J第六章红外吸收光谱法1

1、第五章 红外吸收光谱法第一节概述红外光谱的历史红外光谱的历史1800年英国科学家赫谢尔发现红外线年英国科学家赫谢尔发现红外线1936年世界第一台棱镜分光单光束红外光谱仪制成年世界第一台棱镜分光单光束红外光谱仪制成1946年制成双光束红外光谱仪年制成双光束红外光谱仪60年代制成以光栅为色散元件的第二代红外光谱仪年代制成以光栅为色散元件的第二代红外光谱仪70年代制成傅立叶变换红外光谱仪，使扫描速度大年代制成傅立叶变换红外光谱仪，使扫描速度大大提高大提高70年代末，出现了激光红外光谱仪，共聚焦显微红年代末，出现了激光红外光谱仪，共聚焦显微红外光谱仪等外光谱仪等2. 红外光谱的范围红外光谱的范围200

2、nm 400nm 780nm 1000um近紫外可见红外0.78um2.5um50um1000um中红外区远红外区近红外区mcmcm/10/1/41142000510cm例如m5波数/cm-13. 红外光谱法的特点红外光谱法的特点q绝大部分化合物均有红外吸收，绝大部分化合物均有红外吸收，有机化合物：有机化合物：能提供丰富的结构信息能提供丰富的结构信息q任何气态、液态和固态样品均可任何气态、液态和固态样品均可进行红外光谱进行红外光谱测定测定q常规红外光谱仪器结构简单，价格不贵常规红外光谱仪器结构简单，价格不贵q样品用量少，可达微克量级样品用量少，可达微克量级q红外光谱红外光谱主要用于定性分析主要

3、用于定性分析；但也可用于定量；但也可用于定量分析分析定性定性 对于未知样品推测结构：官能团、顺反异构、对于未知样品推测结构：官能团、顺反异构、取代基位置、氢键结合以及络合物的形成等结构取代基位置、氢键结合以及络合物的形成等结构信息信息 与标准谱图比较与标准谱图比较定量定量尤其是尤其是近红外、远红外区近红外、远红外区的研究报告在增加。如的研究报告在增加。如,近红外区用于近红外区用于含有与含有与C，N，O等原子相连基团化等原子相连基团化合物合物的定量；远红外区用于的定量；远红外区用于无机化合物无机化合物研究等。研究等。红外光谱还可作为色谱检测器。红外光谱还可作为色谱检测器。吸收带在光谱图中的位置可

4、用吸收带在光谱图中的位置可用波长（波长（m）或波数（）或波数（cm-1）表示（表示（横坐标横坐标）。光谱图的）。光谱图的纵坐标纵坐标，即吸收强度，可用，即吸收强度，可用百百分透光度或吸光度分透光度或吸光度表示。表示。 第二节第二节 红外吸收光谱法的基本原理红外吸收光谱法的基本原理吸收峰出现的吸收峰出现的频率位置频率位置吸收峰的吸收峰的强度强度吸收峰的吸收峰的个数个数决定因素？决定因素？红外吸收的产生必须同时满足两个条件：红外吸收的产生必须同时满足两个条件：(1)(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量(2)(2)分子须有偶极矩变化（辐射与物质间

5、有相互偶合作分子须有偶极矩变化（辐射与物质间有相互偶合作用）用）分子振动伴随偶极矩改变分子内电荷分布变化会产生交变电场其频率与入射辐射电磁波频率相等时才会产生红外吸收。一、红外吸收光谱的产生一、红外吸收光谱的产生对称分子：对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：性。如：N2、O2、Cl2 等。等。非对称分子：非对称分子：有偶极矩，有红外活性。有偶极矩，有红外活性。qd (德拜德拜)二、分子振动与红外吸收峰二、分子振动与红外吸收峰kc21C-光速光速K-键力常数键力常数u-折合质量折合质量2121mmmmm1m2 经典力学的观点：谐振子模型经

6、典力学的观点：谐振子模型1. 双原子分子的振动双原子分子的振动根据虎克定律根据虎克定律：C-CC=CC=CK 4-6x10-58-12x10-512-20 x10-5 g/s2V 119016832062 cm-1C-CC-HV11902920 cm-1同类原子组成的化学键，力常数越大，振动频率越大。同类原子组成的化学键，力常数越大，振动频率越大。对相同化学键的基团，相对原子质量越小，红外吸对相同化学键的基团，相对原子质量越小，红外吸收波数越大。收波数越大。决定振动频率的因素：决定振动频率的因素：化学键两端的原子质量和键力常数化学键两端的原子质量和键力常数内部结构和外部因素（化学环境）内部结构

7、和外部因素（化学环境）定性分析：特征光谱定性分析：特征光谱原子的种类和化学键的性质不同原子的种类和化学键的性质不同各化学键所处的环境不同各化学键所处的环境不同伸缩振动伸缩振动 ：化学键两端的原子沿键轴方向作来回：化学键两端的原子沿键轴方向作来回周期运动（周期运动（键长发生变化键长发生变化）。）。弯曲振动弯曲振动( (变形振动变形振动) ) ：使化学：使化学键角发生周期性变化键角发生周期性变化的振动。的振动。sas 振动频率：振动频率： asas s s 在有在有N个原子组成的分子中，每个原子在空间的位置个原子组成的分子中，每个原子在空间的位置必须有必须有x，y，z三个坐标来确定，也即每个原子有

8、三个坐标来确定，也即每个原子有3个个运动自由度，则由运动自由度，则由N个原子组成的分子就有了个原子组成的分子就有了3N个坐个坐标，有标，有3N个运动自由度个运动自由度。 在分子的在分子的3N个运动状态中，可分成个运动状态中，可分成3种类型的运动：种类型的运动：分子的平动、转动和振动分子的平动、转动和振动。 非线型分子非线型分子平动自由度：平动自由度：3个个转动自由度：转动自由度：2个个平动自由度：平动自由度：3个个转动自由度：转动自由度：3个个线型分子线型分子线型分子只有两个转动自由度，因为总有一种转动线型分子只有两个转动自由度，因为总有一种转动的轴心与双原子分子的键轴相重合，因此原子在空的轴

9、心与双原子分子的键轴相重合，因此原子在空间的坐标并不改变。间的坐标并不改变。xyz线型分子线型分子振动自由度的数目：振动自由度的数目： 振动自由度振动自由度 = = 3N平动自由度转动自由度平动自由度转动自由度 = 3N5；非线型分子非线型分子振动自由度的数目：振动自由度的数目： 振动自由度振动自由度 = = 3N6任何一个复杂分子的振动，都可视作由任何一个复杂分子的振动，都可视作由3N6或或 3N5个个简正振动简正振动叠加而成。叠加而成。 有一个振动自由度就有一种振动状态，理论上讲就应有一个振动自由度就有一种振动状态，理论上讲就应在红外谱图上产生相应的一个简正吸收。在红外谱图上产生相应的一个

10、简正吸收。 如：如： H2O 振动自由度为振动自由度为 33-6=3 红外吸收就有红外吸收就有3个峰：个峰： 3750cm1， 3650cm-1，1595cm-1， 苯：苯：C6H6 振动自由度为振动自由度为 312-6=30 确有确有30个红外吸收峰个红外吸收峰大多情况实际吸收峰与理论计算大多情况实际吸收峰与理论计算不一致不一致，也即并非每，也即并非每一种振动方式在红外光谱图上都能产生一个吸收带，一种振动方式在红外光谱图上都能产生一个吸收带，一般要一般要少得多少得多。(1)(1) 某些振动方式为某些振动方式为非红外活性非红外活性，不伴随偶极矩的，不伴随偶极矩的变化，因而不产生红外吸收；变化，

11、因而不产生红外吸收；(2) (2) 由于分子高度的对称性，造成两种振动方式的由于分子高度的对称性，造成两种振动方式的频率相同，发生频率相同，发生简并简并现象；现象； (3) (3) 若干若干振动频率十分接近振动频率十分接近，一般红外光谱仪难以，一般红外光谱仪难以分辨；分辨；(4) (4) 振动吸收的振动吸收的能量太小能量太小（如波长大于（如波长大于20m20m），），吸收信号不被仪器感知；吸收信号不被仪器感知； (5) (5) 有时产生有时产生 = 2，3的跃迁，出现的跃迁，出现倍频、组倍频、组频吸收频吸收，（，（使吸收峰增加使吸收峰增加）但很弱。）但很弱。CO2分子（线形）有四种振动模式，分

12、子（线形）有四种振动模式，335= 4无红外活性无红外活性3 二重二重 简并振动简并振动 面内弯曲振动面内弯曲振动面外弯曲振动面外弯曲振动只有两个简正吸收峰只有两个简正吸收峰吸收峰出现的吸收峰出现的频率位置频率位置吸收峰的吸收峰的强度强度吸收峰的吸收峰的个数个数决定因素？决定因素？ 100 20100 20100 10100 1020 120 12020非常强峰（非常强峰（vsvs） 强峰（强峰（s s） 中强峰（中强峰（m m） 弱峰（弱峰（w w） 1 1 极弱峰（极弱峰（vwvw）（1 1）振动能级的）振动能级的跃迁几率跃迁几率（2 2）振动过程中）振动过程中偶极矩的变化偶极矩的变化常用

13、术语：常用术语：（1）基频谱带）基频谱带实际上在红外图谱中，还可以看到基频谱带之外的吸收实际上在红外图谱中，还可以看到基频谱带之外的吸收峰，包括：峰，包括：（2）倍频谱带）倍频谱带（3）组合频谱带）组合频谱带（4）振动耦合频率）振动耦合频率振动耦合振动耦合泛频谱带泛频谱带（5）费米共振费米共振倍频和组合频与某基频相近，倍频和组合频与某基频相近，相互作用而产生强吸收或发生峰分裂。相互作用而产生强吸收或发生峰分裂。含氢基团产生的振动耦合或费米共振现象含氢基团产生的振动耦合或费米共振现象，均可以通过氘代而加以均可以通过氘代而加以鉴别鉴别。振动耦合举例：振动耦合举例：例例1：CO2分子：分子：O=C=

14、O 若无耦合发生，两个羰基的振动频率应与脂肪酮的羰若无耦合发生，两个羰基的振动频率应与脂肪酮的羰基振动频率相同基振动频率相同(约约1700cm-1)。但实际上。但实际上CO2在在2330 cm-1和和667 cm-1处有两个振动吸收峰。处有两个振动吸收峰。例例2：振动耦合对不同醇中：振动耦合对不同醇中C-O吸收频率的影响吸收频率的影响甲醇甲醇 乙醇乙醇 2 -丁醇丁醇CO (cm-1) 1034 1053 1105上述吸收频率的变化是由于伸缩振动与相邻伸缩振动的耦合上述吸收频率的变化是由于伸缩振动与相邻伸缩振动的耦合之故。之故。振动耦合对红外光谱分析带来怎样的影响？振动耦合对红外光谱分析带来怎

15、样的影响？振动耦合对红外光谱分析带来怎振动耦合对红外光谱分析带来怎样的影响？样的影响？ 振动耦合使某些振动吸收的位置发生变振动耦合使某些振动吸收的位置发生变化，化，对官能团的鉴定带来不便对官能团的鉴定带来不便。 正因为如此，使红外光谱成为某一正因为如此，使红外光谱成为某一特定特定化合物确认化合物确认的有效手段。的有效手段。6-3 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二、影响基团频率的因素三、常见化合物的特征基团频率一、基团频率、特征吸收峰、相关峰基团的特征频率（基团频率）基团的特征频率（基团频率）能代表某基能代表某基团存在、并有较高强度的吸收峰的位置。团存在、并有较高强度的

16、吸收峰的位置。特征吸收峰特征吸收峰基团频率对应的吸收峰。基团频率对应的吸收峰。 可用于鉴定官能团。可用于鉴定官能团。相关峰相关峰一种基团一般会有几个特征吸收峰，一种基团一般会有几个特征吸收峰，这这一组特征峰一组特征峰称为该基团的相关峰。称为该基团的相关峰。 更准确地鉴定官能团。更准确地鉴定官能团。 诱导效应诱导效应 共振效应共振效应 氢键效应氢键效应 影响频率位移的因素有影响频率位移的因素有内部因素和外部因素内部因素和外部因素： 物态物态 溶剂溶剂 (1)(1)诱导效应诱导效应(I(I效应）效应） 电负性电负性不同的取代基不同的取代基静电诱导静电诱导电子分布的变电子分布的变化化键力常数改变键力

17、常数改变基团特征频率位移基团特征频率位移诱导效应对诱导效应对C=O伸缩振动频率的影响伸缩振动频率的影响诱导效应使诱导效应使C=O电子云密度增加，键力常数增电子云密度增加，键力常数增加，振动频率增加。加，振动频率增加。由分子形成大由分子形成大键：键： - 共轭共轭含有孤对电子的原子接在具有多重键的原子上：含有孤对电子的原子接在具有多重键的原子上：n- 共共轭轭使共轭体系中的电子云密度趋于平均化使共轭体系中的电子云密度趋于平均化双键略有伸长，双键略有伸长，单键略有缩短单键略有缩短双键频率向低频移动双键频率向低频移动，单键频率略向高，单键频率略向高频移动频移动。 共轭效应对共轭效应对C=O伸缩振动频

18、率的影响伸缩振动频率的影响化化 合合 物物 vC=O(cm-1)17101725 16951680 16671661(2) (2) 共轭效应共轭效应( (）思考化化 合合 物物 vC=O(cm-1) 1735 1715 1690诱导效应？共轭效应？诱导效应？共轭效应？当分子中的原子或基团当分子中的原子或基团同时呈现出同时呈现出诱导效诱导效应和共轭效应应和共轭效应，此时双键吸收频率的位移，此时双键吸收频率的位移取决于占优势的效应取决于占优势的效应。 使化学键力常数降低，相应的使化学键力常数降低，相应的振动频率下降振动频率下降，吸收，吸收峰向低波方向移动。峰向低波方向移动。OCH3OCOH3CHH

19、O3705-31252835O-H伸缩 cm-1 cm-12.外部因素外部因素受聚集状态、溶剂极性和仪器色散元件性能影响。受聚集状态、溶剂极性和仪器色散元件性能影响。q溶剂极性增大，极性基团的伸缩振动频率减小，强溶剂极性增大，极性基团的伸缩振动频率减小，强度增大。度增大。红外光谱测量中，应尽量采用非极性溶剂。红外光谱测量中，应尽量采用非极性溶剂。q聚集状态分子间距离越近，伸缩振动频率越小。聚集状态分子间距离越近，伸缩振动频率越小。丙酮在气态时，丙酮在气态时，C=O为为1742cm-1，而在液态时为，而在液态时为1718cm-1。q仪器的色散率越高，峰越尖锐，峰数越多。仪器的色散率越高，峰越尖锐

20、，峰数越多。红外谱图有两个重要区域：高波数段： 4000-1300cm-1（官能团区）含氢官能团(折合质量小)、含双键或叁键的官能团(键力常数大)在官能团区有吸收，如OH，NH以及C=O等重要官能团在该区域有吸收，它们的振动受分子中剩余部分的影响小。低波数段： 1300cm-1以下（指纹区）不含氢的单键(折合质量大)、各键的弯曲振动(键力常数小)出现在1300cm-1以下的低波数区。该区域的吸收特点是振动频率相差不大，振动的耦合作用较强，因此易受邻近基团的影响。同时吸收峰数目较多，代表了有机分子的具体特征。大部分吸收峰都不能找到归属，犹如人的指纹。因此，指纹区的谱图解析不易，但与标准谱图对照可

21、以进行最终确认。复习1. 红外吸收的产生必须同时满足两个条件：(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量(2)分子须有偶极矩变化（辐射与物质间有相互偶合作用）对称分子：对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：性。如：N2、O2、Cl2 等。等。非对称分子：非对称分子：有偶极矩，有红外活性。有偶极矩，有红外活性。一、红外光谱的产生一、红外光谱的产生吸收带在光谱图中的位置可用吸收带在光谱图中的位置可用波长（波长（m）或波数（）或波数（cm-1）表示（表示（横坐标横坐标）。光谱图的）。光谱图的纵坐标纵坐标，即吸收强度，可用，即吸收强度，可用

22、百百分透光度或吸光度分透光度或吸光度表示。表示。 第二节第二节 红外吸收光谱法的基本原理红外吸收光谱法的基本原理吸收峰出现的吸收峰出现的频率位置频率位置吸收峰的吸收峰的强度强度吸收峰的吸收峰的个数个数决定因素？决定因素？红外吸收的产生必须同时满足两个条件：红外吸收的产生必须同时满足两个条件：(1)(1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量(2)(2)分子须有偶极矩变化（辐射与物质间有相互偶合作分子须有偶极矩变化（辐射与物质间有相互偶合作用）用）分子振动伴随偶极矩改变分子内电荷分布变化会产生交变电场其频率与入射辐射电磁波频率相等时才会产生红外吸收。

23、一、红外吸收光谱的产生一、红外吸收光谱的产生对称分子：对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：性。如：N2、O2、Cl2 等。等。非对称分子：非对称分子：有偶极矩，有红外活性。有偶极矩，有红外活性。qd (德拜德拜)二、分子振动与红外吸收峰二、分子振动与红外吸收峰kc21C-光速光速K-键力常数键力常数u-折合质量折合质量2121mmmmm1m2 经典力学的观点：谐振子模型经典力学的观点：谐振子模型1. 双原子分子的振动双原子分子的振动根据虎克定律根据虎克定律：伸缩振动伸缩振动 ：化学键两端的原子沿键轴方向作来回：化学键两端的原子沿键轴方向

24、作来回周期运动（周期运动（键长发生变化键长发生变化）。）。弯曲振动弯曲振动( (变形振动变形振动) ) ：使化学：使化学键角发生周期性变化键角发生周期性变化的振动。的振动。sas 振动频率：振动频率： asas s s 线型分子线型分子振动自由度的数目：振动自由度的数目： 振动自由度振动自由度 = = 3N平动自由度转动自由度平动自由度转动自由度 = 3N5；非线型分子非线型分子振动自由度的数目：振动自由度的数目： 振动自由度振动自由度 = = 3N6任何一个复杂分子的振动，都可视作由任何一个复杂分子的振动，都可视作由3N6或或 3N5个个简正振动简正振动叠加而成。叠加而成。 有一个振动自由度

25、就有一种振动状态，理论上讲就应有一个振动自由度就有一种振动状态，理论上讲就应在红外谱图上产生相应的一个简正吸收。在红外谱图上产生相应的一个简正吸收。 如：如： H2O 振动自由度为振动自由度为 33-6=3 红外吸收就有红外吸收就有3个峰：个峰： 3750cm1， 3650cm-1，1595cm-1， 苯：苯：C6H6 振动自由度为振动自由度为 312-6=30 确有确有30个红外吸收峰个红外吸收峰大多情况实际吸收峰与理论计算大多情况实际吸收峰与理论计算不一致不一致，也即并非每，也即并非每一种振动方式在红外光谱图上都能产生一个吸收带，一种振动方式在红外光谱图上都能产生一个吸收带，一般要一般要少

26、得多少得多。(1)(1) 某些振动方式为某些振动方式为非红外活性非红外活性，不伴随偶极矩的，不伴随偶极矩的变化，因而不产生红外吸收；变化，因而不产生红外吸收；(2) (2) 由于分子高度的对称性，造成两种振动方式的由于分子高度的对称性，造成两种振动方式的频率相同，发生频率相同，发生简并简并现象；现象； (3) (3) 若干若干振动频率十分接近振动频率十分接近，一般红外光谱仪难以，一般红外光谱仪难以分辨；分辨；(4) (4) 振动吸收的振动吸收的能量太小能量太小（如波长大于（如波长大于20m20m），），吸收信号不被仪器感知；吸收信号不被仪器感知； (5) (5) 有时产生有时产生 = 2，3的

27、跃迁，出现的跃迁，出现倍频、组倍频、组频吸收频吸收，（，（使吸收峰增加使吸收峰增加）但很弱。）但很弱。CO2分子（线形）有四种振动模式，分子（线形）有四种振动模式，335= 4无红外活性无红外活性3 二重二重 简并振动简并振动 面内弯曲振动面内弯曲振动面外弯曲振动面外弯曲振动只有两个简正吸收峰只有两个简正吸收峰常用术语：常用术语：（1）基频谱带）基频谱带实际上在红外图谱中，还可以看到基频谱带之外的吸收实际上在红外图谱中，还可以看到基频谱带之外的吸收峰，包括：峰，包括：（2）倍频谱带）倍频谱带（3）组合频谱带）组合频谱带（4）振动耦合频率）振动耦合频率振动耦合振动耦合泛频谱带泛频谱带（5）费米共

28、振费米共振倍频和组合频与某基频相近，倍频和组合频与某基频相近，相互作用而产生强吸收或发生峰分裂。相互作用而产生强吸收或发生峰分裂。含氢基团产生的振动耦合或费米共振现象含氢基团产生的振动耦合或费米共振现象，均可以通过氘代而加以均可以通过氘代而加以鉴别鉴别。振动耦合举例：振动耦合举例：例例1：CO2分子：分子：O=C=O 若无耦合发生，两个羰基的振动频率应与脂肪酮的羰若无耦合发生，两个羰基的振动频率应与脂肪酮的羰基振动频率相同基振动频率相同(约约1700cm-1)。但实际上。但实际上CO2在在2330 cm-1和和667 cm-1处有两个振动吸收峰。处有两个振动吸收峰。例例2：振动耦合对不同醇中：

29、振动耦合对不同醇中C-O吸收频率的影响吸收频率的影响甲醇甲醇 乙醇乙醇 2 -丁醇丁醇CO (cm-1) 1034 1053 1105上述吸收频率的变化是由于伸缩振动与相邻伸缩振动的耦合上述吸收频率的变化是由于伸缩振动与相邻伸缩振动的耦合之故。之故。振动耦合对红外光谱分析带来怎样的影响？振动耦合对红外光谱分析带来怎样的影响？6-3 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二、影响基团频率的因素三、常见化合物的特征基团频率一、基团频率、特征吸收峰、相关峰基团的特征频率（基团频率）基团的特征频率（基团频率）能代表某基能代表某基团存在、并有较高强度的吸收峰的位置。团存在、并有较高强度

30、的吸收峰的位置。特征吸收峰特征吸收峰基团频率对应的吸收峰。基团频率对应的吸收峰。 可用于鉴定官能团。可用于鉴定官能团。相关峰相关峰一种基团一般会有几个特征吸收峰，一种基团一般会有几个特征吸收峰，这这一组特征峰一组特征峰称为该基团的相关峰。称为该基团的相关峰。 更准确地鉴定官能团。更准确地鉴定官能团。 诱导效应诱导效应 共振效应共振效应 氢键效应氢键效应 影响频率位移的因素有影响频率位移的因素有内部因素和外部因素内部因素和外部因素： 物态物态 溶剂溶剂 6-3 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二、影响基团频率的因素三、常见化合物的特征基团频率1. 红外谱图有两个重要区域：

31、高波数段： 4000-1300cm-1（官能团区）含氢官能团(折合质量小)含双键或叁键的官能团(键力常数大) 如OH，NH以及C=O等振动受分子中剩余部分的影响小1. 红外谱图有两个重要区域：低波数段： 1300cm-1以下（指纹区）不含氢的单键(折合质量大) 各键的弯曲振动(键力常数小) 特点：振动频率相差不大，振动的耦合作用较强，因此易受邻近基团的影响吸收峰数目较多，代表了有机分子的具体特征大部分吸收峰都不能找到归属，犹如人的指纹 谱图解析不易与标准谱图对照可以进行最终确认二、常见化合物的特征吸收峰二、常见化合物的特征吸收峰烷烃类烷烃类烯烃类烯烃类炔烃类炔烃类芳香类芳香类羰基化合物羰基化合

32、物羟基化合物羟基化合物 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 1380 cm-1 1365 cm-1 对称变形振动对称变形振动 CH2 2925 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 1480 cm-1 1440 cm-1 剪式振动剪式振动 CC骨架振动骨架振动 1200 cm-1 附近附近 (CH2)n 750 720 cm-1伸缩振动伸缩振动: 3000 cm-1 以下以下,300030002800cm2800cm-1-1变形振动：变形振动： 1365 cm-1 1480 cm

33、-1 异丙基异丙基叔丁基叔丁基当两个或三个当两个或三个CH3连在一个连在一个C上时，上时， CH3 的的1380 cm-1 峰会峰会分裂分裂正庚烷正庚烷CH3CH2CH2CH2CH2CH2CH3红外光谱图红外光谱图s CH2s CH3as CH2as CH32954.52923.62854.21465.71380.8725.1sCH3CH2-(CH2)n-伸缩振动伸缩振动: 3000 cm-1 以下以下,300030002800cm2800cm-1-1变形振动：变形振动： 1365 cm-1 1480 cm-1 2. 2. 烯烃，炔烃烯烃，炔烃HCC HC CCC伸缩伸缩振动振动C H变形变形

34、振动振动HCC HHCHC CH2H3080 cmcm-1-1 3030 cmcm-1-1 3080 cmcm-1-1 3030 cmcm-1-1 3300 cmcm-1-1 （C-HC-H）3080-3030 cmcm-1-1 2900-2800 cmcm-1-1 3000 cmcm-1 -1 1660cmcm-1-1 分界线分界线C CR1HHR2C CR1R2R3HC CR1R2R3R4（C=CC=C）反式烯反式烯三取代烯三取代烯四取代烯四取代烯1680-1665 cmcm-1-1 弱，尖弱，尖C CR1HHR2C CR1HHHC CR1R2HH顺式烯顺式烯乙烯基烯乙烯基烯亚乙烯基烯亚乙

35、烯基烯1660-1630cmcm-1-1 中强，尖中强，尖面内变形面内变形（=C-H）1400-1420 cmcm-1-1 （弱）（弱）面外变形面外变形（=C-H） 1000-700 cmcm-1-1 1庚炔的红外光谱图庚炔的红外光谱图 C=C（苯环的骨架振动）：（苯环的骨架振动）： （1650-1450cm-1一般有一般有2-4个峰）个峰） 1600（较弱），（较弱），1585，1500，1450cm-1。 有时在有时在15751625cm-1(中）和中）和14751525cm-1（强）（强）有两个吸收峰。有两个吸收峰。 C-H：30803030cm-1（一般有（一般有3个峰）个峰） C-H

36、：在：在900700cm-1出现出现苯环氢苯环氢面外变形振动峰。面外变形振动峰。200016001650 2000 cm-1 苯衍生物苯衍生物邻、间、对二甲基苯的红外光谱图邻、间、对二甲基苯的红外光谱图O-H： 3650 3200 cm-1 确定确定 醇、酚、酸醇、酚、酸C-O：醇：醇 1100 1000 cm-1 酚酚 1260 cm-1 5. 醚醚C-O-C 伸缩振动吸收带在指纹区伸缩振动吸收带在指纹区1125 cm-1 强，强， 940 cm-1 弱弱6. 酮和醛酮和醛C=O （1850 1600 cm-1 ） 碳氧碳氧双键双键的特征峰，强度大，峰尖锐。的特征峰，强度大，峰尖锐。饱和脂肪

37、醛饱和脂肪醛(酮酮)1740-1720 cm-1 ；强、尖；强、尖；若与不饱和键共轭：向低波移动；若与不饱和键共轭：向低波移动；醛类在醛类在2830-2720 cm-1 ，还会有，还会有2个吸收带（与酮个吸收带（与酮的区分）的区分）苯甲醛红外光谱图苯甲醛红外光谱图苯环苯环醛基特征醛基特征区别于酮区别于酮7、酸和酯、酸和酯酸酐的酸酐的C=O双吸收峰双吸收峰：18201750 cm-1 ，两个羰基振动偶合裂分两个羰基振动偶合裂分； O-H伸缩振动：伸缩振动：3000 cm-1在固、液或浓溶液时，与在固、液或浓溶液时，与C-H重叠作用，峰形较宽。重叠作用，峰形较宽。羧酸的羧酸的C=O 1820175

38、0 cm-1 ，氢键，二分子缔合体；，氢键，二分子缔合体；缔合作用，使缔合作用，使C=O伸缩振动频率降低：伸缩振动频率降低： 1700 cm-1酯酯 C-O-C 不对称伸缩振动不对称伸缩振动2个吸收带：个吸收带：13001000 cm-1 8. 胺和酰胺胺和酰胺NH伸缩振动：3500 3100 cm-1l二、常见化合物的特征吸收峰二、常见化合物的特征吸收峰l烷烃类烷烃类l烯烃类烯烃类l炔烃类炔烃类l芳香类芳香类l羰基化合物：醛、酮、羧酸羰基化合物：醛、酮、羧酸l醇、酚醇、酚l红外吸收光谱法的基本原理红外吸收光谱法的基本原理l 红外光谱的产生红外光谱的产生l 分子振动与红外光谱吸收分子振动与红外

39、光谱吸收l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l 基团的特征吸收峰与相关峰基团的特征吸收峰与相关峰l 影响基团频率的因素影响基团频率的因素l 常见化合物的特征基团频率常见化合物的特征基团频率l色散型色散型 用棱镜或光栅进行分光 干涉型干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）用干涉仪代替色散装置，形成干涉光束后通过样品 1930年第一台年第一台棱镜分光单光束棱镜分光单光束1946年棱镜年棱镜分光双光束分光双光束60年代年代光栅分光光栅分光70年代傅立叶年代傅立叶变换光谱仪变换光谱仪6-4 红外吸收光谱仪红外吸收光谱仪（一）色散型红外吸收光谱仪一）色散型红外吸收光谱仪光源光源样品池样品池

40、 单色器单色器 检测器检测器参比池参比池带动笔和光带动笔和光楔的装置楔的装置 放大器放大器光谱光谱记录记录工作原理工作原理试样置于单色器之前原因：试样置于单色器之前原因：1 1、红外辐射没有足够能量引起试样的光化学分解。、红外辐射没有足够能量引起试样的光化学分解。2 2、来自试样和吸收池的杂散辐射减至最小。、来自试样和吸收池的杂散辐射减至最小。特点：特点：1.扫描式仪器，不能测瞬间光谱变化扫描式仪器，不能测瞬间光谱变化2.不能实现与色谱联用不能实现与色谱联用3.分辨率较低分辨率较低2二、傅里叶变换红外光谱学基本原理二、傅里叶变换红外光谱学基本原理FTIR光谱仪的光学系统示意动镜固定镜劈光器样品

41、光源激光器检测器(干涉谱图)干涉仪2 同相同相 相长干涉相长干涉 异相异相 相消干涉相消干涉+=+=94检测器检测器定镜定镜 l 0 -l干涉仪干涉仪动镜动镜IR 光源光源分束器分束器BM光程差光程差 = 0BMBF=BF29595定镜定镜检测器检测器 干涉仪 动镜动镜 l 0 -lIR Source分束器分束器光程差光程差 = 1/2 BM - 1/4 BF=BMBF29696Detector定镜定镜干涉仪干涉仪动镜动镜 l 0 -lIR Source分束器分束器BM光程差光程差 = 1/4 BM - 1/8 BF=BF检测器检测器972当动镜以匀速运动时，信号强度呈余弦波变化当动镜以匀速运

42、动时，信号强度呈余弦波变化 单色光的干涉图)2cos()()2cos()()(222111BBI双色光的干涉图2连续光源干涉图连续光源干涉图2-42-5cosine傅里叶傅里叶变换对变换对170018001900210022002300-3-2-101234D at a Poi nt sVol t s170018001900210022002300-3-2-101234D at a Poi nt sVol t s5001000150020002500300035004000510152025303540W avenum bersEm i ssi vi t y500100015002000250

43、0300035004000510152025303540W avenum bersEm i ssi vi t ybkg: FFTsam : FFT50010001500200025003000350040002030405060708090W avenum bersTransm i t tanceR at i o最高分辨最高分辨率取决于率取决于仪器动镜仪器动镜移动的最移动的最长有效距长有效距离离一般红外光谱测定采用一般红外光谱测定采用4 cm-1的分辨率。根据需要选用不的分辨率。根据需要选用不同档次的分辨率同档次的分辨率 从从64 到到0.0625。研究级的红外光谱仪的。研究级的红外光谱仪的最

44、高分辨率最高分辨率 0.125以上以上 三、红外光谱仪部件三、红外光谱仪部件 1. 光源光源能够发射高强度连续红外辐射的物质，能够发射高强度连续红外辐射的物质， 通常采用惰性固体作光源通常采用惰性固体作光源能斯特灯能斯特灯由锆、钇、铈或钍的氧化物制成。由锆、钇、铈或钍的氧化物制成。 特点：使用寿命长，发射强度大，稳定性较好；特点：使用寿命长，发射强度大，稳定性较好；缺点：缺点：价格较贵，操作不如硅碳棒方便。工作温度价格较贵，操作不如硅碳棒方便。工作温度1750硅碳棒硅碳棒由碳化硅烧结而成由碳化硅烧结而成 特点：使用波数范围宽，坚固、寿命长，发光面积大，特点：使用波数范围宽，坚固、寿命长，发光面

45、积大，价格便宜，操作方便，用的较多；工作温度价格便宜，操作方便，用的较多；工作温度13001500 缺点：缺点：工作时电极接触部分需用水冷却。工作时电极接触部分需用水冷却。池池 窗窗 材材 料料材材 料料透光范围（透光范围（m）注注 意意 事事 项项 NaCl KBr CaF2 CsBr KRS-50.2250.25400.13120.2550.5540易潮解，应低于易潮解，应低于40湿度下使用湿度下使用易潮解，应低于易潮解，应低于35湿度下使用湿度下使用不溶于水，不溶于水，可测水溶液红外光谱可测水溶液红外光谱易潮解易潮解微溶于水微溶于水，可测水溶液，有毒，可测水溶液，有毒 由狭缝、色散元件、

46、反射镜等组成由狭缝、色散元件、反射镜等组成 色散元件：棱镜（早期仪器）和光栅色散元件：棱镜（早期仪器）和光栅4、检测器、检测器不能使用光电管或光电倍增管不能使用光电管或光电倍增管常用的红外检测器有两种：常用的红外检测器有两种： 真空热电偶真空热电偶 色散型光度计色散型光度计 热检测器热检测器 射热测量计射热测量计 色散型光度计色散型光度计 热电检测器热电检测器 中红外傅里叶变换中红外傅里叶变换 光导电检测器光导电检测器 多通道傅里叶变换红外光谱仪多通道傅里叶变换红外光谱仪四、傅里叶变换红外吸收光谱仪特点四、傅里叶变换红外吸收光谱仪特点测量时间短，测量时间短，1s，便于和色谱法联用；，便于和色谱

47、法联用；灵敏度高，检出限可达灵敏度高，检出限可达10-910-12g；分辨本领高，波数精度可达分辨本领高，波数精度可达0.01cm-1；光谱范围广光谱范围广: 1000010cm-1液膜法液膜法：沸点高沸点高的的纯液体纯液体样品可直接滴入两窗片之样品可直接滴入两窗片之间形成薄膜后进行测定。间形成薄膜后进行测定。沸点低沸点低的的纯液体纯液体样品可注入封闭液体池中测定；样品可注入封闭液体池中测定； 液体样品池液体样品池水不作溶剂水不作溶剂，因为它本身有吸收，且会侵蚀池窗，因为它本身有吸收，且会侵蚀池窗，因此样品必须干燥。因此样品必须干燥。选择选择溶剂条件溶剂条件：（1）必须很好的溶解试样；）必须很

48、好的溶解试样；（2）在所测光谱区域内无强烈吸收；）在所测光谱区域内无强烈吸收；（3）不侵蚀盐窗；）不侵蚀盐窗；（4）对试样没有强烈的溶剂化效应。）对试样没有强烈的溶剂化效应。常用常用CCl4 (4000-1300cm-1)，CS2(1300-650cm-1) 溶液法：溶液法： 研糊法：研糊法：将研细的样品与石蜡油调成均匀的将研细的样品与石蜡油调成均匀的糊状物后，涂于窗片上进行测量；糊状物后，涂于窗片上进行测量； 压片法：压片法：溴化钾粉末、压片机溴化钾粉末、压片机(1)仔细研磨样品，仔细研磨样品，12m， 否则，过大颗粒会使入射辐射的散射增强；否则，过大颗粒会使入射辐射的散射增强；(2) 试样

49、颗粒必须均匀分散，且没有水分存在。试样颗粒必须均匀分散，且没有水分存在。(3) 压片后的试样片必须均匀透明。压片后的试样片必须均匀透明。6-5 红外吸收光谱法的应用一、定性分析一、定性分析 试样试样 试样红外谱图试样红外谱图 标样标样 标样红外谱图标样红外谱图在相同条件下在相同条件下n用计算机进行用计算机进行检索检索（三）几种标准图谱集最常见的标准图谱有三种最常见的标准图谱有三种1. 萨特勒萨特勒（Sadtler）标准红外光谱集标准红外光谱集 美国美国sadtler research laborationies 编辑出版的。收集的图谱最多编辑出版的。收集的图谱最多2. 分子光谱文献分子光谱文献“DMS”穿孔卡片穿孔卡片 英国和德国联合编制英国和德国联合编制3. “API”红外光谱资料红外光谱资料 美国石油研究所美国石油研究所（ API ）编制。主要是烃类化合物的光谱）编制。主要是烃类化合物的光谱二、未知物结构的确定1收集样品的有关资料