第十二章红外吸收光谱法
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(完整版)红外光谱法习题参考答案
第十二章 红外吸收光谱法思考题和习题8.如何利用红外吸收光谱区别烷烃、烯烃及炔烃？烷烃主要特征峰为233,,,CH s CH as CH H C δδδν-，其中νC-H 峰位一般接近3000cm -1又低于3000cm -1。
烯烃主要特征峰为H C C C H C -==-=γνν,,，其中ν=C-H 峰位一般接近3000cm -1又高于3000cm -1。
νC=C 峰位约在1650 cm -1。
H C -=γ是烯烃最具特征的峰，其位置约为1000-650 cm -1。
炔烃主要特征峰为H C C C H C -≡≡-≡γνν,,，其中H C -≡ν峰位在3333-3267cm -1。
C C ≡ν峰位在2260-2100cm -1，是炔烃的高度特征峰。
9.如何在谱图上区别异丙基及叔丁基？当两个或三个甲基连接在同一个C 上时，则吸收峰s CH 3δ分裂为双峰。
如果是异丙基，双峰分别位于1385 cm -1和1375 cm -1左右，其峰强基本相等。
如果是叔丁基，双峰分别位于1365 cm -1和1395cm -1左右，且1365 cm -1峰的强度约为1395 cm -1的两倍。
10.如何利用红外吸收光谱确定芳香烃类化合物？ 利用芳香烃类化合物的主要特征峰来确定：芳氢伸缩振动（ν=C-H ），3100~3000cm -1 (通常有几个峰) 泛频峰2000~1667cm -1苯环骨架振动（νc=c ），1650-1430 cm -1，~1600cm -1及~1500cm -1 芳氢面内弯曲振动（β=C-H ），1250~1000 cm -1 芳氢面外弯曲振动（γ =C-H ），910~665cm -114．试用红外吸收光谱区别羧酸、酯、酸酐。
羧酸的特征吸收峰为v OH 、v C=O 及γOH 峰。
v OH （单体）~3550 cm -1(尖锐)，v OH (二聚体)3400~2500(宽而散)，v C=O (单体)1760 cm -1 (S)，v as C=O (二聚体)1710~1700 cm -1 (S)。
红外吸收光谱法
）．未知物结构的测定 （ 2 ）．未知物结构的测定
基本方法： 基本方法：图谱解析 测绘样品的红外谱图 分析吸收峰的位置、形状、强度等要素 分析吸收峰的位置、形状、 确定分子中所含的基团或化学键 推断分子的结构
步骤1 步骤1： 准备工作 了解样品的来源、制备过程、外观、 了解样品的来源、制备过程、外观、 纯度、 纯度、经元素分析后确定的化学式以及熔 沸点、溶解性质等物理性质， 点、沸点、溶解性质等物理性质，取得对 样品有个初步的认识或判断
特点 光谱来源：分子振动和转动； 光谱来源：分子振动和转动； 样品：气态、液态、固态样品； 样品：气态、液态、固态样品； 应用：结构分析。 应用：结构分析。
一、
红外吸收光谱法的基本原理
1、红外光谱(IR)的产生 、红外光谱 的产生 样品受到的红外光照 射时， 射时，分子吸收其中 一些频率的辐射， 一些频率的辐射，发 生振-转能级的跃迁, 生振-转能级的跃迁, 分子的偶极矩发生变 即得红外光谱。 化，即得红外光谱。
3. 单色器
组成：色散元件、准直镜和狭缝。 组成：色散元件、准直镜和狭缝。 棱镜： 单晶。 棱镜：LiF、CaF2、NaF、KBr单晶。 、 、 单晶 光栅：可用几个光栅组合。 光栅：可用几个光栅组合。
三、
红外光谱法的应用
1
）．已知物的鉴定 （ 1 ）．已知物的鉴定 ）．未知物结构的测定 （ 2 ）．未知物结构的测定
二、色散型红外光谱仪
与紫外可见分光光度计对比 基本组成部件相似： 均有光源、吸收池、 基本组成部件相似： 均有光源、吸收池、单 相似 色器、检测器等。 色器、检测器等。 每个部件的结构、材料和性能不同： 每个部件的结构、材料和性能不同： 不同 如光源、吸收池等。 如光源、吸收池等。
红外吸收光谱法
倍频吸收：一次跃迁两个或多个 振动能级
由 V =0 V = 2 即 △V ＝2 V =0 V = 3 即 △V ＝3
3 2 1 V=0
基频吸收 倍频吸收
注：基态中不同的振动 能级用V＝0，1，2，… 表示
红外吸收光谱法
5、红外光谱的概念 分子吸收红外光，由分子振动、转动发生能级的跃迁（
基态V＝0至第一振动能级V＝1，即△V＝1）产生的光谱，称 为中红外光谱，简称红外光谱。
官能团区（ 4000－1300 cm-1）：在该区域内的红外吸收 均是各种基团的特征吸收峰，吸收峰比较稀。
指纹区 （ 1300－400 cm-1）：在该区域内的红外吸收大 多是一些单键的伸缩振动和各种弯曲振动（如C-C、C-N、C-O ）。振动类型复杂且重叠，受分子结构的影响十分敏感，任何 细致的差别都会引起光谱明显改变，如同人的指纹一样，很少 有两个化合物指纹区的吸收峰完全相同，用于确认有机化合物 是很可靠的。
红外吸收光谱法
2、红外、紫外、可见吸收光谱的区别
光谱区域 波长
分子运动形式
光谱类型
紫外可见 200－780nm 分子外层价电子跃迁 紫外可见吸收光谱
红外 0.78－500um 分子振动、转动
红外吸收光谱
△E电子 > △E振 > △E转
红外光的能量较小，分子吸收红外光不足以引起外层 价电子跃迁。
红外吸收光谱法
就得到该试样的红外吸收光谱图。
d
H
Cl
+q
-q
-q
O d
H
H
+q
+q
HCl、H2O 的偶极矩
红外吸收光谱法
三、红外光谱法的特点 除了单原子分子和同核分子如Ne、He、O2、H2等外，
由 V =0 V = 2 即 △V ＝2 V =0 V = 3 即 △V ＝3
3 2 1 V=0
基频吸收 倍频吸收
注：基态中不同的振动 能级用V＝0，1，2，… 表示
红外吸收光谱法
5、红外光谱的概念 分子吸收红外光，由分子振动、转动发生能级的跃迁（
基态V＝0至第一振动能级V＝1，即△V＝1）产生的光谱，称 为中红外光谱，简称红外光谱。
官能团区（ 4000－1300 cm-1）：在该区域内的红外吸收 均是各种基团的特征吸收峰，吸收峰比较稀。
指纹区 （ 1300－400 cm-1）：在该区域内的红外吸收大 多是一些单键的伸缩振动和各种弯曲振动（如C-C、C-N、C-O ）。振动类型复杂且重叠，受分子结构的影响十分敏感，任何 细致的差别都会引起光谱明显改变，如同人的指纹一样，很少 有两个化合物指纹区的吸收峰完全相同，用于确认有机化合物 是很可靠的。
红外吸收光谱法
2、红外、紫外、可见吸收光谱的区别
光谱区域 波长
分子运动形式
光谱类型
紫外可见 200－780nm 分子外层价电子跃迁 紫外可见吸收光谱
红外 0.78－500um 分子振动、转动
红外吸收光谱
△E电子 > △E振 > △E转
红外光的能量较小，分子吸收红外光不足以引起外层 价电子跃迁。
红外吸收光谱法
就得到该试样的红外吸收光谱图。
d
H
Cl
+q
-q
-q
O d
H
H
+q
+q
HCl、H2O 的偶极矩
红外吸收光谱法
三、红外光谱法的特点 除了单原子分子和同核分子如Ne、He、O2、H2等外，
红外吸收光谱法
C CH3 O
CH3
1686
H3C
CH3
C CH3
O
CH3
1693
α，β不饱和酮
23
（6）氢键效应
由于氢键改变了原来化学键的力常数，对峰位，峰强产
生极明显影响。移向低波数，增加，并变宽。 移向高波
数。
R
O
H NH R
游离
C=O
1690
HN H O
氢键 1650
N-H
3500
3400
N-H
1650-1620
T(%)
2）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。
3
3） 红外光区划分
红外光谱 (0.75~1000m)
近红外(泛频） (0.75~2.5 m)
中红外(振动区) (2.5~25 m)
远红外(转动区) (25-1000 m)
1576cm-1 1611cm-1
CH2 CH2
CH2
1781cm-1 1678cm-1 1657cm-1
1644cm -1
CH2 1651cm-1
22
(5)位阻应效
共轭效应会使基团吸收频率移动。若分子中存在空间 阻碍，使共轭受到限制，则基团吸收接近正常值。
C CH3 O
υc=o/cm-1 1663
1000～800 （面外摇摆）
(1) = CH >3000 cm-1为不饱和碳上质子振动吸收，是与饱 和碳上质子的重要区别。
（2） C＝C的 位置及强度 与烯碳的取代情况及分子对称性 密切相关。
末端烯烃 C＝C吸收最强，双键移向碳链中心时结构对称 性增强， C＝C带减弱。顺式较反式强。
仪器分析化学课件红外吸收光谱法
13000 ~4000 4000~200 200~10
4000~400
OH NHCHSH键
倍频吸收区 振动,转动
转动
绝大多数有机物和无机离子 的化学键基频吸收都出现在中红 外区。通常说的红外光谱实指中 红外光谱区。
IR与UV的区别
IR
UV
起源 分子振动能级伴随转动能级跃迁 分子外层价电子能级跃迁
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
4.5m
6.0 m
7.0 m
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。
例题: 由表中查知C=C键的k=9.5 9.9 ,令其为9.6, 计算波数值
E h h k 2
1 1 k 1307 k
2c
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 =m1m2/（m1+m2）
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。
表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型: 力常数: 峰位:
—— 共轭体系中， C=C 向低波数方向移动，强度 增大，对称性越差，吸收峰越强，完全对称，不出 现吸收峰
• =CH =C-H弯曲振动 1000~650cm-1 处有强吸收 峰
——鉴定烯烃取代基类型最特征的峰
RCH=RCH 强峰
反式
顺式
990~970 690
RCH=CH2 990、910两个
1-辛烯红外谱图
• C=O ：C=O伸缩振动 1850 ~1600 cm-1 非常强的
红外吸收光谱法
AX 2型分子
ωCH2 ~ 1300cm
−1
2）蜷曲τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的 ）蜷曲τ：一个X原子在面上，一个X 振动
AX 2型分子
τCH2 ~ 1250cm
−1
续前
3．变形振动： 1）对称的变形振动δs：三个AX键与轴线的夹角同时 对称的变形振动δ ：三个AX键与轴线的夹角同时 变大
AX3型分子
δ
s CH3
~ 1375cm
−1
2）不对称的变形振动δas：三个AX键与轴线的夹角不 不对称的变形振动δ ：三个AX键与轴线的夹角不 同时变大或减小
AX3型分子
as δCH3 ~ 1450cm−1
图示
as νCH3 ~ 2960cm−1
ν ν
as −1 CH2 ~ 2925cm s −1 CH3 ~ 2870cm
λmax ,σ max 或ν max
1．基本振动频率
1 ν= 2π K m折
K ⇒σ =1302 m折
m1 ⋅ m2 其中 m折 = m1 + m2
注：σ 与K 和m折有关
讨论： 讨论：
1） 相近， K m折 ↑⇒σ ↓，ν ↓ （光谱区右端） 例：ν C−H >ν C−C >ν C−O 2） 同类原子： 折一定， ↑⇒σ ↑，ν ↑，（光谱区左端） m K
3） 同一基团的振动形式不 ⇒峰位不同 同
as s νCH >νCH
续前
2．基频峰分布图
（二）影响吸收峰位的因素
1．内部因素： （1）诱导效应（吸电效应）： 诱导效应（吸电效应） 使振动频率移向高波数区
吸电性 ↑，双键性 ↑，K ↑⇒ν ↑
续前
（2）共轭效应： 使振动频率移向低波数区
ωCH2 ~ 1300cm
−1
2）蜷曲τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的 ）蜷曲τ：一个X原子在面上，一个X 振动
AX 2型分子
τCH2 ~ 1250cm
−1
续前
3．变形振动： 1）对称的变形振动δs：三个AX键与轴线的夹角同时 对称的变形振动δ ：三个AX键与轴线的夹角同时 变大
AX3型分子
δ
s CH3
~ 1375cm
−1
2）不对称的变形振动δas：三个AX键与轴线的夹角不 不对称的变形振动δ ：三个AX键与轴线的夹角不 同时变大或减小
AX3型分子
as δCH3 ~ 1450cm−1
图示
as νCH3 ~ 2960cm−1
ν ν
as −1 CH2 ~ 2925cm s −1 CH3 ~ 2870cm
λmax ,σ max 或ν max
1．基本振动频率
1 ν= 2π K m折
K ⇒σ =1302 m折
m1 ⋅ m2 其中 m折 = m1 + m2
注：σ 与K 和m折有关
讨论： 讨论：
1） 相近， K m折 ↑⇒σ ↓，ν ↓ （光谱区右端） 例：ν C−H >ν C−C >ν C−O 2） 同类原子： 折一定， ↑⇒σ ↑，ν ↑，（光谱区左端） m K
3） 同一基团的振动形式不 ⇒峰位不同 同
as s νCH >νCH
续前
2．基频峰分布图
（二）影响吸收峰位的因素
1．内部因素： （1）诱导效应（吸电效应）： 诱导效应（吸电效应） 使振动频率移向高波数区
吸电性 ↑，双键性 ↑，K ↑⇒ν ↑
续前
（2）共轭效应： 使振动频率移向低波数区
(完整版)红外吸收光谱法教案
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。
红外吸收光谱法课件PPT
02 红外吸收光谱仪的组成与 操作
红外吸收光谱仪的组成
01
02
03
04
光源
发射特定波长的红外光，为样 品提供能量。
干涉仪
将红外光分成两束，分别经过 样品和参比，再合并形成干涉
。
检测器
检测干涉后的红外光，转换为 电信号。
数据处理系统
处理检测器输出的电信号，生 成红外吸收光谱。
红外吸收光谱仪的操作流程
多光谱融合
将红外光谱与其他光谱技 术进行融合，实现多维度、 多角度的物质成分和结构 分析。
云平台与大数据
利用云平台和大数据技术， 实现红外光谱数据的共享、 挖掘和分析，推动科研合 作与成果转化。
感谢您的观看
THANKS
检查部件
定期检查仪器各部件是否正常 工作，如光源、干涉仪、检测 器等。
定期校准
为保证测试结果的准确性，应 定期对仪器进行校准。
数据备份
对测试结果进行备份，以防数 据丢失。
03 红外吸收光谱法的实验技 术
样品的制备与处理
样品制备
将待测物质研磨成粉末，以便更 好地分散在测试介质中。
样品处理
根据实验需求，对样品进行纯化 、干燥等预处理，以消除干扰因 素。
用于检测大气和水体中 的污染物，如挥发性有 机化合物、重金属等。
用于研究生物大分子的 结构和功能，如蛋白质、
核酸等。
红外吸收光谱法的历史与发展
历史
红外吸收光谱法自19世纪中叶被发现以来，经历了多个发展阶段，不断完善和 改进。
发展
随着仪器的改进和计算机技术的发展，红外吸收光谱法的应用范围不断扩大， 分析精度和灵敏度也不断提高。未来，红外吸收光谱法将继续在各个领域发挥 重要作用。
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化学键力常数(K) 5 N/cm 10 N/cm 15 N/cm
第十二章红外吸收光谱法
CC
CC
CC CH
ν13025 119c0m1 6
v168c0m1 v206cm 01
v219cm 01
讨论：⑴ K↗， v ↑ ⑵ u↙' ， ↑v
第十二章红外吸收光谱法
4.分子振动形式
伸缩振动()
v 对称伸缩振动 s v 不对称伸缩振动 as
①诱导效应 (v )
吸电子基团的诱导效应使吸收峰向高频方向移动
vC O
O R C R' ~ 1 7 1 5 cm -1
O R C OR'
1735cm -1
O R C Cl
1 8 0 0 cm -1
C≡O相当于三键
第十二章红外吸收光谱法
② 共轭效应，v
CH CH2
O R C S R'
O R' C OR
能级差： EV Vhv
若 hLvEVVh，v则分子发生振动能 级跃迁产生红外吸收
即 vL Vv 或 LV （波数）
第十二章红外吸收光谱法
当△V=1时，L V分子吸收红外线的频率和
分子振动频率相等（产生基频峰）
用分子吸收红外线频率表示峰位
如HCl v288c6m1(峰位）
说明：
由v=0跃迁至v=1，vL288 cm 61 ,
面内弯曲振动(β) 弯曲振动
面外弯曲振动(γ) 变形振动 （δ）
第十二章红外吸收光谱法
H
H
C
vs CH 2
面内弯曲振动(β)
第十二章红外吸收光谱法
H
H
C
ω CH 2
面外摇摆
H
H
C
τ CH 2
蜷曲振动
面外弯曲振动(γ)
第十二章红外吸收光谱法
变形振动 （δ）
形似花瓣的开与闭
H
H
H
C
δs
δ as
CH 3
O R' C R
双
键
性
v c c 1630cm-1
减
弱
1650cm-1
硫酯 由于硫的电负性比氧小，所以共 轭主导，1690cm-1
酯 诱导主导，1735cm-1
酮 1715cm-1
第十二章红外吸收光谱法
③环张力效应
环小,环张力大 环内双键，环张力增加，v 环外双键，环张力增加（小环） v
第十二章红外吸收光谱法
以双原子分子为例讨论：
A—B 看作两个小球，化学键看作弹簧，把A,B之间伸缩振 动看作简谐振动:
A
B
伸
缩缩
伸
re
平衡位置
平衡位置
振动位能 第十U二章红12外K吸收(r光谱法re)2 K为化学键力常数
2.分子振动能级
位能
动能 分子振动频率
分子总能量
EV
UT(V1)hv 2
振动量子数
V=0 基态，V=1 第一激发态
结构分析：不同的官能团有自己的特征吸收峰， -NH2 , -OH , C=C等
3. 与UV-Vis的区别 ① 起源不同，分别为电子光谱和振转光谱
② 适应范围: IR适于所有有机化合物和某些无机物
③ 特征性强
第十二章红外吸收光谱法
第一节 红外吸收光谱法的基本原理
一、分子振动能级和振动形式
1. 分子振动
中心转动能量无变化，非线性分子为3。
线性分子：振动自由度 3N-5, 如 OCO3354
非线性分子：振动自由度3N-6，如 H
H
第十二章红外吸收光谱法
O 3363
6.基频峰数小于基本振动数的原因
正负
电荷
①简并。振动频率相同峰只观
中心 距离
察到一个
②红外非活性振动。振动过程中，
=0 （偶极距），分子不能吸收红 qr
H3H CCCC HH 3
（无峰）
R RCCR R
（无峰）
第十二章红外吸收光谱法
三、吸收峰的位置
1.基频峰和泛频峰 基频峰：由振动能级v=0跃迁至v=1,产生 基频峰（一般较强） 倍频峰：由v=0跃迁至v=2…v=3…。倍 频峰频率比理论值小一些. 合频峰差频峰：1+2或1-2。即由两个基 频峰的和或差产生的峰
④氢键影响，生成氢键， v
分子内氢键，不受浓度影响；分子间氢键受浓度
影响，稀释后向高频移动
H
O
O
C C H3
vOH30c0m 01(36)00
vco16c2m 31(16)85
O C C H3
vco 168cm 51
第十二章红外吸收光谱法
第十二章红外吸收光谱法泛频峰源自倍频峰，合频峰及差频峰统称泛频峰。
取代苯泛频峰：2000-1667cm-1
第十二章红外吸收光谱法
2.基频峰的分布规律
①u‘小， (v ) ②K大， (v )
③ u‘相同 vβγ
如 v C ： H β C H γ C H
第十二章红外吸收光谱法
3.影响吸收峰位的因素（频率）
分子振动频率为2886cm-1
第十二章红外吸收光谱法
倍频峰？
3.分子振动频率的理论计算公式
v 1302 K u'
K-化学键力常数 u ' -折合相对原子质量
原子量
u' mA •mB mA mB
C-C
u'12126 1212
C-H u' 121 1 121
第十二章红外吸收光谱法
类型 C-C C=C C≡C
第十二章 红 外吸收光谱法
分析化学教研室
第十二章红外吸收光谱法
概述
1. 简介:
①分子吸收光谱法
②波长范围 ③振转光谱
λ：2.5 ～ 25 μｍ 中红外区 v ：4000 ～ 400 cm-1 (σ)
④图谱 T%
v cv
v
第十二章红外吸收光谱法
2. 应用：定性、定量、结构分析
定性特征比紫外强，药典方法通常与标准品对照
外线产生吸收峰
电荷
co 2
v
s c
o
振动前 o c o r 0 u0
振动后 o c o r 0 u 0
=0
③峰弱，测不出来。
第十二章红外吸收光谱法
二、 红外吸收光谱产生的条件和吸收峰强度
1.红外吸收光谱产生的条件
① vLVv
②
u0
2.吸收峰的强度
v 图 co
174c5m1(s)
vcc
1第6十二5章c红0外m吸1收(光w 谱法)
Why?
影响因素
① ↑，峰强。
c=o基团极性大，键的偶极距大，偶极 距变化大（c=o>c=c）
②与跃迁几率（跃迁过程中激发态分子占总分子的 百分数）成正比。
基频峰＞倍频峰
③振动形式：
vas vs
v β
第十二章红外吸收光谱法
④分子不对称性强， u ,峰强 分子完全对称，峰消失
H3HCCCCHH3
(~1650cm-1)
CH 3
第十二章红外吸收光谱法
5.振动自由度
分子振动自由度=基本振动数（理论上等于基频峰数）
原子个数
由：分子自由度数（3N）=平动自由度+转动自由度+ 振动自由度数
✓分子中原子可以向x, y, z三个坐标方向独立运动 ✓分子平动自由度为3，分子重力中心向3个方向平移 ✓分子转动自由度：线性分子为2，线性分子以键轴为