红外吸收光谱分析(1)
- 格式：ppt
- 大小：2.15 MB
- 文档页数：59
下载文档原格式
合集下载
第十章 红外光谱分析
第十章 红外吸收光谱分析
Infrared Absorption Spectrometry ，IR
2020/3/23
• 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
2020/3/23
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。
2020/3/23
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
2020/3/23
2020/3/23
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。
2020/3/23
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。
Infrared Absorption Spectrometry ，IR
2020/3/23
• 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
2020/3/23
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。
2020/3/23
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
2020/3/23
2020/3/23
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。
2020/3/23
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。
红外吸收光谱分析
基团频率区旳划分
分区根据：因为有机物数目庞大，而构成有
机物旳基团有限；基团旳振动频率取决于K 和
m，同种基团旳频率相近。
划分措施
氢键区 ❖基团特征频率区 叁键区和累积双键区
双键区
❖指纹区
单键区
区域名称 频率范围
基团及振动形式
氢键区 4000～2500cm-1 O－H、C－H、N－H
等旳伸缩振动
叁键和
溶剂效应，极性基团旳伸缩振动频率随溶剂旳极性增 大而降低，但其吸收峰强度往往增强，一般是因为极 性基团和极性溶剂之间形成氢键旳缘故，形成氢键旳 能力越强吸收带旳频率就越低。如丙酮在环己烷中νC=O 为1727cm-1 ，在四氯化碳中为1720cm-1 ，在氯仿中为 1705cm-1 。
分子振动旳自由度
• 电子效应
①诱导效应 ②共轭效应
• 空间效应
①空间位阻 ②环张力
• 氢键
• 二.外部原因
• ①物态效应 • ②溶剂效应
❖电子效应
（1）诱导效应 经过静电诱导作用使分子中 电子云分布发生变化引起K旳变化，从而影 响振动频率。 如 C＝O
吸电子诱导效应使羰基双键性增长，振动频 率增大。
（2）共轭效应 共轭效应使共轭体系中
Varian 680-IR
• 日本岛津： • 傅立叶变换红外光谱仪 IRAffinity-1 • 高信噪比：30,000:1 以上；配置自动除湿装
置，易于维护；外形小巧，占地面积小；标配 杂质分析程序；多种附件能够选择。 • 傅立叶变换红外光谱仪 IRPrestige-21 • 研究级傅立叶红外光谱仪。 • 岛津红外显微镜系统 AIM-8800 • 具有AIM VIEW先进控制系统；具有高敏捷度 旳不需维护旳MCT检测器；多种附件使应用范 围进一步扩展。
第三章 红外吸收光谱分析-1
波长和波数
红外区光谱用波长和波数( 红外区光谱用波长和波数(wave number) 波长和波数 ) 来表征 ; 波长多用m做单位; 做单位; 波长多用 做单位 波数: 表示, 波数:以σ表示,定义为波长的倒数,单位 表示 定义为波长的倒数, cm-1,其物理意义是每厘米长光波中波的数 目. σ=1/λ(cm)=104/λ(m)=υ/c 用波数表示频率的好处是比用频率要方便, 用波数表示频率的好处是比用频率要方便,且 数值小. 数值小. 一般用透光率 波数曲线或透光度-波长曲线 透光率-波数曲线 波长曲线来 一般用透光率 波数曲线或透光度 波长曲线来 描述红外吸收光谱. 描述红外吸收光谱.
第三章 红外吸收光谱分析
3.2 基本原理 3.2.1 产生红外吸收的条件
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. 跃迁所需的跃迁能量相等. 2)辐射与物质之间有耦合作用. )辐射与物质之间有耦合作用.
条件一: 条件一:辐射光子的能量应与振动跃 迁所需能量相等
红外光谱的特点-1 红外光谱的特点
紫外,可见吸收光谱常用于研究不饱和 紫外,可见吸收光谱常用于研究不饱和 有机物, 有机物,特别是具有共轭体系的有机化 合物; 红外光谱法主要研究在振动中 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. 伴随有偶极矩变化的化合物. 因此,除了单原子和同核分子如Ne, , 因此,除了单原子和同核分子如 ,He, O2,H2等之外,几乎所有的有机化合物 等之外, 在红外光谱区均有吸收. 在红外光谱区均有吸收. 一般只要结构上不同, 一般只要结构上不同,就会有不同的红 外光谱图. 外光谱图.
红外光谱的特点-2 红外光谱的特点
红外谱图吸收带的位置与吸收谱带的强 红外谱图吸收带的位置与吸收谱带的强 度反映了分子结构上的特点, 度反映了分子结构上的特点,可以用来 定基团,定结构; 定基团,定结构; 谱带的强度与分子组成以及含量有关 与分子组成以及含量有关, 谱带的强度与分子组成以及含量有关, 可以用来进行定量分析及纯度的检查; 可以用来进行定量分析及纯度的检查; 红外光谱分析特征性强,气体, 红外光谱分析特征性强,气体,液体和 固体样品均可以测定,并且具有用量少, 固体样品均可以测定,并且具有用量少, 分析速度快和不破坏样品等特点. 分析速度快和不破坏样品等特点.
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。
红外吸收光谱分析1
LOGO
苯衍生物在2000-1650cm-1 范围出现 C-H 面外和C=C面内变形振动的泛频 吸收，虽然很弱，但它们的吸收面貌 在表征芳核取代类型上很有用。
LOGO
C=O 的伸缩振动
C=O的伸缩振动出现在1850-1600cm-1, 其吸收非常强烈，为红外 光谱中的最强吸收峰。含C=O 基团的化合物有 酮类，醛类，酯类 以及酸酐等。 酸酐的C=O 吸收峰有两个，分别出现在1820和 1750cm-1, 它们 是由于两个羰基的振动耦合所产生。可根据这两个峰的相对强弱 来判断酸酐是环状的还是线型的。线型酸酐的两个峰强度接近， 高波数稍强于低波数，环状酸酐的低波数强于高波数峰。
1< <10
弱峰（w） LOGO
二、红外光谱的特征性和基团吸收
物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的
吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。多原 子分子的红外光谱与其结构的关系，一般是通过 实验手段获得。即通过比较大量已知化合物的红 外光谱，从中总结出各种基团的吸收规律。
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
2062cm-1 1683cm-1 1190cm-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，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波
数区。
LOGO
为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）
1 1 k 2c
根据小球质量与相对原子质量间的关系：
N 1/2 A
k 1307 k
2c M
M
M M 1M 2 M1 M2
பைடு நூலகம்
苯衍生物在2000-1650cm-1 范围出现 C-H 面外和C=C面内变形振动的泛频 吸收，虽然很弱，但它们的吸收面貌 在表征芳核取代类型上很有用。
LOGO
C=O 的伸缩振动
C=O的伸缩振动出现在1850-1600cm-1, 其吸收非常强烈，为红外 光谱中的最强吸收峰。含C=O 基团的化合物有 酮类，醛类，酯类 以及酸酐等。 酸酐的C=O 吸收峰有两个，分别出现在1820和 1750cm-1, 它们 是由于两个羰基的振动耦合所产生。可根据这两个峰的相对强弱 来判断酸酐是环状的还是线型的。线型酸酐的两个峰强度接近， 高波数稍强于低波数，环状酸酐的低波数强于高波数峰。
1< <10
弱峰（w） LOGO
二、红外光谱的特征性和基团吸收
物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的
吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。多原 子分子的红外光谱与其结构的关系，一般是通过 实验手段获得。即通过比较大量已知化合物的红 外光谱，从中总结出各种基团的吸收规律。
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
2062cm-1 1683cm-1 1190cm-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，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波
数区。
LOGO
为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）
1 1 k 2c
根据小球质量与相对原子质量间的关系：
N 1/2 A
k 1307 k
2c M
M
M M 1M 2 M1 M2
பைடு நூலகம்
第三章 红外吸收光谱分析-1.
第三章 红外吸收光谱分析
3.2 基本原理 3.2.2 双原子分子的振动
红外光谱是由于分子振动能级的跃迁（同时伴有转动能级跃 迁）而产生，即分子中的原子以平衡位置为中心作周期性振动， 其振幅非常小。这种分子的振动通常想象为一根弹簧联接的两个 小球体系，称为谐振子模型。这是最简单的双原子分子情况，如 下图所示。
红外谱图吸收带的位置与吸收谱带的强 度反映了分子结构上的特点，可以用来 定基团、定结构；
谱带的强度与分子组成以及含量有关， 可以用来进行定量分析及纯度的检查；
红外光谱分析特征性强，气体、液体和 固体样品均可以测定，并且具有用量少、 分析速度快和不破坏样品等特点。
红外光谱与紫外吸收光谱相比
多原子分子振动
多原子分子由于原子数目增多，组成分子的 键或基团和空间结构不同，其振动光谱比双 原子分子要复杂。但是可以把它们的振动分 解成许多简单的基本振动，即简正振动。
简正振动：简正振动的振动状态是分子质心 保持不变，整体不转动，每个原子都在其平 衡位置附近做简谐振动。
分子中任何一个复杂振动都可以看成这些简 正振动的线性组合。
为满足这个条件，分子振动必须伴随偶极矩 的变化。
红外跃迁是偶极矩诱导的，即能量转移的机 制是通过振动过程所导致的偶极矩的变化和 交变的电磁场（红外线）相互作用 发生的。
分子由于构成它的各原子的电负性的不同， 也显示不同的极性，称为偶极子。
通常用分子的偶极矩（）来描述分子极性 的大小。
红外光谱的三个区域
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:
近红外区 ： λ为0.78-2.5μm 中红外光区 ：λ为2.5-25μm 远红外区 ： λ为25-300μm
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 ）
4-1红外吸收光谱分析
红外吸收光谱分析
IR光谱的产生条件
1-己烯
当样品受到频率连续变 化的红外光照射时，分子吸 收某些频率的辐射，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。
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。
红外吸收光谱分析 3. 分子振动方程式 (Hook's Law) 分子中的原子以平衡点为中心，以非常小的振幅作周期性的 振动，即所谓简谐振动。最简单的分子是双原子分子。可用一个弹 簧两端联着两个小球来模拟。mA和mB分别代表两小球的质量（原 子质量），弹簧的长度r就是分子化学键的长度。用经典力学(虎克 定律)可导出这个体系的振动频率（以波数表示):
红外吸收光谱分析
Hook‘s Law 的讨论
这是由于双键比单键强，即双键的 k 比单键 的 k 大。同样，炔烃要比双键强。这个规律也适 用于碳氧键上。 另外，由于伸缩振动力常数比弯曲振动的力 常数大，所以伸缩振动的吸收出现在较高的频率 区而弯曲振动的吸收则在较低的频率区。
根据式（4-6）可以计算其基频峰的位置，而 且某些计算与实测值很接近，如甲烷的C-H基频计 算值为2920cm-1，而实测值为2915cm-1，但这种 计算只适用于双原子分子或多原子分子中影响因 素小的谐振子。 实际上，在一个分子中，基团与基团的化学 键之间都相互有影响，因此基团振动频率除决定 于化学键两端的原子质量，化学键的力常数外， 还与内部因素（结构因素）及外部因素（化学环 境）有关。
波谱分析-第二章 (红外光谱)(1)
例如：HCl，k = 5.1N· cm-1
v = 1303
5.1 (1 + 35.5) 1× 35.5
1/2 -1 cm = 2993
C—C C=C
k ~ 5 N· cm-1 k ~ 10 N· cm-1
= 1193 cm-1 = 1687 cm-1
C≡C
C—H
k ~ 15 N· cm-1
1/2
K (m1 + m2) 1 1/2 v = 1303 (K / u ) = m1m2 2πc
K:力常数，m1 和 m2 分别为二个振动质点的质量数
吸收频率随键的强度的增加而增加，随键连原子的质 量增加而减少。化学键力常数：单键—4~8 双键— 8~12 叁键—12~18 利用实验得到的键力常数和计算式，可以估算各种类 型的基频峰的波数
四
五 六
λ
10-8
10-6 10
10-4 400 800
10-2
100
102 cm nm um
γ射 线
X射 线
紫 外 光
可 见 光
红外光 IR 微波
无线电波
1 cm = 107nm
1cm = 104um
通常的红外光谱频率在4000～625cm-1之间，正是一般 有机化合物的基频振动频率范围，可以给出丰富的结构信息： 谱图中的特征基团频率可以指出分子中官能团的存在；全部 光谱图则反应整个分子的结构特征。除光学对映体外，任何 两个不同的化合物都具有不同的红外光谱。
（二）简偕振动
分子是由各种原子以化学键相互连接而生成。可以用 不同质量的小球代表原子，以不同强度的弹簧代表各种化
学键，它们以一定的次序互相连接，就成为分子的近似机 械模型。这样就可以根据力学定理来处理分子的振动。
v = 1303
5.1 (1 + 35.5) 1× 35.5
1/2 -1 cm = 2993
C—C C=C
k ~ 5 N· cm-1 k ~ 10 N· cm-1
= 1193 cm-1 = 1687 cm-1
C≡C
C—H
k ~ 15 N· cm-1
1/2
K (m1 + m2) 1 1/2 v = 1303 (K / u ) = m1m2 2πc
K:力常数，m1 和 m2 分别为二个振动质点的质量数
吸收频率随键的强度的增加而增加，随键连原子的质 量增加而减少。化学键力常数：单键—4~8 双键— 8~12 叁键—12~18 利用实验得到的键力常数和计算式，可以估算各种类 型的基频峰的波数
四
五 六
λ
10-8
10-6 10
10-4 400 800
10-2
100
102 cm nm um
γ射 线
X射 线
紫 外 光
可 见 光
红外光 IR 微波
无线电波
1 cm = 107nm
1cm = 104um
通常的红外光谱频率在4000～625cm-1之间，正是一般 有机化合物的基频振动频率范围，可以给出丰富的结构信息： 谱图中的特征基团频率可以指出分子中官能团的存在；全部 光谱图则反应整个分子的结构特征。除光学对映体外，任何 两个不同的化合物都具有不同的红外光谱。
（二）简偕振动
分子是由各种原子以化学键相互连接而生成。可以用 不同质量的小球代表原子，以不同强度的弹簧代表各种化
学键，它们以一定的次序互相连接，就成为分子的近似机 械模型。这样就可以根据力学定理来处理分子的振动。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
随着环张力增加，环外基团振动频率蓝移 （增大），环内基团振动频率红移（减小）。
❖ 氢键
氢键的形成使原有的化学键O－H或N－H的键长增 大，力常数K 变小，振动频率红移。 氢键的形成对吸收峰的影响： ➢ 吸收峰展宽 氢键形成程度不同，对力常数的影响不同，使得吸收 频率有一定范围。氢键形成程度与测定条件有关。 ➢ 吸收强度增大 形成氢键后，相应基团的振动偶极矩变化增大，因此 吸收强度增大。
• 色散元件是单色器的核心部件，目前色散型红外光谱 仪都使用平面反射式光栅为色散元件，它是在玻璃、 镀铝玻璃或者直接在铝或铜等金属坯体上刻出等宽度 、等间距的平行线槽，这些线槽面呈三角形状，由于 槽面的反射作用，使照射到光栅上的光强集中到某一 角度范围内，则在某一角度范围内可以观察到光栅上 射出的光特别耀眼，因此这种反射式光栅又称闪耀光 栅。
等的伸缩振动
叁键和
CC、CN、NN和
累积双键区 2500~2000cm-1 C＝C＝C、N＝C＝O
等的伸缩振动
双键区
2000~1500cm-1 C=O、C=C、C=N、 NO2、苯环等的伸缩振动
单键区
1500~400cm-1 C－C、C－O、C－N、 C－X等的伸缩振动及含
氢基团的弯曲振动。
红外吸收峰的类型
• 日本岛津： • 傅立叶变换红外光谱仪 IRAffinity-1 • 高信噪比：30,000:1 以上；配备自动除湿装置，
易于维护；外形小巧，占地面积小；标配杂质分 析程序；多种附件可以选择。
• 傅立叶变换红外光谱仪 IRPrestige-21 • 研究级傅立叶红外光谱仪。 • 岛津红外显微镜系统 AIM-8800 • 具有AIM VIEW先进控制系统；具有高灵敏度的不
• 基频峰 分子吸收一定频率的红外光，若振动能级由基态（n=0）跃迁到第一振动激发（n=1）时，
所产生的吸收峰称为基频峰。由于n=1，基频峰的强度一般都较大，因而基频峰是红外 吸收光谱上最主要的一类吸收峰。 • 泛频峰 包括：倍频峰、合频峰、差频峰，一般都很弱常观测不到。
影响基团频率位移的因素
• 一.内部因素
动激发态(V=1)的跃迁最重要，产生的吸收频率称为基频。
基团频率区的划分
分区依据：由于有机物数目庞大，而组成有
机物的基团有限；基团的振动频率取决于K 和
m，同种基团的频率相近。
划分方法
氢键区 ❖基团特征频率区 叁键区和累积双键区
双键区
❖指纹区
单键区
区域名称 频率范围
基团及振动形式
氢键区 4000～2500cm-1 O－H、C－H、N－H
傅里叶变换红外光谱仪的工 作原理图
迈克尔逊红外干涉仪原理图
傅里叶变换的原理
B( ) I (X ) cos(2X )dX
式中，B(σ)为样品吸收 光谱上某点的吸收强度，I (X)为干涉图上某点的强度，
经过该式的转换，将干涉图 转换为红外吸收图。
1.能斯特灯
光源
由粉末状氧化锆、氧化钇、氧化钍等稀土氧化
Spectrum 100 Optica、
Spectrum 400 FT Mid-IR and Far-IR System
美国瓦里安是世界上研究开发科学仪器和真空产品的先驱之一, 目前销售的红外光谱仪包括 ：
Varian 640 IR, Varian 660 IR, Varian 670/680-IR, Varian 680-IR
癸酸的红外光谱图
游离羧酸的C=O约为1760cm-1，而缔合状态（如固、 液体时），因氢键作用C=O移到1700 cm-1附近。
• 外部因素
物态效应，物质处于气态时，分子间作用力小，吸收频率 就高，处于液态时，分子间作用力增大，吸收频率就低。 如丙酮的νC=O气态时为1738cm-1,在液态时为1715cm-1.
溶剂效应，极性基团的伸缩振动频率随溶剂的极性增大而 降低，但其吸收峰强度往往增强，通常是因为极性基团和 极性溶剂之间形成氢键的缘故，形成氢键的能力越强吸收 带的频率就越低。如丙酮在环己烷中νC=O为1727cm-1 ，在 四氯化碳中为1720cm-1 ，在氯仿中为1705cm-1 。
分子振动的自由度
– 0.75～2.5 µm 近红外区：泛频区
– 2.5～25 µm 中红外区：大部分有机物 的基团振动频率在此区域。
– 25～1000 µm 远红外区：转动和重原子 振动
分子振动的基本类型
1
2
3
4
5
6
伸缩振动 变形振动
分子振动的频率
υ 1 2π
Κ μ
或 σ 1307 K M
分子振动过程中，同一类型的振动频率十接近，它 们总是出现在某一范围内，但是相互又有区别，即所谓特 征频率或基团频率。
吸收池
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。
单色器
• 单色器是色散型红外光谱仪的主要组成部件，由狭缝 、准直镜、色散元件组成，准直镜通常是抛物镜，其 作用是把入射狭缝的像聚焦在出射狭缝上，入射狭缝 是提供一个整齐的窄光源以供色散元件色散，出射狭 缝的作用是使色散后的单色光在扫描过程中依次通过 它而到达检测器。
• Nicolet iS10傅立叶变换红外（FT-IR）光谱仪 • Nicolet 8700 傅立叶-红外(FT-IR)光谱仪 • Nicolet 380 傅立叶红外(FT-IR)光谱仪 • Nicolet 6700 傅立叶红外光谱仪 • Nicolet IR100 傅立叶(FT-IR)光谱仪 • Nicolet IR200 傅立叶(FT-IR)光谱仪 • Transport Kit 便携式FT-IR • Nicolet iN10红外显微镜(2009 R&D 100 award )
需维护的MCT检测器；多种附件使应用范围进一 步扩展。
•
红外吸收光谱仪的组件
• 一、色散型红外光谱仪 • 主要由光源、吸收池、单色器、检测器、记录系统构成
色散型红外吸收光谱仪的原 理图
傅里叶变换红外吸收仪
Fourier变换红外光谱仪没有色散元件，主要由光源、Michelson 干涉仪、检测器、计算机和 记录仪组成。
对于一些吸收很强的液体，当用调整厚度的方法仍然得不 到满意的谱图时，可用适当的溶剂配成稀溶液进行测定。一 些固体也可以溶液的形式进行测定。常用的红外光谱溶剂应 在所测光谱区内本身没有强烈的吸收，不侵蚀盐窗，对试样 没有强烈的溶剂化效应等。
在特征频率区，不同化合物的同一种官能团吸收振动总 是出现在一个窄的波数范围内，但不是一个固定波数，具 体出现在哪里与基团所处的环境有关。
产生红外吸收的条件
• 红外光谱产生的条件 • E红外光=ΔE分子振动或υ红外光=υ分子振动 • 红外光与分子之间有偶合作用：分子振动时其偶极矩(μ)必须发生变化，即Δμ≠0。 • 能级跃迁规律：振动量子数(ΔV）变化为±1时，跃迁几率最大。从基态(V=0)到第一振
• 化学家着重研究物质对不同红外辐射的吸收强度 ，来推断物质的组成和结构。
• 利用物质对红外光区辐射的选择性吸收特性来分 析分子中有关基团结构的性质、含量信息的分析 方法。
• 于1936年制成了世界上第一台棱镜分光的单光束 手录式红外光谱仪。
商品红外光谱仪的发展历史
第一代
第二代 第三代
第四代
40年代中 到50年代 末，棱镜 作为分光 元件，电 子管放大 元件-色散 型红外光 谱仪
• 电子效应
①诱导效应 ②共轭效应
• 空间效应
①空间位阻 ②环张力
• 氢键
• 二.外部因素
• ①物态效应 • ②溶剂效应
❖电子效应
（1）诱导效应 通过静电诱导作用使分子中 电子云分布发生变化引起K的改变，从而影 响振动频率。 如 C＝O
吸电子诱导效应使羰基双键性增加，振动频 率增大。
（2）共轭效应 共轭效应使共轭体系中
• 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。
• 非直线型分子振动形式应有（3n-6）种。直线型分子，直线性分子的振动形式为（3n-5 ）种。
• 但是实际上，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 。
吸收峰减少的原因
• 分子的一些振动没有偶极矩变化，是红外非活性的； • 不同振动方式的频率相同，发生简并； • 一些振动的频率十分接近，仪器无法分辨； • 一些振动的频率超出了仪器可检测的范围。
• PerkinElmer业务集中在三个领域——生命科学、光电子学和分析仪器。 1957年匹兹
Spectru 堡会议上，公司推出世界首台双光束红外光谱仪137型，红外吸收仪包括 m 100 FTIR Spectrometer、 Spectrum 100N FTIR Spe ctrometer、Spectrum 400 FT Mid-IR and Near-IR Sys tem、Spectrum BX FTIR Spectrometer、
物加压成型，并在高温下烧结成的空心或实心
细棒,功率为50-200W，波长2-25μm寿命1000h 。
2.硅碳棒
由硅砂加压成型，并在高温下烧结成的两端粗
中间细的实心棒，功率200-400W，波长2-30μ m，寿命大于1000h。
3.氧化铝棒
用硅酸锆加氧化铝粉调成糊状后，加到氧化铝
烧结管中，用铹丝做电极，功率一般30W，波 长2-50μm，寿命长，用电省。
影响吸收峰强度的因素
• 红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，而偶极矩与分子结构的对称性 有关。
• 极性较强的基团（如C=O，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。
❖ 氢键
氢键的形成使原有的化学键O－H或N－H的键长增 大，力常数K 变小，振动频率红移。 氢键的形成对吸收峰的影响： ➢ 吸收峰展宽 氢键形成程度不同，对力常数的影响不同，使得吸收 频率有一定范围。氢键形成程度与测定条件有关。 ➢ 吸收强度增大 形成氢键后，相应基团的振动偶极矩变化增大，因此 吸收强度增大。
• 色散元件是单色器的核心部件，目前色散型红外光谱 仪都使用平面反射式光栅为色散元件，它是在玻璃、 镀铝玻璃或者直接在铝或铜等金属坯体上刻出等宽度 、等间距的平行线槽，这些线槽面呈三角形状，由于 槽面的反射作用，使照射到光栅上的光强集中到某一 角度范围内，则在某一角度范围内可以观察到光栅上 射出的光特别耀眼，因此这种反射式光栅又称闪耀光 栅。
等的伸缩振动
叁键和
CC、CN、NN和
累积双键区 2500~2000cm-1 C＝C＝C、N＝C＝O
等的伸缩振动
双键区
2000~1500cm-1 C=O、C=C、C=N、 NO2、苯环等的伸缩振动
单键区
1500~400cm-1 C－C、C－O、C－N、 C－X等的伸缩振动及含
氢基团的弯曲振动。
红外吸收峰的类型
• 日本岛津： • 傅立叶变换红外光谱仪 IRAffinity-1 • 高信噪比：30,000:1 以上；配备自动除湿装置，
易于维护；外形小巧，占地面积小；标配杂质分 析程序；多种附件可以选择。
• 傅立叶变换红外光谱仪 IRPrestige-21 • 研究级傅立叶红外光谱仪。 • 岛津红外显微镜系统 AIM-8800 • 具有AIM VIEW先进控制系统；具有高灵敏度的不
• 基频峰 分子吸收一定频率的红外光，若振动能级由基态（n=0）跃迁到第一振动激发（n=1）时，
所产生的吸收峰称为基频峰。由于n=1，基频峰的强度一般都较大，因而基频峰是红外 吸收光谱上最主要的一类吸收峰。 • 泛频峰 包括：倍频峰、合频峰、差频峰，一般都很弱常观测不到。
影响基团频率位移的因素
• 一.内部因素
动激发态(V=1)的跃迁最重要，产生的吸收频率称为基频。
基团频率区的划分
分区依据：由于有机物数目庞大，而组成有
机物的基团有限；基团的振动频率取决于K 和
m，同种基团的频率相近。
划分方法
氢键区 ❖基团特征频率区 叁键区和累积双键区
双键区
❖指纹区
单键区
区域名称 频率范围
基团及振动形式
氢键区 4000～2500cm-1 O－H、C－H、N－H
傅里叶变换红外光谱仪的工 作原理图
迈克尔逊红外干涉仪原理图
傅里叶变换的原理
B( ) I (X ) cos(2X )dX
式中，B(σ)为样品吸收 光谱上某点的吸收强度，I (X)为干涉图上某点的强度，
经过该式的转换，将干涉图 转换为红外吸收图。
1.能斯特灯
光源
由粉末状氧化锆、氧化钇、氧化钍等稀土氧化
Spectrum 100 Optica、
Spectrum 400 FT Mid-IR and Far-IR System
美国瓦里安是世界上研究开发科学仪器和真空产品的先驱之一, 目前销售的红外光谱仪包括 ：
Varian 640 IR, Varian 660 IR, Varian 670/680-IR, Varian 680-IR
癸酸的红外光谱图
游离羧酸的C=O约为1760cm-1，而缔合状态（如固、 液体时），因氢键作用C=O移到1700 cm-1附近。
• 外部因素
物态效应，物质处于气态时，分子间作用力小，吸收频率 就高，处于液态时，分子间作用力增大，吸收频率就低。 如丙酮的νC=O气态时为1738cm-1,在液态时为1715cm-1.
溶剂效应，极性基团的伸缩振动频率随溶剂的极性增大而 降低，但其吸收峰强度往往增强，通常是因为极性基团和 极性溶剂之间形成氢键的缘故，形成氢键的能力越强吸收 带的频率就越低。如丙酮在环己烷中νC=O为1727cm-1 ，在 四氯化碳中为1720cm-1 ，在氯仿中为1705cm-1 。
分子振动的自由度
– 0.75～2.5 µm 近红外区：泛频区
– 2.5～25 µm 中红外区：大部分有机物 的基团振动频率在此区域。
– 25～1000 µm 远红外区：转动和重原子 振动
分子振动的基本类型
1
2
3
4
5
6
伸缩振动 变形振动
分子振动的频率
υ 1 2π
Κ μ
或 σ 1307 K M
分子振动过程中，同一类型的振动频率十接近，它 们总是出现在某一范围内，但是相互又有区别，即所谓特 征频率或基团频率。
吸收池
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。
单色器
• 单色器是色散型红外光谱仪的主要组成部件，由狭缝 、准直镜、色散元件组成，准直镜通常是抛物镜，其 作用是把入射狭缝的像聚焦在出射狭缝上，入射狭缝 是提供一个整齐的窄光源以供色散元件色散，出射狭 缝的作用是使色散后的单色光在扫描过程中依次通过 它而到达检测器。
• Nicolet iS10傅立叶变换红外（FT-IR）光谱仪 • Nicolet 8700 傅立叶-红外(FT-IR)光谱仪 • Nicolet 380 傅立叶红外(FT-IR)光谱仪 • Nicolet 6700 傅立叶红外光谱仪 • Nicolet IR100 傅立叶(FT-IR)光谱仪 • Nicolet IR200 傅立叶(FT-IR)光谱仪 • Transport Kit 便携式FT-IR • Nicolet iN10红外显微镜(2009 R&D 100 award )
需维护的MCT检测器；多种附件使应用范围进一 步扩展。
•
红外吸收光谱仪的组件
• 一、色散型红外光谱仪 • 主要由光源、吸收池、单色器、检测器、记录系统构成
色散型红外吸收光谱仪的原 理图
傅里叶变换红外吸收仪
Fourier变换红外光谱仪没有色散元件，主要由光源、Michelson 干涉仪、检测器、计算机和 记录仪组成。
对于一些吸收很强的液体，当用调整厚度的方法仍然得不 到满意的谱图时，可用适当的溶剂配成稀溶液进行测定。一 些固体也可以溶液的形式进行测定。常用的红外光谱溶剂应 在所测光谱区内本身没有强烈的吸收，不侵蚀盐窗，对试样 没有强烈的溶剂化效应等。
在特征频率区，不同化合物的同一种官能团吸收振动总 是出现在一个窄的波数范围内，但不是一个固定波数，具 体出现在哪里与基团所处的环境有关。
产生红外吸收的条件
• 红外光谱产生的条件 • E红外光=ΔE分子振动或υ红外光=υ分子振动 • 红外光与分子之间有偶合作用：分子振动时其偶极矩(μ)必须发生变化，即Δμ≠0。 • 能级跃迁规律：振动量子数(ΔV）变化为±1时，跃迁几率最大。从基态(V=0)到第一振
• 化学家着重研究物质对不同红外辐射的吸收强度 ，来推断物质的组成和结构。
• 利用物质对红外光区辐射的选择性吸收特性来分 析分子中有关基团结构的性质、含量信息的分析 方法。
• 于1936年制成了世界上第一台棱镜分光的单光束 手录式红外光谱仪。
商品红外光谱仪的发展历史
第一代
第二代 第三代
第四代
40年代中 到50年代 末，棱镜 作为分光 元件，电 子管放大 元件-色散 型红外光 谱仪
• 电子效应
①诱导效应 ②共轭效应
• 空间效应
①空间位阻 ②环张力
• 氢键
• 二.外部因素
• ①物态效应 • ②溶剂效应
❖电子效应
（1）诱导效应 通过静电诱导作用使分子中 电子云分布发生变化引起K的改变，从而影 响振动频率。 如 C＝O
吸电子诱导效应使羰基双键性增加，振动频 率增大。
（2）共轭效应 共轭效应使共轭体系中
• 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。
• 非直线型分子振动形式应有（3n-6）种。直线型分子，直线性分子的振动形式为（3n-5 ）种。
• 但是实际上，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 。
吸收峰减少的原因
• 分子的一些振动没有偶极矩变化，是红外非活性的； • 不同振动方式的频率相同，发生简并； • 一些振动的频率十分接近，仪器无法分辨； • 一些振动的频率超出了仪器可检测的范围。
• PerkinElmer业务集中在三个领域——生命科学、光电子学和分析仪器。 1957年匹兹
Spectru 堡会议上，公司推出世界首台双光束红外光谱仪137型，红外吸收仪包括 m 100 FTIR Spectrometer、 Spectrum 100N FTIR Spe ctrometer、Spectrum 400 FT Mid-IR and Near-IR Sys tem、Spectrum BX FTIR Spectrometer、
物加压成型，并在高温下烧结成的空心或实心
细棒,功率为50-200W，波长2-25μm寿命1000h 。
2.硅碳棒
由硅砂加压成型，并在高温下烧结成的两端粗
中间细的实心棒，功率200-400W，波长2-30μ m，寿命大于1000h。
3.氧化铝棒
用硅酸锆加氧化铝粉调成糊状后，加到氧化铝
烧结管中，用铹丝做电极，功率一般30W，波 长2-50μm，寿命长，用电省。
影响吸收峰强度的因素
• 红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化，而偶极矩与分子结构的对称性 有关。
• 极性较强的基团（如C=O，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。