第6章 红外吸收光谱精选文档.ppt

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1、第第6章章 红外吸收光谱红外吸收光谱2022/10/21本讲稿第一页，共一百页课程引入课程引入目前市场上出售的保鲜膜，从原材料上主要分为目前市场上出售的保鲜膜，从原材料上主要分为三大类：三大类：1.聚乙烯（聚乙烯（PE或或LDPE）主要用于普通水果、蔬菜等的包装，具有很强的主要用于普通水果、蔬菜等的包装，具有很强的耐热性。耐热性。2.聚偏二氯乙烯（聚偏二氯乙烯（PVDC）主要用于一些熟食、火腿等产品的包装。对气主要用于一些熟食、火腿等产品的包装。对气体、水蒸汽有很强的阻隔性，即密封性好，同体、水蒸汽有很强的阻隔性，即密封性好，同时又具有极好的耐热性，有透明感。时又具有极好的耐热性，有透明感。2

2、022/10/22本讲稿第二页，共一百页3.聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVC）一般来说，它是可以用于食品包装的。一般来说，它是可以用于食品包装的。PVC 保鲜膜的优点是透气，且具有优良的延伸性保鲜膜的优点是透气，且具有优良的延伸性 和强度，所以密封性能好；缺点是不耐高温和强度，所以密封性能好；缺点是不耐高温 ，因此，如果使用不当就会影响健康。，因此，如果使用不当就会影响健康。PE和和PVDC这两种材料的保鲜膜对人体是安这两种材料的保鲜膜对人体是安 全的，可以放心使用。而全的，可以放心使用。而PVC保鲜膜则对人保鲜膜则对人 体危害比较大。体危害比较大。如何鉴别如何鉴别 PE、PVDC或或PVC？202

3、2/10/23本讲稿第三页，共一百页 一、定义一、定义 当红外光照射分子当红外光照射分子时，将引起分子的振时，将引起分子的振动和转动能级跃迁而动和转动能级跃迁而产生的连续吸收光谱，产生的连续吸收光谱，称为红外吸收光谱称为红外吸收光谱（IR）。）。6-1 概述概述IR（远远）IR(中中)UV-Vis2022/10/24本讲稿第四页，共一百页 分子振动能级差为分子振动能级差为0.051.0eV，比转动能，比转动能级差（级差（0.0001 0.05 eV）大，因此分子发生振）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，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

4、动红外光谱实际上是分子的振动-转动光谱，即带转动光谱，即带状光谱。状光谱。2022/10/25本讲稿第五页，共一百页红外光谱红外光谱 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，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。记录些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的红外光的百分透射比（百分透射比（T%）与波数（）与波数（）或波长（）或波长（）

5、关系）关系的曲线的曲线，就得到红外光谱。，就得到红外光谱。2022/10/26本讲稿第六页，共一百页名称（m）（cm1）近红外中红外远红外0.782.52.525251000128204000400040040010二、红外光谱的分类二、红外光谱的分类 红外区的光谱除用波长红外区的光谱除用波长表征外，表征外，更常用波数更常用波数表征。表征。2022/10/27本讲稿第七页，共一百页三、红外吸收光谱法特点三、红外吸收光谱法特点（1）特征性好。）特征性好。红外吸收光谱对有机或无机化合物的定性分析红外吸收光谱对有机或无机化合物的定性分析具有鲜明的特征性。每一种官能团和化合物都具有具有鲜明的特征性。每

6、一种官能团和化合物都具有特有的吸收光谱，其特征吸收谱带的特有的吸收光谱，其特征吸收谱带的数目、频率、数目、频率、谱带形状和强度谱带形状和强度都随化合物及其聚集状态的不同而异。都随化合物及其聚集状态的不同而异。因此根据化合物的吸收光谱，就像辨认人的指纹一样，因此根据化合物的吸收光谱，就像辨认人的指纹一样，可找出该化合物或具有的官能团。可找出该化合物或具有的官能团。2022/10/28本讲稿第八页，共一百页（2）分析时间短）分析时间短。通过检索、与标准红外吸收谱图对照，一般通过检索、与标准红外吸收谱图对照，一般可在可在1030min完成分析。若用计算机检索标完成分析。若用计算机检索标准谱图，可在几

7、分钟内完成分析。准谱图，可在几分钟内完成分析。（3）所用试样量少）所用试样量少。对固体和液体试祥，进行常量定性分析只需对固体和液体试祥，进行常量定性分析只需20mg，半微量分析约，半微量分析约5mg，微量分析约，微量分析约20g。对气体试样约对气体试样约200mL。2022/10/29本讲稿第九页，共一百页（4）操作简便、不破坏试样）操作简便、不破坏试样。绘制红外吸收谱图前的制样技术比较简绘制红外吸收谱图前的制样技术比较简单，制样后不改变试样组成，试样用后可回单，制样后不改变试样组成，试样用后可回收再从事其它研究。收再从事其它研究。2022/10/210本讲稿第十页，共一百页四、红外光谱在化学

8、领域中的应用四、红外光谱在化学领域中的应用1.用于分子结构的基础研究：测定分子的键长、用于分子结构的基础研究：测定分子的键长、键角，推断出分子的立体构型、化学键的强键角，推断出分子的立体构型、化学键的强 弱、计算热力学函数。弱、计算热力学函数。2.用于化学组成的分析：红外光谱最广泛的应用于化学组成的分析：红外光谱最广泛的应 用在于对物质的化学组成进行分析，根据光用在于对物质的化学组成进行分析，根据光 谱中吸收峰的位置和形状推断未知物结构，谱中吸收峰的位置和形状推断未知物结构，依照特征吸收峰的强度测定混合物中各组分依照特征吸收峰的强度测定混合物中各组分 的含量，它已成为现代结构化学、分析化学的含

9、量，它已成为现代结构化学、分析化学 最常用和不可缺少的工具。最常用和不可缺少的工具。2022/10/211本讲稿第十一页，共一百页一、红外吸收光谱产生的条件一、红外吸收光谱产生的条件 (1)分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变 化，分子才会吸收特定频率的红外光。化，分子才会吸收特定频率的红外光。（偶合作用）（偶合作用）分子是否显示红外活性（产生红外吸收），与分子是否分子是否显示红外活性（产生红外吸收），与分子是否有永久偶极矩无关，如有永久偶极矩无关，如CO2分子。只有同核双原子分子才分子。只有同核双原子分子才是非红外活性，如是非红外活性，如H2、N2等。等。

10、(2)照射分子的红外光的频率与分子某种振动照射分子的红外光的频率与分子某种振动 频率相同时，才能产生跃迁，在红外谱图频率相同时，才能产生跃迁，在红外谱图 上出现相应的吸收带上出现相应的吸收带。（E辐射辐射=E振动振动）6-2 红外吸收光谱法的基本原理红外吸收光谱法的基本原理2022/10/212本讲稿第十二页，共一百页二、分子振动与红外吸收峰二、分子振动与红外吸收峰1.双原子分子的振动双原子分子的振动简谐振动简谐振动：分子中的原子视为小球，其间的化分子中的原子视为小球，其间的化 学键看作不计质量的弹簧。原子沿学键看作不计质量的弹簧。原子沿 键轴方向的伸缩振动。键轴方向的伸缩振动。m1、m2为双

11、原子分子中为双原子分子中 的两个原子质量。的两个原子质量。r为分子键的长度。为分子键的长度。2022/10/213本讲稿第十三页，共一百页分子振动的总能量分子振动的总能量E 其中：其中：为振动频率；为振动频率；h为普朗克常数；为普朗克常数；为振动量为振动量 子数，子数，=0，1，2，3.n。当分子发生当分子发生=1的振动能级跃迁时，用经典力学虎克的振动能级跃迁时，用经典力学虎克（Hooke）定律导出其吸收红外光的振动频率）定律导出其吸收红外光的振动频率为：为：k为化学键的力常数。为化学键的力常数。为两个原子的折合质量。为两个原子的折合质量。2022/10/214本讲稿第十四页，共一百页任何分子

12、的原子总是在围绕它们的平衡位置附近任何分子的原子总是在围绕它们的平衡位置附近 作微小的振动，这些振动的振幅很小，而振动的作微小的振动，这些振动的振幅很小，而振动的 频率却很高（频率却很高（v=10131014Hz），正好和红外光），正好和红外光 的振动频率在同一数量级。的振动频率在同一数量级。分子发生振动能级跃迁时需要吸收一定的能量，分子发生振动能级跃迁时需要吸收一定的能量，这种能量通常可由照射体系的红外线供给。振动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（吸收的能量将取决于键力常

13、数（k）与两端连接的）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红外光谱可以测定化合物结构的理论依据。的理论依据。2022/10/215本讲稿第十五页，共一百页红外吸收光谱的术语：红外吸收光谱的术语：基频峰：基频峰：当分子吸收红外辐射后，振动能级从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基态跃迁到第一激发态时所产生的 吸收峰。吸收峰。KNcm-1，cm-1Ar相对原子量。相对原子量。2022/10/216本讲稿第十六页，共一百页倍频峰：倍频峰：振动能级从基态跃迁到第二激发振动能级从基态跃

14、迁到第二激发 态、第三激发态态、第三激发态所产生的吸收所产生的吸收 峰。峰。组（合）频峰：组（合）频峰：多原子分子中各种振动形式多原子分子中各种振动形式 的能级之间，存在可能的相互作用的能级之间，存在可能的相互作用 。如果吸收的红外辐射能量为两个。如果吸收的红外辐射能量为两个 相互作用相互作用 基频之和或之差，就会基频之和或之差，就会 产生组（合）频峰。产生组（合）频峰。2022/10/217本讲稿第十七页，共一百页泛频峰：泛频峰：倍频峰和组（合）频峰统称为泛倍频峰和组（合）频峰统称为泛 频峰。频峰。基频峰的强度倍频峰强度基频峰的强度倍频峰强度 组（合）频峰强度组（合）频峰强度2022/10/

15、218本讲稿第十八页，共一百页2.多原子分子的振动多原子分子的振动 双原子分子只有一种振动形式双原子分子只有一种振动形式 沿键轴方向的伸缩振动；沿键轴方向的伸缩振动；多原子分子的振动多原子分子的振动 除伸缩振动外，还有改变键角的弯曲除伸缩振动外，还有改变键角的弯曲 振动。振动。一般来说，键长的改变比键角的改变需要更大的一般来说，键长的改变比键角的改变需要更大的能量，因此能量，因此伸缩振动出现在高频区伸缩振动出现在高频区，而，而弯曲振动弯曲振动则出现在低频区则出现在低频区。2022/10/219本讲稿第十九页，共一百页分子的振动形式可分成两大类：分子的振动形式可分成两大类：（1）伸缩振动）伸缩振

16、动()对称伸缩振动（对称伸缩振动（s）反对称伸缩振动（反对称伸缩振动（as）CH22022/10/220本讲稿第二十页，共一百页（2）变形或弯曲振动）变形或弯曲振动()面内变形振动：剪式振动（面内变形振动：剪式振动（)面内摇摆振动面内摇摆振动()面外变形振动：面外摇摆振动（面外变形振动：面外摇摆振动（）扭曲变形振动（扭曲变形振动（）CH22022/10/221本讲稿第二十一页，共一百页水分子振动对应红外吸收峰水分子振动对应红外吸收峰如何判断红外吸收峰的数目？如何判断红外吸收峰的数目？2022/10/222本讲稿第二十二页，共一百页3.红外吸收峰的数目与强度红外吸收峰的数目与强度 每一种振动形式

17、，应能产生一个吸收峰（基每一种振动形式，应能产生一个吸收峰（基频峰）。即多原子分子所产生的基频峰数目应频峰）。即多原子分子所产生的基频峰数目应等于该分子所具有的振动形式数目。但注意有等于该分子所具有的振动形式数目。但注意有红外活性与非红外活性之别。红外活性与非红外活性之别。峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极矩变峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极矩变 化时，无红外吸收。化时，无红外吸收。N个原子组成的个原子组成的线性分子：线性分子：3N-5（自由度）（自由度）N个原子组成的个原子组成的非线性分子：非线性分子：3N-6（自由度）（自由度）2022/10/223本讲稿第二十三页，共一百页CO2分子的振动

18、形式：分子的振动形式：线性分子：线性分子：3N-5=33-5=4其中：对称伸缩无吸收；面内和面外弯曲吸收峰其中：对称伸缩无吸收；面内和面外弯曲吸收峰 重叠（重叠（667cm-1）；反对称伸缩）；反对称伸缩2349cm-1。只有只有2个基频峰。个基频峰。2022/10/224本讲稿第二十四页，共一百页实际峰数往往不同于理论计算基本振动数目实际峰数往往不同于理论计算基本振动数目 的原因：的原因：（1）没有偶极矩变化振动过程不引起红外吸）没有偶极矩变化振动过程不引起红外吸 收。收。（2）频率完全相同的振动彼此发生简并。）频率完全相同的振动彼此发生简并。（3）强宽峰往往要覆盖与它频率相近的弱而）强宽峰

19、往往要覆盖与它频率相近的弱而 窄的吸收峰。窄的吸收峰。（4）吸收峰落在中红外区域（）吸收峰落在中红外区域（4 000400cm-1 ）以外。）以外。2022/10/225本讲稿第二十五页，共一百页（5）吸收强度太弱，以致无法测定。）吸收强度太弱，以致无法测定。（倍频和组频的产生）（倍频和组频的产生）（6）振动偶合：当两个振动频率相同或相近的基）振动偶合：当两个振动频率相同或相近的基团相邻并具有一公共原子时，由于一个键的振动团相邻并具有一公共原子时，由于一个键的振动通过公共原子使另一个键的长度发生改变，产生通过公共原子使另一个键的长度发生改变，产生一个一个“微扰微扰”，其结果使振动频率发生变化，

20、一，其结果使振动频率发生变化，一个向高频移动，一个向低频移动，谱带裂分。个向高频移动，一个向低频移动，谱带裂分。1 820cm-1 1 760cm-1 酯酯2022/10/226本讲稿第二十六页，共一百页（7）费米（）费米（Fermi）振动）振动 当倍频或组频峰与基频峰相近时，产生强吸当倍频或组频峰与基频峰相近时，产生强吸收带或峰的分裂现象。如醛基收带或峰的分裂现象。如醛基CHO的的C-H伸缩伸缩振动与其弯曲振动倍频的振动与其弯曲振动倍频的Fermi振动，出现振动，出现2820cm-1和和2720cm-1附近强度相近的双峰。但附近强度相近的双峰。但2820cm-1的醛氢的醛氢C-H伸缩常被伸缩

21、常被CH3和和CH2的的C-H伸伸缩振动（缩振动（2870、2850cm-1）掩盖。）掩盖。1773cm-1和和1736 cm-1出现两个出现两个C=O吸收峰吸收峰2022/10/227本讲稿第二十七页，共一百页吸收峰强度的影响因素吸收峰强度的影响因素（1）（）（瞬间）瞬间）偶极矩变化大，吸收峰强。偶极矩变化大，吸收峰强。红外吸收谱带的红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变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。化。而偶极矩与分子结构的对称性有关。振动的对振动的对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。一

22、般，极性较强的基团（如也就越弱。一般，极性较强的基团（如CO，CX等等)振动，吸收强度较大；极性较弱的基团振动，吸收强度较大；极性较弱的基团(如如CC、CC、NN等等)振动，吸收较弱。振动，吸收较弱。2022/10/228本讲稿第二十八页，共一百页问题：问题：C=O 强；强；C=C 弱；为什么？弱；为什么？它们都是不饱和键，但对称性不同，它们都是不饱和键，但对称性不同，CO键在伸缩振动时偶极矩变化很大，键在伸缩振动时偶极矩变化很大，CO基的跃迁基的跃迁几率大，红外光谱强度大；而几率大，红外光谱强度大；而CC双键则在伸缩振双键则在伸缩振动时偶极矩变化很小，红外光谱强度小。动时偶极矩变化很小，红外

23、光谱强度小。红外光谱的吸收强度常定性地用红外光谱的吸收强度常定性地用s(强强)、m(中等中等)、w(弱弱)、vw(极弱极弱)等来表示。等来表示。2022/10/229本讲稿第二十九页，共一百页 对于同一类型的化学键，偶极矩的变化与结构对于同一类型的化学键，偶极矩的变化与结构的对称性有关。的对称性有关。如如CC双键在下述三种结构中，双键在下述三种结构中，吸收强度的差别非常大：吸收强度的差别非常大：原因原因：对于：对于CC双键来说。结构双键来说。结构(1)的对称性最的对称性最差，因此吸收较强，而结构差，因此吸收较强，而结构(3)的对称性相对来说的对称性相对来说最高，故吸收最弱。最高，故吸收最弱。2

24、022/10/230本讲稿第三十页，共一百页（2 2）对于同一试样，在不同的溶剂中，或在同一）对于同一试样，在不同的溶剂中，或在同一溶剂中不同浓度的试样中，由于溶剂中不同浓度的试样中，由于氢键的影响氢键的影响以及氢以及氢键强弱的不同，使原子间的距离增大，偶极矩变键强弱的不同，使原子间的距离增大，偶极矩变化增大，吸收增强。化增大，吸收增强。如：如：醇类的醇类的OH基基在四氯化碳溶剂中伸缩振动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，强度的四氯化碳溶液中，由于缔合状态不同，强度也有很大差别。也有很大差

25、别。2022/10/231本讲稿第三十一页，共一百页（3 3）谱带的强度与振动形式有关。）谱带的强度与振动形式有关。强极性基团的红外振动吸收带，其强度要比紫外及强极性基团的红外振动吸收带，其强度要比紫外及可见光区最强的电子跃迁可见光区最强的电子跃迁小小2 23 3个数量级个数量级。由于红外光谱。由于红外光谱的能量较低，的能量较低，测定时必须用较宽的狭缝测定时必须用较宽的狭缝，这样就使测得，这样就使测得的红外吸收带的峰值及宽度，受所用狭缝宽度强烈影的红外吸收带的峰值及宽度，受所用狭缝宽度强烈影响。同一物质的摩尔吸光系数响。同一物质的摩尔吸光系数随不同仪器而改变。因随不同仪器而改变。因此此在定性鉴

26、定中用处不大。在定性鉴定中用处不大。由基态跃迁到第一激发态，产生一个由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收强的吸收 峰峰-基频峰基频峰；由基态直接跃迁到第二激发态，产；由基态直接跃迁到第二激发态，产 生一个生一个弱的吸收弱的吸收峰峰-倍频峰倍频峰。2022/10/232本讲稿第三十二页，共一百页6-3 红外吸收光谱与分子结构的关系红外吸收光谱与分子结构的关系一、基团的特征吸收峰与相关峰一、基团的特征吸收峰与相关峰基团频率：在有机物分子中，各种基团基团频率：在有机物分子中，各种基团 （官能团）都有自己特定的红外吸收区域。（官能团）都有自己特定的红外吸收区域。能代表该基团存在并有较高强度的吸收峰

27、能代表该基团存在并有较高强度的吸收峰 位置，称为该基团（官能团）的特征频率位置，称为该基团（官能团）的特征频率 （基团频率）。（基团频率）。特征吸收峰：对应的吸收峰称为该基团特征吸收峰：对应的吸收峰称为该基团 （官能团）的特征吸收峰。（官能团）的特征吸收峰。2022/10/233本讲稿第三十三页，共一百页相关峰：一个官能团除了有特征峰外，还有相关峰：一个官能团除了有特征峰外，还有 很多其它的振动形式吸收峰，通常把这些相很多其它的振动形式吸收峰，通常把这些相 互依存而又可相互佐证的吸收峰，称为相关互依存而又可相互佐证的吸收峰，称为相关 峰。峰。2800 3000 cm-1 CH3 特征峰；特征峰

28、；1650 1850 cm-1 C=O 特征峰；特征峰；基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化CH2COCH2 1715 cm-1 酮酮CH2COO 1735 cm-1 酯酯CH2CONH 1680 cm-1 酰胺酰胺2022/10/234本讲稿第三十四页，共一百页 二、红外光谱的分区二、红外光谱的分区 常见的有机化合物基团的红外吸收在常见的有机化合物基团的红外吸收在4000670cm-1范围内。为便于光谱解析，分成两大区域。范围内。为便于光谱解析，分成两大区域。1.特征区（官能团区）：特征区（官能团区）：红外吸收光谱中波数红外吸收光谱中波数40001

29、300cm1的范围称的范围称为特征区。由伸缩振动产生的吸收带。基团的特为特征区。由伸缩振动产生的吸收带。基团的特征吸收一般位于该高频区，该区域内吸收峰比较征吸收一般位于该高频区，该区域内吸收峰比较稀疏，是鉴定官能团最有价值的区域。稀疏，是鉴定官能团最有价值的区域。2022/10/235本讲稿第三十五页，共一百页官能团区又分成四个区域：官能团区又分成四个区域：（1）40002500cm-1区域：区域：XH伸缩振动区（伸缩振动区（X=O，N，C，S）。该区吸收说明含氢原子官能团的存在。该区吸收说明含氢原子官能团的存在。如如N-H（3500 3300cm-1）、）、O-H（3700 3200cm-1

30、）、）、C-H（3300 2700cm-1）。）。(2)2500 2000 cm-1区域：区域：三键、累积双键伸缩振动区。如三键、累积双键伸缩振动区。如-C N、-C C-、CCC、CCO。2022/10/236本讲稿第三十六页，共一百页（3）2000 1500 cm-1区域：区域：双键伸缩振动区。如双键伸缩振动区。如C=O、C=C、C=N、N=O、-NH2的弯曲振动和芳烃的弯曲振动和芳烃 的骨架振动（呼吸振动）。的骨架振动（呼吸振动）。（4）1500 1300 cm-1区域：区域：C-H的弯曲振动。的弯曲振动。如如-CH3（1380和和1460 cm-1）、）、-CH2（1470 cm-1）

31、。）。2022/10/237本讲稿第三十七页，共一百页2.指纹区指纹区：红外吸收光谱中波数在红外吸收光谱中波数在1300670cm1范围范围的吸收。除单键的伸缩振动外，还有各种振的吸收。除单键的伸缩振动外，还有各种振动间的偶合，该区域峰形复杂、密集。动间的偶合，该区域峰形复杂、密集。在指纹区各官能团吸收峰的波数不具有明显的在指纹区各官能团吸收峰的波数不具有明显的特征性，吸收峰密集，如人的指纹，化合物上微特征性，吸收峰密集，如人的指纹，化合物上微小的变化都会引起指纹区吸收峰的改变。特征区小的变化都会引起指纹区吸收峰的改变。特征区和指纹区的功用正好相互补充。和指纹区的功用正好相互补充。2022/1

32、0/238本讲稿第三十八页，共一百页指纹区又分为两个区域：指纹区又分为两个区域：（1）1300900cm-1区域：区域：所有单键和重原子双键（所有单键和重原子双键（P=O、S=O）的伸缩振动。的伸缩振动。（2）900670cm-1区域：区域：该区域吸收峰很重要，用来判断该区域吸收峰很重要，用来判断 -(CH2)n-存在、顺反结构、苯环取代类存在、顺反结构、苯环取代类 型等。型等。2022/10/239本讲稿第三十九页，共一百页指纹区的应用：指纹区的应用：（1）判断甲基是否存在。）判断甲基是否存在。甲基的对称变形振动出现在甲基的对称变形振动出现在13701380cm-1，是，是一个一个很特征的吸

33、收带很特征的吸收带，可作为判断有无甲基存在，可作为判断有无甲基存在的依据。当一个碳原子上存在两个甲基时，即的依据。当一个碳原子上存在两个甲基时，即 由于两个甲基的对称变形振由于两个甲基的对称变形振动互相偶合而使动互相偶合而使1370cm-1附近的吸收带发生分裂，附近的吸收带发生分裂，从而出现从而出现两个峰两个峰。2022/10/240本讲稿第四十页，共一百页（2）确定顺反构型。）确定顺反构型。如烯烃的如烯烃的CH面外变形振动出现的位置，面外变形振动出现的位置，很大程度上决定于双键取代情况。很大程度上决定于双键取代情况。反式构型反式构型 （990970cm-1）顺式构型顺式构型 （690cm-1

34、）2022/10/241本讲稿第四十一页，共一百页（3）确定苯的取代位置。）确定苯的取代位置。判断含芳基化合物结构，除用官能团特征频判断含芳基化合物结构，除用官能团特征频率外，还取决于环上的取代形式。率外，还取决于环上的取代形式。取代类型吸收峰数C-H（cm-1）单取代邻位二取代间位二取代对位二取代2个1个3个1个740，690740860,780，7108052022/10/242本讲稿第四十二页，共一百页三、影响基团频率的因素三、影响基团频率的因素 化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部因素影响。各种化合物中相同子的内部结构和外部

35、因素影响。各种化合物中相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。1.内部因素内部因素（1）诱导效应（）诱导效应（I效应）效应）吸电子基团使吸收峰向高频方向移动吸电子基团使吸收峰向高频方向移动 （兰移兰移）。）。2022/10/243本讲稿第四十三页，共一百页R-COR C=0 1715cm-1 R-COH C=0 1730cm-1 R-COCl C=0 1800cm-1 R-COF C=0 1920cm-1以脂肪酮为例：以脂肪酮为例：2022/10/244本讲稿第四十四页，共一百页（2）共轭效应（）共轭效应（C效应）效应）由于分子间形成大由于分子间形成大键

36、引起的基团频率键引起的基团频率 红移红移现象。现象。2022/10/245本讲稿第四十五页，共一百页（3）氢键效应）氢键效应 分子形成氢键分子形成氢键(分子内氢键或分子间氢键分子内氢键或分子间氢键)后，后，对峰位，峰强产生极明显影响，使伸缩振动频率对峰位，峰强产生极明显影响，使伸缩振动频率向低波数方向移动（向低波数方向移动（红移红移），吸收强度增大。），吸收强度增大。1 760cm-1 1 700cm-12022/10/246本讲稿第四十六页，共一百页2.外部因素外部因素（1）物态影响）物态影响 试样状态、测定条件的不同等外部因素都会试样状态、测定条件的不同等外部因素都会引起频率位移。一般气态

37、时引起频率位移。一般气态时 C=O伸缩振动频率伸缩振动频率最高，而液态或固态的振动频率最低。最高，而液态或固态的振动频率最低。同一化合物的气态、液态或固态光谱有较大的同一化合物的气态、液态或固态光谱有较大的差异，因此在查阅标准图谱时，要注意试样状态差异，因此在查阅标准图谱时，要注意试样状态及制样方法等。及制样方法等。2022/10/247本讲稿第四十七页，共一百页（2）溶剂影响）溶剂影响 红外吸收光谱常用的溶剂为红外吸收光谱常用的溶剂为CS2、CCl4、CHCl3。溶质与溶剂间的相互作用会引起频率位。溶质与溶剂间的相互作用会引起频率位移。移。应尽量采用非极性溶剂。应尽量采用非极性溶剂。2022

38、/10/248本讲稿第四十八页，共一百页 红外光谱的最大特点是具有特征性。红外光谱红外光谱的最大特点是具有特征性。红外光谱的特征性与化学振动的特征性是分不开的。有机化的特征性与化学振动的特征性是分不开的。有机化合物的种类很多，但大多数都由合物的种类很多，但大多数都由C、H、O、N、S、卤素等元素构成，而其中大部分又是仅由、卤素等元素构成，而其中大部分又是仅由C、H、O、N四种元素组成。所以说大部分有机四种元素组成。所以说大部分有机物的红外光谱基本上都是由这四种元素所形成物的红外光谱基本上都是由这四种元素所形成的化学键的振动贡献的。的化学键的振动贡献的。四、常见化合物的特征基团频率四、常见化合物

39、的特征基团频率2022/10/249本讲稿第四十九页，共一百页1.烷烃类烷烃类 只有只有C-C和和C-H的伸缩和弯曲振动吸收。的伸缩和弯曲振动吸收。（1）C-H伸缩振动：伸缩振动：30002800cm-1吸收。吸收。CH3 2960 cm-1 反对称伸缩振动反对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动对称伸缩振动 CH2 2930 cm-1 反对称伸缩振动反对称伸缩振动 2850 cm-1 对称伸缩振动对称伸缩振动 CH 2890 cm-1 弱吸收弱吸收 均在均在3000cm-1以下以下2022/10/250本讲稿第五十页，共一百页（2）-CH3和和-CH2-弯曲振动：弯曲振动：1500c

40、m-1吸收，一般都落在指纹区。吸收，一般都落在指纹区。如如CH3在在1375cm-1处的分裂现象：处的分裂现象：异丙基异丙基等强度等强度的（的（1385、1368cm-1）双峰，）双峰，叔丁基叔丁基强度不等强度不等的（的（1395、1368cm-1）双峰）双峰“异丙基或叔丁基分裂异丙基或叔丁基分裂”2022/10/251本讲稿第五十一页，共一百页2022/10/252本讲稿第五十二页，共一百页2.烯烃类烯烃类 主要指主要指C=C键和键和=C-H振动吸收。振动吸收。（1）30903010cm-1，中等强度（，中等强度（m）吸收）吸收 峰峰判断不饱和化合物存在。判断不饱和化合物存在。（2）1700

41、 1600cm-1，C=C伸缩振动，较弱伸缩振动，较弱 （w）易变。）易变。（3）1600cm-1，C=C共轭时，强度（共轭时，强度（m）增）增 大。大。（4）990、910cm-1指纹区，指纹区，2个强（个强（s）弯曲）弯曲 振动吸收带。振动吸收带。2022/10/253本讲稿第五十三页，共一百页2022/10/254本讲稿第五十四页，共一百页3.炔烃类炔烃类 主要指主要指C C和和 CH 的振动吸收。的振动吸收。（1）C C 23002100cm-1，强（强（w）、尖细峰。）、尖细峰。（2）CH 33003200cm-1，中等（中等（m）、尖锐峰。）、尖锐峰。4.芳烃类芳烃类 主要指苯环上

42、的主要指苯环上的C-H和和C=C的振动吸收。的振动吸收。（1）C-H 31003000cm-1 弱（弱（s）三个峰。）三个峰。烯烃只有一个峰。（区别）烯烃只有一个峰。（区别）2022/10/255本讲稿第五十五页，共一百页（2）单环芳烃）单环芳烃 C=C键伸缩振动（键伸缩振动（1650 1450 cm-1）常常观察到的三个吸收带分别出现在常常观察到的三个吸收带分别出现在 16201590cm-1，1580cm-1和和15201480cm-1。1500cm-1附近的吸收带最强；附近的吸收带最强；1600cm-1附近吸收带居中；附近吸收带居中；1580cm-1的吸收带最弱，常常被的吸收带最弱，常常

43、被1600cm-1 附近的吸收带所掩盖或变成它的一个肩。附近的吸收带所掩盖或变成它的一个肩。确定芳环结构确定芳环结构:3030cm-1附近附近C-H伸缩振动伸缩振动（多个）（多个）及及1600和和1500cm-1附近的附近的C=C伸缩振动。伸缩振动。2022/10/256本讲稿第五十六页，共一百页（3）确定苯的取代位置。）确定苯的取代位置。判断含芳基化合物结构，除用官能团特征频率判断含芳基化合物结构，除用官能团特征频率外，还取决于环上的取代形式。外，还取决于环上的取代形式。取代类型吸收峰数C-H（cm-1）单取代邻位二取代间位二取代对位二取代2个1个3个1个740，690740860,780，

44、7108052022/10/257本讲稿第五十七页，共一百页 邻、间及对位二甲苯的红外光谱邻、间及对位二甲苯的红外光谱8602022/10/258本讲稿第五十八页，共一百页5.羰基化合物羰基化合物（1850 1650 cm-1）碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐，周围碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐，周围干扰少，可用于判断干扰少，可用于判断C=O羰基。羰基。含含C=O基的化合物有酮类、醛类、酸类、酯类基的化合物有酮类、醛类、酸类、酯类以及酸酐等。以及酸酐等。2022/10/259本讲稿第五十九页，共一百页醛醛和和酮酮的的区区分分？2022/10/260本讲稿第六十页，共一百页醛类的醛类的C=O基

45、：基：醛类的羰基伸缩振动吸收出现在醛类的羰基伸缩振动吸收出现在1725cm-1附附近。共轭作用使羰基吸收向低波数移动。近。共轭作用使羰基吸收向低波数移动。区分醛（区分醛（1725cm-1）和酮（）和酮（1715cm-1）？）？在在CH伸缩振动的低频侧，伸缩振动的低频侧，醛有两个中等强醛有两个中等强度的特征吸收峰，分别位于度的特征吸收峰，分别位于2820cm-1和和2720cm-1附附近，后者较尖锐，和其它近，后者较尖锐，和其它CH伸缩振动吸收不伸缩振动吸收不相混淆，极易识别。相混淆，极易识别。根据根据CO伸缩振动吸收（伸缩振动吸收（1700cm-1）以及）以及2720cm-1峰可以判断醛基存在

46、。峰可以判断醛基存在。2022/10/261本讲稿第六十一页，共一百页羧酸的羧酸的C=O基：基：l-17601700 cm-1 C=O伸缩振动（伸缩振动（s）k-33002500 cm-1 O-H伸缩振动（很宽、特征峰）伸缩振动（很宽、特征峰）m-1300 1200 cm-1 C-O伸缩振动伸缩振动n-955 915 cm-1 O-H（面外变形、（面外变形、s、较特征）、较特征）k 吸收带非常宽，是因形成氢键而缔合的吸收带非常宽，是因形成氢键而缔合的OH伸缩伸缩振动，成一系列多重叠峰。振动，成一系列多重叠峰。2022/10/262本讲稿第六十二页，共一百页6.醇类醇类 O-H 3700 320

47、0 cm-1 确定确定 醇、酚、酸。醇、酚、酸。在非极性溶剂中：在非极性溶剂中：浓度较小时，峰形尖锐，强吸收；浓度较小时，峰形尖锐，强吸收；浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。2022/10/263本讲稿第六十三页，共一百页 从上述讨论中可以看到：基团的特征吸收大多集从上述讨论中可以看到：基团的特征吸收大多集中在中在40001350cm-1区域内，因而这一段频率范围区域内，因而这一段频率范围称为称为基团频率区基团频率区(或特征频率区或特征频率区)，而而1350650cm-1的低频区称为的低频区称为指纹区指纹区。用一组相关峰可以更确定地鉴别官能团，这是用一组相

48、关峰可以更确定地鉴别官能团，这是应用红外光谱进行定性鉴定的一个重要原则。应用红外光谱进行定性鉴定的一个重要原则。2022/10/264本讲稿第六十四页，共一百页500100015002000250030003500C-H，N-H，O-HN-HC NC=NS-HP-HN-O N-NC-FC-XO-HO-H（氢键）氢键）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HC CC=C常见基团的红外吸收带常见基团的红外吸收带特征区特征区指纹区指纹区2022/10/265本讲稿第六十五页，共一百页6-4 红外吸收光谱仪红外吸收光谱仪两种类型：两种类型：色散型色散型 干涉型（傅里叶变换红外光谱仪）干涉型（傅里叶变

49、换红外光谱仪）2022/10/266本讲稿第六十六页，共一百页2022/10/267本讲稿第六十七页，共一百页内部结构2022/10/268本讲稿第六十八页，共一百页傅里叶变换红外光谱仪工作原理图 光源光源干涉仪干涉仪样品池样品池检测器检测器计算机计算机 记录仪记录仪没有色散元件，增加了干涉仪和计算机。没有色散元件，增加了干涉仪和计算机。2022/10/269本讲稿第六十九页，共一百页 色散型红外分光光度的结构和紫外一可见色散型红外分光光度的结构和紫外一可见分光光度计大体一样，也由分光光度计大体一样，也由光源、吸收池、单光源、吸收池、单色器、检测器以及记录显示装置色器、检测器以及记录显示装置组

50、成。两者最基组成。两者最基本的一个区别是，前者的吸收池是放在光源和单本的一个区别是，前者的吸收池是放在光源和单色器之间，后者则是放在单色器的后面色器之间，后者则是放在单色器的后面。UV-Vis:光源光源单色器单色器吸收池吸收池检测器检测器IR:光源光源吸收池吸收池单色器单色器检测器检测器2022/10/270本讲稿第七十页，共一百页一、光源一、光源 能斯特灯能斯特灯和和硅碳棒硅碳棒两种。是一种惰性固体，用电两种。是一种惰性固体，用电加热后发射高强度连续红外辐射。加热后发射高强度连续红外辐射。1.硅碳棒硅碳棒：两端粗中间细的实心棒，中间为发：两端粗中间细的实心棒，中间为发 光部分，其直径约光部分