红外光谱吸收原理

如： C — C 、 C — O 、C — N
折合相对原子质量 C — C ＜ C — N ＜ C — O ，
吸收峰出现的位置 1430 1330
1280
此外，基本振动频率还与内部因素（结构因素）和外部因素 （化学环境）有关。
三、多原子分子的振动
可以分解成许多简单的基本振动，即简正振动。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。
扭曲振动（τ）
同一基团的变形振动都在其伸缩振动的低频端出现。
3、基本振动的理论数
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。
理论振动形式应有（3n-6）种。但直线性分子的振动形 式为（3n-5）种。
水—非线型分子的振动形式： 3n-6=9-6=3
二氧化碳—线型分子的振动形式：3n-5=9-5=4
1 1
k

N 1/2 A
k
1302
k
2c 2c
A' r
K化学键的力常数，与键能和键长有关，
为双原子的折合质量 =m1·m2/（m1+m2）
A’r为折合相对原子质量 A’r= Ar (1) ·Ar (2) / (Ar (1) + Ar (2) ) 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
合相对原子质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。
键类型
—CC — ＞
力常数（N·Cm－1）
15
峰出现的位置 （ Cm－1） 2222
C =C ＞ 10
1667
C —C 5
1429
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。
对于相同化学键的基团， 与相对原子质量平方根成反比。
应用：有机化合物的结构解析。 定性：基团的特征吸收频率； 定量：特征峰的强度；
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，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
红外吸收带的波数位置、波峰的数目以及吸收谱带的 强度反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结 构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子 组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯度 鉴定。
非对称分子：有偶极矩，红外活性。
二、双原子分子的振动 分子振动方程式
双原子分子的简谐振动及其频率 化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
分子的振动能级（量子化）：E振=（V+1/2）h V ：振动量子数； ：化学键的 振动频率。
任意两个相邻的能级间的能量差为：
E h h k 2
五、基团频率
能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频 率，其所在的位置般又称为特征吸收峰。
1、基团频率区
在4000 cm-1 ~ 1300 cm-1 之间，这一区域称为基团频率区、 官能团区或特征区。区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比 较稀疏，容易辨认，常用于鉴定官能团。
在1800 cm-1 ~600 cm-1 区域内，除单键的伸缩振动外，还有 因变形振动产生的谱带。这种振动与整个分子的结构有关。当 分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异，并显示出 分子特征。这种情况就像人的指纹一样，因此称为指纹区。指 纹区可用于指认结构类似的化合物，还可作为化合物存在某种 基团的旁证。
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构
红外光区的划分
近红外区 （0.75 ~ 2.5µm ） √中红外区 （2.5 ~ 25µm ）
远红外区 （25 ~1000µm ）
红外光谱与有机化合物结构
红 外 光 谱 图 ：
纵坐标为吸收强度，
横坐标为波长λ （ m ） 和波数1/λ 单位：cm-1 可以用峰数，峰位，峰形， 峰强来描述。
第二章 红外吸收光谱分析 §2-1 概述
红外光谱又称为分子振动转动光谱，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。
四、吸收谱带的强度
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。振动的对称性越高，振动中 分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。极性较强的基团 （如C=0，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。红外光谱的吸收强度用 很强（vs）、强（s）、中（m）、弱（w）和很弱（vw）表示
每种简正振动都有其特定的振动频率，似乎都应有相应 的红外吸收带。但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，这是由于： （1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收； （2）相同频率的振动吸收重叠，即简并； （3）仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带很弱，仪 器无法检测； （4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。
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。
只有发生偶极矩变化（△≠0）的振动才能引起可观测的
红外吸收光谱，该分子称之为红外活性的； △=0的分子振动不
能产生红外振动吸收，称为非红外活性的。
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。
红外光谱分析对气体、液体、固体样品都可测定，具 有用量少、分析速度快、不破坏试样等特点。
§2-2 基本原理
一、红外吸收光谱产生的条件
满足两个条件：
(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
分子吸收红外辐射后，由基态振动能级（=0）跃迁至第一振 动激发态（=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰。 振动能级由基态（ =0）跃迁至第二激发态（ =2）、第三激发 态（ =3），所产生的吸收峰称为倍频峰。 (2)辐射与物质间有偶合作用。
1．简正振动
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，其振动频率和位相都相同。
2．简正振动的基本形式
（1）伸缩振动（ν）
对称伸缩振动（νs） 不对称伸缩振动（νas） 频率稍高
剪式（δ） 面内变形 平面摇摆振动(ρ) （2）变形振动 （δ ） 面外变形振动 非平面摇摆（ω）