塔里木大学：《现代仪器分析 Modern Instrumental Analysis》课程教学资源（PPT课件讲稿）第六章 红外吸收光谱（Infrared absorption spectroscopy, IR）

第六章红外吸收光谱 (工R) Au 2025 01 03 6 10 400t 3200 2400 1800 l400 1000 00400

\ 第六章 红外吸收光谱 (IR)

Modern 红外吸收光谱分析(R) Instrumental Analysis 概述 红外吸收光谱( Infrared absorption spectroscopy,IR)又称 为分子振动一转动光谱。当样品受到频率连续变化的红外 光照射时,分子吸收了某些频率的辐射,并由其振动或转 动运动引起偶极矩的净变化,产生分子振动和转动能级从 基态到激发态的跃迁,使相应于这些吸收区域的透射光强 度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系的曲 线,就得到红外光谱。 03 06 10L 4000 3200 2400 400 1000 600400 a/cm-t 图6-1化学式为CH10(的未知化合物的红外光谱图 Tarim University 2009

Modern Instrumental Analysis @ Tarim University 2009 红外吸收光谱分析（IR） 概述 红外吸收光谱（Infrared absorption spectroscopy, IR）又称 为分子振动—转动光谱。当样品受到频率连续变化的红外 光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转 动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从 基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强 度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系的曲 线，就得到红外光谱

Modern Instrumental Analysis 红外光谱在化学领域中的应用 红外光谱在化学领域中的应用大体上可分为两个方面: 是用于分子结构的基础研究,应用红外光谱可以测定分子的 键长、键角,以此推断出分子的立体构型;根据所得的力 数可以知道化学键的强弱;由简正频率来计算热力学函数 二是用于化学组成的分析,红外光谱最广泛的应用在于对物质 的化学组成进行分析,用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰 的位置和形状来推断未知物结构,依照特征吸收峰的强度来 测定混合物中各组分的含量,它已成为现代结构化学、分析 化学最常用和不可缺少的工具。 Tarim University 2009

Modern Instrumental Analysis @ Tarim University 2009 红外光谱在化学领域中的应用大体上可分为两个方面： 一是用于分子结构的基础研究，应用红外光谱可以测定分子的 键长、键角，以此推断出分子的立体构型；根据所得的力常 数可以知道化学键的强弱；由简正频率来计算热力学函数。 二是用于化学组成的分析，红外光谱最广泛的应用在于对物质 的化学组成进行分析，用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰 的位置和形状来推断未知物结构，依照特征吸收峰的强度来 测定混合物中各组分的含量，它已成为现代结构化学、分析 化学最常用和不可缺少的工具。 红外光谱在化学领域中的应用

Modern Instrumental Analysis 红外光区的划分 习惯上按红外线波长,将红外光谱分成三个区域: 近红外区:078~2.5μm(12820~4000cm1),主要用于研究 分子中的OH、NH、CH键的振动倍频与组频。 中红外区:25~25um(4000~400cm1),主要用于研究大部 分有机化合物的振动基频。 远红外区:25~300um(400~3cm1),主要用于研究分子的 转动光谱及重原子成键的振动。 其中,中红外区(25~25μm即4000~400cm1)是研究和应用 最多的区域,通常说的红外光谱就是指中红外区的红外吸收 光谱。红外光谱除用波长λ表征横坐标外,更常用波数 ( wave number)表征。纵坐标为百分透射比T%。 Tarim University 2009

Modern Instrumental Analysis @ Tarim University 2009 红外光区的划分 习惯上按红外线波长，将红外光谱分成三个区域： 近红外区：0.78～2.5μm（12 820～4 000cm-1），主要用于研究 分子中的O—H、N—H、C—H键的振动倍频与组频。 中红外区：2.5～25μm（4 000～400cm-1），主要用于研究大部 分有机化合物的振动基频。 远红外区：25～300μm（400～33cm-1），主要用于研究分子的 转动光谱及重原子成键的振动。 其中，中红外区（2.5～25μm即4 000～400cm-1）是研究和应用 最多的区域，通常说的红外光谱就是指中红外区的红外吸收 光谱。红外光谱除用波长λ表征横坐标外，更常用波数 （wave number）表征。纵坐标为百分透射比T %

M红外光谱法的特点 Instrumental Analysis (1)特征性高。就像人的指纹一样,每一种化合物都 有自己的特征红外光谱,所以把红外光谱分析形象的 称为物质分子的“指纹”分析 (2)应用范围广。从气体、液体到固体,从无机化合 物到有机化合物,从高分子到低分子都可用红外光谱 法进行分析。 (3)用样量少,分析速度快,不破坏样品 Tarim University 2009

Modern Instrumental Analysis @ Tarim University 2009 红外光谱法的特点 （1）特征性高。就像人的指纹一样，每一种化合物都 有自己的特征红外光谱，所以把红外光谱分析形象的 称为物质分子的“指纹”分析。 （2）应用范围广。从气体、液体到固体，从无机化合 物到有机化合物，从高分子到低分子都可用红外光谱 法进行分析。 （3）用样量少，分析速度快，不破坏样品

Modern Instrumental Analysis 红外吸收光谱基本原理 1产生红外吸收的条件 红外光谱是由于分子振动能级(同时伴随转动能级) 跃迁而产生的,物质吸收红外辐射应满足两个条件: (1)辐射光具有的能量与发生振动跃迁时所需的能 量相等; (2)辐射与物质之间有偶合作用。 Tarim University 2009

Modern Instrumental Analysis @ Tarim University 2009 红外吸收光谱基本原理 1 产生红外吸收的条件 红外光谱是由于分子振动能级（同时伴随转动能级） 跃迁而产生的，物质吸收红外辐射应满足两个条件： （1）辐射光具有的能量与发生振动跃迁时所需的能 量相等； （2）辐射与物质之间有偶合作用

Modern Instrumental Analysis 分子振动简介 (1)双原子分子振动 A 缩 k 2丌 Tarim University 2009

Modern Instrumental Analysis @ Tarim University 2009 分子振动简介 (1) 双原子分子振动 谐振子振动示意图 p m k 2 c 1 = δ

Modern Instrumental Analysis 任何分子的原子总是在围绕它们的平衡位置附近作 微小的振动,这些振动的振幅很小,而振动的频率却很 高(v=1013~1014Hz),正好和红外光的振动频率在同 数量级。分子发生振动能级跃迁时需要吸收一定的能 量,这种能量通常可由照射体系的红外线供给。由于振 动能级是量子化的,因此分子振动将只能吸收一定的能 量,吸收能量后,从而使振动的振幅加大。这种吸收的 能量将取决于键力常数(k)与两端连接的原子的质量, 即取决于分子内部的特征。这就是红外光谱可以测定化 合物结构的理论依据 Tarim University 2009

Modern Instrumental Analysis @ Tarim University 2009 任何分子的原子总是在围绕它们的平衡位置附近作 微小的振动，这些振动的振幅很小，而振动的频率却很 高（v = 1013～1014Hz），正好和红外光的振动频率在同 一数量级。分子发生振动能级跃迁时需要吸收一定的能 量，这种能量通常可由照射体系的红外线供给。由于振 动能级是量子化的，因此分子振动将只能吸收一定的能 量，吸收能量后，从而使振动的振幅加大。这种吸收的 能量将取决于键力常数（k）与两端连接的原子的质量， 即取决于分子内部的特征。这就是红外光谱可以测定化 合物结构的理论依据

Modern Instrumental Analysis 多原子分子的振动 多原子分子由于组成原子数目增多,组成分子的键 或基团和空间结构的不同,其振动光谱比双原子分子要 复杂的多。但是可以把它们的振动分解成许多简单的基 本振动,即简正振动 a简正振动 简正振动的状态是,分子的质心保持不变,整体不 转动,每个原子都在其平衡位置附近做简谐振动,其振 动频率和位相都相同,即每个原子都在同一瞬间通过其 平衡位置,而且同时达到其最大位移值。分子中任何 个复杂振动都可以看成这些简正振动的线性组合 Tarim University 2009

Modern Instrumental Analysis @ Tarim University 2009 多原子分子的振动 多原子分子由于组成原子数目增多，组成分子的键 或基团和空间结构的不同，其振动光谱比双原子分子要 复杂的多。但是可以把它们的振动分解成许多简单的基 本振动，即简正振动。 a 简正振动 简正振动的状态是，分子的质心保持不变，整体不 转动，每个原子都在其平衡位置附近做简谐振动，其振 动频率和位相都相同，即每个原子都在同一瞬间通过其 平衡位置，而且同时达到其最大位移值。分子中任何一 个复杂振动都可以看成这些简正振动的线性组合

Modern Instrumental Analysis b振动的基本形式 分子振动一般分为伸缩振动和弯曲振动两大类 伸缩振动:原子沿键轴方向伸缩,键长发生变化而 键角不变的振动称为伸缩振动。用符号ν表示。它 又分为对称(v)和不对称(ν)伸缩振动。对同 基团来说,不对称伸缩振动的频率要稍高于对 称伸缩振动 对称 非对称 亚甲基的伸缩振动 Tarim University 2009

Modern Instrumental Analysis @ Tarim University 2009 b 振动的基本形式 分子振动一般分为伸缩振动和弯曲振动两大类。 伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而 键角不变的振动称为伸缩振动。用符号v表示。它 又分为对称（vs）和不对称（vas）伸缩振动。对同 一基团来说，不对称伸缩振动的频率要稍高于对 称伸缩振动。 亚甲基的伸缩振动