红外吸收光谱法基本原理电子教案.

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
1。

红外吸收光谱法基本原理【任务分析】通过日常生活中的实例，使学生自然地将红外线、能量与物质分子运动联系在一起，理解产生红外吸收光谱的原理。

【任务实施】1、 红外光的基础知识红外光谱在可见光区和微波区之间，其波长范围约为0.75~1000μm 。

根据实验技术和应用的不同。

通常将红外光谱划分为三个区域。

近红外、中 红外、远红外区域。

表4-1 红外光区的划分2、产生红外吸收光谱的原因（1）分子振动在分子中，原子的运动方式有三种，即平动、转动和振动。

实验证明，当分子间的振动能产生偶极矩周期性的变化时，对应的分子才具有红外活性，其红外吸收光谱图才可给出有价值的定性定量信息。

因此，下面主要讨论分子的振动。

①分子振动方程式：分子振动可以近似地看做是分子中的原子以平衡点为中心，以很小的振幅做周期性的振动。

这种分子振动的模型可以用经典的方法来模拟。

对双原子分子而言，可以把它看成是一个弹簧连接两个小球，m 1和m 2分别代表两个小球的质量，即两个原子的质量，弹簧的长度就是分子化学键的长度。

这个体系的振动频率取决于弹簧的强度，即化学键的强度和小球的质量。

其振动是在连接两个小球的键轴方向发生的。

用经典力学的方法可以得到如下计算公式。

μπνk 21=或 μπνk c 21= 可简化为 μνk 1304≈ 式中，ν是频率，Hz ；ν是波数，cm -l ；k 为是化学键的力常数，g/s ；c 为光速；μ为原子的折合质量。

一般来说，单键的k=4×l05～6×l05g/s2；双键的k=8×l05～12×l05g/s2;叁键的k=12×l05～20×l05g/s2。

双原子分子的振动只发生在连接两个原子的直线上，并且只有一种振动方式，而多原子分子则有多种振动方式。

假设分子由九个原子组成，每一个原子在空间都有3个自由度，则分子有3个自由度。

非线性分子的转动有3个自由度，线性分子则只有两个转动自由度，因此非线性分子有3n-6种基本振动，而线性分子有3n-5种基本振动。

大学化学实践教案：红外光谱分析方法介绍本教案旨在向大学化学实验室的学生介绍红外光谱分析方法。

通过理论讲解和实践操作，学生将了解红外光谱的基本原理、仪器设备以及常见应用领域。

教学目标•掌握红外光谱的基本原理和仪器设备；•理解红外光谱对于物质结构和功能的表征；•学习使用红外光谱技术进行定性分析和定量分析；•熟悉常见有机物和无机物中的功能团与特征峰。

内容大纲1. 红外光谱基础知识- 1.1 原理简介•红外辐射与物质相互作用•分子振动模式- 1.2 功能团与特征峰•常见有机物中的特征峰•常见无机物中的特征峰2. 红外光谱仪器设备与操作- 2.1 光源系统•辐射源•红外光源- 2.2 光谱仪与检测系统•光栅型光谱仪•探测器- 2.3 样品测量技术•固体样品的准备和操作技巧•液体样品的准备和操作技巧3. 红外光谱应用领域- 3.1 有机物定性分析•利用红外光谱确定有机物的化学结构- 3.2 无机物分析与研究•利用红外光谱对无机物进行表征和研究实践操作示例实验目的：利用红外光谱对某有机化合物进行结构表征实验步骤：1.准备实验所需的样品及设备；2.将样品放入红外光谱仪；3.进行数据采集和处理；4.对比参考文献，解读红外光谱图中各峰位所代表的功能团；5.根据功能团信息确定化合物结构。

总结与展望本教案通过对红外光谱分析方法的介绍，使学生了解了红外光谱的基本原理、仪器设备和常见应用领域。

通过实践操作，学生能够独立进行红外光谱分析并对化合物结构进行表征。

未来，结合更多实例和案例，提供更深入的红外光谱分析方法细节以及在其他领域中的广泛应用，将进一步拓宽学生的知识面和应用能力。

《红外吸收光谱》教案教案：红外吸收光谱一、教学目标1.了解红外吸收光谱的基本概念和原理。

2.掌握红外吸收光谱的测定方法与数据解读。

3.培养学生分析问题和解决问题的能力。

4.增强学生的实验操作能力和科学思维能力。

二、教学重点与难点1.红外吸收光谱的基本概念和原理。

2.测定红外吸收光谱的方法和数据解读。

三、教学内容1.红外吸收光谱的基本概念和原理（1）红外光谱的定义和分类（2）红外光谱仪的组成和工作原理2.红外吸收光谱的测定方法与数据解读（1）红外光谱仪的操作步骤（2）红外吸收峰的解析和判断（3）红外吸收光谱的应用案例四、教学方法1.讲授法：通过课堂讲解介绍红外吸收光谱的基本概念、仪器构造和工作原理。

2.实验操作法：组织学生进行红外吸收光谱的测定实验，并进行数据解读。

3.讨论法：引导学生结合案例，共同分析红外吸收光谱的应用。

五、教学过程1.导入（5分钟）通过展示一些物质的红外吸收图谱和应用案例，引起学生的兴趣和好奇心。

2.讲解红外吸收光谱的基本概念和原理（20分钟）（1）红外光谱的定义和分类：解释红外光谱的概念，介绍近红外、中红外和远红外的区别与应用。

（2）红外光谱仪的组成和工作原理：介绍红外光谱仪的主要部件和工作原理，包括光源、样品室、光谱仪和检测器。

3.实验操作：红外吸收光谱的测定方法与数据解读（40分钟）（1）红外光谱仪的操作步骤：分组进行实验操作，按照红外光谱测定的步骤进行样品的制备和测定。

（2）红外吸收峰的解析和判断：对测得的红外吸收图谱进行解析，根据吸收峰的位置和形状判断样品的特性和结构。

（3）红外吸收光谱的应用案例：通过展示一些实际应用案例，引导学生综合运用红外吸收光谱的知识进行分析和解决问题。

4.讨论与总结（10分钟）组织学生分组进行讨论，总结红外吸收光谱的应用，以及实验中遇到的问题和解决方法。

六、教学评价根据学生的理解程度和实验操作能力，进行个别评价，以及总结讨论的结果和问题解决方法。

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。

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1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，因此它是应用中红外光谱法又简称为红外光谱法。

，区的光谱。

通常极为广泛远红外光区（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。

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。

《仪器分析》教案内容中红外光区的四个吸收区域影响基团频率位移的因素教学重点红外吸收光谱图教学难点产生红外吸收光谱的原因产生红外吸收光谱的原因影响基团频率位移的因素参考资料仪器分析,黄一石,化学工业出版社仪器分析,高晓松,科学出版社分析化学(仪器分析部分),林树昌,曾泳怀,高等教育出版社一、概述1、红外光的发现红外辐射是在1800 年由英国的威廉.赫谢尔（Willian Hersher）发现的。

2、物质对红外光的选择性吸收赫歇尔通过实验发现，不同的溶液对红外光的吸收程度是不同的，同一种溶液对不同红外光也具有不同程度的吸收。

所以说，物质对红外光具有选择性吸收。

3、红外吸收光谱（1）红外吸收光谱图一般用T-λ或T-σ曲线表示。

4、红外光谱法的特点（1)应用面广，提供信息多且具有特征性（2)不受样品相态的限制，亦不受熔点、沸点和蒸气压的限制。

（3)样品用量少且可回收，不破坏试样，分析速度快，操作方便。

（4)现在已经积累了大量标准红外光谱图可供查阅。

（5)局限：有些物质不能产生红外吸收峰，不能用红外吸收光谱法鉴别，有干扰，准确度和灵敏度均低于可见、紫外吸收光谱法。

二、产生红外吸收光谱的原因1、分子振动（1）分子振动方程式k化学键力常数，单位 N/cmμ分子折合质量（2）简正振动分子中所有原子都在其平衡位置附近作简谐振动，其振动频率和位相都相同，是振幅可能不同，即每个原子都在同一瞬间通过其平衡位置，且同时到达其最大位移值，附近作简谐振动，每一个简正振动都有一定的频率,称为基频。

（3）分子的振动形式❑分子的振动形式可分为两大类：伸缩振动和变形振动。

❑伸缩振动是指原子沿键轴方向伸缩，使键长发生变化而键角不变的振动，动形式可分为两种：对称伸缩振动和反对称伸缩振动；❑变形振动是指使键角发生周期性变化的振动，又称弯曲振动。

可分为面内、面外、对称及不对称变形振动等形式。

2、振动能级的跃迁用一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某个基团的振动频率与它一样，则两者就会发生共振，这个基团就吸收了一定频率的红外光，从原来的基态振动能级跃迁到较高的振动能级，从而产生红外吸收。

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了解红外光谱仪的构造及红外吸收法的应用。

教学重点：红外吸收光谱法的原理；红外吸收光谱仪的基本原理及应用。

教学难点：红外吸收光谱法的原理。

多媒体课件，以讲授为主第一节概述一、红外光谱法特点二、红外光谱图表示方法第二节红外吸收基本理论一、分子振动二、红外吸收光谱产生的条件和谱带强度教学三、基团振动与红外光谱区域内四、影响基团频率位移的因素容提第三节红外吸收光谱仪纲一、红外光谱仪主要部件二、色散型红外光谱仪三、傅里叶变换红外光谱仪第四节红外吸收光谱分析一、试样的制备二、红外吸收光谱分析课外学习理解并掌握本章所讲内容，完成课后思考题2、5、7。

要求教学后记第四章红外吸收光谱法第一节概述1红外光谱法特点1.1 红外光谱不涉及分子的电子能级，主要是振动能级跃迁。

红外光谱波长范围约为0.78~ 1000 μm：（1）近红外光区（ 0.78 ~ 2.5 mμ）（2）中红外光区（ 2.5 ~ 50 mμ）（3）远红外光区（ 50 ~ 1000 mμ）与紫外 -可见吸收光谱法比较，红外光谱法具有以下特点：（1）紫外 -可见吸收光谱是电子 -振-转光谱，涉及主要是电子能级跃迁，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；而红外光谱是振 -转光谱，涉及振动能级的跃迁，几乎（除了单原子分析和同核双原子分子外）可用于所有化合物的研究。

（2）红外光谱法最重要和最广泛的用途是对有机化合物进行结构分析。