红外吸收光谱法优秀PPT.ppt

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1、红外吸收光谱法第一页，本课件共有109页2022/12/6第一节概述第一节概述一、一、定义定义依据物质对依据物质对红外辐射红外辐射的特征吸收建立起的特征吸收建立起来的一种光谱分析方法。来的一种光谱分析方法。分子吸收分子吸收红外红外辐射后发生辐射后发生振动能级和转动能级振动能级和转动能级的跃迁，的跃迁，因而红外光谱又称分子振动因而红外光谱又称分子振动-转动光谱。转动光谱。第二页，本课件共有109页2022/12/6红外光谱属红外光谱属分子吸收光谱分子吸收光谱。样品受到频率。样品受到频率连续变化的红外光照射时连续变化的红外光照射时,分子吸收其中一分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起些频率

2、的辐射，分子振动或转动引起偶极偶极矩的净变化矩的净变化，使振，使振-转能级从基态跃迁到激转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强度减弱发态，相应于这些区域的透射光强度减弱,记录百分透过率记录百分透过率T%对对波数或波长波数或波长的曲线，的曲线，即得红外光谱。即得红外光谱。第三页，本课件共有109页2022/12/6二、红外光区的划分二、红外光区的划分表表4.1红外光谱区划分红外光谱区划分区区 域域/m m/cm/cm-1-1能级跃迁类型能级跃迁类型近红外近红外(泛频区泛频区)0.780.782.52.5128201282040004000O-HO-H、N-HN-H和和C-HC-H键的

3、倍键的倍频吸收区频吸收区中红外中红外(基本振动区基本振动区)2.52.5505040004000200200分子的振动、转动分子的振动、转动远红外远红外(转动区转动区)5050100010002002001010分子的转动，骨架振分子的转动，骨架振动动最常用的最常用的2.52.5151540004000650650第四页，本课件共有109页2022/12/63.红外光谱特点红外光谱特点1）红外吸收只有振）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；转跃迁，能量低；2）应应用用范范围围广广：除除单单原原子子分分子子及及单单核核分分子子外外，几几乎乎所所有有有有机机物物均均有红外吸收；有红外吸收；3）分分子子

4、结结构构更更为为精精细细的的表表征征：通通过过IR谱谱的的波波数数位位置置、波波峰峰数数目目及强度确定分子基团、分子结构；及强度确定分子基团、分子结构；4）定量分析；）定量分析；5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；6）分析速度快。）分析速度快。7）与色谱等联用）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。具有强大的定性功能。第五页，本课件共有109页2022/12/6三、红外光谱的表示方法三、红外光谱的表示方法w当一束具有连续波长的红外光通过物质当一束具有连续波长的红外光通过物质时时,其中某些波长的光就要被物质吸收。其中某些波长的

5、光就要被物质吸收。物质分子中某个基团的振动频率和红外物质分子中某个基团的振动频率和红外光的频率一致时光的频率一致时,二者发生共振二者发生共振,分子吸分子吸收能量收能量,由原来的基态振动能级跃迁到能由原来的基态振动能级跃迁到能量较高的振动能级，将分子吸收红外光量较高的振动能级，将分子吸收红外光的情况用仪器记录下来的情况用仪器记录下来,就得到红外光谱就得到红外光谱图。图。第六页，本课件共有109页2022/12/6wIRIR光谱用光谱用T-T-曲线或曲线或T-T-曲线表示。纵坐标为百曲线表示。纵坐标为百分透射比分透射比T%,T%,吸收峰向下吸收峰向下,向上则为谷向上则为谷。横坐标。横坐标为波长为波

6、长（单位（单位mm）或波数）或波数 （单位（单位cmcm-1-1)。两。两者的关系是：者的关系是：/cm/cm-1-1=10=104 4/(/m)=/(/m)=1/(/cm)1/(/cm)中红外区的中红外区的 范围为范围为4000-400cm4000-400cm-1-1。w用波数描述吸收谱带比较简单用波数描述吸收谱带比较简单,且便于与且便于与RamanRaman光光谱比较。谱比较。第七页，本课件共有109页2022/12/6红外光谱图红外光谱图：纵坐标为透光率（或吸光度），横坐标为波长纵坐标为透光率（或吸光度），横坐标为波长（m）和波数和波数1/，单位：，单位：cm-1。红外光谱的表示方法第八

7、页，本课件共有109页2022/12/6图图4.1 4.1 苯酚的苯酚的IRIR吸收光谱吸收光谱第九页，本课件共有109页2022/12/6图图4.24.2乌桕油的乌桕油的IRIR光谱光谱第十页，本课件共有109页2022/12/6图图4.3 4.3 聚苯乙烯红外光谱图聚苯乙烯红外光谱图第十一页，本课件共有109页2022/12/6 1.光谱产生的机制不同光谱产生的机制不同紫外：电子光谱；紫外：电子光谱；红外：振转光谱红外：振转光谱2.研究对象和使用范围不同研究对象和使用范围不同紫外：研究不饱和化合物，具有共轭体系；紫外：研究不饱和化合物，具有共轭体系；红外：凡是红外：凡是在振动中伴随有偶极矩

8、变化在振动中伴随有偶极矩变化的化合物的化合物都是红外光谱研究的对象。可研究几乎所有的有机物。都是红外光谱研究的对象。可研究几乎所有的有机物。四、紫外吸收光谱与红外吸收光谱的区别第十二页，本课件共有109页2022/12/6 特点特点：与紫外：与紫外-可见吸收光谱比较可见吸收光谱比较(1)除了单原子分子和同核双原子分子等少数除了单原子分子和同核双原子分子等少数分子外，几乎所有化合物均可用红外吸收光谱法进分子外，几乎所有化合物均可用红外吸收光谱法进行研究。适用范围广。行研究。适用范围广。（2）红外光谱可对物质的组成和结构特征提供十分）红外光谱可对物质的组成和结构特征提供十分丰富的信息。其最重要和最

9、广泛的用途是对有机化合丰富的信息。其最重要和最广泛的用途是对有机化合物进行结构分析。物进行结构分析。五、红外光谱法的特点和应用第十三页，本课件共有109页2022/12/6 (3)红外吸收可用于定量分析。但是由于红红外吸收可用于定量分析。但是由于红外辐射能量较小，分析时需要较宽的光谱通外辐射能量较小，分析时需要较宽的光谱通带，而物质的红外吸收峰又比较多，难以找带，而物质的红外吸收峰又比较多，难以找出不受干扰的检测峰，因此，定量分析应用出不受干扰的检测峰，因此，定量分析应用较少。较少。（4）红外吸收光谱是一种非破坏性分析方法，）红外吸收光谱是一种非破坏性分析方法，对于试样的适应性较强。样品可以是

10、液体、固对于试样的适应性较强。样品可以是液体、固体、气体。体、气体。第十四页，本课件共有109页2022/12/6应应用用：结构分析，定性，定量：结构分析，定性，定量具有快速，样品需要量少，气态、液态、具有快速，样品需要量少，气态、液态、固态样品都可测等特点。固态样品都可测等特点。与色谱等联用与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能）具有强大的定性功能局限性局限性：灵敏度低，样品必须纯制。：灵敏度低，样品必须纯制。第十五页，本课件共有109页2022/12/6第二节第二节 红外吸收基本原理红外吸收基本原理一一 分子的振动分子的振动(一一)双原子分子振动双原子分子振动 谐振子模型分子的振

11、动总能量：分子的振动总能量：双原子分子双原子分子化学键的振动类似化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧于连接两个小球的弹簧式中，式中，v为为振动量子数，振动量子数，为分子为分子振动频率。振动频率。（v=0,1,2,）第十六页，本课件共有109页2022/12/6 在室温时，分子处于基态在室温时，分子处于基态（v=0），），此时伸此时伸缩振动振幅很小。当有红外辐射照射分子时，若辐缩振动振幅很小。当有红外辐射照射分子时，若辐射光子所具有的能量恰好等于分子振动能级差时，射光子所具有的能量恰好等于分子振动能级差时，则分子吸收光子能量跃迁至振动激发态，导致振幅则分子吸收光子能量跃迁至振动激发态，导致振幅增

12、大。增大。分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅幅(与核间距相比与核间距相比)作周期性作周期性“简谐简谐”振动，其振动可振动，其振动可用用经典刚性振动描述经典刚性振动描述。分子简谐振动频率的计算公。分子简谐振动频率的计算公式为：式为：第十七页，本课件共有109页2022/12/6以上两式称为分子简谐振动方程式。不仅可以以上两式称为分子简谐振动方程式。不仅可以用于双原子分子振动的频率或波数，而且也适用于用于双原子分子振动的频率或波数，而且也适用于复杂分子中一些化学键的振动频率或波数的计算。复杂分子中一些化学键的振动频率或波数的计算。第十八页，本课件

13、共有109页2022/12/6wk为化学键的力常数（单位：为化学键的力常数（单位：Ncm-1）,为双为双原子折合质量（单位为原子折合质量（单位为g）若原子的质量用原子质量单位若原子的质量用原子质量单位(u，1u=1.6610-24g)表表示，则成键两原子的折合质量应为：示，则成键两原子的折合质量应为：第十九页，本课件共有109页2022/12/6v从分子简谐振动方程可知，分子振动频率与化学从分子简谐振动方程可知，分子振动频率与化学键的键力常数、原子质量有关系键的键力常数、原子质量有关系.v折合质量相同时，振动频率取决于化学键的强度折合质量相同时，振动频率取决于化学键的强度化学键化学键键力常数键

14、力常数Ncm-1波数波数cm-1单键单键C-C51190双键双键C=C101683三键三键C C152062第二十页，本课件共有109页2022/12/6v化学键的类型相同时，原子质量化学键的类型相同时，原子质量m大大,化学键的化学键的振动波数低。振动波数低。化学键基团波数cm-1单键C-C1190单键C-H2920(二二)非谐振子非谐振子实际上双原子分子并非理想的谐振子实际上双原子分子并非理想的谐振子第二十一页，本课件共有109页2022/12/6aa是谐振子位能曲线是谐振子位能曲线,bb是真实双原子分子振动位能曲线是真实双原子分子振动位能曲线从图看出，当振动量子数从图看出，当振动量子数较小

15、时，真实的分子振较小时，真实的分子振动与谐振子振动比较近似，此时，可用谐振子振动与谐振子振动比较近似，此时，可用谐振子振动的规律近似地描述分子振动。动的规律近似地描述分子振动。第二十二页，本课件共有109页2022/12/6（v v=0,1,2,）从公式可以看出：从公式可以看出：由由基态振动能级基态振动能级（v v=0）跃迁至第一振动激发态跃迁至第一振动激发态（v v=1）产生的吸收峰称为产生的吸收峰称为基频峰基频峰。其峰位等于分子的振动频。其峰位等于分子的振动频率。率。由由基态振动能级基态振动能级（v v=0）跃迁至第二振动激发态跃迁至第二振动激发态（v v=2）产生的吸收峰称为产生的吸收峰

16、称为二倍频峰二倍频峰(也叫第一倍频峰也叫第一倍频峰)。第二十三页，本课件共有109页2022/12/6由由基态振动能级基态振动能级（v v=0）跃迁至第三振动激发态跃迁至第三振动激发态（v v =3）产生的吸收峰称为产生的吸收峰称为三倍频峰三倍频峰(也叫第二倍频也叫第二倍频峰峰)。由于分子的非谐振性质，各倍频峰由于分子的非谐振性质，各倍频峰并非并非正好是基频正好是基频峰的整数倍，而是略小一些。峰的整数倍，而是略小一些。除此之外，还有除此之外，还有合频峰合频峰、差频峰差频峰等，统称等，统称泛频峰泛频峰，一般很弱，不易辨认。一般很弱，不易辨认。第二十四页，本课件共有109页2022/12/6(三三

17、)分子振动的形式分子振动的形式振动的基本类型振动的基本类型1.伸缩振动伸缩振动伸缩振动是指原子沿着价键方向来回伸缩振动是指原子沿着价键方向来回运动，即振动时键长发生变化，键角不变。运动，即振动时键长发生变化，键角不变。它又分为它又分为对称伸缩振动对称伸缩振动(s)和和不对称伸缩振动不对称伸缩振动(as)。在对称的情况下，两个氢原子同时离开碳原子，即在对称的情况下，两个氢原子同时离开碳原子，即振动时同时伸长或缩短；在不对称的情况下，振动振动时同时伸长或缩短；在不对称的情况下，振动时某些键缩短，某些键则伸长。时某些键缩短，某些键则伸长。第二十五页，本课件共有109页2022/12/6第二十六页，本

18、课件共有109页2022/12/62.弯曲振动弯曲振动（变角振动或变形振动）：键（变角振动或变形振动）：键角发生周期性变化而键长不变。角发生周期性变化而键长不变。面内弯曲：面内弯曲：剪式振动，摇摆振动剪式振动，摇摆振动面外弯曲：面外弯曲：摇摆振动，扭曲振动摇摆振动，扭曲振动例如：亚甲基例如：亚甲基第二十七页，本课件共有109页2022/12/6(动画动画)红外四种振动方式红外四种振动方式第二十八页，本课件共有109页2022/12/6 图4.7 水分子和水分子和COCO2 2的简正振动形式的简正振动形式第二十九页，本课件共有109页2022/12/6（四）分子的振动自由度（四）分子的振动自由度

19、多原子分子振动形式的多少可以用振动多原子分子振动形式的多少可以用振动自由度来描述。自由度来描述。振动自由度就是独立的振动数目。振动自由度就是独立的振动数目。在三维空间中，每个原子都能沿在三维空间中，每个原子都能沿x，y，z三个坐标方向独立运动，对于由三个坐标方向独立运动，对于由n个原个原子组成的分子则有子组成的分子则有3n个独立运动，即个独立运动，即3n个个运动自由度。运动自由度。第三十页，本课件共有109页2022/12/6 但是，这些原子被化学键联结在一起，成为一个但是，这些原子被化学键联结在一起，成为一个整体，分子作为整体的运动状态可以分为三类：平动、整体，分子作为整体的运动状态可以分为

20、三类：平动、转动和振动。转动和振动。由于分子重心向任何方向的移动都可以分解为由于分子重心向任何方向的移动都可以分解为三个坐标方向的移动，因子，分子有三个平动自由三个坐标方向的移动，因子，分子有三个平动自由度。在非线形分子中，整个分子可以绕三个坐标轴度。在非线形分子中，整个分子可以绕三个坐标轴转动，故也有三个转动自由度。剩下的转动，故也有三个转动自由度。剩下的3n-63n-6个才是个才是振动自由度。对于直线形分子，若键轴是在振动自由度。对于直线形分子，若键轴是在X X方方向上，整个分子只能绕向上，整个分子只能绕y y和和z z轴转动，故有轴转动，故有3n-53n-5个个振动自由度。振动自由度。第

21、三十一页，本课件共有109页2022/12/6xyz(a)(b)(c)图图4.84.83n=平动自由度十转动自由度十振动自由度平动自由度十转动自由度十振动自由度第三十二页，本课件共有109页2022/12/6转动自由度转动自由度是由原子围绕着一个通过其质心的轴转动是由原子围绕着一个通过其质心的轴转动引起的。只有原子在空间的位置发生改变的转动才能引起的。只有原子在空间的位置发生改变的转动才能形成一个自由度形成一个自由度。振动自由度振动自由度=3n（转动自由度（转动自由度+平动自由度）平动自由度）yzx图图4.94.9第三十三页，本课件共有109页2022/12/6图图4.10 4.10 非线性分

22、子（如非线性分子（如H H2 2O O）的转动）的转动第三十四页，本课件共有109页2022/12/6理论振动数（峰数）理论振动数（峰数）设分子的原子数为设分子的原子数为n n 对于非线形分子对于非线形分子,理论振动数理论振动数=3n-6=3n-6 如如H H2 2O O分子分子,其振动数为其振动数为33-6=333-6=3 对于线形分子对于线形分子,理论振动数理论振动数=3n-5=3n-5 如如COCO2 2分子分子,其理论振动数为其理论振动数为33-5=433-5=4第三十五页，本课件共有109页2022/12/6图图4.11 4.11 水分子的简正振动形式水分子的简正振动形式图图4.12

23、 CO4.12 CO2 2分子的简正振动形式分子的简正振动形式第三十六页，本课件共有109页2022/12/6从从图图中中可可知知,非非线线性性分分子子绕绕x x、y y和和z z轴轴转转动动,均均改改变变了了原原子子的的位位置置,都都能能形形成成转转动动自自由由度度。因因此此,非非线线性性分分子子的的振振动动自自由由度度为为3N63N6。理理论论上上一一个个振振动动自自由由度度,在在红红外光谱上相应产生一个基频吸收带。外光谱上相应产生一个基频吸收带。例例如如,三三个个原原子子的的非非线线性性分分子子H H2 2O O有有3 3个个振振动动自自由由度度，红红外外光光谱谱图图中中对对应应出出现现

24、三三个个吸吸收收峰峰,分分别别为为：3650cm3650cm-1 1,1595c,1595c m m-1-1,3750,3750 cmcm-1-1。同同样样,苯苯在在红红外外光光谱谱上上应应出出现现312-6=30312-6=30个峰。个峰。第三十七页，本课件共有109页2022/12/6二、红外吸收产生的条件和强度二、红外吸收产生的条件和强度分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件：分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件：条条件件一一：辐辐射射光光子子的的能能量量应应与与振振动动跃跃迁迁所所需需能能量量相相等。等。根根据据量量子子力力学学原原理理,分分子子振振动动能能量量E Ev v 是是

25、量量子子化化的的,即即 E EV V=（V+1/2V+1/2）h h 为为分分子子振振动动频频率率,V,V为为振振动动量量子子数数,其其值值取取 0,1,2,0,1,2,分子中不同振动能级差为分子中不同振动能级差为 E EV V=VhVh 也也就就是是说说,只只有有当当 E EV V=E=Ea a或或者者 a a=V V 时时,才才可可能能发发生生振振转转跃跃迁迁。例例如如当当分分子子从从基基态态（V=0V=0）跃跃迁迁到到第第一一激发态（激发态（V=1V=1）,此时此时 V=1,V=1,即即 a a=。第三十八页，本课件共有109页2022/12/6磁场磁场电场电场交变磁场交变磁场 分子固有

26、振动分子固有振动 a a偶极矩变化偶极矩变化（能级跃迁）（能级跃迁）耦合耦合不耦合不耦合红外吸收红外吸收无偶极矩变化无偶极矩变化无红外吸收无红外吸收图图4.134.13条件二：条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用。即只有能辐射与物质之间必须有耦合作用。即只有能使偶极矩发生变化的振动形式才能吸收红外辐射。使偶极矩发生变化的振动形式才能吸收红外辐射。第三十九页，本课件共有109页2022/12/6实实际际观观察察到到的的红红外外吸吸收收峰峰数数目目小小于于理理论论上上计计算算的的振振动动数数,这是由如下原因引起的：这是由如下原因引起的：(1)没有偶极矩变化的振动没有偶极矩变化的振动,不产生红外吸收

27、；不产生红外吸收；(2)相同频率的振动吸收重叠相同频率的振动吸收重叠,即简并；即简并；(3)仪器不能区别那些频率十分接近的振动或因吸仪器不能区别那些频率十分接近的振动或因吸收带很弱仪器检测不出；收带很弱仪器检测不出；(4)有些吸收带落在仪器检测范围之外。有些吸收带落在仪器检测范围之外。第四十页，本课件共有109页2022/12/6(二二)吸收谱带的强度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能否产生分子振动时偶极矩是否变化决定了该分子能否产生红外吸收，而偶极矩变化的大小又决定了吸收谱带的强红外吸收，而偶极矩变化的大小又决定了吸收谱带的强弱。弱。根据量子理论，红外光谱的强度与分子振动时

28、偶根据量子理论，红外光谱的强度与分子振动时偶极矩变化的平方成正比。极矩变化的平方成正比。偶极矩的变化与固有偶极矩有关。一般极性比较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都比较弱。子或基团吸收强度都比较弱。如极性强的基团如极性强的基团C=O,C-X等振动等振动,吸收强度较大。吸收强度较大。第四十一页，本课件共有109页2022/12/6偶极矩的变化还与结构的对称性有关，对称性越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。强，偶极矩变化越小。如三氯乙烯结构不对称，在吸收

29、光谱上有如三氯乙烯结构不对称，在吸收光谱上有C=C振振动峰，而四氯乙烯结构对称，则不出现动峰，而四氯乙烯结构对称，则不出现C=C吸收吸收峰。峰。峰强度可用很强（峰强度可用很强（vs)、强（、强（s）、中（）、中（m）、弱）、弱（w）、很弱（）、很弱（vw）等来表示。）等来表示。此外振动简并、检测灵敏度、检测的波长范围此外振动简并、检测灵敏度、检测的波长范围等因素也会影响吸收峰的强度。等因素也会影响吸收峰的强度。第四十二页，本课件共有109页2022/12/6基团频率w通过对大量标准样品的红外光谱的研通过对大量标准样品的红外光谱的研究，处于不同有机物分子的同一种官能究，处于不同有机物分子的同一种

30、官能团的振动频率变化不大，即具有明显的团的振动频率变化不大，即具有明显的特征性。特征性。w这是因为连接原子的主要为价键力，这是因为连接原子的主要为价键力，处于不同分子中的价键力受外界因素的处于不同分子中的价键力受外界因素的影响有限！即各基团有其自已特征的吸影响有限！即各基团有其自已特征的吸收谱带。收谱带。三、基团振动与红外光谱区三、基团振动与红外光谱区第四十三页，本课件共有109页2022/12/6通通常常把把这这种种能能代代表表基基团团存存在在、并并有有较较高高强强度度的的吸吸收收谱谱带带称称为为基基团团频频率率,其其所所在在位位置置一一般般又又称称为为特特征征吸吸收峰。收峰。（一）基频区（

31、或官能团区）（一）基频区（或官能团区）40001350cm-1区域的峰是由伸缩振动产生的吸收区域的峰是由伸缩振动产生的吸收带。由于基因的特征吸收峰一般位于此高频范围带。由于基因的特征吸收峰一般位于此高频范围,并且并且在该区域内，吸收峰比较稀疏，因此，它是基团鉴定在该区域内，吸收峰比较稀疏，因此，它是基团鉴定工作最有价值的区域，称为官能团区。工作最有价值的区域，称为官能团区。第四十四页，本课件共有109页2022/12/6官能团区又可分为三个波段官能团区又可分为三个波段（l）40002500cm-1区区xH伸伸缩缩振振动动区区(x为为O、N、C等等原原子子)。这这个个区区域域的的吸吸收收峰峰说说

32、明明有有含含氢氢原原子子的的官官能能团团存存在在。如如OH（37003200 cm-1）,COOH（36002500cm-1）,NH（35003300cm-1）等等。炔炔氢氢出出现现在在3300cm-1附附近近，通通常常，若若在在3000cm-1以以上上有有CH吸吸收收峰峰，可可以以预预料料化化合合物物是是不不饱饱和和的的=CH；若若在小于在小于3000cm-1有吸收，则预示化合物是饱和的有吸收，则预示化合物是饱和的。第四十五页，本课件共有109页2022/12/6（2）25002000cm-1区区三三键键和和累累积积双双键键区区。这这一一区区域域出出现现的的吸吸收收,主主要要包包括括C C、

33、C N等等三三键键的的不不对对称称伸伸缩缩振振动动,以以及及累累积积双双键键的的不不对对称称伸伸缩缩振振动动。此此外外SH、SiH、PH、BH的的伸缩振动也出现在这个区域。伸缩振动也出现在这个区域。（3）20001350cm-1区区双键伸缩振动区。这一区域出现吸收双键伸缩振动区。这一区域出现吸收,表示有含双键的化合物存在表示有含双键的化合物存在,如如CO(酰卤、酸、酯、醛、酮、酰卤、酸、酯、醛、酮、酰胺等酰胺等)出现在出现在18701600cm-1,强峰。此外强峰。此外,CC、CN、N=O的伸缩振动出现在的伸缩振动出现在16751500cm-1。分子比较对称时。分子比较对称时,C=C的吸的吸收

34、峰很弱。收峰很弱。第四十六页，本课件共有109页2022/12/6表表4.2X-H伸缩振动区：伸缩振动区：4000-2500cm-1第四十七页，本课件共有109页2022/12/6表表4.3 4.3 三键及累积双键区（三键及累积双键区（25002500 1900cm1900cm-1-1）第四十八页，本课件共有109页2022/12/6表表4.4 4.4 双键伸缩振动区（双键伸缩振动区（1900-1200cm1900-1200cm-1-1）C第四十九页，本课件共有109页2022/12/6图图4.144.14苯衍生物的红外光谱图苯衍生物的红外光谱图第五十页，本课件共有109页2022/12/6(

35、二）指纹区（可分为两个区）二）指纹区（可分为两个区）在在1350650cm-1区域中，除单键的伸缩振动外区域中，除单键的伸缩振动外,还有因变形振动产生的复杂光谱。当分子结构稍有还有因变形振动产生的复杂光谱。当分子结构稍有不同时不同时,该区的吸收就有细微的差异。这种情况就象每个该区的吸收就有细微的差异。这种情况就象每个人都有不同的指纹一样，因而称为指纹区人都有不同的指纹一样，因而称为指纹区。第五十一页，本课件共有109页2022/12/6指纹区可分为两个波段指纹区可分为两个波段（l）1350900cm-1这这一一区区域域包包括括C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、P-O、Si-O等等键键的的

36、伸伸缩缩振振动动和和C=S、S=O、P=O等双键的伸缩振动吸收。等双键的伸缩振动吸收。（2）900650cm-1这一区域的吸收峰是很有用的。这一区域的吸收峰是很有用的。例如，可以指示例如，可以指示-(CH2)n-的存在。实验证明，当的存在。实验证明，当n4时，时，-CH2-的平面摇摆振动吸收出现在的平面摇摆振动吸收出现在722cm-1，随，随着着n的减小，逐渐移向高波数。此区域内的吸收峰，的减小，逐渐移向高波数。此区域内的吸收峰，还可以为鉴别烯烃的取代程度和构型提供信息。还可以为鉴别烯烃的取代程度和构型提供信息。第五十二页，本课件共有109页2022/12/6红外光谱图的一般辨析红外光谱图的一

37、般辨析4000-2500cm-1X-H伸缩振动区伸缩振动区2500-2000cm-1三键伸缩振动区三键伸缩振动区2000-1500cm-1双键伸缩振动区双键伸缩振动区1500-1350cm-1C-H弯曲振动区弯曲振动区1350-910cm-1单键伸缩振动区单键伸缩振动区910cm-1以下以下苯环取代苯环取代第五十三页，本课件共有109页2022/12/6XHXH伸缩振动（伸缩振动（X=OX=O、N N、C C）O H伸伸 缩缩：3200-3650cm-1N H伸伸 缩缩：3300-3500cm-1C H伸伸 缩缩：3 0 0 0 c m-1饱饱 和和C的的 C H：3000cm-1第五十四页，

38、本课件共有109页2022/12/6基团吸收峰波长/cm-1CHCC30001000CI500表表4.64.6表表4.74.7基团键力常数(N/cm)吸收峰波长/cm-1CC461200800C=C 8121600CC12182200第五十五页，本课件共有109页2022/12/6OHOH伸缩振动伸缩振动游离游离 OHOH缔合缔合 OHOH3600(3600(中中)3300(3300(强强,宽宽)峰峰形形图图4.154.15第五十六页，本课件共有109页2022/12/6NHNH伸缩振动伸缩振动NHNH2 2 NHNH32003200（中）（中）34003400（中）（中）33003300（中

39、）（中）图图4.164.16第五十七页，本课件共有109页2022/12/6CHCH伸缩振动（不饱和伸缩振动（不饱和C C）烯烯苯苯30803080（中）（中）30303030（弱）（弱）图图4.174.17第五十八页，本课件共有109页2022/12/6三键伸缩振动三键伸缩振动炔炔CCCNO C O(反对称体反对称体)2140(中中)2240(中中)2350(中中)图图4.184.18第五十九页，本课件共有109页2022/12/6双键伸缩振动双键伸缩振动羰基羰基芳环芳环C=CC=C双键双键17401740（强）（强）16001600（中）（中）15001500（中）（中）16401640（

40、强）（强）图图4.194.19第六十页，本课件共有109页2022/12/6C-HC-H弯曲振动弯曲振动CCH3CH31460CH31380（中）（中）CH21460（中）（中）图图4.204.20第六十一页，本课件共有109页2022/12/6取代苯取代苯C-HC-H弯曲弯曲单取代：单取代：770-730,710-690770-730,710-6901,21,2取代：取代：7707701,31,3取代：取代：810-750,710-690810-750,710-6901,41,4取代：取代：830-810830-8101,3,51,3,5取代：取代：910-840910-8401,2,41,

41、2,4取代：取代：810,850-900810,850-900第六十二页，本课件共有109页2022/12/6四、影响基团频率位移的因素四、影响基团频率位移的因素基基频频峰峰的的位位置置主主要要由由化化学学键键两两端端原原子子的的质质量量、化化学学键键力力常常数数、内内部部因因素素（结结构构因因素素）和外部因素决定。和外部因素决定。第六十三页，本课件共有109页2022/12/6(一一)内部因素内部因素（1）诱导效应）诱导效应由于取代基具有不同的电负性，通过静电诱导效应，由于取代基具有不同的电负性，通过静电诱导效应，引起分子中电子分布的变化，改变了键的力常数，使键或引起分子中电子分布的变化，改

42、变了键的力常数，使键或基团的特征频率发生位移。例如，当有电负性较强的元素基团的特征频率发生位移。例如，当有电负性较强的元素（如（如Cl）与羰基上的碳原子相连时，由于诱导效应，就）与羰基上的碳原子相连时，由于诱导效应，就会发生氧上的电子转移，导致会发生氧上的电子转移，导致C=O键的力常数变大，因键的力常数变大，因而使而使C=O的吸收向高波数方向移动。元素的电负性越强，的吸收向高波数方向移动。元素的电负性越强，诱导效应越强诱导效应越强,吸收峰向高波数移动的程度越显著。吸收峰向高波数移动的程度越显著。第六十四页，本课件共有109页2022/12/6 C=01715cm-11730cm-11800cm

43、11920cm11928cm1第六十五页，本课件共有109页2022/12/6（2）共轭效应）共轭效应共轭效应使共轭体系具有共面性，共轭效应使共轭体系具有共面性，且使其电子云密度平均化且使其电子云密度平均化,造成双建略有伸长，单键略造成双建略有伸长，单键略有缩短，因此双键的吸收频率往低波数方向位移。有缩短，因此双键的吸收频率往低波数方向位移。C=O1715cm-1C=O1685-1665cm-1第六十六页，本课件共有109页2022/12/6 （3 3）氢键的影响）氢键的影响 分子中的一个质子给予体分子中的一个质子给予体XHXH和一个和一个质子接受体质子接受体Y Y形成形成XHYXHY，使氢原

44、子周围力场发生变化，使氢原子周围力场发生变化,从而使从而使XHXH振动的力常数和其相连的振动的力常数和其相连的HYHY的力常数均发生改变，这样造成的力常数均发生改变，这样造成XHXH的伸缩振动频率的伸缩振动频率往低波数侧移动，吸收强度增大，谱带变宽。往低波数侧移动，吸收强度增大，谱带变宽。此此外外,对对质质子子接接受受体体也也有有一一定定的的影影响响。若若羰羰基基是是质质子子接接受受体体,则则c=o也也向向低低波波数数移移动动。以以羧羧酸酸为为例例,当当用用其其气气体体或或非非极极性性溶溶剂剂的的极极稀稀溶溶液液测测定定时时,可可以以在在1760cm-1处处看看到到游游离离CO伸伸缩缩振振动动

45、的的吸吸收收峰峰；若若测测定定液液态态或或固固态态的的羧羧酸酸,则则只只在在1710cm-1出出现现一一个个缔缔合合的的C=O伸缩振动吸收峰。这说明分子以二聚体的形式存在。伸缩振动吸收峰。这说明分子以二聚体的形式存在。第六十七页，本课件共有109页2022/12/6乙醇在不同浓度CCl4溶液中的红外光谱片断第六十八页，本课件共有109页2022/12/6(4)振动偶合振动偶合振动偶合是指当两个化学键振动的频率相振动偶合是指当两个化学键振动的频率相等或相近并具有一公共原子时，由于一个键的振动通过公等或相近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，产生一个共原子使另

46、一个键的长度发生改变，产生一个“微扰微扰”，从而形成了强烈的振动相互作用。这种相互作用的结果，从而形成了强烈的振动相互作用。这种相互作用的结果，使振动频率发生变化，一个向高频移动，一个向低频移动。使振动频率发生变化，一个向高频移动，一个向低频移动。振振动动偶偶合合常常常常出出现现在在一一些些二二羰羰基基化化合合物物中中。例例如如，在在酸酸酐酐中中，由由于于两两个个羰羰基基的的振振动动偶偶合合，使使c=o的的吸吸收收峰分裂成两个峰，分别出现在峰分裂成两个峰，分别出现在1820cm-1和和1760cm-1。第六十九页，本课件共有109页2022/12/6w如下图所示：第七十页，本课件共有109页2

47、022/12/6(5)费费米米（Fermi）共共振振当当弱弱的的倍倍频频(或或组组合合频频)峰峰位位于于某某强强的的基基频频吸吸收收峰峰附附近近时时，它它们们的的吸吸收收峰峰强强度度常常常常随随之之增增加加或或发发生生谱谱峰峰分分裂裂。这这种种倍倍频频（或或组组合合频频）与与基基频之间的振动偶合，称为费米共振。频之间的振动偶合，称为费米共振。w如苯甲酰氯中与C=O相连的CC变形振动（C-C870cm1）的倍频与CO伸缩振动的基频（C=O1774cm1）发生费米共振，因而导致CO吸收峰分裂为两个峰，出现在1773及1736cm1。第七十一页，本课件共有109页2022/12/62外部因素外部因素

48、同一物质在不同状态时，由于分子间相互作用同一物质在不同状态时，由于分子间相互作用力不同，所得光谱也往往不同。丙酮在气态时的力不同，所得光谱也往往不同。丙酮在气态时的c=o为为1742cm-1，而在液态时为，而在液态时为1718cm-1。在溶液中测定光谱时，由于溶剂的种类、溶液的浓在溶液中测定光谱时，由于溶剂的种类、溶液的浓度和测定时的温度不同，同一物质所测得的光谱也不相度和测定时的温度不同，同一物质所测得的光谱也不相同。通常在极性溶剂中，溶质分子的极性基团的伸缩振同。通常在极性溶剂中，溶质分子的极性基团的伸缩振动频率随溶剂极性的增加而向低波数方向移动，并且强动频率随溶剂极性的增加而向低波数方向

49、移动，并且强度增大。度增大。第七十二页，本课件共有109页2022/12/6一、仪器的工作原理一、仪器的工作原理色散型红外分光光度的结构和紫外一可见分光光度计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，也由光源、吸收池、单色器、检测器以及记大体一样，也由光源、吸收池、单色器、检测器以及记录显示装置组成。两者最基本的一个录显示装置组成。两者最基本的一个区别是区别是，前者的吸，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的后面。二二、仪器主要部件、仪器主要部件第三节第三节红外吸收光谱仪红外吸收光谱仪第七十三页，本课件共有10

50、9页2022/12/61 1光源光源 常用的光源是能斯特灯和硅碳棒。常用的光源是能斯特灯和硅碳棒。表表4.8 4.8 能斯特灯和硅碳棒能斯特灯和硅碳棒第七十四页，本课件共有109页2022/12/62.2.吸收池吸收池 红红外外吸吸收收池池使使用用可可透透过过红红外外的的材材料料制制成成窗窗片片，不不同同的的样样品品状状态态（固固、液液、气气态态）使使用用不不同同的的样样品品池池，固固态态样样品品可可与与晶晶体体混混合合压压片片制制成成。由由于于玻玻璃璃、石石英英等等对对红红外外光光均均有有吸吸收收，因因此此红红外外光光谱谱吸吸收收池池窗窗口口,一般用一些盐类的单晶制作。一般用一些盐类的单晶制