红外光谱的介绍电子教案

分子振动自由度数目越大，红外光谱中峰的数目越多。
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2.分子中基团的基本振动形式
两类基本振动形式 伸缩振动 v (CH2) ： 变形振动 (CH2) ：
vas > vs >
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3.峰位、峰数、峰强度、峰的形状 （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；反之，出现 在低波数区。 -CC - > -C =C - > -C - C - ; H-O> C=O
=
h
2p
k
=1= 1 2pc
k
= 1307
k
K－ 键力常数，两个原子由平衡位置伸长0.1nm后的回复力，
单位10-5 N/cm (dyn/cm)
－ 折合质量 =m1m2/（m1+m2）原子质量单位
发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端 原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。
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表 某些键的伸缩力常数（* 105 dyn/cm)
键类型: 力常数: 峰位:
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
4.5m
6.0 m
7.0 m
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查表知C=C键 k=9.5 9.9 ,令其为9.6, 计算波数值
v
=
1
=
1
3N = 平动 + 转动 + 振动 振动自由度 = 3N – 6 － 非线性分子 振动自由度 = 3N – 5 -- 线性分子
双原子分子 N = 2，振动自由度 = 3×2-5 = 1 三原子分子 N = 3，振动自由度 = 3×3-6 = 3 －非线性
N = 3，振动自由度 = 3×3-5 = 4 －线性
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2.红外光谱产生的条件
分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件：
条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。 根据量子力学原理，分子振动能量Ev 是量子化的， 即
E V =（V+1/2）h
-分子振动频率， V-振动量子数，值取 0，1，2，…
只有当 Ea= EV 时，才可能发生振转跃迁。
8）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。
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T(%)
3. 红外光谱的表示方法：
红外光谱以T~ (μm) 或 T~波数1/λ ( cm-1 )来表示，
苯酚的红外光谱。
可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。 29
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二.化学键的振动与频率
1.化学建的振动与频率 分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱
峰。其对应的频率称为特征频率。 一个基团除了特征峰以外，还有许多其它振动形式的吸收
峰，这些相互依存而又相互可以佐证的吸收峰－相关峰。 （3）特征区与指纹区 4000－1330 cm-1 －特征区； 1330－400 cm-1 －指纹区
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四、影响基团吸收频率变化的因素
1．分子结构对基团吸收谱带位置的影响
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峰的强度
峰的强度可用 ε 表示 ε > 200
很强峰 VS
ε = 75 ~200 强峰
S
ε = 25 ~ 75 中强峰 m
ε = 5 ~25 弱峰
w
ε = 0 ~5
很弱峰 vw
b ---宽峰
sh ---大峰边的小肩峰
(4) 红外光谱中峰的形状有宽峰、尖峰、肩峰、双峰
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一、概述
1.红外光谱的发展 2. 红外光谱法特点
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）红外光谱特征性强－“分子指纹光谱”。通过谱
图峰位、峰数、峰强度确定分子基团、分子结构； 4）定量分析； 5）固、液、气态样均可用，用量少、不破坏样品； 6）分析速度快。 7）光谱数据积累较多。
5.红外光谱中常用术语
（1）基频峰与泛频峰 分子吸收一定频率的红外光后，振动能级从基态跃迁到第
一激发态（V0 V1）时所产生的吸收－基频峰。 振动能级从基态跃迁到第二（V2 ） 、第三（V3 ） …激
发态所产生的吸收－倍频峰。 此外，还有组频峰（包括合频峰和差频峰）。倍频峰和组
频峰总称为泛频峰。
（2）特征峰与相关峰 凡能用于鉴定原子基团存在并有较高强度的吸收峰－特征
2pc

= 1307
k
= 1307 9.6 = 1650cm-1 12 / 2
已知C=O键 k=12,
v 求 C=O
正己烯vC=C ＝1652 cm-1
12 v = 1307 12×16 = 1725 cm－1
12＋16
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三、分子振动与红外光谱
1.多原子分子振动光谱 多原子基团有更多的振动形式，可以出现一个以上基频振 动吸收带,吸收带的数目与分子的自由度有关。 自由度的数目等于分子中所有原子在空间的位置所需要坐 标的总数。
（1）诱导效应（I效应 )：
吸电子基团使吸收峰向高频移动
R-CO-R C=0 1715cm-1 ;
R-CO-Cl C=0 1800cm-1 ; Cl-CO-Cl C=0 1828cm-1 ;
R-CO-F C=0 1869 cm - 1 ; F-CO-F C=0 1928 cm -1 ;
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（2）共轭效应 (C效应)
分子中形成大p键所引起的效应。要求共轭体系有共平面 性，使共轭体系的电子云密度平均化，键长也平均化。
O H3C C C H3
O
O
C C H3
C
1715 cm -1
1685cm -1
vas > vs >
3652 3756
1545
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（2）峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极矩变化时，无红外吸收。
CO2分子
（3）峰强度
667 2349
瞬间偶极矩变化越大，吸收峰越强； 能级跃迁的几率越大，吸收峰也越强。
基态第一激发态，产生一个强吸收峰（基峰）； 基态第二激发态，产生一个弱的吸收峰（倍频峰）；
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条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用
＝q×d
对称分子：＝0,辐射不能引起共振－红外“非活性” 振 动。
不产生红外吸收，如：N2、O2、Cl2 等。 非对称分子： 0，红外 “活性” 振动。
产生红外吸收。
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3、分子振动方程式
任意两个相邻的能级间的能量差为：
E
=
h