内容 国国 、1958 一、红外光谱法的基本原理 ◆二、红外分光光度计 ◆三、红外光谱与分子结构的关系 ◆四、红外谱图解析般步骤
内 容 一、红外光谱法的基本原理 二、红外分光光度计 三、红外光谱与分子结构的关系 四、红外谱图解析一般步骤
红外光谱的概述 红外光谱：系指2.5-25um之间的吸收光谱，分子中基团的振动 和转动能级跃迁产生的：振-转光谱。 光辐射→分子振动能级跃迁红外吸收光谱官能团→分子结构 频率V 能量 低 化学锭断裂 电子跃迁 据动旺迁 性动氏年原子饺自特青轻 无线 x射线 紫外 红外 微波 电波 区 IR R 紫外 可见 振动红外 核磁共振 400036003200280024002000180016001t0012001000800600 200nm 400nm 800nm2.5l 15μ ()仲丁醇的红外光 短 波长入 长 光波谱区及能量跃迁相关图
红外光谱：系指2.5-25 um之间的吸收光谱，分子中基团的振动 和转动能级跃迁产生的：振-转光谱。 光辐射→分子振动能级跃迁→红外吸收光谱→官能团→分子结构 红外光谱的概述
双原子分子的能级跃迁示意图 1 V"=0 E2 3 纯电子 跃迁 ”=0 6 4 纯转动 纯振动 2 低迁 跃迁 V=0 双原子分子的三种能级跃迁示意图 =0 谐振子()及非谐振子(b)的势能曲线
双原子分子的能级跃迁示意图
红外光谱 红外光谱图：当用一束具有连续波长红外光照射物质时，该物质的分子 就会吸收一定波长的红外光的光能，并转化为分子的振动能量和转动能 量。以波长或波数为为横坐标，以百分透过率或吸收率为纵坐标，记录 其吸收曲线，即得到该物质的红外吸收光谱。 红外光谱图：纵坐标为吸收强度或透过率，横坐标为波长（2u)或 波数1/2单位：cm,波长和波数的关系： ◆v（cm-)=104nμm, ◆红外光谱图可以用峰数，峰位，峰形，蜂强来描述。 40003000.2500 2400 15001301100100090e800 70650 60 40 680 2.5 101112131415
红 外 光 谱 红外光谱图：当用一束具有连续波长红外光照射物质时，该物质的分子 就会吸收一定波长的红外光的光能，并转化为分子的振动能量和转动能 量。以波长或波数为为横坐标，以百分透过率或吸收率为纵坐标，记录 其吸收曲线，即得到该物质的红外吸收光谱。 红外光谱图： 纵坐标为吸收强度或透过率，横坐标为波长（λ μm ）或 波数1/λ单位：cm-1，波长和波数的关系： υ （cm-1） ＝104 /λ(μm), 红外光谱图可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述
红外光谱法的划分及特点 红外区的划分 区域 入/um o/cm-1 能级跃迁类型 近红外区 0.752.5 133004000 主要用于研究O一H、N一H、C H键的的倍频和组合频吸收 中红外区 2.525 4000400 振动的基频 远红外区 25~1000 400~10 骨架振动和转动，晶格振动 红外光谱的特点： 1可以鉴定未知物分子结构或确定其化学基团 2固体、气体、液体样品都可以直接测定。对一些表面涂层和不溶 、不熔融的弹性体也可直接测得其红外光谱 3样品用量少，不破坏试样，分析速度快，操作方便
红外光谱法的划分及特点 区域 ／um σ/cm-1 能级跃迁类型 近红外区 0.75~2.5 13300~4000 主要用于研究O－H、N－H、C－ H键的的倍频和组合频吸收 中红外区 2.5~25 4000~400 振动的基频 远红外区 25~1000 400~10 骨架振动和转动，晶格振动 红外区的划分 红外光谱的特点： 1可以鉴定未知物分子结构或确定其化学基团 2固体、气体、液体样品都可以直接测定。对一些表面涂层和不溶 、不熔融的弹性体也可直接测得其红外光谱 3样品用量少，不破坏试样，分析速度快，操作方便
、 红外光谱法的基本原理 (一)红外光谱产生的条件 红外光谱是由分子振动能级的跃迁而产生，但并不是所有的振 动能级的跃迁都能在红外光谱中产生吸收，物质吸收红外光发生振 动和转动能级跃迁必须满足两个条件： 1.辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； 2.分子振动时偶极矩的大小和方向必须有一定的变化，即具有偶极矩 变化的分子振动是红外活性振动。 对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N? 、02、Cl2等。 非对称分子：有偶极矩，红外活性，水分子，H,O,NH
一、红外光谱法的基本原理 。 红外光谱是由分子振动能级的跃迁而产生，但并不是所有的振 动能级的跃迁都能在红外光谱中产生吸收，物质吸收红外光发生振 动和转动能级跃迁必须满足两个条件： 1．辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； 2．分子振动时偶极矩的大小和方向必须有一定的变化,即具有偶极矩 变化的分子振动是红外活性振动。 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，水分子，H2O，NH3 （一）红外光谱产生的条件
(二)分子振动频率方程式 1.双原子分子的简谐振动及其频率 ●一00-一● 分子是由各种原子以化学键相互连接而成，以双原子 ●-0000000000000-◆ 分子为例，将分子看作一个简单的谐振子，假设化学 键为失重弹簧，化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧，根据经 典力学原理，简谐振动遵循虎克定律。双原子分子只有沿化学键的 一种振动方式，当分子振动时，化学键的电荷分布发生改变，若两 个原子不同，分子的电荷中心于两个原子核同步振荡，分子仿佛二 个振荡的电偶极子，当偶极受到连续波长的红外光照射时，分子可 吸收某些波长的红外光从而增大分子的振动能量，所吸收的红外光 的频率与该分子的振动能级一致。 ●-一0000-· 虎克足律 1 -0000000000000-● V= k 2π M
（二）分子振动频率方程式 1．双原子分子的简谐振动及其频率 分子是由各种原子以化学键相互连接而成，以双原子 分子为例，将分子看作一个简单的谐振子，假设化学 键为失重弹簧，化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧，根据经 典力学原理，简谐振动遵循虎克定律。双原子分子只有沿化学键的 一种振动方式，当分子振动时，化学键的电荷分布发生改变，若两 个原子不同，分子的电荷中心于两个原子核同步振荡，分子仿佛一 个振荡的电偶极子，当偶极受到连续波长的红外光照射时，分子可 吸收某些波长的红外光从而增大分子的振动能量，所吸收的红外光 的频率与该分子的振动能级一致
(二)分子振动频率方程式 分子的振动能级（量子化）：E振=(V+1/2)hv V:化学键的振动频率；v:振动量子数（v=0,1,2,3.。) 任意两个相邻的能级间的能量差头4E=加=会臣 K化学键的力常数，与键能和键长有)v=,1 4二m1m2 2πJu 01十m2 为双原子的折合质量=mml（m+m2) 发生振动能级跃迁需要能量的大小取决手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 化学键键能越强（即键的力常数越大）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
（二）分子振动频率方程式 分子的振动能级（量子化）： E振=（V+1/2）h V ：化学键的振动频率； ：振动量子数（v=0，1，2，3…。) 任意两个相邻的能级间的能量差为： 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 化学键键能越强（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
(二)分子振动频率方程式 某些键的伸缩力常数（毫达因埃） 键 分子 k 键 分子 k H-F HF 9.7 H-C CH2-CH2 5.1 4.8 H-c C-C,C-N,C-O键力常数相近，原 H-C1 I CH≡CH 5.9 4.1 C-CI CHaCl 3.4 子折合质量不同， C-C 4.5w5.6 H-0 H20 C-C 9.5m9.9 HzS 4.3 C=C 15~17 其大小顺序为：C-C《CN〈C-O NHz 6.5 C-0 12w13 H-C CHsX 4.7m5.0 C=0 16w18 键类型 -C=C一 -C=C- > -C-C= 力常数 15~17 9.59.9 4.5~5.6 峰位 2200cm-1 1640cm-1 1300cm-1 化学键键能越强（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 可=-2cJ臣=107√ -=1307J 9.6 12/2 =1653cm1 正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652cml
某些键的伸缩力常数（毫达因/埃） 化学键键能越强（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 正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1 C-C，C-N，C-O键力常数相近，原 子折合质量不同， 其大小顺序为：C-C《C-N〈C-O （二）分子振动频率方程式 键类型 —CC — > —C =C — > —C — C — 力常数 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6 峰位 2200cm-1 1640 cm-1 1300 cm-1
(三)分子中基团的基本振动形式 1.两类基本振动形式 亚甲基伸缩振动： 伸缩振动：指化学键两端的原子沿键轴方向 作来回周期伸缩运动，键长发生变化而键角 不变，它又可分为对称与非对称伸缩 变形振动：原子垂直与价键方向的运动，基 团键角发生周期变化而键长不变，包括剪式 对称伸缩振动反对称伸缩振动 振动、平面摇摆、非平面摇摆以及扭曲振动。 0s:2853cm104s:2926:cm1 (强吸收S) 亚甲基变形振动 摇摆（面外）扭曲 剪式（面内）摇摆 v:1306-1303cm1T:1250cm1δ：1468cm1p:720cm1 (弱吸收) (中等吸收M)
（三）分子中基团的基本振动形式 1．两类基本振动形式 伸缩振动：指化学键两端的原子沿键轴方向 作来回周期伸缩运动，键长发生变化而键角 不变 ，它又可分为对称与非对称伸缩 变形振动：原子垂直与价键方向的运动 ，基 团键角发生周期变化而键长不变，包括剪式 振动、平面摇摆、非平面摇摆以及扭曲振动。 亚甲基伸缩振动： 亚甲基变形振动
