内蒙古大学：《仪器分析化学》课程教学资源（PPT课件）第十八章 红外光谱分析 第一节 红外基本原理

第十八章 一、概述 红外吸收光谱 introduction 分析法 在 红外吸收光谱产生的 infrared absorption spec- condition of Infrared absorption spectroscopy troscopy,IR 第一节 经子中基团的基本振 红外光谱分析基本原理 basic vibration of the group in molecular principle of IR 四、红外吸收峰强度 intensity of infrared absorption bend 下一页

23:11:52 第十八章 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 introduction 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→红外光谱→官能团→分子结构 高 频率v 能量 低 近红外区 原子内电子氏迁 分子内电子氏迁 振动氏迁 转动氏迁原子核自转」 騷 中红外区 远红外区 无线 射 x射线 紫外 可见 红外 微波 电波 近 中 远 W IR R 电子能谱 紫外 可见 振动红外 核磁共振 200nm 400nm 800nm2.5W 151m 5m 短 波长1 长 光波谱区及能量跃迁相关图 23:11:52 页下

23:11:52 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

E V"=0 B E2 4 V=U 3 纯电子 2 跃迁 4 ”=0 6 42 纯转动 纯振动 氏迁 跃迁 W'=0 0 =0 双原子分子的三种能级跃迁示意图 谐振子(a)及非谐振子(b)的势能曲线 23:1152

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红外光谱与有机化合物结构 红外光谱图： 4000 300025002400 1500.13u0110010090e80M0 70650 100 纵坐标为吸收强度， 横坐标为波长入 um 和波数1/入 20 单位：cml 2.5 12 14 15 可以用峰数，峰位， 峰形，峰强来描述。 应用：有机化合物的结构解析。 定性：基团的特征吸收频率； 定量：特征峰的强度： 23.11:52

23:11:52 红外光谱图： 纵坐标为吸收强度， 横坐标为波长λ （ m ） 和波数1/λ 单位：cm-1 可以用峰数，峰位， 峰形，峰强来描述。 应用：有机化合物的结构解析。 定性：基团的特征吸收频率； 定量：特征峰的强度； 红外光谱与有机化合物结构

二、 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 作用力 射不能引起共振，无红外活性。 寓极 如：N2、O2、C12等。 电场 非对称分子：有偶极矩，红 H20 外活性。 CI H H q -q +a +q 偶极子在交变电场中的作用示 意图 动画 23:11:52

23:11:52 二、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 (动画)

分子振动方程式 双原子分子的简谐振动及其频率 化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧 虎克定律 1 =m1m2 000000000000 U二 2π 孤1十2 分子的振动能级（量子化）： E振=(+1/2)hy V:化学键的振动频率； y:振动量子数。 23.11:52

23:11:52 分子振动方程式 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。 双原子分子的简谐振动及其频率 化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧

任意两个相邻的能级间的能量差为： △E=hv= 1307 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业=m1m/(m+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。 23:11:52

23:11:52 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

表 某些键的伸缩力常数 (毫达因/埃) 键 分子 k 键 分子 k H一 F HF 9.7 H-C CH2-CH2 5.1 H-C1 1 4.8 H-C CH≡CH 5.9 H-Br Br 4.1 C-Cl CH:Cl 3.4 H- H 3.2 C-C 4.5w5.6 H-0 H20 7.8 C-C 9.5m9.9 H-S H2S 4.3 C=C 15w17 H-N NH3 6.5 C-0 12w13 H-C CHaX 4.7w5.0 C=0 16m18 键类型 C≡C C=C- ，—CC 力常数 15~17 9.5~9.9 4.55.6 峰位 4.5μm 6.0μm 7.0μm 化学键键强越强（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。 23.11:52

23:11:52 表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃） 键类型 —CC — > —C =C — > —C — C — 力常数 15  17 9.5  9.9 4.5  5.6 峰位 4.5m 6.0 m 7.0 m 化学键键强越强（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。 点=7倍=6m =1650cm1 正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652cm1 23:1152

23:11:52 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 1 1650 12 2 9 6 1307 1307 2 1 1 − = = = = = cm / .     k k c v

三、分子中基团的基本振动形式 basic vibration of the group in molecular 1.两类基本振动形式 伸缩振动 亚甲基： 对称伸缩振动 反对称伸缩振动 0s:2926cm10as:2853cm-1 (强吸收S) (动画 变形振动 摇摆（面外）扭曲 剪式（面内）摇摆 亚甲基 v:1306-1303cm1T:1250cm1δ：1468cm1p:720cm1 弱吸收W) 中等吸收M) 23:1152

23:11:52 三、分子中基团的基本振动形式 basic vibration of the group in molecular 1．两类基本振动形式 伸缩振动 亚甲基： 变形振动 亚甲基 (动画)