北京交通大学：《环境分析化学》课程教学课件（讲稿）第八章 红外光谱分析法（infrared absorption spec￾troscopy，IR）

第8章第一节红外基本原理红外吸收光谱basic principle of Infrare分析法absorption spectroscopy第二节乡红外光谱与分子结构infrared absorption spec-infraredspectroscopyangtroscopy, IRmolecularstructure第三节红外光谱仪器infrared absorptionspectrophotometer第四节红外谱图解析analysis of Infraredspectrograph下一页17.1412

17:14:12 第 8 章 红外吸收光谱 分析法 第一节 红外基本原理 basic principle of Infrared absorption spectroscopy 第二节 红外光谱与分子结构 infrared spectroscopy and molecular structure 第三节 红外光谱仪器 infrared absorption spectrophotometer 第四节 红外谱图解析 analysis of Infrared spectrograph infrared absorption spec￾troscopy，IR

二、概述第 8章introduction红外吸收光谱分红外吸收光谱产生的条在析法condition of Infraredinfrared absorption spec-absorption spectroscopytroscopy, IR三、分子中基团的基本振动形式第一节basic vibration of the group红外光谱分析基本原理in molecular四、红外吸收峰强度principle of IRintensity of infraredabsorption bend下一页17.1412

17:14:12 第 8章 红外吸收光谱分 析法 一、概述 introduction 二、红外吸收光谱产生的 条件 condition of Infrared absorption spectroscopy 三、分子中基团的基本振 动形式 basic vibration of the group in molecular 四、红外吸收峰强度 intensity of infrared absorption bend 第一节 红外光谱分析基本原理 infrared absorption spec￾troscopy，IR principle of IR

概述1introduction分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱辐射→分子振动能级跃迁一→红外光谱→官能团→分子结构频率V高低能量近红外区电子搬动跃迁转动肤迁原子核自转原子内电子跃迁分子内电子跃迁自转中红外区射频区无线远红外区微波红外紫外可见x射线电波远近中IRNNR核磁共振可见振动红外电子能谱紫外200rum5m800mm2.5μ15μ1m400mm短长波长入光波谱区及能量跃迁相关图未17:14:12ae页页

17:14:12 分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱 一、概述 introduction 辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构 近红外区 中红外区 远红外区

分子中基团的基本振动形式basic vibration of the group in molecular1.化学键的振动伸缩振动(stretchingvibration亚甲基：对称伸缩振动反对称伸缩振动Os:2926cm-1Oas:2853cm-1（强吸收S）弯曲振动(deformationvibration)剪式（面内）摇摆摇摆 (面外)扭曲亚甲基V:1306-1303cml:1250cm18:1468cmlp:720cml（中等吸收）（弱吸收W）木17:14:12a公页

17:14:12 二、分子中基团的基本振动形式 basic vibration of the group in molecular 1．化学键的振动 伸缩振动（stretching vibration) 亚甲基： 弯曲振动 （deformation vibration) 亚甲基

甲基的振动形式伸缩振动甲基:对称不对称U as (CH)Us(CH3)2870 cm-12960cm-1变形振动甲基对称8（CH,）1380cm-1不对称8as（CH2）1460cm-未17:14:12H页页

17:14:12 甲基的振动形式 伸缩振动 甲基： 变形振动 甲基 对称δs(CH3)1380㎝-1 不对称δas(CH3)1460㎝-1 对称 不对称 υs(CH3) υas(CH3) 2870 ㎝-1 2960㎝-1

基本振动的理论数二、3N-6个(线型3N-5)例水分子红外光谱图与振动类型弯曲振动反对称伸缩振动对称伸缩振动600cn~14000cm木E17:14:12KageA页

17:14:12 二、基本振动的理论数 3N-6个(线型3N-5) 例 水分子红外光谱图与振动类型

例 CO,分子红外光谱图与振动类型弯曲振动弯曲振动对称伸缩振动反对称伸缩振动（Y-Z平面）（X-Y平面）偶板距为零附卉无红外活性600 cn*14000ca-1木E17:14:12Kage页页

17:14:12 例 CO2分子红外光谱图与振动类型

三、红外吸收光谱产生的条件condition of Infrared absorption spectroscopy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)辐射与物质间有相互偶合作用作用力对称分子：没有偶极矩，辐偶极射不能引起共振，无红外活性。++电场如：N2、O2、Cl2 等。非对称分子：有偶极矩，红q-dHC1IH200TdH-C1外活性。HH十+qq一+q+q偶极子在交变电场中的作用示意图未百17:14:12aeA顶

17:14:12 三、红外吸收光谱产生的条件 condition of Infrared absorption spectroscopy 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)辐射与物质间有相互偶合作用。 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。 偶极子在交变电场中的作用示 意图

四、分子振动方程式1：振动能级与振动频率虎克定律COOOY121KH=V=mmo0ooooomm1+m22元u分子的振动能级（量子化）：E振=（V+1/2）hvV：化学键的振动频率;振动量子数。V:木E17:14:12ae页页

17:14:12 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。 １．振动能级与振动频率 四、分子振动方程式

任意两个相邻的能级间的能量差为：AE=hv=2元Lkk13072元CuU与键能和键长有关K化学键的力常数，u为双原子的折合质量μ=mm/ (m+m)发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的即取决于分子的结构特征。折合质量和键的力常数，未首17:14:12KarA页

17:14:12 任意两个相邻的能级间的能量差为：         k k c h k E h 1307 2 1 1 2 = = =  = = 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