 FTIR的检测灵敏度和分辨率，使 其能够更好地应用于微量样品和 高精度分析。
环境监测
FT-IR可以用于环境监测领域， 如气体分析、水质分析、土壤
分析等。
02 ftir仪器组成
光源
光源是红外傅里叶变换红外光 谱仪（ftir）中的重要组成部分， 负责提供足够能量和合适波长 的红外辐射。
常见光源有硅碳棒、陶瓷气体 放电灯、远红外激光等。
光源的选择直接影响ftir的灵敏 度和分辨率，因此需要根据实 验需求选择合适的光源。
小型化和便携化 为了方便现场快速检测和实时监 测，FTIR仪器的小型化和便携化 成为一个重要的发展方向。
拓展应用领域 随着FTIR技术的不断成熟和普及， 其应用领域将会进一步拓展，包 括生物医学、环境监测、食品安 全等领域。
智能化和自动化 通过引入人工智能和自动化技术， 实现FTIR分析的智能化和自动化， 提高分析效率和准确性。
基频峰
分子振动能级跃迁产生的谱线，是红外光谱中最 强的峰。
特征峰
与分子中特定化学键或振动模式对应的峰，可用 于鉴定化合物结构。
谱图解析方法
峰位置分析
通过分析峰的位置，确定特定化学键或基团的存在。
峰强度分析
通过分析峰的强度，了解分子中特定化学键或基团的相对含量。
峰形分析
红外吸收光谱分析法
红外吸收光谱分析法
一、红外吸收光谱分析法概述
红外吸收光谱分析法是一种利用物质的红外光吸收能力来探测它们的物质组成的技术。
它特别适用于有机化合物和无机化合物的光谱分析。
通过分析红外吸收光谱，可以检测物质中的有机键、C-H键、C-O键或N-H 键的存在和位置，从而鉴定出物质的化学结构和性质。
红外光吸收法的原理是，物质中的分子、晶体或其他结构会在不同的波长处吸收光，产生光谱，这些吸收光谱是物质的独特特征，反映出物质的特性。
根据这种特性，分析用不同波长的光照射样品，并从所得到的光谱中提取出电子激发、分子振动等信息，从而得到物质的结构和性质。
二、红外吸收光谱分析法基本原理
红外吸收光谱分析法的原理是，当物质受到红外幅射的照射时，它的分子会产生振动和旋转，这些振动和旋转的能量会转化为更高能量的电子跃迁。
这些电子跃迁会引起物质材料吸收一些具有特定波长的红外光，从而产生在不同波长的吸收光谱，通过分析这些吸收光谱，就可以求取物质分子的结构和性质。
红外吸收光谱分析
指纹区(1350 650 cm-1 ) ,较复杂。 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。精细结构的区分。 顺、反结构区分；
基团吸收带数据
Ｏ－Ｈ
３６３０
基团吸收
活 泼 氢
Ｎ－Ｈ Ｐ－Ｈ
３３５０ ２４００
伸 缩
带数据
能级跃迁类型
近红外 0.76~2.5
1358~400 0
OH、NH、CH及SH倍频 吸收区
中红外
2.5~25
4000~400
分子振动-转动 （基本振动区）
远红外 25~1000 400~10 纯转动
第二节 红外吸收基本理 论
一、红外光谱产生的条件
(1) 辐射能应具有能满足物质产生振动跃迁所 需的能量；
3、炔烃
炔烃的特征吸收主要是C≡C伸缩振 动（2250～2100cm-1) 和炔烃 C-H伸缩振动（3300cm-1附近)
4、芳烃
芳烃的特征吸收分散在3个小频区：
（1600～1450cm-1)为C=C骨架振动， （2000～1667cm-1) 区域出现C-H 面外弯曲振动的泛频峰，虽然强度很弱， 但吸收峰形状和数目与芳环的取代类型 有关。利用该区的吸收峰与900～ 650cm-1区域苯环的C-H面外弯曲振动， 可确定苯环的取代类型。
(3)1900 1200 cm-1 双键伸缩振动区
(4)1200 670 cm-1 X—Y伸缩， X—H变形振动区
1． X—H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ）
（1）—O—H 3650 3200 cm-1 确定 醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强
吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
基团吸收带数据
Ｏ－Ｈ
３６３０
基团吸收
活 泼 氢
Ｎ－Ｈ Ｐ－Ｈ
３３５０ ２４００
伸 缩
带数据
能级跃迁类型
近红外 0.76~2.5
1358~400 0
OH、NH、CH及SH倍频 吸收区
中红外
2.5~25
4000~400
分子振动-转动 （基本振动区）
远红外 25~1000 400~10 纯转动
第二节 红外吸收基本理 论
一、红外光谱产生的条件
(1) 辐射能应具有能满足物质产生振动跃迁所 需的能量；
3、炔烃
炔烃的特征吸收主要是C≡C伸缩振 动（2250～2100cm-1) 和炔烃 C-H伸缩振动（3300cm-1附近)
4、芳烃
芳烃的特征吸收分散在3个小频区：
（1600～1450cm-1)为C=C骨架振动， （2000～1667cm-1) 区域出现C-H 面外弯曲振动的泛频峰，虽然强度很弱， 但吸收峰形状和数目与芳环的取代类型 有关。利用该区的吸收峰与900～ 650cm-1区域苯环的C-H面外弯曲振动， 可确定苯环的取代类型。
(3)1900 1200 cm-1 双键伸缩振动区
(4)1200 670 cm-1 X—Y伸缩， X—H变形振动区
1． X—H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ）
（1）—O—H 3650 3200 cm-1 确定 醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强
吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
红外吸收光谱法
图4.3 聚苯乙烯红外光谱图
四、紫外吸收光谱与红外吸收光谱的区别
1. 光谱产生的机制不同 紫外：电子光谱； 红外：振－转光谱
2. 研究对象和使用范围不同 紫外：研究不饱和化合物，具有共轭体系； 红外：凡是在振动中伴随有偶极矩变化的化合
物都是红外光谱研究的对象。可研究几乎所有的有 机物。
04:04:06
04:04:06
二、红外光区的划分
表4.1 红外光谱区划分
区
域
/m
/cm-1
能级跃迁类型
近红外(泛频区)
0.78～2.5
12820～4000
O-H、N-H和C-H键的 倍频吸收区
中红外(基本振动区) 2.5～50 4000～00～10
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红外光谱的表示方法
红外光谱图：纵坐标为透光率（或吸光度），横坐标为波长 λ（ m ）和波数1/λ ，单位：cm-1。 / cm1 104
/ m
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图4.1 苯酚的IR吸收光谱
04:04:06
图4.2乌桕油的IR光谱
04:04:06
04:04:06
分子的转动，骨架振 动
最常用的
2.5～15 4000～650
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3. 红外光谱特点 1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低； 2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有
机物均有红外吸收； 3）分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、波峰
数目及强度确定分子基团、分子结构； 4）定量分析； 5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品； 6）分析速度快。
五、红外光谱法的特点和应用
特点：与紫外-可见吸收光谱比较 (1) 除了单原子分子和同核双原子分子等少数 分子外，几乎所有化合物均可用红外吸收光谱法 进行研究。适用范围广。 （2）红外光谱可对物质的组成和结构特征提供 十分丰富的信息。其最重要和最广泛的用途是对 有机化合物进行结构分析。
红外光谱分析 红外吸收光谱法
和键力常数之间的关系：
υ=
1
2
（1）
1
105 N
= 2c = 2c
Cm-1 (2)
K为键力常数，其含义是两个原子由平衡位置伸长0.1nm(lA0) 后的回复力，单位是 dyn/cm。
μ’ 为折合质量。 μ’=m1m2/（m1+m2） (m为原子质量)
原子质量用相对原子量代替:
m1=M1/N, m2=M2/N 。
举例：
例：由元素分析某化合物的分子式为 C其4H结6构O2。，测得红外光谱如图，试推测
解： 由分子式计算不饱和度U = 4－6/2＋1= 2
特征区：3 070cm-1有弱的不饱和C—H伸缩振动吸收， 与1 650cm-1的vc=c 谱带对应表明有烯键存在，谱带较 弱，是被极化了的烯键。
1 76பைடு நூலகம்cm-1强吸收谱带表明有羰基存在，结合最强吸收 谱带1 230cm-1和1 140cm-1的C-O-C吸收应为酯基。
跃迁的几率与振动方式有关: 基频(V0→V1)跃迁几率大，所以吸收较强； 倍频(V0→V2)虽然偶极矩变化大，但跃率几率很低， 使峰强反而很弱。
3、振动的量子化处理
根据量子力学，其分子的振动能 E＝(υ+1/2)h v振
在光谱学中，体系从能量E变到能量E1＇，要遵循 一定的规则，即选择定则，谐振子振动能级的选择定则 △υ＝±1。由选择定则可知，振动能级跃迁只能发生在 相邻的能级间 。
2.基本概念
a..偶极矩：当化学键两端的电子电负性不同时，电中性的 分子便产生负电中心的分离，成为极性分子，极性大小用 偶极矩μ衡量，μ＝r×q，即正、负电荷中心间的距离r和 电荷中心所带电量q的乘积。
b.基频：常温下分子处于最低振动能级，此时叫基态，V=0。 从基态V0跃迁到第一激发态V=1，V0V1产生的吸收带
υ=
1
2
（1）
1
105 N
= 2c = 2c
Cm-1 (2)
K为键力常数，其含义是两个原子由平衡位置伸长0.1nm(lA0) 后的回复力，单位是 dyn/cm。
μ’ 为折合质量。 μ’=m1m2/（m1+m2） (m为原子质量)
原子质量用相对原子量代替:
m1=M1/N, m2=M2/N 。
举例：
例：由元素分析某化合物的分子式为 C其4H结6构O2。，测得红外光谱如图，试推测
解： 由分子式计算不饱和度U = 4－6/2＋1= 2
特征区：3 070cm-1有弱的不饱和C—H伸缩振动吸收， 与1 650cm-1的vc=c 谱带对应表明有烯键存在，谱带较 弱，是被极化了的烯键。
1 76பைடு நூலகம்cm-1强吸收谱带表明有羰基存在，结合最强吸收 谱带1 230cm-1和1 140cm-1的C-O-C吸收应为酯基。
跃迁的几率与振动方式有关: 基频(V0→V1)跃迁几率大，所以吸收较强； 倍频(V0→V2)虽然偶极矩变化大，但跃率几率很低， 使峰强反而很弱。
3、振动的量子化处理
根据量子力学，其分子的振动能 E＝(υ+1/2)h v振
在光谱学中，体系从能量E变到能量E1＇，要遵循 一定的规则，即选择定则，谐振子振动能级的选择定则 △υ＝±1。由选择定则可知，振动能级跃迁只能发生在 相邻的能级间 。
2.基本概念
a..偶极矩：当化学键两端的电子电负性不同时，电中性的 分子便产生负电中心的分离，成为极性分子，极性大小用 偶极矩μ衡量，μ＝r×q，即正、负电荷中心间的距离r和 电荷中心所带电量q的乘积。
b.基频：常温下分子处于最低振动能级，此时叫基态，V=0。 从基态V0跃迁到第一激发态V=1，V0V1产生的吸收带
红外吸收光谱分析法FTIR
红外吸收光谱分析法FTIR傅里叶红外吸收光谱分析法（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，简称 FTIR），是一种应用傅里叶变换技术对物质的红外辐射进行光谱分析的方法。
该方法以红外辐射的吸收强度和波数为特征，可以用来分析和识别有机物和无机物的结构和成分。
在分析化学、有机合成、材料科学等领域得到广泛的应用。
FTIR技术的主要原理是利用傅里叶变换将周期性信号（红外辐射）分解成一系列连续谱线，进而可以通过测量这些谱线的强度和频率来确定物质的结构和成分。
在实验中，样品被置于红外光束之中，以吸收或透射的方式与红外辐射相互作用。
被吸收的辐射与未被吸收的辐射之间的差异被转化为干涉信号，并通过光谱仪进行检测和测量。
这些信号被送入傅里叶变换，产生包含有关样品吸收能力和频率的信息。
FTIR技术具有以下优点：首先，它是一种非破坏性的分析方法，可以在不破坏样品的情况下获取有关物质结构和成分的信息。
其次，该方法对样品的数量要求非常低，可以在毫克或微克级别的样品上进行分析。
此外，FTIR技术不会对环境产生污染，也不需要使用有害的试剂。
最后，该方法可以快速获取光谱数据，并且具有高灵敏度和高分辨能力。
在实际应用中，FTIR技术可用于许多领域的研究和分析。
在有机化学领域，FTIR技术可以用于表征和鉴定有机物的结构和功能团。
例如，它可以用于区分不同类别的有机物，如醇、酮、酸等，并通过比较它们的红外光谱图谱来进行鉴定。
此外，FTIR技术还可用于监测化学反应的进程和过程。
研究人员可以通过观察吸收峰的变化来判断反应的进行和产物的生成情况。
在材料科学中，FTIR技术可以用于表征材料的结构和性质。
例如，它可以用于研究材料的晶体结构、分子排列和化学键强度。
此外，该技术还可用于分析材料的表面性质和界面反应。
研究人员可以利用反射红外（ATR）技术直接将样品放置在光学晶体上进行测量，从而避免样品的制备和处理过程。
仪器分析 第四章--红外吸收光谱法
章节重点：
分子振动基本形式及自由度计算；
红外吸收的产生2个条件；
各类基团特征红外振动频率；
影响红外吸收峰位变化的因素。
第八章 红外吸收光谱分 析法
第三节 红外分光光度计
1. 仪器类型与结构
2. 制样方法
3. 联用技术
1. 仪器类型与结构
两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）
弯曲振动：
1.4 振动自由度
多原子分子振动形式的多少用振动自由度标示。
三维空间中，每个原子都能沿x、y、z三个坐标方向独 立运动，n个原子组成的分子则有3n个独立运动，再除 掉三个坐标轴方向的分子平移及整体分子转动。
非线性分子振动自由度为3n-6，如H2O有3个自由度。 线性分子振动自由度为3n-5，如CO2有4个自由度。
某些键的伸缩力常数：
键类型: 力常数: 峰位:源自-CC15 2062 cm-1
-C=C10 1683 cm-1
-C-C5 1190 cm-1
-C-H5.1 2920 cm-1
化学键键强越强（即键的力常数K越大），原子折合 质量越小，化学键振动频率越大，吸收峰在高波数区。
1.2 非谐振子
实际上双原子分子并非理想的谐振子！随着振动量子 数的增加，上下振动能级间的间隔逐渐减小！
（1）-O-H，37003100 cm-1，确定醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐 ，强吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
注意区分： -NH伸缩振动：3500 3300 cm-1 峰型尖锐
（2）饱和碳原子上的-C-H -CH3 2960 cm-1 2870 cm-1 反对称伸缩振动 对称伸缩振动
红外吸收光谱分析法FTIR
AX 3型分子
~ 1450cm as
1
红CH外吸3 收光谱分析法FTIR
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 （即υ=0 → 1产生的峰）
1 L
➢ 基频峰的峰位等于分子的振动频率 ➢ 基频峰强度大——红外主要吸收峰
红外吸收光谱分析法FTIR
2）蜷曲τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的 振动
AX 2型分子
CH2 ~ 1250cm1
红外吸收光谱分析法FTIR
3．变形振动： 1）对称的变形振动δs：三个AX键与轴线的夹角同时
变大
AX 3型分子
s CH 3
~ 1375cm1
2）不对称的变形振动δas：三个AX键与轴线的夹角不
同时变大或减小
AX 3型分子
as CH 2
~
2925cm1
~ 2960cm as
1
红外吸收光谱分CH析法3 FTIR
二、 弯曲振动（变形振动，变角振动）： 指键角发生周期性变化、而键长不变的振动
1．面内弯曲振动β： 弯曲振动发生在由几个原子构成平面内
1）剪式振动δ：振动中键角的变化类似剪刀的开闭
AX 2型分子
数k 越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收带将出现在高
波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。 (3）谱带形状（absorption bands shape) 分析的化合物越纯，吸收谱带
对波数或波长的曲线，即红外光谱。
红外吸收光谱分析法FTIR
1 红外吸收光谱分析
一、红外光的分区
红外线：波长在0.76~500μm (1000μm) 范围内的电磁波称为红外线。
红外吸收光谱分析.
2830-2815cm-1
~2850cm-1
07:02:32
5．醛、酮
07:02:32
醛
07:02:32
07:02:32
1385-1380cm-1
1372-1368cm-1 1391-1381cm-1 1368-1366cm-1
CH3 δs 1:1
4:5
C—C骨架振动 1155cm-1
1170cm-1
1195 cm-1
C H3 C C H3 C H3
1405-1385cm-1 1372-1365cm-1
1:2 1250 cm-1
07:02:32
红外液体池
07:02:32
红外气体池
07:02:32
二、红外吸收光谱分析
（一）主要有机化合物红外光谱图
1．烷烃
（CH3，CH2，CH）(C—C,C—H )
3000cm-1
CH3
δas1460 cm-1
重 叠
δs1380 cm-1
CH2 δs1465 cm-1
CH2 r 720 cm-1（水平摇摆）
a)-OH 伸缩振动(>3600 cm-1) b)碳氧伸缩振动(1100 cm-1)
C Cα C Cα′ C
Cβ Cα″
OH
υ（—OH）
游 伯-OH 离 仲-OH 醇， 酚 叔-OH
酚-OH
3640cm-1 3630cm-1 3620cm-1 3610cm-1
υ（C-O）
1050 cm-1
1100 cm-1 α支化：-15 cm-1 1150 cm-1 α不饱和：-30 cm-1
07:02:32
c) CH2面外变形振动—(CH2)n—，证明长碳链的存在。 n=1 770~785 cm-1 （中 ） n=2 740 ~ 750 cm-1 （中 ）
~2850cm-1
07:02:32
5．醛、酮
07:02:32
醛
07:02:32
07:02:32
1385-1380cm-1
1372-1368cm-1 1391-1381cm-1 1368-1366cm-1
CH3 δs 1:1
4:5
C—C骨架振动 1155cm-1
1170cm-1
1195 cm-1
C H3 C C H3 C H3
1405-1385cm-1 1372-1365cm-1
1:2 1250 cm-1
07:02:32
红外液体池
07:02:32
红外气体池
07:02:32
二、红外吸收光谱分析
（一）主要有机化合物红外光谱图
1．烷烃
（CH3，CH2，CH）(C—C,C—H )
3000cm-1
CH3
δas1460 cm-1
重 叠
δs1380 cm-1
CH2 δs1465 cm-1
CH2 r 720 cm-1（水平摇摆）
a)-OH 伸缩振动(>3600 cm-1) b)碳氧伸缩振动(1100 cm-1)
C Cα C Cα′ C
Cβ Cα″
OH
υ（—OH）
游 伯-OH 离 仲-OH 醇， 酚 叔-OH
酚-OH
3640cm-1 3630cm-1 3620cm-1 3610cm-1
υ（C-O）
1050 cm-1
1100 cm-1 α支化：-15 cm-1 1150 cm-1 α不饱和：-30 cm-1
07:02:32
c) CH2面外变形振动—(CH2)n—，证明长碳链的存在。 n=1 770~785 cm-1 （中 ） n=2 740 ~ 750 cm-1 （中 ）
红外吸收光谱分析
红外吸收光谱分析红外吸收光谱是一种非破坏性测试方法，可以直接测定在不同波长下，不同物质对入射光的吸收情况，从而获得样品的红外吸收光谱图。
这个光谱图展示了不同波长下物质的吸收峰，这些峰对应于样品中不同的官能团或化学键。
通过对红外光谱的解析和比对，可以确定不同官能团的存在和相对浓度。
红外光谱相对于其他光谱分析方法的优点之一是它的灵敏度和准确性。
由于不同官能团具有不同的振动频率和吸收峰位置，红外光谱对分子结构和化学键的识别能力非常强。
通过准确地测定吸收强度和峰形，可以用于定量分析和质量控制。
红外光谱的应用非常广泛。
在有机化学中，红外光谱可以用于鉴定化合物的结构和官能团，包括醛、酮、羧酸、醚、醇、胺等。
同时，红外光谱还可以用于研究溶剂效应、反应动力学和热力学等方面的研究。
除了有机化合物，红外光谱还可以用于无机化学和材料科学领域。
可以通过红外光谱来研究晶体结构、晶格震动、晶格缺陷等。
此外，红外光谱还可以用于表征薄膜的厚度和碳纳米管等纳米材料的结构。
在红外光谱分析中，需要红外光源、样品和检测器。
常用的红外光源包括热辐射、光纤和拉曼激光等。
样品可以是固体、液体或气体。
吸收光谱仪是一种特殊的光谱仪，可以通过测量入射和传出光的差异来获得样品的吸收光谱。
常见的红外吸收光谱仪有傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和分散式红外光谱仪（DI-IR）。
在进行红外光谱分析时，需要注意一些实验技巧和仪器参数。
例如，在FTIR仪器中，需要校准仪器的基线、测量样品的透射率和应用波数范围。
而对于DI-IR仪器，需要注意调整样品的几何位置和光路的聚焦调整。
总而言之，红外吸收光谱分析是一种非常有用和常见的分析手段。
它可以用于鉴定化学物质、研究分子结构和官能团，同时在有机化学、无机化学和材料科学等领域发挥着重要的作用。
在实际应用中，我们需要合理选择光谱仪器，并且熟练掌握实验技巧和仪器操作，以获得准确和可靠的红外吸收光谱数据。
仪器分析_红外光谱法
C
C
C
C
C
C
2220 cm-1
1667 cm-1
1430 cm-1
2 原子的折合质量 反映了基团质量特性，折合
质量越小，则基频峰波数越大。
39
C
C
C
N
C
O
1430 cm-1
1330 cm-1
1280 cm-1
利用实验得到的化学键力常数和计算式，可以 估算各种类型基团的基频吸收峰的波数。
由于各种有机化合物的结构不同。它 们的原子质量和化学健力常数各不相同， 红外吸收频率也不相同，因此，不同有 机化合物的红外光谱具有高度特征性。
（转动自由度）
29
2、振动自由度
设分子原子数目为 N 个，在空间确定一个原子的 位置，需要3个坐标（ x, y, z ），所以，N 个原子需要 3N个坐标或自由度，分子中N 个原子自由度总数：
3 N = 平动自由度 + 振动自由度 + 转动自由度
振动自由度数目： 振动自由度 = 3 N — 平动自由度— 转动自由度 显然，分子整体可以分别沿 x, y, z 三个方向移动， 所以，分子平动自由度为 3；
27
二、分子的振动自由度与红外吸收的理论峰数
理论上讲，分子的每一种振动形式都会产生一 个基频吸收峰，即对于一个多原子分子：
基频吸收峰的数目 = 分子所有的振动形式的数目
（振动自由度）
28
1、分子的运动形式
A 分子中各原子在其平衡位置附近的振动（振动自由度）
B 分子作整体的平动 （平动自由度）
C 分子围绕 x, y, z 轴的转动
第十章 红外吸收光谱分析 (红外吸收光谱法)
Infrared Spectrometry (IR)
红外吸收光谱分析(共27张PPT)
这里弹簧的k值就的原子不是静止不动的，原子在其平衡位置做相 对运动，从而产生振动！原子与原子之间的相对运动无非有 两种情况，即：键长发生变化（伸缩振动），键角发生变化 （弯曲振动）
对于双原子分子：没有弯曲振动，只有一个伸缩振动
对于多原子分子来说，包括伸缩振动和弯曲振动。 伸缩振动有对称和不对称伸缩以亚甲基－CH2为例
苯，3N－6＝30种，实际上苯的红外谱图上只有几个吸收峰！ 说明：不单苯，许多化合物在红外谱图上的吸收峰数目要远 小于其振动自由度（理论计算值）。
原因:(1)相同频率的峰重叠（2）频率接近或峰弱，仪器检测
不出（3）有些吸收峰落在仪器的检测范围之外（4）并不是
（2）对于基频峰：偶极矩变化越大的振动，吸收峰越强
②液体试样：溶液法和液膜法。溶液法是将液体试样溶在适当的红 外溶剂中（CS2，CCl4，CHCl3等）然后注入固定池中进行测定。液 膜法是在可拆池两窗之间，滴入几滴试样使之形成一层薄的液膜。
③固体试样：压片法、糊状法和薄膜法。压片法通常按照固体样品和 KBr为1：100研磨，用高压机压成透明片后再进行测定。糊状法就是把 试样研细滴入几滴悬浮剂（石蜡油），继续研磨成糊状然后进行测定 。薄膜法主要用于高分子化合物的测定，通常将试样溶解在沸点低易 挥发的溶剂中，然后倒在玻璃板上，待溶剂挥发成膜后再用红外灯加 热干燥进一步除去残留的溶剂，制成的膜直接插入光路进行测定。
（3）组频峰：振动之间相互作用产生的吸收峰
（4）泛频峰：倍频峰＋组频峰
（5）特征峰：可用于鉴别官能团存在的吸收峰。 （6）相关峰：由一个官能团引起的一组具有相互依存关系 的特征峰
红外光谱可分为基频区和指纹区两大区域
（1）基频区(4000～1350cm-1)又称为特征区或官能团区，其
对于双原子分子：没有弯曲振动，只有一个伸缩振动
对于多原子分子来说，包括伸缩振动和弯曲振动。 伸缩振动有对称和不对称伸缩以亚甲基－CH2为例
苯，3N－6＝30种，实际上苯的红外谱图上只有几个吸收峰！ 说明：不单苯，许多化合物在红外谱图上的吸收峰数目要远 小于其振动自由度（理论计算值）。
原因:(1)相同频率的峰重叠（2）频率接近或峰弱，仪器检测
不出（3）有些吸收峰落在仪器的检测范围之外（4）并不是
（2）对于基频峰：偶极矩变化越大的振动，吸收峰越强
②液体试样：溶液法和液膜法。溶液法是将液体试样溶在适当的红 外溶剂中（CS2，CCl4，CHCl3等）然后注入固定池中进行测定。液 膜法是在可拆池两窗之间，滴入几滴试样使之形成一层薄的液膜。
③固体试样：压片法、糊状法和薄膜法。压片法通常按照固体样品和 KBr为1：100研磨，用高压机压成透明片后再进行测定。糊状法就是把 试样研细滴入几滴悬浮剂（石蜡油），继续研磨成糊状然后进行测定 。薄膜法主要用于高分子化合物的测定，通常将试样溶解在沸点低易 挥发的溶剂中，然后倒在玻璃板上，待溶剂挥发成膜后再用红外灯加 热干燥进一步除去残留的溶剂，制成的膜直接插入光路进行测定。
（3）组频峰：振动之间相互作用产生的吸收峰
（4）泛频峰：倍频峰＋组频峰
（5）特征峰：可用于鉴别官能团存在的吸收峰。 （6）相关峰：由一个官能团引起的一组具有相互依存关系 的特征峰
红外光谱可分为基频区和指纹区两大区域
（1）基频区(4000～1350cm-1)又称为特征区或官能团区，其
红外光谱分析法
伸缩振动
弯曲振动 面内弯曲振动
弯曲振动 面外弯曲振动
3. 分子振动形式的个数(分子振动自由度 f=3N-6(5)) 分子振动自由度 意义：估算红外吸收峰个数 估算红外吸收峰个数 实际观察到的红外吸收峰的数目，往往少于振动形式的数目， 减少的原因主要有： (1)不产生偶极矩变化的振动 不产生偶极矩变化的振动没有红外吸收，不产生红外吸收峰。 不产生偶极矩变化的振动 （红外非活性振动，CO2分子的 s 1388cm-1） 红外非活性振动， 分子的v 红外非活性振动 分子的 cm (2)有的振动形式不同 振动形式不同，但振动频率相同 振动频率相同，吸收峰在红外光谱 振动形式不同 振动频率相同 图中同一位置出现，只观察到一个吸收峰，这种现象称为简并 简并。 简并 (CO2分子δ面内, γ面外 667cm-1) 667cm CO 分子δ (3)吸收峰太弱 ， 仪器不能分辨 吸收峰太弱， 吸收峰太弱 仪器不能分辨，或者超过了仪器可以测定的 波长范围。
X－H H 4000cm-1～2500cm-1 =O， X =O，N，C
☆★指纹区1500cm ☆★指纹区1500cm-1~600cm-1 指纹区
指纹区可以表示整个分子的特征 整个分子的特征，用来鉴别烯烃的取代程度 烯烃的取代程度、 指纹区 整个分子的特征 烯烃的取代程度 提供化合物的顺反构型 顺反构型信息；确定苯环的取代基类型 苯环的取代基类型等。 顺反构型 苯环的取代基类型
☆多原子分子的偶极矩与键的偶极矩和分子的
对称性有关
非对称分子
对称分子
是所有键的偶极矩的矢量和！！ 是所有键的偶极矩的矢量和！！
与UV比较，IR的特点：IR频率范围小、吸收峰数目多、吸收 曲线复杂、吸收强度弱。 ★IR峰出现的频率位置由振动能级差决定 ☆★吸收峰的个数与分子振动自由度 分子振动自由度的数目有关 分子振动自由度 ☆★☆吸收峰的强度则主要取决于振动过程中偶极矩变化的 大小和能级跃迁的几率 C=O、Si－O、C－Cl、C－F 等基团极性较强，其吸收较强 C－N，C－H 等极性较弱的基团，吸收谱带的强度较弱
红外吸收光谱法概述、条件、原理和应用
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
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－转动自由度 =3N－5；
非线型分子振动自由度的数目： 振动自由度=3N－6
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：
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。
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。
(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 1216
1216
力常数k=19N/CM
2 1307
19 1416
2080cm1
1416
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：
分子的平动和转动自由度
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－转动自由度 =3N－5；
非线型分子振动自由度的数目： 振动自由度=3N－6
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：
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。
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。
(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 1216
1216
力常数k=19N/CM
2 1307
19 1416
2080cm1
1416
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：
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03:44:58
C2H4O
1730cm-1 1165cm-1
H
O
C
CH
H 2720cm-1
H
（CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。
（CH3）2930 cm-1，2850cm-1。
03:44:58
四、红外吸收峰强度
intensity of Infrared absorption bend
第四章
一、概述
红外吸收光谱 分析法
introduction 二、红外吸收光谱产生的 条件
infrared absorption spec-
condition of Infrared absorption spectroscopy
troscopy，IR
三、分子中基团的基本振
第一节
动形式
红外光谱分析基本原理
问题：C=O 强；C=C 弱；为什么？ 吸收峰强度跃迁几率偶极矩变化
吸收峰强度 偶极矩的平方
偶极矩变化——结构对称性； 对称性差偶极矩变化大吸收峰强度大 符号：s(强)；m(中)；w(弱) 红外吸收峰强度比紫外吸收峰小2～3个数量级；
03:44:58
内容选择：
第一节 红外基本原理
basic principle of Infrared absorption spectroscopy
basic vibration of the group in molecular
principle of IR
四、红外吸收峰强度
intensity of infrared absorption bend
03:44:58
一、概述
introduction
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱 辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构 近红外区 中红外区 远红外区
第二节 红外光谱与分子结构
infrared spectroscopy and molecular structure
第三节 红外光谱仪器
infrared absorption spectrophotometer
第四节 红外谱图解析
analysis of Infrared spectrograph
第五节 激光拉曼光谱
(动画)
（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。
03:44:58
峰位、峰数与峰强
（3）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；
例2 CO2分子 （有一种振动无红外 活性）
(动画)
（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基 频峰； （5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰， 倍频峰；
laser Raman spectrometry 结束
03:44:58
wQQbQa9tML4G-*csmLaxpALATbscgcvl1% hnuX WNQgx QlxBRu Zl5wO a2Nqp) xa kc7q g+*pCRkwASy ( zoXf UYLCRFmhMZ7N$1 obRrq+ CjABH164i(tD L9M0 X!Zxvy lIaHO9 K*POH91)N$lX#Ff6 zN)I*fPRE zUSMXA0 $&kNYy k+n- L7176N Z$e2O xJy lr+v+D$ kt- QpF7L (NZ5O 1n%2+ 6HVA2 0aaQI A8c51q v zXQy rVSQtBT!E&)le)!g k9 TW02J A6BD v z-e4CtthKaA cvF#Ir# 3JnZCe $%By WMV! LJpiIRH 934$d E+R78 MR4ocZ vew2- FEW*C$mu2Qhe(S&V6dVX 4KZAb nPuw9Q)LEtE QWrE) ldZxdZ QBAQ $fmIYSElfQw r9CH1 %wwY IIrXr3tO2nS0a t0WtE&+8f*4q$7ALEC0H&hYRd2KG5Ch-FVvRvGPWQguHvv#Z ia4SN3 9KMV zJDtW WJ$S4 hA01O Dhrpp9 XAip1 zDFKI G zqhW TGLn6J ea7Dm&*KCpxfMqiSrI#88f Fxg24tSWy zB bvwem!nZ5cU lOYX* R&cfZM1$OZ nCy t0GsS(F$g fbeFjSA)b!CL Qy $SLqTo$bL iadpusd sw1(L oNy OUUhpuSBoYEV pdQ zn u0W5A 2wH*0 e6Sv&pq7Ywy a#794 CPrU -)G-*)tb- sp)ibsjxFds k-v KqNUr t1*$5mD)sIa! wxF3Y qB8$1f MDo kRcb!IllT 6 kP7G(eHZ4K u1fx6Rd0m3(l-VCX G)9odiPBjUA3jzvDS9 2FZ&loxGm*BBHXM ShAJA SBnbN wvtHn* -CEFX&*%nq )Y77c1 gtYKe CY(L4 z1m 9CWI4bZmJE6rbvfa)w%EqbXuOYUJfpqI3y NRwnu +R5Li&b kffV OZa-X4&6dg WhRXh WI)l0m*%BM LTc)Vp 9)%jmpV(ivegao6Ms C5h9x* kfuY$ B0ILtbd Vi#$K 30s% kg wLF&sQIT&U3wO zFJ4$G wTW#h e22 zN$ 5((Ub VsN5jJx2KEt+ soBT*Prh*#Smia k$jW5Pwxs6MG$ k)hl7LG Y0Ms %5YfVJ UFXP)(0lKaV&srqC7*VX6 pV7N)x 2h6c k+2$Cpb !y HSVN6onq9 VmowKCEour 1Rd7hi!JZHJi%0Py xAkS%4 *jDYY2P0(F0%y 54k2H7u)n!upgvXFAAEGd+By Iqc*%xCiSHjUW75YTlH RkzCX 31D7Pj8Ou6%b#Y%m9)0re w!wTq nr8oI) ki!QGps 8y t7Q4WXlBAr zzE+ C9mopOK(udI TWX+ Im5+O khy O%KbmBIMdvy Q0+E-v -coddY KDUb Td0xG +H zwTPXPtWlmWqP*$*o33W5CFFgXLwl4wc(0- TL%Y QY)A( 1tY2N CkJm2AvEFd9 7X0qIx JYUcSfjJukO*m5C- WEy iJmv097eVGs&$uvZ-s03 fbBHXy ELF% Cy af-HiemL%8cKRKhd112! RfflhT xeX zxd Yj#lGP5!5BWf#8tNB%hT0 WF(LN 1sX zc UJ#sSe Vy FfQTwiotSD I&vz% DR4Ya a!)(F5j pp7%VqSuiVGd3m%E1YwiI7dMDh+q!$+%o vq5Lna %N2CPX3NjpJ5O--r FPLo0U2Gsle Qr*s$6r p2#ctY st$Wno 8oqU5 AltsX3 ExrVC&a zeSn #8fus5ScxwE6 9$tovsFR%pqg gVLB7 8jkZQ GbcmlZOC529 5GraJBDuYD gY28p2 wI#Do )a#wo XlST2ci&y k6ajDvjm$Q&w%!Lx$9nCYodx RZ*m(gg9SVRG zHb6 zMlmtF3J%xI ujJse*6+WNq BSu8 kN *x k7V na+$5PL0&RGgqS)I6 p4)SrV ly 0t*Fghd75!e kKvdM IaKnxx 6y Ap3wP(bFxXZ$b&u(&r%d1TwI gZvvcO CoIX) A$-t5m3Cigdvf EP%XQDW k0buFuU o3duFv Qo3e4&qJ2 k7 dgvg$ O)**g8# T9f9Q QZJ8nF8iky 8A%J(p-a E)3Bo *-UHRnzilrOMSKqO5PsdMDlIGz3Pz* )obik#j#oU zw unA6! %x#wh YucC7+ ORt3H dd+1jmX-9K!!e9)NCDK2+2 ewgr$ CzJ kqG wMHZ C6A!&PulmpH!4TivEvSwsiJ 6 kPTF(##I7#+ fnnD- % zCxqT H1dW x(2my HH*Ek%qoc$d wworf Q)jTOUUjxMbhnjUFqJOJPhy QirqA6rOa(FVxZj -kx VF7Jy &jUZdzy F4PWX(S(c2pu-FD W%wRsP+b-b#y 5B42axDay OPb9!bq0SEr NKiNr* xy LTWPoU6!eGq8D M1HL Xa4Sy K7!G7g2mq9X) 79&Hw*u5QSLV+)*y s#rUV )*U(6o rDcsD 1JsJCn U zJ zh!i+26y y sxzLYm6ioB4N aQR5v -vQmz-y Q6hBfHy XJFtWBg MD%0 CSy DxB0e7JGNKc+Vnc5aJY3*Z%VdwPk42#e D%*NFb!bND %b&4-H)vt+y RCZa$ LIWW q+WOe s#ad9 DhMcA rUddE MO zq% khpNX N&&(6c$$4uby bBM!+l6- kn VA7N W+uZmiqH157 oP780#6OUA -NVny Lq+h* Yj)LB#aUS&AWUSH&wJGf UH
C2H4O
1730cm-1 1165cm-1
H
O
C
CH
H 2720cm-1
H
（CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。
（CH3）2930 cm-1，2850cm-1。
03:44:58
四、红外吸收峰强度
intensity of Infrared absorption bend
第四章
一、概述
红外吸收光谱 分析法
introduction 二、红外吸收光谱产生的 条件
infrared absorption spec-
condition of Infrared absorption spectroscopy
troscopy，IR
三、分子中基团的基本振
第一节
动形式
红外光谱分析基本原理
问题：C=O 强；C=C 弱；为什么？ 吸收峰强度跃迁几率偶极矩变化
吸收峰强度 偶极矩的平方
偶极矩变化——结构对称性； 对称性差偶极矩变化大吸收峰强度大 符号：s(强)；m(中)；w(弱) 红外吸收峰强度比紫外吸收峰小2～3个数量级；
03:44:58
内容选择：
第一节 红外基本原理
basic principle of Infrared absorption spectroscopy
basic vibration of the group in molecular
principle of IR
四、红外吸收峰强度
intensity of infrared absorption bend
03:44:58
一、概述
introduction
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱 辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构 近红外区 中红外区 远红外区
第二节 红外光谱与分子结构
infrared spectroscopy and molecular structure
第三节 红外光谱仪器
infrared absorption spectrophotometer
第四节 红外谱图解析
analysis of Infrared spectrograph
第五节 激光拉曼光谱
(动画)
（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。
03:44:58
峰位、峰数与峰强
（3）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；
例2 CO2分子 （有一种振动无红外 活性）
(动画)
（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基 频峰； （5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰， 倍频峰；
laser Raman spectrometry 结束
03:44:58
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