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1、第 四 章 红外吸收光谱法4-1 4-1 概述概述概述概述4-24-2 红外吸收光谱法红外吸收光谱法红外吸收光谱法红外吸收光谱法的的的的基本原理基本原理基本原理基本原理4-3 4-3 红外红外红外红外吸收光谱吸收光谱吸收光谱吸收光谱与与与与分子结构的关系分子结构的关系分子结构的关系分子结构的关系4-4 4-4 红外吸收光谱仪红外吸收光谱仪红外吸收光谱仪红外吸收光谱仪4-5 4-5 红外吸收光谱法的红外吸收光谱法的红外吸收光谱法的红外吸收光谱法的应用应用应用应用v掌握红外光谱的基本原理与应用。v熟悉几类化合物红外光谱的主要特征及光谱解析的一般步骤。v了解红外分光光度计的主要部件和制样方法。教学目
2、标第 一 节 概 述利用红外分光光度计测量物质对红外光的吸收所产生的红外吸收光谱对物质的组成和结构进行分析测定的方法，红外吸收光谱法红外吸收光谱又称为分子的振转光谱，在化学红外吸收光谱又称为分子的振转光谱，在化学红外吸收光谱又称为分子的振转光谱，在化学红外吸收光谱又称为分子的振转光谱，在化学领域主要领域主要领域主要领域主要用于用于用于用于l分子结构的研究分子结构的研究(键长、键角键长、键角)l化学组成的分析化学组成的分析(由谱峰位置、形状推断结构由谱峰位置、形状推断结构；特征；特征吸收吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量峰的强度来测定混合物中各组分的含量第 一 节 概 述分子中基团的振动和转
3、动能级跃迁产生：振分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱转光谱转光谱转光谱辐射辐射分子振动能级跃迁分子振动能级跃迁红外光谱红外光谱官能团官能团分子结构分子结构近红外近红外 0.78 2.5 m中红外中红外 2.5 50 m远红外远红外 50 1000 um 三个波长区三个波长区 注：注：2.5 15 m，应用最广泛，应用最广泛，分子指分子指纹区纹区第 一 节 概 述红外光谱的分区红外光谱的分区红外光谱的分区红外光谱的分区第 一 节 概 述虽然分子的转动能虽然分子的转动能虽然分子的转动能虽然分子的转动能级低于振动
4、能级，级低于振动能级，级低于振动能级，级低于振动能级，但两者相差不大，但两者相差不大，但两者相差不大，但两者相差不大，一般一般一般一般伴随出现伴随出现伴随出现伴随出现，所，所，所，所形成的吸收相互连形成的吸收相互连形成的吸收相互连形成的吸收相互连接形成谱带而不是接形成谱带而不是接形成谱带而不是接形成谱带而不是谱线。谱线。谱线。谱线。第 一 节 概 述红外光谱分析中一般以波数表示光的频率红外光谱分析中一般以波数表示光的频率红外光谱分析中一般以波数表示光的频率红外光谱分析中一般以波数表示光的频率第 一 节 概 述思考：思考：思考：思考：比较紫外线可见光谱与红外光谱的异同？比较紫外线可见光谱与红外光
5、谱的异同？比较紫外线可见光谱与红外光谱的异同？比较紫外线可见光谱与红外光谱的异同？（从产生的途径及过程，譜图形状）（从产生的途径及过程，譜图形状）（从产生的途径及过程，譜图形状）（从产生的途径及过程，譜图形状）解：解：相同点：相同点：1.都属于分子光谱。都属于分子光谱。2.都是由于分子中的能级跃迁产生的。都是由于分子中的能级跃迁产生的。3.利用这两种光谱都能进行定性，定利用这两种光谱都能进行定性，定 量和结构分析。量和结构分析。第 一 节 概 述红外分光光度计的应用红外分光光度计的应用猪皮猪皮银耳银耳燕窝燕窝燕窝的品质鉴别燕窝的品质鉴别第 一 节 概 述第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理（一
6、）红外吸收光谱的产生（1）分子振动时，必须伴随有瞬时）分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化偶极矩的变化（2）照射分子的红外辐射频率与分子某种）照射分子的红外辐射频率与分子某种振动频率相同振动频率相同 对称分子：没有偶极矩，对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外辐射不能引起共振，无红外活性。活性。如：如：N2、O2、Cl2 等。等。非非对对称称分分子子：有有偶偶极极矩矩，红外活性。红外活性。满足条件满足条件:偶极子在交变电场中的作用示意图偶极子在交变电场中的作用示意图第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理几个概念的解释：几个概念的解释：两两个相同原子形成的共价键，正电荷与负电荷中心重合，
7、键没有个相同原子形成的共价键，正电荷与负电荷中心重合，键没有极性，这种共价键称为极性，这种共价键称为非极性键非极性键。两两个不同原子形成共价键时，由于原子的电负性不同，正负电荷个不同原子形成共价键时，由于原子的电负性不同，正负电荷中心不重合，其中电负性较强的原子一端电子云密度较大，带有部中心不重合，其中电负性较强的原子一端电子云密度较大，带有部分负电荷，电负性较弱的原子一端带有部分正电荷，这种共价键称分负电荷，电负性较弱的原子一端带有部分正电荷，这种共价键称为为极性键极性键。对分子中的正负电荷来说，可以设想它们分别集中于一点，叫做正对分子中的正负电荷来说，可以设想它们分别集中于一点，叫做正电荷
8、中心和负电荷中心，或者说叫分子的极（正极和负极），极性电荷中心和负电荷中心，或者说叫分子的极（正极和负极），极性分子的偶极距等于正负电荷中心间的距离乘以正电荷中心（或负电分子的偶极距等于正负电荷中心间的距离乘以正电荷中心（或负电荷中心）上的电量。荷中心）上的电量。偶极矩是一个矢量，既有数量又有方向。偶极矩是一个矢量，既有数量又有方向。红外吸收光谱产生的原理红外吸收光谱产生的原理红外吸收光谱产生的原理红外吸收光谱产生的原理当红外光照射时，只有红外光的频率与分子的当红外光照射时，只有红外光的频率与分子的偶极矩偶极矩的的变化频率相匹配时，分子的振动才能与红外光变化频率相匹配时，分子的振动才能与红外光
9、发生偶合发生偶合而增而增加其振动能，使得振幅加大，即分子由原来加其振动能，使得振幅加大，即分子由原来的振动的振动基态跃迁基态跃迁到激发态到激发态。l l红外活性红外活性红外活性红外活性振动：振动：振动：振动：凡凡能产生红外吸收的振动，称为能产生红外吸收的振动，称为红外红外活性活性振动。振动。l l红外非活性红外非活性红外非活性红外非活性振动：振动：振动：振动：凡凡不能产生红外吸收的振动，不能产生红外吸收的振动，称为称为红外非活性振动。红外非活性振动。第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理（二）分子振动与红外吸收峰1.双原子分子的振动分子的振动能级（量子化）：分
10、子的振动能级（量子化）：E振振=（V+1/2）h V：振动量子数。振动量子数。：化学键的化学键的 振动频率；振动频率；第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理 任意两个相邻的能级间（任意两个相邻的能级间（V=1V=1，基频，基频）的能）的能量差为：量差为：k化学键的力常数，与键能和键长有关，化学键的力常数，与键能和键长有关，为双原子的为双原子的折合质量折合质量 =m1m2/（m1+m2）发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原键两端原子的折合质量子的折合质量和和键的力常数键的力常数，即取决于分子的结构特征。，即取决于分子的结构特征。第 二 节 红外吸收光谱法
11、的基本原理表表 某些键的伸缩力常数（某些键的伸缩力常数（10-2牛顿牛顿/埃）埃）键键类型类型 C C C=C C C 力常数力常数 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6 峰峰位位 4.5 m 6.0 m 7.0 m 化学键键强越强（即键的力常数化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量越大）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。越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理 解答解答:正己烯中正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1例题例题:由表中查知由表中查知C=C键的键的k
12、=9.5 9.9,令其为令其为9.6，估估算算C=C键的伸缩振动频率键的伸缩振动频率第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理2.多原子分子的振动 伸缩振动伸缩振动 伸缩振动伸缩振动指化学键两端的原于沿键轴方向作来回周期运指化学键两端的原于沿键轴方向作来回周期运动，它又可分为对称与非对称伸缩振动。动，它又可分为对称与非对称伸缩振动。变形变形（弯曲）振动（弯曲）振动 变形振动变形振动（也称弯曲振动）指使化学键的键角发生周期（也称弯曲振动）指使化学键的键角发生周期性变化的振动，它又包括剪式振动、平面摇摆、非平面摇摆性变化的振动，它又包括剪式振动、平面摇摆、非平面摇摆以及扭曲振动。以及扭曲振动。两两类基本
13、振动类基本振动形式：形式：简正振动：简正振动：分子分子质心质心保持不变，整体不转动，每个原子都在其平衡保持不变，整体不转动，每个原子都在其平衡位置附近做简谐振动，其振动频率都相等位置附近做简谐振动，其振动频率都相等第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理伸缩振动伸缩振动伸缩振动伸缩振动：原子沿价键原子沿价键原子沿价键原子沿价键方向的方向的方向的方向的来回运动、来回运动、来回运动、来回运动、键长改变键角不变；键长改变键角不变；键长改变键角不变；键长改变键角不变；l l对称伸缩振动对称伸缩振动对称伸缩振动对称伸缩振动 s sl l反对称伸缩振动反对称伸缩振动反对称伸缩振动反对称伸缩振动 asas变形振
14、动变形振动变形振动变形振动：基团键角改变基团键角改变基团键角改变基团键角改变而键长而键长而键长而键长不变不变不变不变l l面内摇摆振动：面内摇摆振动：面内摇摆振动：面内摇摆振动：剪式振动剪式振动s平面摇摆振动平面摇摆振动l l面外摇摆振动：面外摇摆振动：面外摇摆振动：面外摇摆振动：面外变形振动面外变形振动扭曲振动扭曲振动第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理3.峰数、峰位与峰强（1）峰数峰数 峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极矩变化时，峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极矩变化时，无红外吸收。无红外吸收。多原子中基团的振动形式极为复杂，振动形式的总数可如下多原子中基
15、团的振动形式极为复杂，振动形式的总数可如下计算计算第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理问题：问题：每种简谐振动都有特定的振动频率，理论上每种简谐振动都有特定的振动频率，理论上讲，红外光谱图中吸收峰的数目应等于简正振动数讲，红外光谱图中吸收峰的数目应等于简正振动数（也即振动自由度），（也即振动自由度），但是，实际光谱中吸收峰数但是，实际光谱中吸收峰数目远小于简正振动数目，为什么？目远小于简正振动数目，为什么？第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理（1）某些振动方式为非红外活性，不伴随偶极矩的变化（=0）例如：CO2的vs=1388cm-1，实际光谱中没有该吸收峰
16、。（2）振动方式频率相同，发生简并现象。例如：CO2的面内和面外弯曲，667cm-1（3）仪器分辨率不高，有的吸收峰不在仪器的检测范围内第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理倍频倍频峰峰l由基态跃迁到第二、第三等激发态时所产生的吸收峰；由基态跃迁到第二、第三等激发态时所产生的吸收峰；l它不是基频的整数倍，发生的几率也小微弱峰。它不是基频的整数倍，发生的几率也小微弱峰。组合组合频频峰峰l一种频率的红外光被两个振动吸收；一种频率的红外光被两个振动吸收；l倍频与组合频统称泛频。倍频与组合频统称泛频。第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理振动耦合振动耦合振动耦合振动耦合l l当两个基团相邻、且振动频率相近
17、，会发生振动耦合裂分，使吸当两个基团相邻、且振动频率相近，会发生振动耦合裂分，使吸当两个基团相邻、且振动频率相近，会发生振动耦合裂分，使吸当两个基团相邻、且振动频率相近，会发生振动耦合裂分，使吸收频率偏离基频，一个向高频移动、一个向低频移动。收频率偏离基频，一个向高频移动、一个向低频移动。收频率偏离基频，一个向高频移动、一个向低频移动。收频率偏离基频，一个向高频移动、一个向低频移动。l l如当两个甲基连接在一个碳原子上时，其基频如当两个甲基连接在一个碳原子上时，其基频如当两个甲基连接在一个碳原子上时，其基频如当两个甲基连接在一个碳原子上时，其基频1380138013801380会消失，而在会消
18、失，而在会消失，而在会消失，而在1385138513851385和和和和1375137513751375附近各出现一个吸收峰附近各出现一个吸收峰附近各出现一个吸收峰附近各出现一个吸收峰:第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理FermiFermi共振共振共振共振l l当倍频或组合频的吸收峰与某基频吸收峰相近时，会发生相互作用，当倍频或组合频的吸收峰与某基频吸收峰相近时，会发生相互作用，当倍频或组合频的吸收峰与某基频吸收峰相近时，会发生相互作用，当倍频或组合频的吸收峰与某基频吸收峰相近时，会发生相互作用，使原来很弱的倍频或组合频吸收峰增强。使原来很弱的倍频或组合频
19、吸收峰增强。使原来很弱的倍频或组合频吸收峰增强。使原来很弱的倍频或组合频吸收峰增强。l l如苯甲酰氯的如苯甲酰氯的如苯甲酰氯的如苯甲酰氯的C-ClC-ClC-ClC-Cl伸缩振动在伸缩振动在伸缩振动在伸缩振动在874874874874，其倍频在，其倍频在，其倍频在，其倍频在1730173017301730，正好在，正好在，正好在，正好在C C C CO O O O附附附附近，发生近，发生近，发生近，发生FermiFermiFermiFermi共振使倍频吸收增强。共振使倍频吸收增强。共振使倍频吸收增强。共振使倍频吸收增强。第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理（2）峰位峰位 化学键的力常数化学键的
20、力常数K越大，原子折合质量越小，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）；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）。反之，出现在低波数区（高波长区）。例例水分子水分子（非对称分子）（非对称分子）第 二 节 红外吸收光谱法的基本原理（3）峰强）峰强 瞬间偶极矩变化大，吸收峰强；键两端原子电瞬间偶极矩变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强负性相差越大（极性越大），吸收峰越强强度等级的划分强度等级的划分强度等级的划分强度等级的划分(为摩尔吸光系数）为摩尔吸光系数）为摩尔吸光系数）为摩尔吸光系
21、数）1002010010201 倍频吸收峰倍频吸收峰倍频吸收峰倍频吸收峰振动中偶极矩改变的大小振动中偶极矩改变的大小振动中偶极矩改变的大小振动中偶极矩改变的大小l l化学键两端原子的电负性差别越大，吸收峰越强；化学键两端原子的电负性差别越大，吸收峰越强；化学键两端原子的电负性差别越大，吸收峰越强；化学键两端原子的电负性差别越大，吸收峰越强；l l分子的对称性越差，吸收峰越强。分子的对称性越差，吸收峰越强。分子的对称性越差，吸收峰越强。分子的对称性越差，吸收峰越强。pC=O C=Cp(如反对称伸缩振动吸收峰比对称伸缩振动吸收峰强如反对称伸缩振动吸收峰比对称伸缩振动吸收峰强)其他外在因素其他外在因
22、素其他外在因素其他外在因素第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系（一）基团的特征吸收峰与相关峰 在在红外光谱中，某些化学基团虽然处于不同分子中，但它红外光谱中，某些化学基团虽然处于不同分子中，但它们的吸收频率总是出现在一个较窄的范围内，吸收强度较大，们的吸收频率总是出现在一个较窄的范围内，吸收强度较大，且频率不随分子构型变化而出现较大的改变。这类频率称为且频率不随分子构型变化而出现较大的改变。这类频率称为基基团频率团频率，其所在的位置一般又称为，其所在的位置一般又称为特征吸收峰特征吸收峰。例：例：2800 3000 cm-1 CH3 特征峰特征峰；1600 1850 cm-1 C=O 特征峰
23、特征峰；基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：CH2COCH2 1715 cm-1 酮酮CH2COO 1735 cm-1 酯酯CH2CONH 1680 cm-1 酰胺酰胺第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系多数情况下，一个官能团有数种振动形式，因而有若干个相多数情况下，一个官能团有数种振动形式，因而有若干个相互依存而又相互佐证的吸收谱带，称为互依存而又相互佐证的吸收谱带，称为相关吸收峰相关吸收峰。第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系（二）红外光谱的分区红外光谱的整个范围可分成红外光谱的整个范围可分成40001300cm-1(官能团区官能团区
24、)与与1300600cm-1(指纹区指纹区)两个区域。两个区域。第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系1.1 X-H1.1 X-H伸缩振动区（氢键区）：伸缩振动区（氢键区）：伸缩振动区（氢键区）：伸缩振动区（氢键区）：4000-2500 cm4000-2500 cm-1-11.1.官能团官能团官能团官能团区区区区第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系1.1.2 2 叁键（叁键（叁键（叁键（C C C C）伸缩振动区（伸缩振动区（伸缩振动区（伸缩振动区（2500 2500 202000 00 cmcm-1-1）在
25、该区域出现的峰较少；在该区域出现的峰较少；（1）RC CH （2100 2140 cm-1）RC CR （2190 2260 cm-1）R=R 时，无红外活性时，无红外活性（2）C N 非共轭非共轭 2240 2260 cm-1 共轭共轭 2220 2230 cm-1 仅含仅含C、H、N时：峰较强、尖锐；时：峰较强、尖锐；有有O原子存在时；原子存在时；O越靠近越靠近C N，峰越弱；峰越弱；化合物吸收峰位置RN=C=NR21552130R=N=N=N21202160C=C=C1950C=C=O2150C=N=N2100O=C=O2349RN=C=O22752250（3）Z=X=Y第 三 节 红外
26、吸收光谱与分子结构的关系1.1.3 3 双键伸缩振动区（双键伸缩振动区（双键伸缩振动区（双键伸缩振动区（202000 00 1 15 50000 cmcm-1-1）（1）RC=CR 1620 1680 cm-1 强度弱，强度弱，R=R（对称对称）时，时，无红外活性。无红外活性。（2）单核芳香烃单核芳香烃骨架（一苯环）骨架（一苯环）1650-1430cm-1附近附近有有2-4个峰，可用来鉴别有无苯环。个峰，可用来鉴别有无苯环。第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系（3）苯）苯衍生物在衍生物在 1650 2000 cm-1出现出现 C-H和和C=C键键的面内变形振动的泛频吸收（强度弱），可用来判
27、断的面内变形振动的泛频吸收（强度弱），可用来判断取代基位置。取代基位置。20001600第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系（4）C=O（1900 1650 cm-1 ）：）：碳碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。含含C=O基的化合物有酮类、醛类、酸类、酯类、酸酐基的化合物有酮类、醛类、酸类、酯类、酸酐等等l 酸酐的酸酐的C=O双吸收峰：双吸收峰：18201750 cm-1，两个羰基振动偶合裂分；两个羰基振动偶合裂分；l羧酸的羧酸的C=O 17001725 cm-1 第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系l酯酯类类 1725-1750 cm-1l醛醛类类 17
28、20-1740 cm-1C-H：2820cm-1和和2720cm-1l酮酮类类 比醛低比醛低10-15 cm-1第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系1.41.4 X-HX-H的弯曲振动（的弯曲振动（的弯曲振动（的弯曲振动（151500 00 1 13 30000 cmcm-1-1）第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系2.2.指纹区：指纹区：指纹区：指纹区：1300600cm-12.1 2.1 单键单键单键单键缩振动区缩振动区缩振动区缩振动区CCCC、CNCN、COCO（131300 00 9 90000 cmcm-1-1）第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系2.2 2.2 芳烃芳烃
29、、烯烃弯曲振动区、烯烃弯曲振动区=CH（900900 65650 0 cmcm-1-1）第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系500100015002000250030003500C-H，N-H，O-HN-HC NC=NS-H P-HN-O N-NC-FC-XO-HO-H（氢键）氢键）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HC CC=C常见基团的红外吸收带常见基团的红外吸收带第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系（三）影响基团频率的因素1.1.内部因素内部因素内部因素内部因素1.1 1.1 诱导效应（诱导效应（诱导效应（诱导效应（I I效应）效应）效应）效应）由于取代基具有不同的由于取代
30、基具有不同的电负性电负性，通过静电诱导效应，将引起，通过静电诱导效应，将引起分子中电子分布的变化，从而改变键的力常数，使键或基团分子中电子分布的变化，从而改变键的力常数，使键或基团的特征频率发生位移的特征频率发生位移。化合物化合物CF3COOCH3CCl3COOCH3CHCl2CPOCH3CH2ClCOOCH3CHBr2COOCH3CO17801768175517481740吸电子基团吸电子基团使吸收峰向使吸收峰向高频方向高频方向移动移动v vC=0C=0C=0C=0=1715cm=1715cm=1715cm=1715cm-1-1-1-1v vC=0C=0C=0C=0=1800cm=1800c
31、m=1800cm=1800cm-1-1-1-1v vC=0C=0C=0C=0=1920cm=1920cm=1920cm=1920cm-1-1-1-1v vC=0C=0C=0C=0 =1928cm=1928cm=1928cm=1928cm-1-1-1-1v vC=0C=0C=0C=0=1730cm=1730cm=1730cm=1730cm-1-1-1-1化合物化合物电负性电负性X XX X+Y+YY Y4.474.475.415.415.595.595.735.736.926.927.907.90v v v vC=0C=0C=0C=0/cmcmcmcm-1-1-1-117521752179417
32、9418031803182018201868186819281928第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系1.2 1.2 中介效应（中介效应（中介效应（中介效应（MM效应）效应）效应）效应）由于由于O、N、S等原子上的等原子上的孤对电子孤对电子与双键与双键电子重叠，使它电子重叠，使它们的电子云密度平均化，造成们的电子云密度平均化，造成CO键的力常数下降、吸收键的力常数下降、吸收频率频率向低波数移动向低波数移动；p-共轭，氮孤对电子与共轭，氮孤对电子与C=O上上电子重叠，电子重叠，电子云密度电子云密度平均化，平均化，键力常数下降，向低波数移动。键力常数下
33、降，向低波数移动。第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系若诱导效应若诱导效应(I)和中介效应和中介效应(M)同时存在，吸收频率的越大要同时存在，吸收频率的越大要根据两种作用的总结果来决定：根据两种作用的总结果来决定：I M 向高波数方向移动；向高波数方向移动；I MI MI M M效应效应效应效应v vC=0C=0C=0C=0=1680cm=1680cm=1680cm=1680cm-1-1-1-1v vC=0C=0C=0C=0=1715cm=1715cm=1715cm=1715cm-1-1-1-1v vC=0C=0C=0C=0=1690cm=1690cm=1690cm=1690cm-1-1-
34、1-1v vC=0C=0C=0C=0=1680cm=1680cm=1680cm=1680cm-1-1-1-1MM效应效应效应效应 I I效应效应效应效应v vC=0C=0C=0C=0=1730cm=1730cm=1730cm=1730cm-1-1-1-1v vC=0C=0C=0C=0=1735cm=1735cm=1735cm=1735cm-1-1-1-1v vC=0C=0C=0C=0=1715cm=1715cm=1715cm=1715cm-1-1-1-1I I效应解释不了效应解释不了效应解释不了效应解释不了第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系1.3 1.3 共轭共轭共轭共轭效应效应效应效应
35、（C C效应）效应）效应）效应）共轭效应将使单键共轭效应将使单键缩短、双键伸长；缩短、双键伸长；双键的吸收频率双键的吸收频率向向低波数低波数方向移动。方向移动。v vC=0C=0C=0C=0=16701660cm=16701660cm=16701660cm=16701660cm-1-1-1-1v vC=0C=0C=0C=0=17001680cm=17001680cm=17001680cm=17001680cm-1-1-1-1v vC=0C=0C=0C=0=16701660cm=16701660cm=16701660cm=16701660cm-1-1-1-1v vC=0C=0C=0C=0=168
36、51665cm=16851665cm=16851665cm=16851665cm-1-1-1-1v vC=0C=0C=0C=0=1715cm=1715cm=1715cm=1715cm-1-1-1-1v vC=0C=0C=0C=0=17251705cm=17251705cm=17251705cm=17251705cm-1-1-1-1第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系1.4 1.4 空间效应（空间效应（空间效应（空间效应（C C效应）效应）效应）效应）环张力效应：环内角减小，环外双键键长变短，环张力效应：环内角减小，环外双键键长变短，向向高波数移动高波
37、数移动166316801700空间位阻效应：使共轭受到限制，向空间位阻效应：使共轭受到限制，向高波数移动高波数移动。166316801700第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系1.5 1.5 氢键的影响氢键的影响氢键的影响氢键的影响使使XH的伸缩振动往的伸缩振动往低波数移动低波数移动、吸收强度增大吸收强度增大、谱带变宽，、谱带变宽，CO也也向低波数移动向低波数移动：COOHOH气态液、固态低浓度高浓度1760171036403515(二聚体)3350(多聚体)分子内氢键与分子间分子内氢键与分子间氢键：氢键：前者与浓度无关、后者与浓度有关。前者与浓度无关、后者与浓度有关。第 三 节 红外吸收
38、光谱与分子结构的关系2.2.外部因素外部因素外部因素外部因素第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系（四）常见化合物的特征基团频率1烷烃烷烃（CH3，CH2，CH）(CC,CH)-（CH2）n-n-n nasas14601460 cm cm-1-1 s s13801380 cmcm-1-1CH3 CH2 s s14651465 cm cm-1-1CH2 r r 720 cm720 cm-1-1（水平摇摆）水平摇摆）重重叠叠CH2 对称伸缩对称伸缩2853cmcm-1-11010CH3 对称伸缩对称伸缩2872cmcm-1-11010 CH2不对称伸缩不对称伸缩2926cmcm-1-11010
39、CH3不对称伸缩不对称伸缩2962cmcm-1-11010 3000cmcm-1 1 第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系HC1385-1380cm-11372-1368cm-1CH3CH3CH3 s s C CC C骨架振动骨架振动 1:11:111551155cmcm-1-111701170cmcm-1-1CCH3CH31391-1381cm-11368-1366cm-14:5 4:5 1195 1195 cmcm-1-1 CCH3CH3CH31405-1385cm-11372-1365cm-11:21:21250 1250 cmcm-1-1由于由于支链的引入，使支链的引入，使CH3的
40、对称变形振动发生变化的对称变形振动发生变化。CC骨架振动明显骨架振动明显第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系CH2面外变形振动面外变形振动(CH2)n n，证明长碳链的存在。证明长碳链的存在。n=1 770785 cmcm-1-1 （中中）n=2 740 750 cmcm-1-1（中中）n=3 730 740 cmcm-1-1 （中中）n n 722 cmcm-1-1 （中强中强）CH2和和CH3的相对含量也可以由的相对含量也可以由1460 cmcm-1-1和和1380 1380 cmcm-1-1的的峰强度估算峰强度估算cmcm-1-115001400 1300正二十八正二十八烷烷cmcm
41、-1-1150014001300正十二正十二烷烷cmcm-1-11500 1400 1300正庚烷正庚烷第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系2烯烃烯烃C-H 伸缩振动伸缩振动(3000 cm-1)3080-3030 cmcm-1-1 2900-2800 cmcm-1-1 3000 cmcm-1-1 3080 cm-1 3030 cm-1 3080 cm-1 3030 cm-1 3300 cm-1（C-H）第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系特征：特征：脂肪族双键出现在脂肪族双键出现在II区和区和VI区区16801600 cm-1，吸收峰吸收峰强度与强度与分子分子对称性有关；对称性有关；
42、C-H变形振动变形振动(1000650 cm-1)，在指纹区，但强度大特征性强，在指纹区，但强度大特征性强C-H伸缩振动：伸缩振动：31003000 cm-1第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系3.炔烃炔烃第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系4.芳香族芳香族芳香族芳香族在在II区区31003000的吸收较弱；的吸收较弱；VI区的区的1600、1580、1500、1450四个苯环骨架振动吸收带四个苯环骨架振动吸收带。900650：C-H强吸收强吸收20001600：C-H倍频倍频第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系第 三 节 红外吸收光谱与分子
43、结构的关系5.羰基化合物羰基化合物第 三 节 红外吸收光谱与分子结构的关系6.醇、酚、醚、胺醇、酚、醚、胺第 四 节 红外吸收光谱仪（一）红外光谱仪的结构IR与与UV-VIS仪器比较仪器比较第 四 节 红外吸收光谱仪1.色散色散型红外吸收光谱仪的基本组成型红外吸收光谱仪的基本组成光源光源光源光源单色器单色器单色器单色器吸收池吸收池吸收池吸收池样品样品样品样品检检检检测测测测器器器器数据处理和数据处理和数据处理和数据处理和仪器控制仪器控制仪器控制仪器控制参比参比参比参比切光器（斩波器）切光器（斩波器）切光器（斩波器）切光器（斩波器）检测器检测器检测器检测器光源光源光源光源单色器单色器单色器单色器
44、吸收池吸收池吸收池吸收池数据处理数据处理数据处理数据处理仪器控制仪器控制仪器控制仪器控制组成组成组成组成结构框图结构框图结构框图结构框图 硅碳棒硅碳棒硅碳棒硅碳棒第 四 节 红外吸收光谱仪第 四 节 红外吸收光谱仪1.11.1 光源光源光源光源 (1)(1)硅碳棒硅碳棒硅碳棒硅碳棒(Globar)(Globar)硅碳棒是由硅碳棒是由硅碳棒是由硅碳棒是由SiCSiC加压在加压在加压在加压在200020000 0KK烧结而成烧结而成烧结而成烧结而成供电电流供电电流供电电流供电电流：45A;45A;工作温度工作温度工作温度工作温度：12001500120015000 0C;C;使用寿命使用寿命使用寿
45、命使用寿命：1000h.1000h.3 3 30mm30mm、3.64.6 发光体发光体发光体发光体7 7 27mm27mm (2)(2)能斯特灯能斯特灯能斯特灯能斯特灯(Nernst Lamp)(Nernst Lamp)主要成分主要成分主要成分主要成分：氧化锆：氧化锆：氧化锆：氧化锆(75%)(75%)、氧化钇、氧化钍、氧化钇、氧化钍、氧化钇、氧化钍、氧化钇、氧化钍等等等等供电供电供电供电电流电流电流电流：0.51.2A;0.51.2A;工作温度工作温度工作温度工作温度：13001700130017000 0C;C;使用寿命使用寿命使用寿命使用寿命：2000h.2000h.1 12 2 25
46、mm25mm电阻的温度系数为负值：电阻的温度系数为负值：电阻的温度系数为负值：电阻的温度系数为负值：室温下：室温下：室温下：室温下：非导体非导体非导体非导体;500 5000 0C C：半导体半导体半导体半导体;700 7000 0C C：导体导体导体导体;需要预热需要预热需要预热需要预热 700 7000 0C.C.+-+-不要预热不要预热不要预热不要预热能斯特灯能斯特灯能斯特灯能斯特灯是由稀土金属氧化物烧结的空心棒或实是由稀土金属氧化物烧结的空心棒或实是由稀土金属氧化物烧结的空心棒或实是由稀土金属氧化物烧结的空心棒或实心棒。心棒。心棒。心棒。1.2单色器单色器 1.3样品池样品池中中中中红
47、外光谱区的透光材料红外光谱区的透光材料红外光谱区的透光材料红外光谱区的透光材料 2.525 2.525 m,4000400 cm-1第 四 节 红外吸收光谱仪材料材料名称名称化学化学组成组成氯化钠氯化钠NaCl溴化钾溴化钾KBr碘化铯碘化铯CsIKRS-5 TlBr+TlI氯化银氯化银AgCl氟化钙氟化钙CaF2氟化钡氟化钡BaF2透光范围透光范围cm-1m5000625216500040022550001652615000250240500043522350001110295000830212水中溶解度水中溶解度(g/100ml)35.7(0 0C)53.5(0 0C)44.0(0 0C)0
48、.02(20 0C)不溶不溶0.0016(20 0C)0.17(20 0C)折射率折射率1.541.561.792.372.01.431.461.4 检测器检测器 第 四 节 红外吸收光谱仪红外吸收光谱仪的检测器主要有：红外吸收光谱仪的检测器主要有：红外吸收光谱仪的检测器主要有：红外吸收光谱仪的检测器主要有：用两种不同温差电动势的金属制成热容用两种不同温差电动势的金属制成热容量很小的结点，装在涂黑的接收面上量很小的结点，装在涂黑的接收面上(0.20.42mm)；接受面吸收红外辐射后引起结点的温度上接受面吸收红外辐射后引起结点的温度上升，温差电动势同温度的上升成正比，对电动升，温差电动势同温度的
49、上升成正比，对电动势的测量就相当于对辐射强度的测量；势的测量就相当于对辐射强度的测量；为了提高灵敏度，热电偶密封在酚为了提高灵敏度，热电偶密封在酚10-5mm Hg的真空容器内；的真空容器内；热电偶的时间常数大，热电偶的时间常数大，0.05sec，不适合于快速扫描的过程。，不适合于快速扫描的过程。+-热辐射热辐射第 四 节 红外吸收光谱仪2 2.傅里叶变换傅里叶变换傅里叶变换傅里叶变换红外吸收光谱仪的基本组成红外吸收光谱仪的基本组成红外吸收光谱仪的基本组成红外吸收光谱仪的基本组成分分分分束束束束器器器器检测器检测器检测器检测器迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪迈克尔逊干涉仪吸收池吸收池
50、吸收池吸收池数据处理数据处理数据处理数据处理仪器控制仪器控制仪器控制仪器控制光源光源光源光源傅里叶变换傅里叶变换傅里叶变换傅里叶变换干涉图干涉图干涉图干涉图红外吸收光谱图红外吸收光谱图红外吸收光谱图红外吸收光谱图组成组成组成组成结构框图及工作原理结构框图及工作原理结构框图及工作原理结构框图及工作原理 第 四 节 红外吸收光谱仪傅里叶变换傅里叶变换傅里叶变换傅里叶变换什么是频域什么是频域什么是频域什么是频域第 四 节 红外吸收光谱仪时域时域频域频域你眼中看似落叶纷飞变化无常的世界，实际只是躺在你眼中看似落叶纷飞变化无常的世界，实际只是躺在上帝怀中一份早已谱好的乐章。上帝怀中一份早已谱好的乐章。第