第一部分紅外吸收光譜演示文稿

第一部分紅外吸收光譜演示文稿目前一頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點（優(yōu)選）第一部分紅外吸收光譜目前二頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點

緒論:電磁輻射的基本性質電磁輻射（電磁波）：以接近光速（真空中為光速）傳播的能量，電磁輻射具有波動性和微粒性。c=λν=ν/σE=hν=hc/λc：光速；λ：波長；ν：頻率；σ：波數(shù)；E：能量；h：普朗克常數(shù)目前三頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點光波譜區(qū)及能量躍遷相關圖目前四頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點插曲：關于電磁波的雜談白種人和黃種人誰易患皮膚癌？滅蚊燈發(fā)出的藍紫色光是紫外光嗎？微波是如何加熱食物的？遠紅外保健是怎么回事？目前五頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點白種人和黃種人誰易患皮膚癌？白種人細胞內黑色素量較少，膚色白皙的白種人很難曬出一身古銅色。但此類皮膚對中波紫外線B相當敏感，一旦長時間暴露在陽光下，會造成輕微灼傷，表現(xiàn)為出現(xiàn)紅斑、輕度水腫、雀斑等。如果持續(xù)暴曬，可能導致肌膚提早老化，并增加惡性黑色素瘤的發(fā)生幾率。相比之下，黃種人對日光的敏感程度要輕很多，不容易曬傷及病變。但由于細胞內黑色素作用活潑，因此一曬太陽就會變黑。目前六頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點滅蚊燈發(fā)出的藍紫色光是紫外光嗎？不是，人的肉眼是看不到紫外線的。藍紫色燈管滅蚊是根據(jù)蚊子的趨光性特點把蚊子吸引到滅蚊燈，觸碰周邊的鐵網，將蚊子電死，跟紫外線沒有關系。又如：飛蛾撲火、篝火捕蟬。目前七頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點微波是如何加熱食物的？當微波輻射到食品上時，食品中總是含有一定量的水分。在水分子中，H端帶正電，O端帶負電。微波通過食物時，微波的電場就對水分子產生作用力，令水分子的正負兩端急劇地扭轉振動。這振動就引起摩擦生熱，迅速把食物煮熟。微波爐的微波頻率為2450MHz，這是使水分子振動的最有效頻率。瓷質盛器中沒有水分子，也沒有一端正一端負的其他分子，故微波爐的電場不能使其分子運動，故不會被加熱。金屬盛器中具有大量的自由電子。自由電子輕易受到微波的電場而運動，善于吸收微波的能量而受熱。故不要用金屬器皿載食物放入微波爐中。目前八頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點遠紅外保健是怎么回事？遠紅外線保健產品所采用的材料能有效放射遠紅外線，生物體中的偶極子和自由電荷在遠紅外線的作用下，有按電磁場方向排列的趨勢。在此過程中，引發(fā)分子、原子無規(guī)則運動加劇而產生熱。當遠紅外輻射有足夠強度時，即超過了生物體的散熱能力，就會使被照射機體局部溫度升高，這是紅外的熱效應。由于遠紅外的熱效應，遂引起了一系列生理效應。目前九頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點躍遷類型與分子光譜分子的紫外-可見吸收是由純電子躍遷引起的，故又稱電子光譜，譜帶比較寬；分子的紅外吸收和拉曼散射是由于分子中基團的振動和轉動能級躍遷引起的，故也稱振轉光譜。目前十頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點

分子電子光譜：

紫外－可見吸收光譜

分子熒光與磷光光譜分子振動光譜：紅外光譜拉曼光譜目前十一頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點重要補充：分子發(fā)光基礎目前十二頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點★分子發(fā)光光致發(fā)光熱致發(fā)光場致發(fā)光化學發(fā)光分子熒光分子磷光目前十三頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點分子發(fā)光的基本原理

在一般溫度下，大多數(shù)分子處在基態(tài)的最低振動能級。處于基態(tài)的分子吸收能量(電能、熱能、化學能或光能等)后被激發(fā)到激發(fā)態(tài)。激發(fā)態(tài)是很不穩(wěn)定的，它得很快地釋放出能量又重新躍遷回基態(tài)。若分子返回基態(tài)時以發(fā)射的電磁輻射(即光)的形式釋放能量，就稱為“發(fā)光”。如果物質的分子吸收了光能而被激發(fā)，躍遷回基態(tài)所發(fā)射的電磁輻射，稱為熒光和磷光。現(xiàn)從分子結構理論來討論熒光和磷光的產生機理。目前十四頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點每個分子中都具有一系列嚴格分立相隔的能級，稱為電子能級，而每個電子能級中又包含有一系列的振動能級和轉動能級。1.分子能級★基態(tài)：分子的能量最低，最穩(wěn)定的能級(S0)★激發(fā)態(tài)：相對基態(tài)，能量較高的能級。能量從低到高依次叫作第一激發(fā)態(tài)(S1

、T1)、第二激發(fā)態(tài)(S2

、T2)…目前十五頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點問題1：請根據(jù)定義，畫出基態(tài)單重態(tài)、激發(fā)單重態(tài)、激發(fā)三重態(tài)的示意圖分子中電子的運動狀態(tài)除了電子所處的能級外，每個電子能級還包含有多重態(tài)，多重態(tài)的個數(shù)用M=2S+1計算，S為各電子自旋量子數(shù)的代數(shù)和，其數(shù)值為0或1。2.分子中電子能級的多重態(tài)★單重態(tài)（S）：若分子中所有電子都是自旋配對的，則S=0,M=1該分子便處于單重態(tài)(或叫單重線)，用符號S表示?！锶貞B(tài)（T）：分子中具有兩個自旋不配對的電子，即S=1,M=3，分子處于激發(fā)的三重態(tài)，用符號T表示。

目前十六頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點問題2：單重態(tài)能級和三重態(tài)能級，哪一個的能量低？目前十七頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點★根據(jù)洪特規(guī)則，平行自旋比成對自旋穩(wěn)定，三重態(tài)能級比相應單重態(tài)能量低。激發(fā)三重態(tài)T激發(fā)態(tài)基態(tài)激發(fā)單重態(tài)S目前十八頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點3.分子中電子能級的躍遷當物質受紫外-可見光照射時，基態(tài)分子選擇性吸收光能，使處于成鍵分子軌道中的兩個自旋方向相反的電子之一發(fā)生激發(fā)躍遷，進入相應的反鍵分子軌道而處于第一、第二電子激發(fā)單重態(tài)S1、S2的不同振動能級上。S0S2根據(jù)描述，畫出S0→S2的躍遷示意圖（含振動能級）目前十九頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點★電子不論躍遷到哪一個能級上，激發(fā)躍遷都是一步到位?！镉蒘0到T1躍遷屬于禁阻躍遷。問題3：有沒有可能在一次電子躍遷時，電子首先被激發(fā)到低振動能級，然后又跳轉到較高的振動能級上？問題4：為什么S0到T1躍遷屬于禁阻躍遷？目前二十頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點答案：因為S0到T1躍遷需要改變電子的自旋狀態(tài)，所以屬于禁阻躍遷。T1激發(fā)態(tài)基態(tài)S0目前二十一頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點4.激發(fā)態(tài)→基態(tài)的能量傳遞途徑電子處于激發(fā)態(tài)是不穩(wěn)定狀態(tài)，返回基態(tài)時，通過輻射躍遷(發(fā)光)和無輻射躍遷等方式失去能量。傳遞途徑輻射躍遷熒光磷光內轉移外轉移振動弛豫系間跨越無輻射躍遷目前二十二頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點(1)振動弛豫：同一電子能級內，分子以熱能量交換形式由高振動能級至低相鄰振動能級間的躍遷。發(fā)生振動弛豫的時間10-12s。S0S2根據(jù)定義，畫出S2能級中的振動弛豫示意圖目前二十三頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點(2)內部轉換：同多重度電子能級中,當高電子能級中的低振動能級與低電子能級中的高振動能級發(fā)生重疊時，常發(fā)生電子從高電子能級向低電子能級的無輻躍遷。內部轉移的時間為10－11S～10－13S數(shù)量級。

根據(jù)定義，畫出S2→S1的內轉換示意圖S1S0S2目前二十四頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點振動弛豫及內部轉移的速率比由高激發(fā)態(tài)直接發(fā)射光子的速率快得多，所以分子吸收輻射能后不管激發(fā)到哪一個激發(fā)單重態(tài)，都能通過振動弛豫及內部轉移而躍遷到最低(第一)激發(fā)單重態(tài)的最低振動能級。目前二十五頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點(3)熒光發(fā)射：處于激發(fā)單重態(tài)的電子經振動弛豫及內部轉移后到達第一激發(fā)單重態(tài)(S1)的最低振動能級(v=0)后，以輻射的形式躍遷回基態(tài)(S0)的各振動能級，這個過程為熒光發(fā)射。

根據(jù)定義，畫出熒光發(fā)射的示意圖S1S0S2目前二十六頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點電于經過振動弛豫和內部轉移之后，伴隨著能量損失，因此熒光發(fā)射的能量比分子吸收的能量要小，熒光發(fā)射的波長比分子吸收的波長要長。第一發(fā)單重態(tài)最低振動能級的平均壽命為10－9～10－4S，因此熒光壽命也在這一數(shù)量級。目前二十七頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點(4)系間跨躍

：不同多重態(tài)之間的無輻射躍遷過程。根據(jù)定義，畫出S1→T1的系間跨越示意圖目前二十八頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點T1S1S0S2目前二十九頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點系間跨躍涉及到受激發(fā)電子自旋狀態(tài)的改變。這種躍遷是禁阻的(不符合光譜選擇)，但如果兩個能態(tài)的能層有較大重疊時，就有可能通過自旋一軌道偶合等作用實現(xiàn)這一躍遷。系間跨躍的速度很小，經歷的時間較長。目前三十頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點(5)磷光發(fā)射：激發(fā)態(tài)的電子經系間跨躍后到達激發(fā)三重態(tài)，經過迅速的振動弛豫而躍遷至第一激發(fā)三重態(tài)的最低振動能級，然后以輻射形式躍遷回基態(tài)的各振動能級，這個過程為磷光發(fā)射。根據(jù)定義，畫出磷光發(fā)射的示意圖目前三十一頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點T1S1S0S2目前三十二頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點磷光發(fā)射的躍遷仍然是自旋禁阻的，所以發(fā)光速度很慢。磷光的壽命為10－4～100S。因此，外光源照射停止后，磷光仍可持續(xù)一短時間。由于經過系間跨躍及T1中振動弛豫丟失了一部分能量，所以磷光波長比熒光波長要長。

目前三十三頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點(6)外部轉移：激發(fā)態(tài)分子與溶劑分子或其它溶質分子相互碰撞，并發(fā)生能量轉移的過程稱為外部轉移。外部轉移能使熒光或磷光的強度減弱甚至消失，這種現(xiàn)象稱為猝滅或熄滅。目前三十四頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點總結1：激發(fā)態(tài)到基態(tài)的能量傳遞途徑都有哪些？熒光磷光內部轉移外部轉移振動弛豫系間跨越傳遞途徑輻射躍遷無輻射躍遷目前三十五頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點總結2：各能量傳遞途徑的時間傳遞途徑壽命振動弛豫10-12s內部轉移10－11S～10－13S熒光發(fā)射10－9～10－4S系間跨越時間較長磷光發(fā)射10－4～100S目前三十六頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點總結3：熒光磷光體系能級圖目前三十七頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點S2S1S0T1吸收發(fā)射熒光發(fā)射磷光系間跨越內轉換振動弛豫能量l2l1l

3

外轉換l

2T2內轉換振動弛豫目前三十八頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點2.2.1紅外光譜的基本原理2.2.2紅外光譜與分子結構

紅外光譜圖的解析方法紅外光譜儀及制樣技術紅外光譜在材料研究領域的應用2.2紅外光譜目前三十九頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點2.2.1紅外光譜的基本原理

principleofInfraredspectroscopy一、概述introduction近紅外區(qū)－中紅外區(qū)－遠紅外區(qū)(10000-4000cm-1)(4000-400cm-1)(400-10cm-1)

近紅外（0.75~2.5μm）吸收帶:由低能電子躍遷、含氫原子團（如O—H、N—H、C—H）伸縮振動的倍頻吸收等產生的?？捎脕硌芯肯⊥梁推渌^渡金屬離子化合物，適用于水、醇、某些高分子化合物以及含氫原子團化合物的定量分析。中紅外（2.5~25μm）：絕大多數(shù)有機化合物和無機離子的基頻吸收帶出現(xiàn)在該光區(qū)。由于基頻振動是紅外光譜中吸收最強的振動，所以該區(qū)最適于進行紅外光譜的定性和定量分析。中紅外光譜法又簡稱為紅外光譜法遠紅外（25~1000μm）:主要是由氣體分子中的純轉動躍遷、振動-轉動躍遷、液體和固體中重原子的伸縮振動、某些變角振動、骨架振動以及晶體中的晶格振動所引起的。由于低頻骨架振動能很靈敏地反映出結構變化，所以對異構體的研究特別方便。但由于該光區(qū)能量弱，一般不在此范圍內進行分析。柴油93#97#目前四十頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點分子中基團的振動和轉動能級躍遷產生：振-轉光譜,吸收能量較低,分子不產生電子能級的躍遷；

分子振動能級差為0.05~1.0eV，比轉動能級差（0.0001~

0.05eV）大，因此分子發(fā)生振動能級躍遷時，不可避免地伴隨轉動能級的躍遷，因而無法測得純振動光譜。

大多化合物的化學鍵振動能級的躍遷發(fā)生在中紅外區(qū),在此區(qū)域出現(xiàn)的光譜為分子振動光譜,紅外光譜)振動能級與轉動能級紅外和拉曼光譜屬于分子的振動光譜目前四十一頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點二、雙原子分子的振動A諧振子兩個原子的鍵軸方向上做簡諧振動。振動能級躍遷需要能量:取決于鍵兩端原子的折合質量和鍵的力常數(shù)，即取決于分子的結構特征。動畫：諧振子振動.swf目前四十二頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點例題:由表中查知C=C鍵的K=9.59.9,令其為9.6,計算波數(shù)值。K化學鍵的力常數(shù)，與鍵能和鍵長有關，

正己烯中C=C鍵伸縮振動頻率實測值為1652cm-1例題:已知醇分子中化學鍵O－H伸縮振動吸收峰位于2.77μm，計算O－H鍵的力常數(shù)K。-1解：O-H伸縮震動吸收峰波數(shù):ν＝(104/2.77)cm-1＝3610cm-1兩原子的、折合質量為：μ

＝(16×1)/(16+1)＝0.941代入公式：目前四十三頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點某些鍵的伸縮力常數(shù)（毫達因/埃）鍵類型—CC—>—C=C—>—C—C—力常數(shù)15179.59.94.55.6峰位4.5m6.0m7.0m

化學鍵鍵強越強（即鍵的力常數(shù)K越大）原子折合質量越小，化學鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。目前四十四頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點三多原子分子的簡正振動

1）簡正振動簡正振動:最簡單、最基本的振動，即分子中所有原子以相同頻率和相同位相在平衡位置附近所作的簡諧振動。

簡正振動的數(shù)目稱為振動自由度，每個振動自由度相應與一個基本振動,n個原子組成的一個分子時共有3n-6個基本振動（直線性分子有3n-5個）。

水分子共有三種簡正振動，有三種振動方式：（1）3625cm-1（2）3756cm-1（3）1596cm-1二氧化碳共有3n-5個簡正振動：（1）伸縮振動1388cm-1紅外非活性（2）反伸縮振動2368cm-1;（3）彎曲振動668cm-1（兩種互相垂直，但頻率相同的振動:簡并振動水分子紅外光譜圖與振動類型.swfCO2分子紅外光譜圖與振動類型.swf目前四十五頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點設分子由n個原子組成，每個原子在空間都有3個自由度，原子在空間的位置可以用直角坐標中的3個坐標x、y、z表示，因此，n個原子組成的分子總共應有3n個自由度，即3n種運動狀態(tài)。但在這3n種運動狀態(tài)中，包括3個整個分子的質心沿x、y、z方向平移運動和3個整個分子繞x、y、z軸的轉動運動。這6種運動都不是分子振動，因此，振動形式應有（3n-6）種。但對于直線型分子，若貫穿所有原子的軸是在x方向，則整個分子只能繞y、z軸轉動，因此，直線性分子的振動形式為（3n-5）種。為什么簡正振動的個數(shù)是3n-6或3n-5？目前四十六頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點2）簡正振動類型兩類基本振動形式：（1）伸縮振動：原子沿著鍵軸的方向伸縮使鍵長發(fā)生變化的振動。分為對稱伸縮或反對稱伸縮。（2）變形振動(彎曲振動）：一般指鍵角發(fā)生變化的振動。可分為面內彎曲和面外彎曲振動。面內：剪式和平面搖擺面外：扭曲和非平面搖擺振動根據(jù)描述，想象一下亞甲基各種振動的樣子目前四十七頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點亞甲基的振動

動畫：亞甲基變形振動.swf目前四十八頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點想象一下甲基各種振動的樣子目前四十九頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點由于有機化合物的結構不同，化學鍵連接的兩原子折合質量和化學鍵的力常數(shù)各不相同，就會出現(xiàn)不同的吸收頻率，因此，不同的化合物各有其特征的紅外光譜。

甲基的振動形式伸縮振動甲基：變形振動甲基對稱δs(CH3)1380㎝-1

不對稱δas(CH3)1460㎝-1對稱不對稱υs(CH3)υas(CH3)2870㎝-12960㎝-1目前五十頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點3）紅外吸收光譜產生的條件

(1)紅外輻射光的頻率與分子振動的頻率相當紅外吸收光譜是分子振動能級躍遷產生的。以雙原子分子振動光譜為例，在室溫時，分子處于基態(tài)。此時，伸縮振動的頻率很小，當有紅外輻射照射到分子時，若紅外輻射的光子所具有的能量恰好等于分子振動能級的能量差時，則分子將吸收紅外輻射而躍遷至激發(fā)態(tài)，導致振幅增大。只有當紅外輻射頻率等于振動量子數(shù)的差值與分子振動頻率的乘積時，，才能滿足分子振動能級躍遷所需的能量（共振）。分子才能吸收紅外吸收光譜。目前五十一頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點(2)振動必須能夠引起分子偶極矩的變化

并非所有的振動都會產生紅外吸收，只有發(fā)生偶極矩變化的振動才能引起可觀測的紅外吸收光譜，該分子稱之為紅外活性的。

對稱雙原子分子：沒有偶極矩，無紅外活性。如：N2、O2、Cl2

等。

非對稱分子：有偶極矩，紅外活性。產生紅外光譜需要滿足的兩個條件.swf目前五十二頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點實際觀察到的紅外吸收峰的數(shù)目，往往少于振動形式的數(shù)目，4）分子振動形式與紅外吸收為什么？？目前五十三頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點實際觀察到的紅外吸收峰的數(shù)目，往往少于振動形式的數(shù)目，減少的原因主要有：(1)不產生偶極矩變化的振動沒有紅外吸收，不產生紅外吸收峰。(2)有的振動形式不同，但振動頻率相同，吸收峰在紅外光譜圖中同一位置出現(xiàn)，只觀察到一個吸收峰，這種現(xiàn)象稱為簡并。(3)吸收峰太弱，儀器不能分辨，或者超過了儀器可以測定的波長范圍。目前五十四頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點例１水分子（非對稱分子）（1）峰位化合物分子（或基團）的化學鍵力常數(shù)K越大，原子折合質量越小，鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)（短波長區(qū)）；反之，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)。5）紅外吸收光譜譜圖特征目前五十五頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點偶極矩變化——結構對稱性；對稱性差偶極矩變化大吸收峰強度大符號：s(強)；m(中)；w(弱)；C=C,C=N,C-C,C-H等化學鍵的振動吸收譜帶比弱；C=O,Si-O,C-ClC-F等的振動，吸收帶強。（2）峰強取決于該簡正振動的偶極距的變化大小、相應能級躍遷的幾率和試樣的濃度——定量分析基礎。目前五十六頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點例2CO2分子（有一種振動無紅外活性）（3）峰數(shù)紅外吸收的峰數(shù)與分子簡正振動的數(shù)目[3n-5(6)]有關，同時考慮偶極距變化和振動簡并及倍頻的影響。目前五十七頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點倍頻基頻峰：分子吸收一定頻率的紅外輻射，若振動能級由基態(tài)躍遷至第一激發(fā)態(tài)時，所產生的吸收峰稱為基頻峰。泛頻峰：在紅外吸收光譜上，除基頻峰外，還有振動能級由基態(tài)躍遷至第二振動激發(fā)態(tài)、第三激發(fā)態(tài)等現(xiàn)象，所產生的峰稱為泛頻峰。倍頻峰：振動能級由基態(tài)躍遷至第二振動激發(fā)態(tài)所產生的峰。基頻峰一般都較強，因而基頻峰是紅外光譜上最主要的一類吸收峰。泛頻峰可以觀察到，但很弱，可提供分子的“指紋”，是紅外光譜中的峰躍遷禁阻峰。泛頻峰的存在增加了紅外光譜的復雜性，但是增強了紅外光譜的特征性。取代苯的泛頻峰出現(xiàn)在2000~1667cm-1的區(qū)間，主要由苯環(huán)上碳-氫面外的倍頻峰等構成，特征性較強，可用于鑒別苯環(huán)上的取代位置，但峰強常常較弱，也有可能被淹沒。目前五十八頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點2.2.2.1基團振動與紅外光譜區(qū)域的關系

2.2.2.2影響峰位移的因素2.2.2紅外光譜與分子結構目前五十九頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點2.2.2.1基團振動與紅外光譜區(qū)域的關系例：28003000cm-1—CH3特征峰；

16001850cm-1—C=O特征峰?；鶊F所處化學環(huán)境不同，特征峰出現(xiàn)位置變化（化學位移）—CH2—CO—CH2—1715cm-1

酮—CH2—CO—O—1735cm-1

酯—CH2—CO—NH—1680cm-1

酰胺官能團區(qū)（4000~1300cm-1）和指紋區(qū)（1300－400cm-1

）反映分子中特征基團振動反映分子結構的細微（特征峰）變化，認證化合物目前六十頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點紅外光譜信息區(qū)（基團和頻率的關系）常見的有機化合物基團頻率出現(xiàn)的范圍：4000670cm-1依據(jù)基團的振動形式，分為四個區(qū)：(1)40002500cm-1

X—H伸縮振動區(qū)（X=O，N，C，S(2)25002000cm-1

三鍵，累積雙鍵伸縮振動區(qū)(3)20001500cm-1

雙鍵伸縮振動區(qū)（C=O、C=C、C=N、N=O伸縮及苯環(huán)的骨架振動)(4)1500670cm-1

單鍵振動及指紋區(qū)，X—Y伸縮，X—H變形振動區(qū)目前六十一頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點某些鍵的伸縮力常數(shù)（毫達因/埃）鍵類型—CC—>—C=C—>—C—C—力常數(shù)15179.59.94.55.6峰位4.5m6.0m7.0m

化學鍵鍵強越強（即鍵的力常數(shù)K越大）原子折合質量越小，化學鍵的振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。目前六十二頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點

（1）—O—H確定醇、酚、酸（40002500cm-1）O-H伸縮在36503200cm-1，氫鍵的存在使頻率降低，譜峰變寬，

X=O，N，C，S

C-H伸縮振動分飽和與不飽和烴兩種3000cm-1是標準（三元環(huán)的-CH2

除外)；N-H在3500－3300cm-1，峰形尖銳，包括伯、仲酰胺類在非極性溶劑中，濃度較?。ㄏ∪芤海r，峰形尖銳，強吸收；當濃度較大時，發(fā)生締合作用，峰形較寬。1.X—H伸縮振動區(qū)目前六十三頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點2．叁鍵（C

C）伸縮振動區(qū)（2500

2000cm-1）在該區(qū)域出現(xiàn)的峰較少；（1）RCCH（21002140cm-1）RCCR’（21902260cm-1）

R=R’時，無紅外活性（2）RCN（21002140cm-1）非共軛22402260cm-1共軛22202230cm-1

僅含C、H、N時：峰較強、尖銳；有O原子存在時；O越靠近CN，峰越弱。目前六十四頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點3．雙鍵伸縮振動區(qū)（20001500

cm-1

）（1）RC=CR’16201680cm-1強度弱，

R=R’（對稱）時，無紅外活性（2）單核芳烴的C=C鍵伸縮振動（16261650cm-1）=C-HC-HC=C目前六十五頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點（3）C=O（18501600cm-1）碳氧雙鍵的特征峰，強度大，峰尖銳。飽和醛(酮)1740-1720cm-1；強、尖；不飽和向低波移動。目前六十六頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點4.X—Y，X—H變形振動區(qū)<1650cm-1

指紋區(qū)(1650650cm-1),較復雜。

C-H，N-H的變形振動；

C-O，C-X的伸縮振動；

C-C骨架振動等?？捎糜谶M行精細結構的區(qū)分與順、反結構區(qū)分。目前六十七頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點基團吸收帶數(shù)據(jù)目前六十八頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點特征區(qū)指紋區(qū)500100015002000250030003500C-H，N-H，O-HN-HCNC=NS-HP-HN-ON-NC-FC-XO-HO-H（氫鍵）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HCCC=C常見基團的紅外吸收帶目前六十九頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點1．內部因素（1）電子效應a．誘導效應：吸電子基團使吸收峰向高頻方向移動（蘭移）2.2.2.2影響峰位變化的因素

化學鍵的振動頻率不僅與其性質有關，還受分子的內部結構和外部因素影響。相同基團的特征吸收并不總在一個固定頻率上。R-CORC=01715cm-1;R-COClC=01800cm-1;F-COFC=01928cm-1;目前七十頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點ｂ．共軛效應:

由于分子中形成大Π鍵所引起的效應，稱為共軛效應。它使電子云密度平均化，造成雙鍵略有伸長，鍵的力常數(shù)變小，吸收峰紅移。cm-1cm-1cm-1cm-1目前七十一頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點（２）空間效應:（鍵應力）

張力大伸縮頻率高CH3060-3030cm-12900-2800cm-1空間效應：場效應；空間位阻；環(huán)張力例如四元環(huán)與五元環(huán)上均有碳基存在時，由于四元環(huán)的張力比五元環(huán)大，因而四元環(huán)中碳基的伸縮頻率較高。目前七十二頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點(3)氫鍵效應

(分子內氫鍵；分子間氫鍵)：對峰位，峰強產生極明顯影響，使伸縮振動頻率向低波數(shù)方向移動。氫鍵X—H.....Y形成后，X—H的伸縮振動頻率降低，峰形變寬，吸收強度增加。

cm-1

cm-1

cm-1

cm-1

cm-1

cm-1目前七十三頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點振動耦合：當兩個振動頻率相同或相近的基團相鄰并由同一原子相連時，兩個振動相互作用（微擾）產生共振，譜帶一分為二（高頻和低頻）。如羧酸酐分裂為νC=O（νas1820、νs1760cm-1）費米共振：當一振動的倍頻或組頻與另一振動的基頻接近時，由于發(fā)生相互作用而產生很強的吸收峰或裂分分裂成兩個不同頻率的峰。目前七十四頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點

2．外部因素(1)物質的狀態(tài)：物質處于氣態(tài)時，分子間相互作用力很弱，IR吸收峰較為尖銳，可以觀察到伴隨振動光譜的轉動精細結構；液體或固體的IR譜，由于分子間的作用力強，不出現(xiàn)轉動精細結構，吸收峰的頻率有所降低。例如：丙酮在氣態(tài)時的C=O為1742cm-1，而在液態(tài)時為1718cm-1。目前七十五頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點（2）溶劑效應：由于溶劑的種類、溶液的濃度不同，所得到的吸收光譜不同的現(xiàn)象。極性基團的伸縮振動頻率隨溶劑極性的增大而向低波數(shù)方向位移—紅移，原因：極性基團和極性溶劑分子之間形成氫鍵。消除溶劑效應方法：采用非極性溶劑，如CCl4,CS2等。目前七十六頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點（1）化合物的結構與結構參數(shù)分析：紅外電磁輻射→分子振動能級躍遷→紅外光譜→基團和官能團→分子結構（標準譜庫）（2）化學組成定性分析（3）化學組成定量分析：特征峰的強度。

（主要是有機化合物）紅外光譜分析的特點：高特征性；各種物質狀態(tài)的適用性；低試樣用量性；快速性和簡便性；標準譜庫齊全。靈敏度偏低（定量分析精度低）；譜帶重疊（需分離和提純）。2.2.2.3紅外光譜分析的應用：目前七十七頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點①了解與試樣性質有關的其他資料了解來源；元素分析的結果相對分子質量熔點、沸點等物理性質和有關的化學性質由元素分析結果和相對分子質量推算出分子式未知物結構分析的一般步驟：2.2.2.4紅外光譜圖的解析方法目前七十八頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點②計算不飽和度：n1－1價原子數(shù)目n3－3價原子數(shù)目n4－4價原子數(shù)目規(guī)定：雙鍵(C=C、C=O)、飽和環(huán)狀結構：Ω=1；

叁鍵(C≡C)：Ω=2；苯環(huán)：Ω=4。目前七十九頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點例3.5.3計算甲苯C7H8的不飽和度。

答：甲苯的不飽和度為4。甲苯的不飽和度為4，是因為苯可看作3個雙鍵和1個環(huán)。目前八十頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點

各官能團的特征吸收是解析譜圖的基礎（1）首先依據(jù)譜圖推出化合物碳架類型（2）分析3300~2800cm1區(qū)域C-H

伸縮振動吸收③解析譜圖目前八十一頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點以3000cm1為界:高于3000cm1為不飽和碳C-H伸縮振動吸收可能為烯,炔,芳香化合物

低于3000cm1一般為飽和C-H伸縮振動吸收目前八十二頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點(3)若在稍高于3000cm1有吸收,

則應在2250~1450cm1頻區(qū)分析不飽和碳碳鍵的伸縮振動吸收特征峰炔2200~2100cm1烯1680~1640cm1芳環(huán)1600,1580,1500,1450cm1烯或芳香化合物則應解析指紋區(qū)

1000~650cm1頻區(qū)以確定取代基個數(shù)和位置目前八十三頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點

指紋區(qū)可以表示整個分子的特征，用來鑒別烯烴的取代程度、提供化合物的順反構型信息；確定苯環(huán)的取代基類型等。苯衍生物在1650

2000cm-1出現(xiàn)C-H和C=C鍵的面內變形振動目前八十四頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點(5)解析時應注意把描述各官能團的相關峰聯(lián)系起來，以準確判定官能團的存在

如2820，2720和1750~1700cm1的三個峰說明醛基的存在(4)碳骨架類型確定后,再依據(jù)其他官能團,

如C=O,O-H,C-N等特征吸收來判定化合物的官能團目前八十五頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點例1某未知物分子式為C8H8O，其IR譜如圖所示，試推測未知物的分子結構。解：(1)根據(jù)分子式計算不飽和度：

Ω＝1+8+(0-8)/2＝5苯環(huán)及CH3的C—H伸縮振動苯環(huán)的骨架振動單取代苯C=O的伸縮振動。因分子式中只有一個氧原子，不可能是酸或酯，只可能是酮，而且分子中有苯環(huán)，很可能是芳香酮。CH3的C—H對稱彎曲振動δs(CH)CH3的C—H反對稱彎曲振動δas(CH)(2)圖譜解析目前八十六頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點綜上所述，該化合物中有一個單取代的苯環(huán)、一個羰基(估計是芳香酮羰基)、一個甲基，根據(jù)分子式，推測未知物的結構式可能是:總結：3000cm-1、1600cm-1~1500cm-1苯環(huán)的骨架振動、指紋區(qū)760cm-1，692cm-1單取代苯1681cm-1強峰為C=O的伸縮振動1363cm-1CH3的C—H

δs(CH)1430cm-1CH3的C—Hδas(CH)目前八十七頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點例2化合物C8H8O的紅外譜圖1）不飽和度：(8228)2=5

大于4，一般有苯環(huán)，C6H53）1710cm1，C=O，

2820，2720cm1，醛基2）3000cm1以上，不飽和C-H伸縮可能為烯，炔，芳香化合物

1600，1580cm1，含有苯環(huán)指紋區(qū)780，690cm1，間位取代苯4）結合化合物的分子式此化合物為間甲基苯甲醛目前八十八頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點例3C3H4O1）不飽和度：(3224)2=2可能為烯，炔及含有羰基的化合物2）3300cm1處寬帶，羥基結合1040cm1處的吸收，可推測含有O-H,

由此可排除含有羰基的可能性3）2110cm1處的吸收，可知此化合物有碳碳三鍵吸收結合化合物的分子式可知此化合物為2-丙炔醇目前八十九頁\總數(shù)一百零六頁\編于五點例4C7H8O1)不飽和度：(7228)2=4可能含有苯環(huán)2)3000cm1以上，以及1600，1500cm1表明含有苯環(huán)（-C6H5）

770，700cm1表明苯環(huán)取代為單取代3)分子式為C7H8O，除去苯環(huán)(-C6H5)，取代基為CH3O，苯甲醚(?)苯甲醇(?)3300cm1()，1250，1040c