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材料测试与研究方法 第三章 红外吸收光谱

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红外光谱(IR)分析copy

红外光谱(IR)分析copy

与红外光谱比较，Raman光谱用于有机化合 物分析有一定优点。
∗因Raman光谱与红外光谱的选择定则不同，
对红外吸收很弱的C≡C、C=C、C-S、S-S等 键的伸缩振动及其它对称振动，都有很强的 Raman散射光。
∗拉曼光谱的另一大优点是不要求样品具有
光透性，可以很容易地得到浑浊样品的拉曼光 谱。 Raman光谱制样简单，很多情况下样品不 需处理，粉、块、薄膜状的固体、液态、溶 液及溶液中的沉淀物均可直接得到散射光谱。 特别是FI-Raman光谱可用作合适的非破 坏现场测试方法，在有机化合物、高分子材 料、医学、文物保护和生物分子研究中的应用 具有其独到之处。
∗特别重要的是：可用水作溶剂。（水是弱的散射
体）因此有利于生物分子、络合物、水污染等问题 的研究。 水分子是一种极性分子，有十分明显的红外吸收 谱带，要得到含水样品的红外吸收光谱却很困难。 相反，水分子的拉曼光谱信号很弱，可以较容易 地得到含水样品的拉曼光谱。因此，拉曼光谱可被 广泛地用于研究含水分的生物体系中，作为一种鉴 别物质结构的分析测试手段。
(问题：键力常数K还表明了红外谱峰位置与什 么因素有密切的关系？)
1-2 多原子分子的振动 在多原子分子中，由于组成原子数目多，以 及分子中原子排布情况不同，故多原子分子的 振动光谱远比双原子分子复杂得多。
1-4 影响峰位变化的因素 虽然基团吸收峰的频率主要由原子的质量和 原子的力常数决定，但基团的特征吸收峰并不 能固定在一个频率位置上，而是在一定范围内 波动。 （为什么？） 分子内部结构和外部环境的改变都可使其频 率发生改变。
4. 空间效应： (1)环状化合物的环张力效应：环张力越大，羰 基νC=O频率越高。 环张力 四元环 > 五元环 > 六元环 (2)空间位阻效应：空间位阻使羰基与双键之间 的共轭受限制，故使νC=O频率增高。 5. 氢键效应：氢键的形成，通常可使伸缩振动 频 率向低波数方向移动。

红外吸收光谱法

红外吸收光谱法

）．未知物结构的测定 （ 2 ）．未知物结构的测定
基本方法： 基本方法：图谱解析 测绘样品的红外谱图 分析吸收峰的位置、形状、强度等要素 分析吸收峰的位置、形状、 确定分子中所含的基团或化学键 推断分子的结构
步骤1 步骤1： 准备工作 了解样品的来源、制备过程、外观、 了解样品的来源、制备过程、外观、 纯度、 纯度、经元素分析后确定的化学式以及熔 沸点、溶解性质等物理性质， 点、沸点、溶解性质等物理性质，取得对 样品有个初步的认识或判断
特点 光谱来源：分子振动和转动； 光谱来源：分子振动和转动； 样品：气态、液态、固态样品； 样品：气态、液态、固态样品； 应用：结构分析。 应用：结构分析。
一、
红外吸收光谱法的基本原理
1、红外光谱(IR)的产生 、红外光谱 的产生 样品受到的红外光照 射时， 射时，分子吸收其中 一些频率的辐射， 一些频率的辐射，发 生振-转能级的跃迁, 生振-转能级的跃迁, 分子的偶极矩发生变 即得红外光谱。 化，即得红外光谱。
3. 单色器
组成：色散元件、准直镜和狭缝。 组成：色散元件、准直镜和狭缝。 棱镜： 单晶。 棱镜：LiF、CaF2、NaF、KBr单晶。 、 、 单晶 光栅：可用几个光栅组合。 光栅：可用几个光栅组合。
三、
红外光谱法的应用
1
）．已知物的鉴定 （ 1 ）．已知物的鉴定 ）．未知物结构的测定 （ 2 ）．未知物结构的测定
二、色散型红外光谱仪
与紫外可见分光光度计对比 基本组成部件相似： 均有光源、吸收池、 基本组成部件相似： 均有光源、吸收池、单 相似 色器、检测器等。 色器、检测器等。 每个部件的结构、材料和性能不同： 每个部件的结构、材料和性能不同： 不同 如光源、吸收池等。 如光源、吸收池等。

有机波谱解析-第三章_红外光谱

有机波谱解析-第三章_红外光谱

由于红外光谱吸收强度受狭缝宽度、温度和溶剂等因素影 响，故不易精确测定，在实际分析中，只是通过与羰基等强吸 收峰对比来定性研究。
谱带强度与振动时偶极矩变化有关,偶极矩变化愈 基团极性 大，谱带强度愈大；偶极矩不发生变化，谱带强度为0， 即为红外非活性。 电子效应
红外吸收强度 偶极距变化幅度 振动偶合
伸缩振动（
as
）两种形式。
弯曲振动：原子垂直于化学键方向的运动。又可以分
它们还可以细分为摇摆、卷曲等振动形式。
为面内弯曲振动（）和面外弯曲振动（ ）两种形式，
+和-表示垂直于纸面方向的前后振动。
亚甲基的振动形式
三、分子振动与红外吸收峰的关系
理论上具有特定频率的每一种振动都能吸收相应 频率的红外光，在光谱图对应位臵上出现一个吸收 峰。实际上，因种种原因分子振动的数目与谱图中
纵坐标为： 百分透过率（%） 横坐标为： 波长（µ m）或波 数（cm-1）。
环戊烷
也可用文字形式表示为：2955cm-1(s)为CH2的反对称伸缩振动 (υasCH2),2870cm-1(m)为CH2的对称伸缩振动(υsCH2) 1458cm-1(m) 为CH2的面内弯曲振动(δ面内CH2),895cm-1(m)为CH2的面外弯曲振动 (面外CH2)
诱导效应大于共轭效应， C＝O 蓝移至 1735 cm-1
三、空间效应
（1）空间位阻 破坏共轭体系的共平面性，使共
轭效应减弱，双键的振动频率蓝移（增大）。
CH(CH3)2 O O O
CH3 CH3
CH3 CH(CH3)2
CH3
1663cm-1
1686cm-1
1693cm-1
（2）环的张力：环的大小影响环上有关基 团的频率。

材料测试与研究方法 第三章 红外吸收光谱概论

材料测试与研究方法 第三章 红外吸收光谱概论

（3）共轭效应：当双键之间以一个单键相连时， 双键电子发生共轭而离域（即共轭体系中电子云 密度平均化），降低了双键的力常数，从而使双 键的伸缩振动频率降低，但吸收强度提高。
2、空间效应 （1）空间障碍：指分子中的大基团产生的位阻作用，
迫使邻近基团间的键角变小或共轭体系之间单键键 角偏转，使基团的振动频率和峰形发生变化。
双原子分子的势能曲线
根据量子力学观点，作谐振动粒子的波动方程是薛
定谔波动方程： E振
（V
1 )h
2
h
2
K (V 1 ) m2
（V=0,1,2…..为振动量子数）
量子化是粒子波动性的产物。
假如双原子分子的振动满足量子化条件，则能级跃迁的能量差：
E01
h
2
K (1 1 ) h
m 2 4
K h
m 2
诱导效应是沿化学键直接作用的，与分子的空间结构无关。
（2）中介效应：氧、氮和硫等原子有孤电子对，能与 相邻的不饱和基团共轭，为了与双键的π电子云共 轭相区分，称其为中介效应（M）。
此效应能使不饱和基团的振动频率降低，而自身连接 的化学键振动频率升高。
电负性弱的原子，孤对电子容易共出去，中介效应大； 反之中介效应小。
1)]
根据振动特点，可将化合物分为以下两种类型：
♫振动过程中分子的偶极矩变化平行于分子轴，服从ΔJ=±1的 选律；
♫振动过程中分子的偶极矩变化垂直分子轴，其选律服从 ΔJ=0,±1…..。
第三节 红外光谱与分子结构的关系
一、分子的振动形式
对称伸缩振动（νs表示） 伸缩振动（键长变化） 非对称伸缩振动（νas表示）
ν为振动频率，A为投影常数。
对（4）式求导得到

第三章 红外吸收光谱-2

第三章 红外吸收光谱-2

氢键区 叁键区 双键区 C≡C C－H C＝C 伸缩 C≡N O－H C＝O 振动 N－H 苯 ν C－H ——C－H键的伸缩振动 δC－H ——C－H键的弯曲振动
一、氢键区：4000~2500cm-1
X－H 伸缩振动吸收范围。X代表O、N、C、 S， 对应醇、酚、羧酸、胺、亚胺、炔烃、烯 烃、芳烃 及饱和烃类的 O－H、N－H、C－H 伸缩振动。 1. O－H
3000
2000
-CC-H ~2120 ~1370 ~1550 -NO2 >C=O ~1715 C=C ~1630
1000
游离OH ~3600 缔合OH ~3300
-NH2 3300~ 3500 -NHR C=C-H
COOH ~3000 -SH 2600~2550 -CHO 2820,2720
C-O-C 1300~1020 苯 指 纹 区
OH伸缩： NH伸缩： CH伸缩： 3200-3650cm-1 3300-3500cm-1 3000cm-1
饱和<的CH： <3000cm-1
不饱和C的CH：>3000cm-1
醛基的CH：
二、叁键区（2500－2000 cm-1）
叁键、累积双键（－C≡C－、－C≡N、 ＞C＝C＝C＜、 －N＝C＝O、－N＝C＝S） 谱带为中等强度吸收或弱吸收。 干扰少，容易识别。
770~730cm-1 vs 710~690cm-1 s 5个相邻H
770~735cm-1 4个相邻H 900~860cm-1 810~750cm-1 725~680cm-1 3个相邻H 860~800cm-1 2个相邻H
vs m vs m vs
退 回
-(CH2)n- 平面摇摆δ
n≥4

2013923第三章 红外答案

2013923第三章 红外答案

第三章红外光谱一、名词解释基频峰、倍频峰、费米共振、特征频率区、指纹区基频峰:当分子吸收一定频率的红外线后,振动能级从基态(V)跃迁到第一激发态(V1)时所产生的吸收峰,称为基频峰。

倍频峰:如果振动能级从从基态(V0)跃迁到第二激发态(V2)、第三激发态(V3)……所产生的吸收峰称为倍频峰。

费米共振:当一振动的倍频(或组频)与另一振动的基频吸收峰接近时,由于发生相互作用而产生很强的吸收峰或发生裂分,这种倍频(或组频)与基频峰之间的振动偶合称费米共振。

特征频率区:特征谱带区有机化合物的分子中一些主要官能团的特征吸收多发生在红外区域的 4000～1500cm-2 。

该区域吸收峰比较稀疏, 容易辨认, 故通常把该区域叫特征谱带区。

红外光谱指纹区:红外吸收光谱上 1500～40Ocm-1的低频区, 通常称为,在核指纹区。

该区域中出现的谱带主要就是 C-X (X=C,N s O) 单键的伸缩振动以及各种弯曲振动对与确认有机化合物时用处很大。

二、填空1、红外光谱的产生就是由于------------------。

化学键的振动与转动跃迁。

2、红外光谱产生的条件就是-----------------------------、--------------------------------------------------。

红外光谱产生的条件就是辐射的能量满足跃迁所需能量,辐射引起偶极矩的变化。

3、红外光谱中影响基团频率位移的因素有外部因素与内部因素,内部因素主要有、、等。

此外,振动耦合、费米共振等也会使振动频率位移。

外部因素(样品的状态等)、电子效应(诱导效应、共轭效应与偶极场效应)、空间效应、氢键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 ,相反则称为。

红外活性,非红外活性。

5、基团-OH与-NH,-C≡N与-C≡CH,-C=C-与-C=N-的伸缩振动频率范围分别就是cm-1, cm-1, cm-1。

红外吸收光谱法

因为KBr和样品分子中的HCl会发 生阴离子交换，使测得的谱带发生很 大的变化。对于分子式中含有HCl的化 合物应该采用氯化钾压片法。
红外光谱图测定
• 药典规定，压片时，若样品（包括盐酸盐） 与溴化钾之间不发生离子交换反应，则采 用溴化钾作为制片基质。否则，盐酸盐样 品制片时必须使用氯化钾作为制片基质。
所不同的是，氟油研磨法得到的光谱 只能观测1300cm-1以上的光谱区间，在 1300cm-1以下会出现非常强的C－F吸 收峰。
所谓氟油，就是全氟代石蜡油，石蜡 油中的 H 全部被 F 所取代。
石蜡油和氟油
糊法制备红外样品采用石蜡油和氟油可 以得到互补。 氟油在1300cm-1以上没有吸收谱带，而 石蜡油在1300cm-1以下没有吸收谱带（除 了在720cm-1出现一个弱的吸收峰以外）。 石蜡油研磨法和氟油研磨法相比，石蜡 油研磨法在中红外应用的更多些。
• 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 ）。
• 由于中红外光谱应用最为成熟、简单，而且目前 已积累了该区大量的数据资料，是应用极为广泛 的光谱区。
• 由于样品的晶型问题，可能导致样品图谱 与标准图谱不同，应采取下列方法进行处 理：
• ①按照标准图谱中该品种备注方法进行预 处理后，再绘制图谱进行对比；
• ②如无预处理方法，使用对照品和样品用 同样溶剂和方法重结晶，再绘制图谱进行 对比。
中国药典2005年版附录Ⅳ 红外分光光度法的规定
• (4)绘制的红外光谱图是以波数(cm-1)为横 座标，以透光率（T%）为纵坐标。

第三章-红外吸收光谱分析

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。

因此，红外吸收光谱在化学领域中的应用，大体上可分为两个方面，即分子结构的基础研究和用于化学组成的分析。

首先，红外光谱可以研究分子的结构和化学键。

利用红外光谱法测定分子的键长和键角，以此推断出分子的立体构型；利用红外光谱法测定分子的力常数和分子对称性等，根据所得的力常数就可以知道化学键的强弱；由简正频率来计算热力学函数等等。

材料检测-红外与拉曼光谱


红外谱仪
• 色散型红外光谱仪 光源，吸收池，单色器和检测器以及数据记 录系统组成
• Fourier变换红外光谱仪 光源，吸收池，干涉仪和检测器以及数据记 录系统组成
红外光源
• 红外光谱的光源主要采用Nernst灯或硅碳棒。 • Nernst灯的工作温度为 1700度，其优点是发光强 度高，使用寿命长以及稳定性好。其缺点是价格 贵，机械强度差，操作复杂。 • 硅碳棒的工作温度在 1200-1500 度。其优点是在 低波数区的发光强度高，使用低波数范围可低致 200cm － 1 。此外，硅碳棒坚固，发光面积大，寿 命长。
基团频率
• 在红外光谱中，每种官能团均具有特征的 结构，因此也具有特定的吸收频率。 • 根据特征频率就可以对有机物的基团进行 鉴别。这也是红外光谱分析有机物结构的 依据。 • 在中红外中，把4000-1300波数范围称为基 团频率区，把1800-600波数称为指纹频率 区。
指纹区的应用
Compound: CwHx NyOz
红外光谱的划分
红外区域 近红外区 λ /μm 0.75-2.5 ν /cm－1 13158-4000 能级跃迁类型 OH 、 NH 及 CH 键 的倍频吸收 分子振动 分子转动
中红外区 远红外区
2.5-25 25-1000
4000-400 400-10
红外吸收原理
• 红外吸收的产生 分子内部具有振动和转动能级，当物质 被一束红外光线辐照时，只要红外光的能量 与能级跃迁的能级合适，在分子内部就可以 产生振动或转动跃迁，产生红外吸收。因此 其吸收的能量是量子化的，由跃迁的两个能 级决定。 • 振动能量E＝（n＋1/2）hν
Absorbance
Mr(s). XYZ
3400

第三章 红外和近红外光谱分析技术


4）. 检测器及记录仪
红外光能量低，因此常用热电偶、测热辐射计、 热释电检测器和碲镉汞检测器等。
以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处： 1）需采用狭缝，光能量受到限制； 2）扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪 器联用； 3）不适于过强或过弱的吸收信号的分析。
2、傅立叶变换红外光谱仪 它是利用光的相干性原理而设计的干涉型红 外分光光度仪。 仪器组成为：光源、迈克尔逊干涉仪、探测 器和计算机
（二）图谱分析 红外图谱主要用于物质定性分析。 1. 已知物的鉴定 将试样谱图与标准谱图对照或与相关文献上的谱 图对照。 2. 未知物结构分析 如果化合物不是新物质，可将其红外谱图与标准 谱图对照（查对）； 如果化合物为新物质，则须进行光谱解析，其步 骤为：
1）该化合物的信息收集：试样来源、熔点、 沸点、折光率、旋光率等； 2）不饱和度的计算： 通过元素分析得到该化合物的分子式，并 求出其不饱和度Ω。
条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用： 振动过程中须有偶极距的改变才能吸收红 外辐射
• 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。
2）分子振动决定吸收峰
A.双原子分子振动 分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振 幅（与核间距相比）作周期性“简谐”振动，其 振动可用经典刚性振动描述：
• 1690 cm-1：醛基－C=O伸缩振动吸收（1735 cm-1～1715cm-1，由于与苯环发生共轭向低频 率方向位移）。 • 2820 cm-1和2730 cm-1：醛基的C-H伸缩振动 （2820 cm-1和2720 cm-1）。 • 1465 cm-1和1395 cm-1：甲基的弯曲振动 （1460 cm-1和1380 cm-1）。 • 1260 cm-1和1030 cm-1：C-O-C反对称和对称伸 缩振动（1275 cm-1～1010 cm-1）。 • 由以上信息可知化合物的结构为
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三、授课主要内容
• 第一节 概述
• 第二节 红外吸收光谱的基本原理
• 第三节 红外光谱与分子结构的关系
• 第四节 红外光谱仪及样品制备技术 • 第五节 各类化合物的红外特征光谱 • 第六节 红外光谱图的解析 • 第七节 红外光谱的应用 • 第八节 拉曼光谱简介
第一节
概述
红外光谱是一种分子吸收光谱，又称为分子振动光 谱或振转光谱。
红外光谱中的振动吸收峰：
基频：分子吸收红外光后由基态跃迁到第一激发态时产生 的吸收峰，是最重要的跃迁； 倍频：分子吸收红外光后，由振动能级基态跃迁到第二、 第三激发态时所产生的吸收峰；
组合频：是一种频率红外光，同时被两个振动所吸收。
组合频和倍频统称为泛频。 振动偶合：：当相同的两个基团相邻，且振动频率相近时， 会发生振动偶合裂分，结果引起吸收频率偏离基频，一个 移向高频方向，另一个移向低频方向。 费米共振：是基频与倍频或组合频之间发生的振动偶合。
2ν2m=K
（5）
将式（4）和式（5）代入式（3）得4π
1 2
K m
（6）
1 如用波数表示频率，则式（6）变为 2C
K为化学键力常数，单位达因·厘米-1
K m
1
（7）
m1 m2 m m为分子的折合质量，对双原子分子来说： 1 1 m1 m2 m1 m2
力常数是衡量价键性质的重要参数，质量相近的基团，力常 数有: 叁键〉双键〉单键。
量子力学证明角动量为： P I h
2 则双原子分子的转动能量： h2 E转 2 J ( J 1) 8 I E h 分子转动频率为： B 转 BJ ( J 1) 2
hc
J ( J 1)
J=1,2…转动 量子数
8 Ic
转动常数
转动能级的跃迁选律为：
• 非极性双原子分子转动时无偶极矩变化， 不发生转动能级的跃迁，ΔJ=0，没有转动 光谱；
K m
1 1 对于非谐振子，振动能量为： E振 （V )h (V ) 2 Xh 2 2
（X为非谐性常数，表示非谐性大小的量。） 根据两原子的折合质量m与相对原字量M之间的关系 （M=mN），N为阿佛加得罗常数，并代入C=3×1010cm· s-1 K 可得 4.12 M：相对原子量 M 例1 、计算碳氢化合物中C-H键的伸缩振动频率，已知 K=5×105dyn· cm-1。 例2 、计算C=O双键的伸缩振动频率，已知K=12×105dyn· cm-1。
振
2
2
m
2
（V=0,1,2…..为振动量子数）
量子化是粒子波动性的产物。
假如双原子分子的振动满足量子化条件，则能级跃迁的能量差：
E01 h 2 K 1 h (1 ) m 2 4 K h m 2 K m
1 将上式代入 ΔE=hν，则其振动频率为： 2
K m
1 2C
常把前三个区域，即4000~1500cm-1区域称为特 征频率区——吸收峰数目少，特征性强，主要用 于鉴定官能团； 把小于1500cm-1的区域称为指纹区——吸收峰多 而复杂，没有强特征性，但对整个分子结构十分 敏感，可与红外光谱的标准谱图比较来鉴定化合 物。
三、影响基团频率位移的因素
对官能团的识别要考虑吸收峰的频率（峰的位置）、 峰的强度、峰形等多方面信息。
（2）中介效应：氧、氮和硫等原子有孤电子对，能与 相邻的不饱和基团共轭，为了与双键的π 电子云共 轭相区分，称其为中介效应（M）。 此效应能使不饱和基团的振动频率降低，而自身连接 的化学键振动频率升高。 电负性弱的原子，孤对电子容易共出去，中介效应大； 反之中介效应小。
（3）共轭效应：当双键之间以一个单键相连时， 双键电子发生共轭而离域（即共轭体系中电子云 密度平均化），降低了双键的力常数，从而使双 键的伸缩振动频率降低，但吸收强度提高。
分子振动频率的规律：
因力常数的大小关系为: 叁键〉双键〉单键，所以 红外频率的大小亦为叁键〉双键〉单键。 与碳原子成键的其他原子，随着其原子质量的递 增，折合质量也递增，红外波数递减； 与氢原子相连的化学键的折合质量都小，红外吸 收在高波数区；
弯曲振动比伸缩振动容易，弯曲振动的K均较小， 故弯曲振动吸收在低波数区。
2）对于化学键相似的基团，振动频率与组成的原 子折合质量的平方根成反比。
基团振动频率与原子折合质量的关系
基团 折合质量（m） 振动频率（ζ /cm-1）
C-H C-C
C-Cl C-I
0.9 6
7.3 8.9 叁键和累积双键区 2500~2000cm-1
2800~3100 约1000
约625 约500 双键区 2000~1500cm-1 单键区 1500~400cm-1
2、基团频率区的划分
区域名称 氢键区 频率范围 4000~2500c m-1
基团及振 O-H、C-H、 C C、C N、N N等 C=O、C=C、 C-C、C-O、 动形式 N-H等的含 叁键和C=C=C、 C=N、NO2、苯 C-N、C-X(X 为卤素)等单 氢基团的伸 N=C=O等累积双键 环等双键基团 缩振动 基团的伸缩振动 的伸缩振动 键的伸缩振动 及C-H、O-H 等含氢基团的 弯曲振动
E振转 hc 振 B[ J ' ( J '1) J ( J 1)]
根据振动特点，可将化合物分为以下两种类型： ♫振动过程中分子的偶极矩变化平行于分子轴，服从ΔJ=±1的 选律； ♫振动过程中分子的偶极矩变化垂直分子轴，其选律服从 ΔJ=0,±1…..。
第三节
红外光谱与分子结构的关系
环戊烷的红外光谱图 环戊烷的红外光谱用文字形式表示为：2955cm-1(s)为CH2的 反对称伸缩振动，2870cm-1(m)为CH2的对称伸缩振动， 1458cm-1(m)为CH2的面内弯曲振动等等。
第二节
红外吸收光谱的基本原理
一、红外光谱产生的基本条件
E红外光=ΔE分子振动
红外光与分子之间有偶合作用，即分子振动时 其偶极矩（μ ）必须发生变化，即Δμ ≠0。
• 极性分子转动时有偶极矩变化，允许转动 能级跃迁，跃迁选律ΔJ=±1。
四、分子的振动与转动光谱及方程式
以双原子分子为例，当分子处于某一能级时，其能 量为：E E E [V 1/ 2]h BhcJ( J 1)
振转 振 转
当分子受激发产生跃迁时，对应的谱线波数频率为：
振转
对称伸缩振动（νs表示）
一、分子的振动形式
伸缩振动（键长变化） 非对称伸缩振动（νas表示） 振动类型 剪式振动（δ 表示） 面内 平面摇摆振动（r或ρ 表示） 变形振动（键角变化） 面外 垂直摇摆振动（ω 表示） 扭曲振动
（η 或t表示）
一个双原子分子只有对称伸缩振动一种振动形式。
亚甲基的伸缩振动
中红外区
2.5um~25um
远红外区
25um~1000um 分子的纯转动能级跃迁 及晶体的晶格振动
红外光谱图的表示方法：
以透过率T%为纵坐标，表示吸收强度； 以波长λ 或波数ζ 为横坐标，表示吸收峰的位置。 波数是频率的一种表示方法，表示每厘米长的光波 4 10 中波的数目。与波长关系为： (cm 1 ) (um) 红外光谱图通过吸收峰的位置、相对强度、峰的形 状提供化合物的结构信息。
亚甲基的弯曲振动
红外吸收强度及其表示符号
摩尔消光系数ε >100 20~100 峰强 峰很强 强峰 符号 Vs s
10~20
1~10
中强峰
弱峰
m
w
另外，用b表示宽峰，用sh表示大峰边的小肩峰。
红外光谱谱带的强度取决于： 振动中偶极矩变化的程度； 能级跃迁的概率。
偶极矩变化的大小与以下四个因素有关：
峰位置与官能团的关系
影响吸收峰位置的因素：
1、电子效应
（1）诱导效应：由于取代基的不同电负性，通过 静电诱导作用，使分子中电子云分布发生变化从 而引起化学键力常数的变化，影响基团振动频率， 这种作用称为诱导效应。 分为推电子诱导效 应（+I）和吸电子诱导效应（-I）两种。
诱导效应是沿化学键直接作用的，与分子的空间结构无关。
三、分子的转动光谱及方程式
分子的转动光谱主要出现在远红外区和微波区。
分子的转动能级
e A B m r m B rB 上图中A、B两原子有如下关系： A A
r r r
mB rA re m A mB mA rB re m A mB
体系的转动惯量 I m A rA2 mB rB2 m A mB re2 m re2
2、空间效应
二、红外光谱的分区
1、基团结构与振动频率的关系
1）对于具有相同（或相似）质量的原子基团，振动 频率与化学键的力常数K的平方根成正比。
基团 C C C=C C-C 化学键力常数（K/Ncm-1） 12~18 8~12 4~6 振动频率（ζ /cm-1） 2262~2100 1600~1680 1000~1300（弱）
第三章 红外吸收光谱 （Infrared Absorption Spectroscopy,IR）
一、教学目的与要求 了解红外光谱的特点、波长分区；掌握红外吸收 光谱产生的条件及分子振动光谱方程式；理解分 子振动频率的规律；掌握红外光谱中的振动吸收 峰类型；掌握基团频率区的划分；理解影响基团 频率位移和强度的因素；了解红外光谱仪的分类 及样品制备方法；理解红外光谱图的解析步骤和 注意事项；掌握拉曼光谱的原理。 二、学习重点及难点分析 • 重点：红外光谱的产生条件；基团结构与振动频 率的关系；影响基团频率位移的因素分析；拉曼 光谱的工作原理。 • 难点：各类化合物的红外特征光谱谱图解析。
分子的偶极矩是分子正、负电荷中心的距离（r） 与正、负电荷中心所带电荷（δ ）的乘积，是 分子极性大小的一种表示方法。 r