教学目标
熟悉红外光谱的基本原理与应用。
了解红外分光光度计的主要部件和制样方法。
了解几类化合物红外光谱的主要特征及光谱解析的一般步骤。
红外吸收光谱法
(infrared spectrum,IR)
用具有红外连续光谱的光源照射样品，
样品分子将吸收一定频率红外辐射，实现分子的振动能级和转动能级的跃迁，
从而形成红外吸收光谱。根据红外吸收光谱中吸收峰的位置、强度和形状可进行有机物的结构鉴定及定量测定。
红外光谱区划区域 波长?（?m ） 波数?（ cm-1） 能级跃迁类型近红外区中红外区远红外区
0.76~2.5
2.5~50
50~500
13158~4000
4000~200
200~20
倍频吸收区振动,伴转动转动苯酰胺的红外光谱红外光谱与紫外光谱的区别红外光谱 紫外光谱起源 分子振动能级跃迁 分子外层价电子 能级跃迁应用范围广泛，凡振动类型中伴有偶极矩的化合物较窄，适用于研究不饱和化合物特征性 高度特征性 光谱简单，特征 性较弱红外吸收光谱法的基本原理
红外吸收峰是怎样形成的？
为何不同化合物的红外光谱不同
红外光谱中吸收峰的数目、峰位、峰强、
峰形取决于哪些因素？
3
4
5
6
7
a a’ b’b
re
V=0 f f’
V=1 e e’
2 d d’
re
平衡位置 平衡位置零点能
U
r
位能曲线双原子分子的简谐振动
hvVE
rrKU
V
e
)
2
1
(
)(
2
1 2
V＝ 0,1,2,3
振动频率
u
K
v
2
1
'1 3 0 2
1
)(
u
K
v
K：化学键力常数，将化学键两端的原子由平衡位置拉长 0.1nm后的恢复力。
u：折合质量
BA
BA
mm
mm
u
u’折合原子量伸缩（? ）,对称（?s）
不对称（?as ）
弯曲,面内弯曲（?）,简动（?）
摇摆（?）
面外弯曲（?）,摇摆（?）
扭曲（?）
变形,对称（?s ）
不对称（?as ）
如?sCH2~2850cm-1
振动形式
asCH2~2925cm-1
CH2 ~1465cm-1
CH2 ~720cm-1
CH2 ~1300cm-1
CH2 ~1250cm-1
sCH3~1375cm-1
asCH3~1460cm-1
振动自由度
非线性分子振动自由度 3N-6
线性分子振动自由度 3N-5
例如,H2O，非线性，振动自由度 =3N-6=3
CO2,线性分子，振动自由度 =3N-5=4
红外吸收光谱产生的条件
振动过程△ μ≠ 0
必须服从 ν L= △ V·ν
红外吸收峰的强度
vs s m w vw
极强峰 强峰 强峰 弱峰 极弱峰
>100?20~100?10~20?1~10?<1
△ μ越大，跃迁几率越大，谱带强度越大。
一般?as>?s,?>?；含杂原子基团、不对称分子的吸收峰强度大。
基频峰和泛频峰
基频峰振动能级由基态（ V＝ 0）跃迁至第一激发态（ V＝ 1）所产生的吸收峰。 ν L=ν,强度一般比较大，容易识别。
泛频峰倍频峰、合频峰、差频峰等。强度较弱，
可能观察不到。
基频峰分布略图
1.折合质量越小，
伸缩振动频率越高
2.折合质量相同的基团，伸缩力常数越大，
伸缩振动基频峰的频率越高。
3.同一基团，
一般?>? >?
影响峰位的因素
1.分子内部结构因素
（ 1）电子效应诱导效应（ inductive effect,－ I)：使吸收峰向高频方向移动。
O
R - C - R ' R - C - O R ' R - C - C l R - C - F
O O O
1715cm-1 1735cm-1 1800cm-1 1870cm-1
影响峰位的因素
1.分子内部结构因素
（ 1）电子效应共轭效应（ conjugative effect,+C,+M）：
使吸收峰向低频方向移动
ν C=O 1715cm-1 1685cm-1
O
R - C
O
R -C -R ' R -C -O R ' R -C -C l R -C -F
O O O
影响峰位的因素
1.分子内部结构因素
（ 2）空间效应
O O O
ν C=O 1715cm-1 1745cm-1 1775cm-1
ν C=C 1639cm-1 1623cm-1 1566cm-1
影响峰位的因素
(3) 互变异构
C H 3 - C - C H 2 - C - O C 2 H 5
O O
C H 3 - C = C H - C - O C 2 H 5
OH O
ν C=O 1717cm-1 1738cm-1 1650cm-1
影响峰位的因素
（ 4）氢键使伸缩振动的频率降低。
分子内的氢键对峰位的影响不受浓度影响分子间的氢键对峰位的影响受浓度影响
（ 5）费米共振（ Fermi resonance)
影响峰位的因素
2.外部因素
物态效应物态不同，峰的数目、峰形、峰位、
峰强都有明显变化。
溶剂效应溶质极性基团的伸缩振动频率常随溶剂极性增加而降低，峰强增加。
特征峰与相关峰
特征峰：凡能用于鉴别官能团的吸收峰。如,? C=O ~1900-1650cm-1，
~2400-2100cm-1
相关峰：由一个官能团产生的一组相互依赖的特征峰。如苯的相关峰：
C=C,H,H。
NC?v
小 结红外吸收峰的产生,分子振动能级的跃迁
Ev=(v+1/2)h?
基频峰,v=0?v=1 泛频峰,v=0? v=2,3?
红外吸收峰的数目,振动自由度 3N-6 (非线性）
3N-5 (线性）
只有产生偶极矩变化的振动才能产生红外吸收，
又由于简并现象，故分子实际基频峰数一般小于分子基本振动数。
振动形式,伸缩（? ）,对称（?s）
不对称（?as ）
弯曲,面内弯曲（?）,简动（?）
摇摆（?）
面外弯曲（?）,摇摆（?）
扭曲（?）
变形,对称（?s ）
不对称（?as ）
峰位：理论值?=1302（ k/?’） 1/2,
=mA?mB/(mA+mB)
实际峰位受内部结构因素和外部溶剂因素等影响，在一定范围内波动。
正辛醇与正戊醚的红外光谱红外光谱仪主要部件
光源,1.碳硅棒：碳化硅加压成型，经煅烧制成。工作温度 1200° C，
最大发射波数 5500~5000cm-1。
2.Nernst灯：由粉末状氧化锆、氧化钍、氧化钇稀土氧化物加压成型。
色散元件：反射型平面衍射光栅
检测器：真空热电偶。
吸收池：液体池、气体池、固体样品常与溴化钾混匀压成片状测定。
目前有两类红外光谱仪：色散型和傅立叶变换型 （ Fourier
Transfer,FT）
色散型：与双光束 UV-Vis仪器类似,但 部件材料和顺序不同 。
调节 T%
或称基线调平器置于吸收池之后可避免杂散光的干扰试样制备一,对试样的要求
1） 试样应为,纯物质,（ >98%）,通常在分析前,样品需要纯化；
对于 GC-FTIR则无此要求 。
2） 试样不含有水 （ 水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗 ） ；
3） 试样浓度或厚度应适当,以使 T在合适范围 。
二,制样方法液体或溶液试样
1） 沸点低易挥发的样品：液体池法 。
2） 高沸点的样品：液膜法 （ 夹于两盐片之间 ） 。
3） 固体样品可溶于 CS2或 CCl4等无强吸收的溶液中 。
正辛烷,1-辛烯,1-辛炔的红外吸收光谱邻二甲苯的红外光谱取代苯的主要特征峰,H 3100~3000cm-1(m);
c=c ~1600cm-1 (m或 s)及 ~1500cm-1;H
910~665cm-1 (s);泛频峰出现在 2000~1667cm-1
(w或 vw)。
二乙酮、丙醛、丙酰氯的红外光谱正丙酸、丙酸乙酯、丙酸酐的红外光谱
熟悉红外光谱的基本原理与应用。
了解红外分光光度计的主要部件和制样方法。
了解几类化合物红外光谱的主要特征及光谱解析的一般步骤。
红外吸收光谱法
(infrared spectrum,IR)
用具有红外连续光谱的光源照射样品，
样品分子将吸收一定频率红外辐射，实现分子的振动能级和转动能级的跃迁，
从而形成红外吸收光谱。根据红外吸收光谱中吸收峰的位置、强度和形状可进行有机物的结构鉴定及定量测定。
红外光谱区划区域 波长?（?m ） 波数?（ cm-1） 能级跃迁类型近红外区中红外区远红外区
0.76~2.5
2.5~50
50~500
13158~4000
4000~200
200~20
倍频吸收区振动,伴转动转动苯酰胺的红外光谱红外光谱与紫外光谱的区别红外光谱 紫外光谱起源 分子振动能级跃迁 分子外层价电子 能级跃迁应用范围广泛，凡振动类型中伴有偶极矩的化合物较窄，适用于研究不饱和化合物特征性 高度特征性 光谱简单，特征 性较弱红外吸收光谱法的基本原理
红外吸收峰是怎样形成的？
为何不同化合物的红外光谱不同
红外光谱中吸收峰的数目、峰位、峰强、
峰形取决于哪些因素？
3
4
5
6
7
a a’ b’b
re
V=0 f f’
V=1 e e’
2 d d’
re
平衡位置 平衡位置零点能
U
r
位能曲线双原子分子的简谐振动
hvVE
rrKU
V
e
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2
1
(
)(
2
1 2
V＝ 0,1,2,3
振动频率
u
K
v
2
1
'1 3 0 2
1
)(
u
K
v
K：化学键力常数，将化学键两端的原子由平衡位置拉长 0.1nm后的恢复力。
u：折合质量
BA
BA
mm
mm
u
u’折合原子量伸缩（? ）,对称（?s）
不对称（?as ）
弯曲,面内弯曲（?）,简动（?）
摇摆（?）
面外弯曲（?）,摇摆（?）
扭曲（?）
变形,对称（?s ）
不对称（?as ）
如?sCH2~2850cm-1
振动形式
asCH2~2925cm-1
CH2 ~1465cm-1
CH2 ~720cm-1
CH2 ~1300cm-1
CH2 ~1250cm-1
sCH3~1375cm-1
asCH3~1460cm-1
振动自由度
非线性分子振动自由度 3N-6
线性分子振动自由度 3N-5
例如,H2O，非线性，振动自由度 =3N-6=3
CO2,线性分子，振动自由度 =3N-5=4
红外吸收光谱产生的条件
振动过程△ μ≠ 0
必须服从 ν L= △ V·ν
红外吸收峰的强度
vs s m w vw
极强峰 强峰 强峰 弱峰 极弱峰
>100?20~100?10~20?1~10?<1
△ μ越大，跃迁几率越大，谱带强度越大。
一般?as>?s,?>?；含杂原子基团、不对称分子的吸收峰强度大。
基频峰和泛频峰
基频峰振动能级由基态（ V＝ 0）跃迁至第一激发态（ V＝ 1）所产生的吸收峰。 ν L=ν,强度一般比较大，容易识别。
泛频峰倍频峰、合频峰、差频峰等。强度较弱，
可能观察不到。
基频峰分布略图
1.折合质量越小，
伸缩振动频率越高
2.折合质量相同的基团，伸缩力常数越大，
伸缩振动基频峰的频率越高。
3.同一基团，
一般?>? >?
影响峰位的因素
1.分子内部结构因素
（ 1）电子效应诱导效应（ inductive effect,－ I)：使吸收峰向高频方向移动。
O
R - C - R ' R - C - O R ' R - C - C l R - C - F
O O O
1715cm-1 1735cm-1 1800cm-1 1870cm-1
影响峰位的因素
1.分子内部结构因素
（ 1）电子效应共轭效应（ conjugative effect,+C,+M）：
使吸收峰向低频方向移动
ν C=O 1715cm-1 1685cm-1
O
R - C
O
R -C -R ' R -C -O R ' R -C -C l R -C -F
O O O
影响峰位的因素
1.分子内部结构因素
（ 2）空间效应
O O O
ν C=O 1715cm-1 1745cm-1 1775cm-1
ν C=C 1639cm-1 1623cm-1 1566cm-1
影响峰位的因素
(3) 互变异构
C H 3 - C - C H 2 - C - O C 2 H 5
O O
C H 3 - C = C H - C - O C 2 H 5
OH O
ν C=O 1717cm-1 1738cm-1 1650cm-1
影响峰位的因素
（ 4）氢键使伸缩振动的频率降低。
分子内的氢键对峰位的影响不受浓度影响分子间的氢键对峰位的影响受浓度影响
（ 5）费米共振（ Fermi resonance)
影响峰位的因素
2.外部因素
物态效应物态不同，峰的数目、峰形、峰位、
峰强都有明显变化。
溶剂效应溶质极性基团的伸缩振动频率常随溶剂极性增加而降低，峰强增加。
特征峰与相关峰
特征峰：凡能用于鉴别官能团的吸收峰。如,? C=O ~1900-1650cm-1，
~2400-2100cm-1
相关峰：由一个官能团产生的一组相互依赖的特征峰。如苯的相关峰：
C=C,H,H。
NC?v
小 结红外吸收峰的产生,分子振动能级的跃迁
Ev=(v+1/2)h?
基频峰,v=0?v=1 泛频峰,v=0? v=2,3?
红外吸收峰的数目,振动自由度 3N-6 (非线性）
3N-5 (线性）
只有产生偶极矩变化的振动才能产生红外吸收，
又由于简并现象，故分子实际基频峰数一般小于分子基本振动数。
振动形式,伸缩（? ）,对称（?s）
不对称（?as ）
弯曲,面内弯曲（?）,简动（?）
摇摆（?）
面外弯曲（?）,摇摆（?）
扭曲（?）
变形,对称（?s ）
不对称（?as ）
峰位：理论值?=1302（ k/?’） 1/2,
=mA?mB/(mA+mB)
实际峰位受内部结构因素和外部溶剂因素等影响，在一定范围内波动。
正辛醇与正戊醚的红外光谱红外光谱仪主要部件
光源,1.碳硅棒：碳化硅加压成型，经煅烧制成。工作温度 1200° C，
最大发射波数 5500~5000cm-1。
2.Nernst灯：由粉末状氧化锆、氧化钍、氧化钇稀土氧化物加压成型。
色散元件：反射型平面衍射光栅
检测器：真空热电偶。
吸收池：液体池、气体池、固体样品常与溴化钾混匀压成片状测定。
目前有两类红外光谱仪：色散型和傅立叶变换型 （ Fourier
Transfer,FT）
色散型：与双光束 UV-Vis仪器类似,但 部件材料和顺序不同 。
调节 T%
或称基线调平器置于吸收池之后可避免杂散光的干扰试样制备一,对试样的要求
1） 试样应为,纯物质,（ >98%）,通常在分析前,样品需要纯化；
对于 GC-FTIR则无此要求 。
2） 试样不含有水 （ 水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗 ） ；
3） 试样浓度或厚度应适当,以使 T在合适范围 。
二,制样方法液体或溶液试样
1） 沸点低易挥发的样品：液体池法 。
2） 高沸点的样品：液膜法 （ 夹于两盐片之间 ） 。
3） 固体样品可溶于 CS2或 CCl4等无强吸收的溶液中 。
正辛烷,1-辛烯,1-辛炔的红外吸收光谱邻二甲苯的红外光谱取代苯的主要特征峰,H 3100~3000cm-1(m);
c=c ~1600cm-1 (m或 s)及 ~1500cm-1;H
910~665cm-1 (s);泛频峰出现在 2000~1667cm-1
(w或 vw)。
二乙酮、丙醛、丙酰氯的红外光谱正丙酸、丙酸乙酯、丙酸酐的红外光谱
