石河子大学：《仪器分析》课程教学课件（民族班）第4章 红外吸收光谱法（Infrared Absorption Spectroscopy,IR）

第4章红外吸收光谱法 (Infrared Absorption Spectroscopy,IR 4.1概述 4.2基本原理 1.产生红外吸收的条件 2.分子振动（双原子、多原子） 3.吸收谱带强度 4.基团频率 5.影响基团频率的因素 4.3红外光谱仪 4.4试样的处理和制备 4.5红外光谱的应用简介 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

1. 产生红外吸收的条件 2. 分子振动(双原子、多原子) 3. 吸收谱带强度 4. 基团频率 5. 影响基团频率的因素 4.1 概述 4.3 红外光谱仪 4.2 基本原理 4.5 红外光谱的应用简介 4.4 试样的处理和制备 第4章 红外吸收光谱法 (Infrared Absorption Spectroscopy,IR ) Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

4.1概述 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，产生振 动或转动运动引起偶极矩的净变化，从而 分子振动和转动能级从基态到激发态的跃 迁。 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

 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，产生振 动或转动运动引起偶极矩的净变化，从而 分子振动和转动能级从基态到激发态的跃 迁。 4.1 概述 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

红外光谱区域的划分 区域 波长(um) 波数v(cm-1) 能级跃迁类型 OH、NH、CH及SH倍 近红外 0.782.5 1358~4000 频吸收☒ 分子振动-转动 中红外 2.5~25 4000-400 (基本振动区) 远红外 25~1000 400~10 纯转动 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

一 、 红外光谱区域的划分 远红外 25~1000 400~10 纯转动 分子振动-转动 （基本振动区） 中红外 2.5~25 4000~400 OH、NH、CH及SH倍 频吸收区 近红外 0.78~2.5 1358~4000 区域 波长(m) 波数 (cm-1 ) 能级跃迁类型 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

四红外线（红外辐射，infrared ray) 0.78≈1000um 中红外 远红外 X-射 微波 无线 Y~射线 可 外 电波 线 见 红 外 电子自旋 核磁 共振 共振 原子 内层 核转 电 外层电子跃迁 分子振动 分子转动 电磁转动 动 跃迁 2.5-25um 口中红外吸收光谱 4000400cm (mid-infrared absorption spectrum,Mid-IR) Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

外层电子跃迁 分子振动 分子转动 电磁转动 内层 电子 跃迁 原子 核转 动 核磁 共振 电子自旋 红 外 共振 无线 电波 微波 可 见 紫外 X-射 线 -射线 红外线(红外辐射, infrared ray) 0.781000 m 近 红 外 中红外 远红外 2.525 m (4000400cm-1 ) 中红外吸收光谱 (mid-infrared absorption spectrum,Mid-IR) Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

红外吸收光谱表示 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。 00030002500 2000 16001.30011001000900 700650 100 60 40 8 2.5 10 11121314 15 16 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

红外吸收光谱表示 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。 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

4000300025002000 15001300【101100900400 70650 100 2 2.5 10 11 12 13 14 15 红外光谱图： 纵坐标为吸收强度。(T%) 横坐标为波长)（μm)或波数o、1/入 (cm-1) 可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。 波长λ与波数之间的关系为： 波数o(cm1)=104/入(m) Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

红外光谱图： 纵坐标为吸收强度。（T%） 横坐标为波长（m ）或波数σ、 1/λ （cm-1） 可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。 波长与波数之间的关系为： 波数σ（ cm-1）=104 /  （ µm ） Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

二红外吸收光谱的特点及用途 ■红外光谱是分子的振转光谱； 主要用于鉴别有机化合物的官能团，是有机 化合物结构分析中的四大谱学之一； ■物质对红外辐射的吸收强度与物质含量的关 系符合Lambert-.Beer定律，据此可进行定量分 析，多用于异构体的相对含量测定。 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

二.红外吸收光谱的特点及用途 红外光谱是分子的振-转光谱； 主要用于鉴别有机化合物的官能团，是有机 化合物结构分析中的四大谱学之一； 物质对红外辐射的吸收强度与物质含量的关 系符合Lambert-Beer定律，据此可进行定量分 析，多用于异构体的相对含量测定。 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

红外光谱特点总结： 1)红外吸收只有振-转跃迁，能量低； 2)应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有 机物均有红外吸收； 3)分子结构更为精细的表征：通过R谱的波数位置、波峰 数目及强度确定分子基团、分子结构； 4)定量分析； 5)固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品； 6)分析速度快。 7)与色谱等联用(GC-FTIR)具有强大的定性功能。 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

红外光谱特点总结： 1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低； 2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有 机物均有红外吸收； 3）分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、波峰 数目及强度确定分子基团、分子结构； 4）定量分析； 5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品； 6）分析速度快。 7）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

4.2红外吸收基本原理 4.2.1、产生红外吸收的条件 分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件： 条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。 根据量子力学原理，分子振动能量E,是量子化的，即 Ev=(V+1/2)hv V为分子振动频率，V为振动量子数，其值取0,1,2，. 分子中不同振动能级差为 EF△hv 也就是说，只有当E=E或者v,=△V时，才可能发生振 转跃迁。例如当分子从基态(=0)跃迁到第一激发态 (W=1),此时V=l,即y,=v Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

4.2 红外吸收基本原理 4.2.1、 产生红外吸收的条件 分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件： 条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。 根据量子力学原理，分子振动能量Ev是量子化的，即 EV =（V+1/2）h 为分子振动频率，V为振动量子数，其值取 0，1，2，. 分子中不同振动能级差为 EV= Vh 也就是说，只有当EV=Ea或者a= V时，才可能发生振 转跃迁。例如当分子从基态（V=0）跃迁到第一激发态 （V=1），此时V=1，即a=  Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)

条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用 电场 不耦合 无偶极矩变化 无红外吸收 磁场 红外吸收 交变磁场 分子固有振动 偶极矩变化 Va (能级跃迁) Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer(http://www.novapdf.com)

条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用 磁场 电场 交变磁场  分子固有振动 a 偶极矩变化 （能级跃迁） 耦合 不耦合 红外吸收 无偶极矩变化 无红外吸收 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com)