红外基本原理

红外吸收光谱法第十章Infraredabsorptionspectroscopy(IR)2023/2/1本章的主要内容第1节概述第2节红外吸收光谱法基本原理第3节红外光谱与分子结构第4节红外光谱仪器2023/2/1本章的基本要求理解红外光谱产生的两个条件掌握有机物的基团特征频率及指纹区的特征吸收掌握影响基团频率位移的主要因素了解FT-IR仪的基本组成部件的作用及特点了解有机物谱图解析的一般方法2023/2/1第一节

概述

introduction2023/2/1近红外区0.78-2.5m中红外区2.5-25m远红外区25-1000m辐射分子振动能级跃迁红外光谱官能团分子结构红外光谱法2023/2/1能级跃迁

振动能级跃迁时总伴随有转动能级跃迁。红外吸收峰(带)可以用峰位，峰形，峰强描述。2023/2/1红外光谱图纵坐标为透过率%，有时使用吸光度A横坐标为波数

(cm-1)

，过去常用波长λ（

m）。2023/2/1定性：利用基团的特征吸收频率进行有机化合物的结构解析。定量：利用特征峰的吸收强度；朗伯-比尔定律特点1.应用面广2.不破坏样品，对任何相态都适用3.特征性高，只要分子结构不同，其IR谱图肯定不同4.速度快，样品用量少，适合于联用红外光谱的用途2023/2/1第二节

红外吸收光谱法基本原理BasicprincipleofIR2023/2/1

(1)辐射的能量等于分子振动跃迁所需的能量—即能级差；(2)分子振动时有瞬间偶极矩变化。红外活性

infraredactive有偶极矩变化，有红外活性。如H2O，HCl,CO2(动画)非红外活性

infraredinactive没有偶极矩变化，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2

等。一.红外光谱产生的条件2023/2/1例2CO2分子

（有一种振动无红外活性）(动画)2023/2/1二.分子振动方程(1)双原子分子的振动看作简谐振动(2)化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧假设:（与峰位有关）2023/2/1任意两个相邻的能级间的能量差为：

K化学键的力常数（forceconstant），与键能和键长有关，

为双原子的折合质量（reducedmass）=m1m2/（m1+m2）

结论：发生振动能级跃迁需要能量的大小（或产生吸收峰的频率）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。2023/2/1

例题:

由表中查知C=C键的K=9.59.9,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1652cm-1表某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）2023/2/1键类型—CC—>—C=C—>—C—C—力常数15179.59.94.55.6

峰位

2100-22501600-1680800-1200cm-1

结论：化学键越强（即键的力常数K越大），则其振动频率越大，即吸收峰将出现在高波数区。Conclution:

Strongerchemicalbondstendtocauseincreasesinobservedfrequencies.1.键强度对峰位的影响2023/2/1GroupC-HC-CC-ClC-BrC-I峰位30001000800-600600-500500-200cm-1Conclution:

Lighteratomicmassestendtocauseincreasesinobservedfrequencies.结论：原子的质量越小，产生的吸收峰频率越高，即吸收峰将出现在高波数区。2.原子质量对峰位的影响2023/2/1二、分子中基团的基本振动形式伸缩振动Stretchingvibration

(动画)变形振动Deformationvibration

1．两类基本振动形式不对称伸缩

asymmetric

对称伸缩

symmetric面内变形

inplane面外变形

out-of-planebasicvibrationofthegroupinmolecule2023/2/1例１水分子（非对称分子）（1）峰位(peakposition)２．峰位、峰形与峰强规律：同一基团的伸缩振动频率总高于其变形（弯曲）振动。

化学键的力常数K越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。动画2023/2/1（2）峰形与分子间作用力有关，作用力越强，峰越宽。例如，氢键可使O-H吸收峰变宽,与N-H吸收峰有明显区别。气态水与液态水的区别。(bandwidth)2023/2/1O-H与N-H的峰形比较2023/2/1O-H与N-H的峰形比较2023/2/1(peakintensity)问题：C=O强；C=C弱；为什么？（3）峰强衣糠酸2023/2/1B.

不对称伸缩>对称伸缩>变形振动C.由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰；A.瞬间偶极距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；吸收峰强度偶极矩变化值的平方对称性差偶极矩变化大吸收峰强度大一般规律（3）峰强2023/2/1SummaryofTheKeyPoints2.每种基团的特征频率都在一定范围内出现，利用峰位，峰形和峰强可以进行基团结构的确认。3.基团的峰位由它的振动形式决定，振动形式分为伸缩振动和弯曲振动。伸缩又分为对称伸缩和不对称伸缩；弯曲分为面内和面外。1.