第六章红外光谱
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第六章 红外吸收光谱分析
active) ；反之则为红外非活性（infrared inactive)。
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二、 分子振动方程式
10
双原子分子可以看成是谐振子，根据经典力 学(胡克定律)，可导出如下公式：
1 v 2 k
k
m1 m2 m1 m2
1303 k
v
1 2 c
-1) ； k为力常 ν 为振动频率(Hz)， 用波数表示 (cm v 数，表示每单位位移的弹簧恢复力 (dyncm-1) ； μ 为折合质量(g)。
实验中观察到的C＝O伸缩振动频率都在1700cm－1附近。 值得注意的是：在弹簧和小球的体系中，其能量变化是 连续的，而真实分子的振动能量变化是量子化的。
13
三、 分子振动的形式
（一）分子的振动自由度
每个原子在空间的位置必须有三个坐标来确定，则由 N个原子组成的分子就有了3N个坐标，或称为有3N个运
动自由度。分子本身作为一个整体，有三个平动自由度
和三个转动自由度。
14
直线型分子的振动形式：3N - 5 非直线型分子的振动形式：3N -6
15
（二）分子的振动形式
a.直线型分子：3N-5
如CO2
16
b. 非线形分子： 3N – 6
如H2O
17
分子的振动形式：
•化学键两端的原子沿键轴方向作来回周期运动 对称伸缩振动
11
可见，影响基本振动频率 (即基频峰位置 )的直接原因是原 子质量和化学键力常数。
表15－1 某些化学键的力常数
化 学 键 键 长(A) k(N· cm－1)
C－C C＝C 1.54 4.5 1.34 9.6
C≡C C－H O－H N－H C＝O 1.20 15.6 1.09 5.1 0.96 7.7 1.00 6.4 1.22 12.1
材料研究方法 6 光谱分析
－吸收光谱的特征
(1）比较吸收光谱法 根据化合物吸收光谱的形状、吸收峰的数目、强度、位臵进行定性分 析 （2）计算max的经验规律
2）、定量分析
应用范围：无机化合物，测定主要在可见光区，大约可测定50多种元素 有机化合物，主要在紫外区 单组分物质的定量分析
测定条件： 选择合适的分析波长（λmax）
3）、 → * 跃迁
→ * 能量差较小 所需能量较低 吸收峰紫外区 ( 200nm左右)
不饱和基团（—C＝C—，—C ＝ O ）或体系共轭，E更小，λ更 大
4）、n → * 跃迁
含有杂原子的不饱和基团，如 -C=O，-CN 等的化合物， 在杂原子上有未成键的 n 电子，能级较高。激发 n 电子跃迁 到* ，即n → * 跃迁所需能量较小，λ 200~700nm（近紫 外区）
→ *
>
n→*
→*
> n→ *
200nm以下
150～250nm
200nm
200～700nm
2.紫外光谱中常用的光谱术语
1）、发色团和助色团
（1）生色团（发色团）：具有 轨道的不饱和官能团称为发色团 有机化合物：具有不饱和键和未成对电子的基团 具n 电子和π电子的基团 产生n→ π*跃迁和π→ π*跃迁 跃迁E较低
A 试样状态
B 溶剂极性
C. 诱导效应
羰基的伸缩振动频率
1715cm-1
<
1780cm-1
<
1827cm-1
<
1876cm-1
<
1942cm-1
吸电子基团通过诱导效应，将使基团振动向高频转移。
D. 共轭效应
碳碳双键的伸缩振动频率
红外吸收光谱s
2016/4/14 /96 6
（2）分析时间短。 通过检索、与标准红外吸收谱图对照， 一般可在10～30min完成分析。若用计算机 检索标准谱图，可在几分钟内完成分析。 （3）所用试样量少。 对固体和液体试祥，进行常量定性分析 只需20mg，半微量分析约5mg，微量分析约 20μg。对气体试样约200mL。
这种能量通常可由照射体系的红外线供给。振动
能级是量子化的，分子振动只能吸收一定的能量 ★吸收的能量将取决于键力常数（k）与两端连接的 原子的质量，即取决于分子内部的特征。这就是 红外光谱可以测定化合物结构的理论依据。
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红外吸收光谱的术语：
基频峰：当分子吸收红外辐射后，振动能级从 基态跃迁到第一激发态时所产生的 吸收峰。
IR（远） IR(中)
UV-Vis
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2
分子振动能级差为0.05～1.0eV，比转动 能级差（0.0001 ～ 0.05 eV）大，因此分子 发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随转动 能级跃迁，红外光谱实际上是分子的振动转动光谱，即带状光谱。
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3
■红外光谱 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（T%）与波数（ζ）或 波长（λ）关系的曲线，就得到红外光谱。
如：醇类的OH基在四氯化碳溶剂中伸缩振 动的强度比在乙醚溶剂中弱得多。而在不同浓 度的四氯化碳溶液中，由于缔合状态不同，强 度也有很大差别。
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（3）谱带的强度与振动形式有关。
（2）分析时间短。 通过检索、与标准红外吸收谱图对照， 一般可在10～30min完成分析。若用计算机 检索标准谱图，可在几分钟内完成分析。 （3）所用试样量少。 对固体和液体试祥，进行常量定性分析 只需20mg，半微量分析约5mg，微量分析约 20μg。对气体试样约200mL。
这种能量通常可由照射体系的红外线供给。振动
能级是量子化的，分子振动只能吸收一定的能量 ★吸收的能量将取决于键力常数（k）与两端连接的 原子的质量，即取决于分子内部的特征。这就是 红外光谱可以测定化合物结构的理论依据。
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红外吸收光谱的术语：
基频峰：当分子吸收红外辐射后，振动能级从 基态跃迁到第一激发态时所产生的 吸收峰。
IR（远） IR(中)
UV-Vis
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分子振动能级差为0.05～1.0eV，比转动 能级差（0.0001 ～ 0.05 eV）大，因此分子 发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随转动 能级跃迁，红外光谱实际上是分子的振动转动光谱，即带状光谱。
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■红外光谱 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（T%）与波数（ζ）或 波长（λ）关系的曲线，就得到红外光谱。
如：醇类的OH基在四氯化碳溶剂中伸缩振 动的强度比在乙醚溶剂中弱得多。而在不同浓 度的四氯化碳溶液中，由于缔合状态不同，强 度也有很大差别。
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（3）谱带的强度与振动形式有关。
第六章红外光谱法第一节红外光谱法基础
第六章 红外吸收光谱 分析法
第一节 红外光谱分析基础
一、概述 二、分子振动和特征振 动频率 三、分子的基本红外光 谱振动形式
四、红外吸收峰强度
2019/3/11
一、概述
振-转光谱：分子中基团的振动和转动能级跃迁产生 辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构
近红外区: 0.75-2.5μm
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
2019/3/11
三、分子的基本红外光谱振动形式 1、两类基本振动形式
伸缩振动 （键长变化键角不变）
亚甲基：
变形振动 （键长不变 键角变化） 亚甲基
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甲基的振动形式
伸缩振动 甲基： 对称 υ s(CH3) 2870 ㎝-1 变形振动 甲基 对称δ s(CH3)1380㎝-1
2019/3/11
到了六十年代，用光栅代替棱镜作分光器 的第二 代红外光谱仪投入了使用。这种计算机化的光栅为分 光部件的第二代红外分光光度计仍在应用。 七十年代后期，干涉型傅里叶变换红外光谱仪 (FT-IR)投入了使用，这就是第三代红外分光光度计。
近来，已采用可调激光器作为光源来代替单色器， 研制成功了激光红外分光光度计，即第四代红外分光 光度计，它具有更高的分辨率和更广的应用范围，但 目前还未普及。
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红外光谱的特点
（1）红外光谱是依据样品吸收谱带的位置、强度、形状、 个数，推测分子中某种官能团的存在与否，推测官能团
的邻近基团，确定化合物结构。 （2）红外光谱不破坏样品，并且对任何样品的存在状态都适 用，如气体、 液体、可研细的固体或薄膜似的固体都 可以分析。测定方便，制样简单。
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红外光谱图及应用
第一节 红外光谱分析基础
一、概述 二、分子振动和特征振 动频率 三、分子的基本红外光 谱振动形式
四、红外吸收峰强度
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一、概述
振-转光谱：分子中基团的振动和转动能级跃迁产生 辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构
近红外区: 0.75-2.5μm
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
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三、分子的基本红外光谱振动形式 1、两类基本振动形式
伸缩振动 （键长变化键角不变）
亚甲基：
变形振动 （键长不变 键角变化） 亚甲基
2019/3/11
甲基的振动形式
伸缩振动 甲基： 对称 υ s(CH3) 2870 ㎝-1 变形振动 甲基 对称δ s(CH3)1380㎝-1
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到了六十年代，用光栅代替棱镜作分光器 的第二 代红外光谱仪投入了使用。这种计算机化的光栅为分 光部件的第二代红外分光光度计仍在应用。 七十年代后期，干涉型傅里叶变换红外光谱仪 (FT-IR)投入了使用，这就是第三代红外分光光度计。
近来，已采用可调激光器作为光源来代替单色器， 研制成功了激光红外分光光度计，即第四代红外分光 光度计，它具有更高的分辨率和更广的应用范围，但 目前还未普及。
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红外光谱的特点
（1）红外光谱是依据样品吸收谱带的位置、强度、形状、 个数，推测分子中某种官能团的存在与否，推测官能团
的邻近基团，确定化合物结构。 （2）红外光谱不破坏样品，并且对任何样品的存在状态都适 用，如气体、 液体、可研细的固体或薄膜似的固体都 可以分析。测定方便，制样简单。
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红外光谱图及应用
第六章 红外吸收光谱
不是所有的振动都能引起红外吸收，只有偶极矩(μ)发生变化才能有红外吸收。
二、分子振动方程式
h E h 2 k
k 1307 M
M 1M 2 M M1 M 2
沿轴振动，只改变键长，不改变键角 1 1 k
2c
K化学键的力常数，与键能和键长有关 M为双原子的折合质量 影响振动频率的因素：键两端原子的折合质量、键的力常数，即取 决于分子的结构特征。
包含C—X（X：O，H，N）单键的伸缩振动及各种面内弯曲振动
特点：吸收峰密集、难辨认→指纹
2、四分区（4000 670 cm-1）
(1)40002500 cm-1X—H伸缩振动区（X：O，N，C，S） (2)25001900 cm-1三键，累积双键伸缩振动区 (3)19001200 cm-1双键伸缩振动区 (4)1200670 cm-1X—Y伸缩，X—H变形振动区
醚：C－O－C伸缩振动位于 1250～1050 cm-1 ，确定醚类存在的唯一谱带
常见基团的红外吸收带
=C-H O-H
CC
C-H
C=C
C=O C-C，C-N，C-O C-X
O-H（氢键）
S-H
N-H
P-H CN
N-O N-N C-F C=N
C-H，N-H，O-H 3500 3000 2500 2000 1500 1000
§6.2 红外光谱分析基本原理
一、红外吸收光谱产生的条件
1、辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量 振= 红外光 2、分子要有偶极距
红外吸收是由于分子振动引起的偶极距和红外光束的振动相互作用产生的
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 非对称分子：有偶极矩，红外活性。
二、分子振动方程式
h E h 2 k
k 1307 M
M 1M 2 M M1 M 2
沿轴振动，只改变键长，不改变键角 1 1 k
2c
K化学键的力常数，与键能和键长有关 M为双原子的折合质量 影响振动频率的因素：键两端原子的折合质量、键的力常数，即取 决于分子的结构特征。
包含C—X（X：O，H，N）单键的伸缩振动及各种面内弯曲振动
特点：吸收峰密集、难辨认→指纹
2、四分区（4000 670 cm-1）
(1)40002500 cm-1X—H伸缩振动区（X：O，N，C，S） (2)25001900 cm-1三键，累积双键伸缩振动区 (3)19001200 cm-1双键伸缩振动区 (4)1200670 cm-1X—Y伸缩，X—H变形振动区
醚：C－O－C伸缩振动位于 1250～1050 cm-1 ，确定醚类存在的唯一谱带
常见基团的红外吸收带
=C-H O-H
CC
C-H
C=C
C=O C-C，C-N，C-O C-X
O-H（氢键）
S-H
N-H
P-H CN
N-O N-N C-F C=N
C-H，N-H，O-H 3500 3000 2500 2000 1500 1000
§6.2 红外光谱分析基本原理
一、红外吸收光谱产生的条件
1、辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量 振= 红外光 2、分子要有偶极距
红外吸收是由于分子振动引起的偶极距和红外光束的振动相互作用产生的
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 非对称分子：有偶极矩，红外活性。
第六章 红外光谱法
辐射→ 分子振动能级跃迁→ 红外光谱→ 辐射 → 分子振动能级跃迁 → 红外光谱 → 官能团 →分子结构 范围和适用物质： 范围和适用物质： 近红外区 中红外区 远红外区 常用波段
二、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 （ µm ） 或波数σ （cm-1 ）。 可以用峰数、峰位、峰形、峰强来描述。 应用： 应用：有机化合物的结构解析。 定性： 定性：基团的特征吸收频率。 定量： 定量：特征峰的强度。
基团特征频率区： 4000 ∼ 1300 cm-1 指纹区： 1300 ∼ 400 cm-1
常见化合物基团频率出现的范围：4000 ∼ 400 cm-1 依据基团的振动形式，分为四个区： (1)4000 ∼ 2500 cm-1 X—H伸缩振动区（X=O，N，C，S） (2)2500 ∼ 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区 (3)1900 ∼ 1300 cm-1 双键伸缩振动区 (4)1300 ∼ 400 cm-1 X—Y伸缩， X—H变形振动区
1． X—H伸缩振动区（4000 ∼ 2500 cm-1 ） 伸缩振动区（ 伸缩振动区
Ψ h2 d2 1 2 − 2 ⋅ + k(∆r) Ψ = EΨ 8π µ d(∆r)2 2
解得系统能量为：
1 h k Eυ = (υ + ) 2 2π µ
υ = 0，1，2，3… (υ：振动量子数) 。
将经典力学式 ν = cσ = 1 得
1 Eυ = (υ + )hν 2
k
2π µ
代入
1 h k Eυ = (υ + ) 2 2π µ
(动画) 动画)
注意：⑴ 振动自由度反映吸收峰数量； ⑵ 并非每个振 注意： 振动自由度反映吸收峰数量； 动都产生基频峰； 吸收峰数常少于振动自由度数。 动都产生基频峰；⑶ 吸收峰数常少于振动自由度数。 吸收峰数少于振动自由度的原因： 吸收峰数少于振动自由度的原因： 发生了简并---即振动频率相同的峰重叠 ①发生了简并 即振动频率相同的峰重叠 ； 红外非活性振动； ②红外非活性振动； 仪器分辨率不高， ③仪器分辨率不高，对一些频率很近的吸收峰分不 开； 波长超过了仪器的可测范围（一般4000～400 cm ④波长超过了仪器的可测范围（一般 ～ －1）。
红外光谱(最全最详细明了)课件
THANKS
感谢观看样ຫໍສະໝຸດ 制备固体样品液体样品
气体样品
注意事项
研磨成粉末，与KBr混合 压片或涂在ZnSe窗片上
。
稀释在适当的溶剂中， 涂在CaF2或ZnSe窗片
上。
通过干燥管进入光谱仪 。
避免样品中的水分和二 氧化碳干扰，确保样品
纯净。
实验操作
打开红外光谱仪电源，预热 稳定。
调整仪器至最佳状态，如光 路对中、调零等。
对实验操作的要求
总结词
红外光谱实验操作需要一定的技巧和经验，以确保结 果的准确性和可靠性。
详细描述
红外光谱实验涉及到样品的制备、仪器操作和谱图解析 等多个环节。每个环节都需要一定的技巧和经验，以确 保结果的准确性和可靠性。例如，在样品的制备过程中 ，需要选择合适的制样方法，以获得均匀、平整的样品 ；在仪器操作中，需要正确设置参数，以保证谱图的质 量；在谱图解析中，需要具备丰富的经验和专业知识， 以准确解析谱图特征。因此，进行红外光谱实验的人员 需要经过专业培训和实践经验的积累。
红外光谱(最全最详细 明了)课件
contents
目录
• 红外光谱基本原理 • 红外光谱与分子结构的关系 • 红外光谱的应用 • 红外光谱实验技术 • 红外光谱的局限性
01
红外光谱基本原理
红外光谱的产生
分子振动
分子中的原子或分子的振动，导致偶 极矩变化。
偶极矩变化
辐射吸收
分子吸收特定波长的红外光，导致振 动能级跃迁。
02
01 03
放入样品，记录光谱。
实验结束后，关闭仪器，清 理样品。
04
05
注意事项：保持室内温度和 湿度的稳定，避免仪器受到
第六章红外吸收光谱案例
第六章红外吸收光谱案例红外吸收光谱是一种用于识别化合物结构和检测分子之间相互作用的非常有用的分析技术。
在这一章中，我们将介绍三个不同的红外吸收光谱案例，包括有机物的结构确定、聚合物的研究以及生物大分子的分析。
1.有机物的结构确定红外光谱可以用来确定有机化合物的结构，因为不同的官能团和键会产生特定的红外吸收峰。
以苯酚为例，它含有一个羟基官能团和一个芳香环，所以它在红外光谱图中会有两个特征吸收峰。
苯酚的红外光谱图中，有一个峰在3400-3600 cm^-1的位置，这是羟基的伸缩振动所产生的吸收峰。
此外，还有一个峰在1600-1660 cm^-1的位置，这是芳香环的C-C伸缩振动所产生的吸收峰。
通过对红外光谱图的分析，我们可以确定苯酚的化学结构。
2.聚合物的研究红外光谱还可以用于研究聚合物的结构和性质。
聚合物中的不同官能团和键会产生特定的红外吸收峰，从而揭示聚合物的化学结构和分子链的排布。
以聚乙烯醇（PVA）为例，它是一种常用的聚合物材料。
在PVA的红外光谱图中，可以观察到羟基官能团的伸缩振动和C-O-C键的伸缩振动。
羟基官能团的峰位在3200-3500 cm^-1的位置，C-O-C键的峰位在1050-1150 cm^-1的位置。
通过对红外光谱图的分析，可以确定PVA的结构和键合方式。
此外，红外光谱还可以用于研究聚合物的有序性。
对于有序聚合物，如聚丙烯和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），其红外光谱图中的吸收峰会显示出比较明显的峰畸变。
通过对峰畸变的分析，可以了解聚合物的有序结构以及分子链的排布方式。
3.生物大分子的分析红外光谱还可以用来分析生物大分子，如蛋白质、核酸和多糖等。
这些生物大分子中的不同官能团和键也会产生特定的红外吸收峰，从而揭示其结构和功能。
例如，对于蛋白质而言，红外光谱可以用来研究其二级结构，如α-螺旋、β-折叠和无规卷曲等。
不同的二级结构会在红外光谱图中产生不同位置和强度的吸收峰。
通过对这些吸收峰的分析，可以确定蛋白质的二级结构。
第6章红外光谱
第六页，编辑于星期日：十七点 八分。
▪ 量子力学处理
对于双原子分子，由量子力学原理可推出如下公 式：
E
(1) h 2 2
k
υ=0、1、2、3…
υ为振动量子数
Eυ为与振动量子数υ相对应的体系能量；
利用经典力学原理可将上式改为：
E
(1)hv
2
υ=0、1、2、3…
从上式可看出，当υ=0时，体系能量不为零，这称作 零点能，产生跃迁的选律为△υ=±1。
3650~3580（游离） 3550~3450（二聚体） 3400~3200（多聚体） 3600-2500（分子内缔合）
1050（伯） 1100（仲） 1150（叔） 1200（酚）
1500~1250 650
尖 中强，较尖
强，宽 宽，散 强，有时发生裂分
面内弯曲，强，宽 面外弯曲，宽
第三十六页，编辑于星期日：十七点 八分。
第二十一页，编辑于星期日：十七点 八分。
CO1307 125 .4161160(cm1)
1216
CO1307
12 1730(cm1) 1216
1216
第二十二页，编辑于星期日：十七点 八分。
内部因素 诱导效应 共轭效应 空间效应 跨环效应 氢键
第二十三页，编辑于星期日：十七点 八分。
四、有机化合物的红外特征吸收
❖ 中红外光区 ❖ 2.5 ~ 25µm ❖ 4000～400cm-1
❖ 远红外光区 ❖ 25 ~ 1000µm
1、红外吸收光谱
第三页，编辑于星期日：十七点 八分。
2、红外光谱的表示方法
红外光谱的横坐标是波长（λ）或波数（σ） 纵坐标是透光率（T%）。
红外光谱峰是“倒峰”。
《红外吸收光谱法》课件
在倍频峰中，二倍频峰还比较强，三倍频峰以上。因跃迁的几率很小。一般都很弱，常常观测不到。 4000～400cm-1间主要测基频峰，既使有倍频峰也很弱。 还有 合频峰（v1＋v2 , 2 v1 ＋ v2 ….) 差频峰（ v1 - v2 , 2v1 -v2 …….） 很弱，不易辨认。 倍频峰，合频峰，差频峰通称泛频峰，分 子振动并不是严格的简谐振动。
图：6～1
红外光谱图表示法。
σ(cm-1)
二.红外吸收光谱产生的条件
A-B分子 获得红外辐射hνL发生： Eυ＝（υ＋1/2）hν υ：振动量子数 υ＝0.1.2.3…….. ν: 振动频率
室温下 u＝0 E(u=0)=1/2h v △E振动＝Eu－E(u=0) ＝ △u•hv （振动能级差） 光子能量为： E＝hvL＝ △E振 vL＝ △u • ν
不同点： 1. 产生机理不同： 紫外也称电子光谱。是由于分子中价电子跃迁所产生的，且能级差大△E→大， ν→大;而红外光谱称为振转光谱是振动和转动能级跃迁，能级差小，△E→小 V→小。 2.从研究对象和使用范围上，紫外光谱只能分析不饱和有机化学物。特别是有共轭体系的化合物及少数无机物。红外适用于分析那些分子振动偶极矩变化不为0的所有化合物（包括有机和无机。）
图6-6二氧化碳的红外光谱图
四.基团频率和基团频率位移
1.基团频率：同一类的基团（化学键）都有其特定的红外吸收，它产生吸收峰的位置就称为基团频率。也称为特征吸收频率。对应的吸收峰叫特征吸收峰。
a.4000～1300cm-1官能团区 k →大， 强度大，峰宽度大。 b.1300~600cm-1指纹区(弯曲振动)定性分析主要用指纹区，对结构改变比较敏感。 （通常把这种能代表某基团存在，并有较高强度的吸收峰称为特征吸收峰，其所在的位置称特征吸收频率或基团频率）
图：6～1
红外光谱图表示法。
σ(cm-1)
二.红外吸收光谱产生的条件
A-B分子 获得红外辐射hνL发生： Eυ＝（υ＋1/2）hν υ：振动量子数 υ＝0.1.2.3…….. ν: 振动频率
室温下 u＝0 E(u=0)=1/2h v △E振动＝Eu－E(u=0) ＝ △u•hv （振动能级差） 光子能量为： E＝hvL＝ △E振 vL＝ △u • ν
不同点： 1. 产生机理不同： 紫外也称电子光谱。是由于分子中价电子跃迁所产生的，且能级差大△E→大， ν→大;而红外光谱称为振转光谱是振动和转动能级跃迁，能级差小，△E→小 V→小。 2.从研究对象和使用范围上，紫外光谱只能分析不饱和有机化学物。特别是有共轭体系的化合物及少数无机物。红外适用于分析那些分子振动偶极矩变化不为0的所有化合物（包括有机和无机。）
图6-6二氧化碳的红外光谱图
四.基团频率和基团频率位移
1.基团频率：同一类的基团（化学键）都有其特定的红外吸收，它产生吸收峰的位置就称为基团频率。也称为特征吸收频率。对应的吸收峰叫特征吸收峰。
a.4000～1300cm-1官能团区 k →大， 强度大，峰宽度大。 b.1300~600cm-1指纹区(弯曲振动)定性分析主要用指纹区，对结构改变比较敏感。 （通常把这种能代表某基团存在，并有较高强度的吸收峰称为特征吸收峰，其所在的位置称特征吸收频率或基团频率）
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面外摇摆振动；振动时基团作为整体
垂直于分子平面前后摇摆，键角基本 不发生变化；用ω表示。 扭曲振动；两个原子在垂直于分子平 面的方向上前后相反地来回扭动。用τBiblioteka 表示。以亚甲基为例
伸缩振动
H C H H C H
对称伸缩振动
反对称伸缩振动
+ H
同向
弯曲振动
H C H
相向
H C
H
+ H C
同一方向
①、基频峰：分子吸收红外辐射后，由基 态振动能级（υ＝0 ）跃迁至第一振动激 发态(υ＝1)所产生的吸收峰称为基频峰。 因为 △υ ＝1时 υ L＝ ν
红外辐射频率 分子振动频率
所以基频峰的峰位（ νL）等于分子的振动 频率ν.
如HCl
V＝8.658×1013s-1
VL＝8.658×1013s-1
第六章 红外吸收光谱法
（Infrared absorptiun spectroscopy IR)
第一节 概 述 1、红外吸收光谱法 红外吸收光谱又称红外分光光度法。
它是利用物质分子对红外电磁辐射的特
征吸收来鉴别分子结构或定量分析的一 种分析方法。
2、红外吸收光谱图
记录物质对红外光的吸收程度与波长或波 数关系图。 红外光谱图表示法： 用T-λ曲线或T-σ曲线来表示。
4、红外光谱的优点与缺点 ⑴、优点 ①、特征性高：就像人的指纹一样，每一种化 合物都有自己的特征红外光谱，所以把红外 光谱分析形象的称为物质分子的“指纹”分 析。 ②、使用范围：从气体、液体到固体，从无机 化合物到有机化合物，从高分子到低分子都 可用红外光谱法进行分析。 ③、操作方便，样品用量少，分析速度快，重 现性好，不破坏样品。 ⑵、缺点 ①、色散型红外光谱仪分辨率低、灵敏度低， 不适于弱辐射的研究。 ②、不太适用于水溶液及含水物质分析，谱带
σ＝ 2886 cm-1
(HCl基频峰的峰位为2886cm-1，HCl分子 的振动频率为2886cm-1）
②、倍频峰： 在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能 级由基态（υ =0），跃迁至第二振动激发态（υ＝ 2），第三振动激发态（ υ＝3）…..等等，所产生 的吸收峰。这些吸收峰称为倍频峰。 二倍频峰： υ0→2 νL=△u· v＝(2－0) · v ＝2 v 三倍频峰: υ0→3 νL =△ u· v =(3-0) · v =3v 合频峰（v1＋v2 , 2 v1 ＋ v2 ….) 差频峰（ v1 - v2 , 2v1 -v2 …….） 倍频峰，合频峰，差频峰通称泛频峰。
C、费米共振—当倍频或组合频与某基频峰位相近 时，由于相互作用产生强吸收带或发生峰的分裂， 这种倍频峰或组合频峰与基频峰之间的偶合称为 费米共振。
二、红外吸收光谱产生的条件和谱带强度
1、分子吸收红外辐射的条件 （1）.产生红外吸收的第一个条件
辐射应具有刚好满足振动跃迁所需的能量。 当红外辐射的频率与基本振动频率一致 时，即可能产生由基态到第一激发态的基 频 吸收带，也可能是二倍频峰，甚至由第一 激 发态到第二激发态的吸收，但在常温下，
5、与紫外可见吸收光谱法的比较
（1）. 相同点：都是分子吸收光谱，都反映分 子结构的特性。 （2 ）. 不同点 光谱的表示方式：
紫外：用A表示吸收光的程度，波长为横坐标； 紫外可见吸收光谱的特征用λmax和κ来描述。 红外：用T%来表示吸光强度，光的性质用波 长或波数表示；红外吸收光谱的特征用吸收峰 位置和κ来描述。
即使最强的极性基团，其红外吸收谱带 也要比紫外-可见吸收谱带强度弱2~3个 数量级。 在红外吸收光谱定性分析中，通常把吸 收谱带的强度分为（用摩尔吸收系数表 示）： 极强（ >100）强（20< <100） 中强（10< <20）弱（1< <10） 极弱（ <1）五个等级。
①、基频区
（1）X－H伸缩振动区（4000～2500 cm－1） （2）三键及累积双键区（2500～2000 cm－1） （3）双键伸缩振动区（2000～1500 cm－1） （4）X－H弯曲振动区（1500～1300 cm－1） ②、指纹区（1300～600 cm－1）
h E 2
h 2
k
k
振动量子数由=0 → =1时,双原子所吸收的光的波数为
1 k 2c
上式改写为:
1307
k
Ar1 Ar 2 为折合相对原子质量 Ar1 Ar 2
化学键力常数：
1 N cm 单键—4~6 双键—8~12 N cm1 叁键—12~18 N cm1
2、 吸收谱带的强度
分子振动时偶极矩是否变化决定了该分子
是否产生红外吸收，而偶极矩变化的大小又决
定吸收谱带的强弱。根据量子理论，红外光谱 的强度与分子振动时偶极矩变化的平方成正比。 最典型的例子是C=O双键和C=C双键。碳 原子与氧原子的相对质量接近，又都是以双键 连接，因此基本振动频率相近，吸收峰位置相 近，但谱线强度却相差甚远。例如乙酸丙烯酯：
+ H C
—
H
相反方向
剪式振动
摇转振动
摇摆振动
扭曲振动
面内弯曲振动
面外弯曲振动
亚甲基的各种振动形式
对称伸缩振动νs
+ +
反对称伸缩振动
+
面内弯曲振动（剪切振动）
+
面外弯曲振动（面外摇摆） 面外弯曲振动（扭曲） 面内弯曲振动（面内摇摆)
4.分子振动的自由度
多原子分子产生的基频峰的数目=分子所有的振动形 式的数目 分子自由度总数：3n=平动+振动+转动（自由度） •振动形式数目：
3、红外光谱的分区
红外光谱区
区域 λ(μm) σ(cm-1 ) ν (Hz) 能级跃迁类型
近红外 0.75～2.5 12800 ~4000 中红外 2.5~50
OH NH及CH键 4.0×1014 ～ 1.2×1014 倍频吸收区
4000~200 1.2×1014 振动,转动 ～ 6.0×1012 远红外 50～1000 200~10 6.0×1012 骨架振动 ～ 3.0×1011 转动 4000~400 1.2×1014 最常用 2.5～25 ～ 2.0×1013
σ(cm-1) 图：6～1
红外光谱图可提供三方面信息： ①吸收峰的数目；②吸收峰的位置（σ）； ③吸收峰强度（透光率）； IR光谱在化学领域中的应用： ⑴、分子结构基础研究: 应用IR测定分子的键 长、键角，以此推断出分子的立体构型； ⑵、根据所得的力常数可以知道化学键的强弱， 由简正频率来计算热力学函数等。 ⑶、化学组成分析：根据光谱中吸收峰的位置 和形状来推断未知物结构，依照特征吸收峰的 强度来测定混合物中各组分的含量。
乙酸丙烯酯的红外光谱
上图所示：1745cm-1是C=O吸收峰 1650cm-1是C=C吸收峰 C=O双键在伸缩振动时偶极矩变化很大， 振动跃迁概率大，而C=C双键在伸缩振动时 偶极矩变化很小，振动跃迁概率小。
偶极矩的变化与固有偶极矩有关。一般极 性比较强的分子或基团吸收强度都比较大， 极性比较弱的分子或基团吸收强度比较弱。 如C=O、Si=O、C-Cl或C-F等基团的吸收 强度要比C=C、C=N、C=H等基团强。偶 极矩的变化还与结构的对称性有关，对称 性越强，偶极矩变化越小，如三氯乙烯不 对称，在吸收光谱上有C=C峰，而四氯乙 烯对称，则不出现吸收峰。
一、分子的振动 1、双原子分子的振动
1 2
1 k 或 2c
k
分子简谐振动方程
式中， K：为化学键的力常数，其定义为将两原子由 平衡位置伸长单位长度时的恢复力，单位为； 单位：N/cm μ ：为折合质量，即μ=m1m2/(m1＋m2)，单位 为g。 若原子的质量用原子质量单位（u，1u＝ 1.66×10－24 g ）表示，则成键两原子的折 合质量应为
O=C=O 对称伸缩 缩 无吸收峰
O=C=O 面内弯曲
O=C=O 面外弯曲
O=C=O 反对称伸
吸收峰
简并为一个吸收峰
二氧化碳的红外光谱图
（2）吸收峰增多原因
A、产生倍频峰（ 0 2、 3）和组频峰(各 种振动间相互作用而形成）——统称泛频。 B、振动偶合—相邻的两个基团相互振动偶合使峰 数目增多。
2、非谐振子
双原子分子的势能曲线 虚线：谐振子；实线：非谐振子
3.分子振动形式
（1）.分子振动类型 伸缩振动： 原子沿键轴方向伸缩、键长改变而键角 不变的振动称为伸缩振动。 a 、对称伸缩振动：同时伸长，同时缩短的振 动。用符号νS表示； b 、不对称伸缩振动：两个键一个伸长，一个 缩短的振动。用符号νas表示；
（2）. 产生红外吸收的第二个条件： 只有能使偶极矩发生变化的振动形式才 能吸收红外辐射。 即偶极矩的变化△μ≠0
偶极子在交变电场中的作用示意图
（1）红外活性 分子振动引起偶极矩的变化，从而产生 红外吸收的性质，称为红外活性。其分子称 为红外活性分子。相关的振动称为红外活性 振动。如H2O ，HCl ，CO为红外活性分子。 （2）非红外活性 若△μ＝0，分子振动和转动时，不引起 偶极矩变化。不能吸收红外辐射。即为非红 外活性。其分子称为红外非活性分子。如 H2 ，O2 ，N2 ，Cl2….相应的振动称为红外 非活性振动。
弯曲振动又叫变形振动： 键长不变，键角改 变的振动称为变形振动， 又称变角振动。 a：面内变形振动： 剪式振动：两个原子在同一平面内彼此相向弯曲 叫剪式振动；用δ表示 。 平面摇摆振动：若键角不发生变化，两个原子只 是作为一个整体在平面内左右摇摆，叫平面摇摆 振动。用ρ表示。
b：面外变形振动
三、基团频率和特征吸收峰
1、基团的特征吸收峰——基团频率