3-红外-拉曼光谱
红外线与拉曼光谱
波数, cm-1 = 104 /（ , µm ）
2
红外光谱与拉曼光谱的区别：信号产生的方式不同
红外光谱为吸收光谱，拉曼光谱为散射光谱（一般信号很弱） 二者在研究分子结构上具有互补性
3
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
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）
除单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等外，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，其红外 光谱一定不相同
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红外吸收峰的强度
e ＞100 L cm-1 mol-1 20 ＜ e ＜100 10＜ e ＜20 1＜ e ＜10
非常强峰（vs） 强峰（s） 中强峰（m） 弱峰（w）
影响因素 振动能级的跃迁概率，跃迁时的偶极矩变化大小;而
偶极矩与分子结构的对称性有关
基频吸收峰：基态向第一激发态跃迁，概率大，峰较强 倍频吸收峰：基态向第二激发态跃迁，概率小，峰较弱
例如1: 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;
例如2: C-C、C-O、C-N键的力常数相近，但相对折合质量不 同: C-C < C-N < C-O，这三种键的基频振动峰分别出现在1430 cm-1 、1330 cm-1 、1280 cm-1附近
红外光谱和拉曼光谱的原理
红外光谱和拉曼光谱是常用的分析技术，可以用于研究物质的结构、组成和性质。
它们基于不同的原理，下面简要介绍一下它们的工作原理：
1.红外光谱（Infrared Spectroscopy）：
红外光谱利用物质与红外辐射（波长范围通常为2.5-25微米）的相互作用来研究物质的分子结构和化学键的振动状态。
其原理基于分子吸收红外辐射时，物质中的原子核和化学键会被激发，产生特定的振动和转动。
当物质受到红外光源照射后，通过测量样品对不同波长红外光的吸收程度，可以得到红外光谱图。
红外光谱图上的峰值位置和强度提供了关于物质中的化学键种类、官能团和分子结构的信息。
2.拉曼光谱（Raman Spectroscopy）：
拉曼光谱则利用物质与激光光源相互作用时，散射光中的微小频率偏移来分析物质的结构和振动信息。
当样品受到激光照射时，其中的分子会发生拉曼散射现象，即散射光中的部分光子与物质相互作用后发生能量的频移。
这种频移对应着分子的振动和转动模式。
通过测量样品散射出来的光的频率变化，可以获取拉曼光谱图。
拉曼光谱图上的峰值位置和强度提供了关于物质所含化学键、官能团和结构的信息。
3.总结：
红外光谱和拉曼光谱都是通过物质与不同光源的相互作用来研究其结构和性质。
红外光谱利用物质对红外辐射的吸收来分析物质的化学键振动，而拉曼光谱则是通过测量散射光的频率变化来分析物质的振动信息。
两种技术在分析样品成分、鉴定物质、研究反应机理等方面都有广泛的应用。
红外光谱IR和拉曼光谱Raman课件
优缺点分析
IR光谱
优点是检测的分子类型广泛，可用于多种类型的化学分析；缺点是需要样品是固态或液态，且某些基团可能无法 检测。
Raman光谱
优点是无需样品制备，对气态、液态和固态样品都适用；缺点是检测灵敏度相对较低，可能需要更长的采集时间 和更强的光源。
选择与应用指南
选择
根据样品的类型和所需的化学信息，选择合适的分析方法。对于需要检测分子振动信息 的样品，IR光谱更为合适；而对于需要快速、非破坏性检测的样品，Raman光谱更为
领域的研究和应用。
04
CATALOGUE
红外光谱（IR）与拉曼光谱（ Raman）比较相似性与差异性Fra bibliotek相似性
两种光谱技术都利用光的散射效应来 检测物质分子结构和振动模式。
差异性
IR光谱主要检测分子中的伸缩振动， 而Raman光谱则主要检测分子的弯曲 振动。此外，IR光谱通常需要样品是 固态或液态，而Raman光谱对气态和 液态样品也适用。
拉曼散射是由于物质的分子振动或转动引起的，散射光的频率与入射光的频率不同 ，产生拉曼位移。
拉曼散射的强度与入射光的波长、物质的浓度和温度等因素有关。
拉曼活性与光谱强度
拉曼活性是指物质在拉曼散射中的表 现程度，与物质的分子结构和对称性 有关。
在拉曼光谱实验中，可以通过控制入 射光的波长和强度，以及选择适当的 实验条件来提高拉曼光谱的强度和分 辨率。
红外光谱解析
特征峰解析
根据红外光谱的特征峰位置和强 度，推断出分子中存在的特定振
动模式。
官能团鉴定
通过比较已知的红外光谱数据，可 以鉴定分子中的官能团或化学键。
结构推断
结合其他谱图数据（如核磁共振、 质谱等），可以推断分子的可能结 构。
有机结构分析3-红外-拉曼光谱
Aromatic rings:
1600，1500 cm-1，特征吸收
C = C
1500 ~ 400 cm-1
指纹区 C-H的弯曲振动: 1500 ~ 1300 cm-1
CH3- 1450和1375 cm-1同时有吸收
1375 cm-1处的吸收分叉，等高
1375 cm-1处的吸收分叉，不等高
只有当外来电磁辐射的能量恰好等于基态与某一激发态的能量之差时(E = h)，这个能量才能被分子吸收产生红外光谱，或者说只有当外来ห้องสมุดไป่ตู้磁辐射的频率恰好等于从基态跃迁到某一激发态的频率时，则产生共振吸收——产生红外光谱。
红外光谱的产生
红外光谱的基本概念
谱带的位置：特征频率 各种基团和化学键的与化学结构有关，出现的位置有规律。 由于不同分子化学结构不同，其能级分布不同，因此从基态跃迁至激发态所需能量不同 (E = E1–E0 = h)， 也不同。
910 ~ 650 cm-1
770 ~ 730 cm-1
单取代苯
710 ~ 690 cm-1
双取代苯
770 cm-1
830 ~ 810 cm-1
810 ~ 750 cm-1
710 ~ 690 cm-1
1,3,5-叁取代苯
910 ~ 840 cm-1
苯环C-H弯曲振动
1
2
3
4
5
影响IR光谱频率位移的因素
官能团区
指纹区
>1500 cm-1
<1500 cm-1
双键官能团伸缩振动
含氢官能团伸缩振动
叁键官能团伸缩振动
不含氢的单键伸缩振动
各键的弯曲振动
官能团的特征吸收频率
拉曼光谱与红外光谱的区别
拉曼光谱和红外光谱是两种常用的光谱分析技术，它们在分子结构和化学成分分析方面有 一些区别。
1. 原理：拉曼光谱是通过测量样品散射光的频移来分析样品的分子振动和转动模式。而红 外光谱是通过测量样品吸收红外光的频率来分析样品的分子振动模式。
2. 能量变化：拉曼光谱是非弹性散射，测量的是光子与分子相互作用后的能量变化。红外 光谱是通过分子吸收红外光的能量来分析分子的振动模式。
拉曼光谱与红外光谱的区别
3. 可测量的范围：拉曼光谱可以测量分子的振动和转动模式，包括低频和高频振动。红外 光谱主要用于测量分子的振动模式，包括伸缩振动和弯曲振动。
4. 样品要求：拉曼光谱对样品的要求相对较松，可以测量固体、液体和气态。
5. 信息获取：拉曼光谱提供了关于分子的化学键和结构的信息，能够检测非常细微的结构 变化。红外光谱提供了关于分子的官能团和官能团之间的化学键的信息，能够确定化合物的 功能团。
拉曼光谱与红外光谱的区别
总的来说，拉曼光谱和红外光谱是两种互补的光谱技术，可以提供不同层面的分子结构和 化学成分信息。选择使用哪种技术取决于所需的分析目的和样品特性。
拉曼光谱和红外光谱
拉曼光谱和红外光谱拉曼光谱和红外光谱是光谱学的两个重要分支。
拉曼光谱是一种分子光谱学，它能够通过对振动分子的分析来测量它们的结构特征。
红外光谱是一种从热释放模式中获取分子结构信息的技术，它可以用来研究分子的结构特性，以及分子之间的相互作用。
拉曼光谱和红外光谱的主要原理都是利用分子的振动模式来获取分子的结构特征。
拉曼光谱的基本原理是，当分子振动时，它们会发出不同频率的能量，从而产生特定的光谱特征。
红外光谱的原理是，当分子热力学升温或热损耗时,它们会发出不同频率的红外能量，从而产生特定的红外光谱特征。
拉曼光谱和红外光谱在分子结构表征和分析中都有着重要的作用。
拉曼光谱可以用来获取分子的精细结构信息，不仅可以测定分子的化学结构，而且还可以测定其中的振动模式，用来描述分子的构型。
红外光谱可以用来获取分子的粗略结构信息，可以用来确定分子的结构特征，并给出分子的相互作用方式，从而为分子的设计和研究提供重要的参考。
拉曼光谱和红外光谱的应用的领域有很多，比如材料科学中的结构表征和分析、生物学中的细胞标志物、医学中的癌症检测、化学反应动力学和能量转化等，以及环境污染检测等等。
拉曼光谱和红外光谱均可用来研究多种不同的物质，包括气体和液体，甚至于有机物、无机物和络合物等。
拉曼光谱和红外光谱技术是一种非常重要的分子表征和分析技术，它在材料科学、生物学、化学、环境学和医学等领域有着广泛的应用。
它们的结构表征和分析技术特别重要，可以深入地研究物质的性质，为分子设计和研究奠定基础。
综上所述，拉曼光谱和红外光谱是光谱学的重要分支，它们可以用来获取分子结构特征，在材料科学、生物学、化学、环境学和医学等领域有着广泛的应用。
拉曼光谱和红外光谱分析和表征技术有助于深入研究物质的性质，为分子工程提供重要的参考。
红外和拉曼光谱课件PPT
拉曼光谱与分子结构的关系
拉曼光谱的谱线
拉曼光谱的谱线反映了物质分子的振动和转动能级的变化， 不同物质分子的拉曼光谱具有独特的特征谱线。
分子振动和转动能级
拉曼光谱实验操作流程
实验操作流程
01
02
03
04
1. 打开拉曼光谱仪，预热并 稳定仪器。
2. 将激光器调整到合适的波 长和功率。
3. 将样品放置在样品台上， 并调整焦距和位置，确保激光
光束能够照射到样品上。
4. 进行拉曼光谱的采集，记 录实验数据，并进行分析和解
释。
数据处理与分析
数据处理
对采集的红外或拉曼光谱数据进行平 滑处理、基线校正、归一化等操作， 以提高数据质量和可分析性。
红外和拉曼光谱课件
目录
CONTENTS
• 红外光谱基本原理 • 拉曼光谱基本原理 • 红外光谱与拉曼光谱的应用 • 实验技术与操作 • 红外和拉曼光谱的发展趋势
01 红外光谱基本原理
红外光谱的产生
红外光谱是分子吸收特定波长的 红外光后产生的光谱，其原理基
于分子振动和转动能级跃迁。
当红外光照射分子时，分子中的 电子和振动、转动能级发生相互 作用，导致分子吸收特定波长的
分子转动是指分子整体绕其质心旋转， 其转动能级跃迁也会产生红外光谱。
红外光谱与分子结构的关系
不同化学键或基团在红外光谱中具有特定的吸收峰，这些吸收峰的位置和强度可以 反映分子内部结构和化学键类型。
通过分析红外光谱的吸收峰位置和强度，可以推断出分子的结构特征和化学键信息， 如碳氢、碳氧、碳碳等键的弯曲和伸缩振动。
拉曼光谱跟红外光谱的区别
拉曼光谱跟红外光谱的区别
拉曼光谱和红外光谱是两种不同的光谱技术，有以下几个主要区别：
1. 基本原理：红外光谱是通过测量分子吸收红外光的能量来分析样品的功能团信息，而拉曼光谱则是通过测量样品中分子振动引起的光散射来分析样品的化学结构。
2. 分析范围：红外光谱通常适用于分析样品中的官能团、化学键类型和某些结构特征，而拉曼光谱则可以提供更详细和全面的关于样品分子振动模式和化学结构信息。
3. 样品要求：红外光谱需要样品具有一定的吸收能力，因此大多数有机化合物和无机物都可以进行红外光谱测试。
而拉曼光谱对样品的要求相对较低，可以测试几乎所有类型的样品，包括固体、液体和气体。
4. 干扰因素：红外光谱对水分和二氧化碳有较强的吸收能力，因此在测试液体或气体样品时需要特别注意这些干扰因素。
而拉曼光谱对水和二氧化碳的干扰较小。
5. 仪器配置：红外光谱需要使用红外光源和红外检测器，且样品通常需要准备成KBr片或涂布在红外透明基板上。
而拉曼光谱则需要使用激光光源和拉曼散射检测器。
总的来说，虽然红外光谱和拉曼光谱都可以用于化学分析，但它们的原理、应用范围和仪器配置等方面有着一定的区别。
在
实际应用中，选择使用哪种光谱技术取决于需要分析的样品类型和所关注的分析信息。
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-(CH2)n- 720 cm-1
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1300 ~ 400 cm-1 (2) 单键伸缩振动 C-C: 1300 ~ 1100 cm-1，强峰
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1400 ~ 400 cm-1
C-O (醇、醚、羧酸、酯): 1300 ~ 1050 cm-1，强峰 醇：1100 ~ 1050 cm-1，强 酚：1250 ~ 1100 cm-1，强 1250~1100 cm-1，反对称, 强 酯： 1160~1050 cm-1，对称, 强 C-X: 1400 ~ 400 cm-1，强峰 C-F: 1400 ~ 1000 cm-1 C-Cl: 800 ~ 600 cm-1 C-Br: 700 ~ 500 cm-1 C-I: 610 ~ 485 cm-1
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诱导效应示例
酰氯结构中C=O基的氧原子有吸电子形成C+-O- 的趋势。当 吸电子基(-C1)与C=O基邻接时，Cl原子的拉电子效应减小了 形成C+-O-结构的趋势，使C=O基团双键性增强，故酰氯νC=O 比酮的高。
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诱导效应
对于带有不同电负性取代基的羰基化合物的νC=O值， 邻接的电负性基团越多，νC=O向高波数位移也越大。
Bionanotextile
红外光谱的产生
分子运动: 平动、转动、振动和分子内电子相对于原子核 的运动。与产生红外光谱有关的运动方式是原子的振动和 分子的转动。 用红外光照射化合物分子，分子吸收红外光的能量使其振 动能级和转动能级产生跃迁。 分子吸收能量后在振动运动状态发生改变的同时必然伴随 着若干转动能量的变化，故红外光谱亦称为振-转光谱。 只有当外来电磁辐射的能量恰好等于基态与某一激发态的 能量之差时(∆E = hν)，这个能量才能被分子吸收产生红 外光谱，或者说只有当外来电磁辐射的频率恰好等于从基 态跃迁到某一激发态的频率时，则产生共振吸收——产生 红外光谱。
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简正振动数目
红外光谱吸收峰数目: 简正振动的数目 一个原子具有X、Y、Z三个自由度, 含N个原子的分子自由度为3N个。非线性 分子的振动自由度(简正振动的数目) = 分子自由度–(平动自由度+转动自由度) = 3N–6；线性分子只有两个转动自由度，故线性分子振动自由度 = 3N–5。 以HCl和CO为例，其简正振动数目为：3×2 – 5 = 1，各出现一个强吸收峰(亦 称谱带)。 苯C6H6共12个原子 简正振动数目: 3 × 12 – 6 = 30，应有30个吸收谱带。 个原子, 简正振动数目 个原子 实际数目少于30, 其原因是：a. 分子的对称性，使某些基频简并；b. 在振动过 程中无偶极矩的改变，故无红外活性；c. 强度太低，峰不出现；d. 分辨率差 而与其他吸收峰重叠；e. 吸收谱带出现在测试的波数范围以外; f. 某些振动， 如倍频和组合频，增加了简正振动的数目，所以实际数目并不等于3N-6，多 数情况下少于3N-6。
1500 ~ 400 cm-1 指纹区 (1) C-H的弯曲振动: 1500 ~ 1300 cm-1 CH3H3C H3C
CH3 H3C C CH3
1450和1375 cm-1同时有吸收 1375 cm-1处的吸收分叉，等高 1375 cm-1处的吸收分叉，不等高 1465 cm-1有吸收
CH
CH2-
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亚甲基的伸缩振动和变形振动
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亚甲基红外吸收
亚甲基(CH2)主要有六种基本振动方式，每一种红外 活性振动都对应一个吸收峰。CH2 基团的存在不能 从单一特征峰来确定，必须考虑一组相关峰， 主要相关峰是νa = 2925 cm-1 (s)，νa = 2850 cm-1 (s)， δ = 1470 cm-1 (m)，只有当这三个峰同时存在时方能 确认CH2的存在。 从ρ= 720 cm-1峰的位置和强度判断相邻CH2基团 数目的多少，其非平面摇摆及卷曲振动吸收峰强度 较弱，故价值不大。
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场效应
也称偶极场效应: 会引起基团特征频率往高波数位移, 是分子 内相互作用的两部分通过空间传递的电子作用，只有相互靠 得很近的偶极子之间才能产生偶极场效应。
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氢键效应
氢键效应使伸缩振动频率往低波数位移，使变形振 动频率往高波数位移。 同种分子间氢键： νNH2 (游离)：3500和3400 cm-1, 缔合时向低波数位 移约100 cm-1。 ν C=O (游离伯酰胺)：1690 cm-1 ，缔合时位移到 1650 cm-1 δNH2 (游离伯酰胺)：1620 ~ 1590 cm-1，缔合时位 移至1650 ~ 1620 cm-1
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苯环C-H弯曲振动 910 ~ 650 cm-1 单取代苯 770 ~ 730 cm-1 710 ~ 690 cm-1 opm1,3,5-叁取代苯 770 cm-1 830 ~ 810 cm-1 810 ~ 750 cm-1 710 ~ 690 cm-1 910 ~ 840 cm-1
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烯烃双键C-H弯曲振动 1000 ~ 800 cm-1 RCH=CH2: 910 ~ 905、995 ~ 985 cm-1, 强 R2C=CH2: 895 ~ 885 cm-1, 强 (顺)-RCH=CHR: 730 ~ 650 cm-1, 弱,宽 (反)-RCH=CHR: 980 ~ 965 cm-1, 强 R2C=CHR: 840 ~ 790 cm-1, 强
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红外光谱的基本概念
谱带的位置：特征频率ν 各种基团和化学键的ν与化学结构有关，出现的位置有规律。 由于不同分子化学结构不同，其能级分布不同，因此从基态跃 迁至激发态所需能量不同 (∆E = E1–E0 = hν)，ν 也不同。
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谱带的强度
红外光谱谱带的强度与跃迁几率成正比。通常从基态到 第一激发态的跃迁几率最大，故基频峰最强。跃迁到其他激 发态的几率就较小，所以倍频是弱峰。而跃迁几率又与分子 的偶极矩有关，极性分子或基团的基频谱带都是强峰，同核 双原子分子没有红外光谱。
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氢键效应
不同分子的分子间氢键
伸缩振动频率νOH和νC=O均向低波数位移，对νC=O影 响小些。 分子内氢键: 大多发生在具有环状结构的相邻基 团之间。例如,邻羟基乙酰苯形成分子内氢键时,呈 六元环状结构，νOH和νC=O均向低波数位移。
多原子分子的振动
多原子分子的振动主要有两种形式： 伸缩振动：沿键轴伸展和收缩，振动时键长发生 变化，键角不变。伸缩振动又可分为对称伸缩(νs) 和不对称伸缩(νa)。一般不对称伸缩频率比对称 伸缩高。 变形振动：振动时键长不变，键角改变。变形振 动又可细分为：剪式振动(δ)；平面摇摆振动(ρ或 r)；非平面摇摆振动(ω)；卷曲振动(τ或t)
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波动的基本关系式
光具有波粒二象性，光是电磁波可用频率和波长来描述：
λν = C
式中：λ— 波长(µm)； υ— 频率(s-1)或(Hz)； C — 光速，3×10-10 cm·s-1 光又具有微粒性，光量子的能量为 E = hν = hC/λ 式中 E—光量子的能量(J). h—普朗克常数6.62×10-34 J⋅s
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(3) NH 3500 ~ 3300 cm-1, 中强，尖峰 -NH2 =NH ≡N 双峰 单峰 无吸收峰
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2500 ~ 2000 cm-1 叁键、累积双键的伸缩振动 C≡C C≡N C=C=C O=C=O 2260 ~ 2100 cm-1，强度可变 2280 ~ 2210 cm-1，强，尖 1950 ~ 1930 cm-1，强 ~ 2300 cm-1
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共轭效应
共轭效应使基团特征频率往低波数位移。C=O与C=C共轭时 形成了C=C-C=O共轭体系，通过π键传递引起电子云密度平 均化的特性就是共轭效应。它使键长平均化，双键特性减弱, 导致νC=O和νC=C均向低波数位移。
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共轭效应与诱导效应
通常共轭效应与诱导效应是同时存在的，只是一种 效应占主导而已。
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双取代苯
影响IR光谱频率位移的因素
两方面因素：外部因素(测定条件)与内部因素。 内部因素：分子结构差异(取代基效应)引起的，主要包括诱 内部因素 导效应、共轭效应、场效应、氢键效应、空间效应及振动的 偶合等。 诱导效应: 诱导效应 由于取代基的电负性不同引起吸引或排斥电子的 静电作用，引起分子中电子云分布的变化和键强度的改变， 因而改变了化学键的力常数。吸电子诱导往往引起特征频率 往高波数位移，给电子诱导则使特征频率低移。 常见取代基的电负性次序：F > OAr > Cl > OCH3 > OR > Br > Ar > SAr > SR > H > CH3 > R 电负性比H大的基团产生吸电子诱导，电负性比H小的基团 产生给(斥)电子诱导。
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3.2 基团频率及其影响因素
双原子分子中原子是通过化学键联结起来的，可以把两 个原子看成是两。
双原子分子振动示意图 A—平衡状态；B—伸展状态
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基团特征频率
根据虎克定律双原子分子的频率公式为：
基团和化学键的特征频率取决于化学键的强弱和化学键所连 接的两个原子的质量。
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波数
波数(ν)是波长的倒数ν = 1/λ= ν/c，单位为 cm-1，双原子分子频率公式可改写成用波数表示 的式子：