1
2 3.1416 2.9981010
100k 1.66061027 μ
1303 k
c m1
μ
c（2.998×1010 cm·s-1）； mu（1.6606×10-27kg）； k 以 N·cm-1
Ar1Ar2
Ar1 Ar2
影响的主要因素
1、键的数目
1303 k cm1
μ
随化学键数目增加，k 增加 kCC kCC kCC ，则σ也增加
HH O
νas 3756 νs 3652 δ 1595
例 苯 3×12－6=30，测得的峰数目比计算的振动数目少。
产生的峰比振动数目少的原因：
(1) 具有相同波数的振动所对应的吸收峰发生了简并。 (2) 振动过程中分子的瞬间偶极矩不发生变化，无红外
活性。 (3) 仪器的分辨率和灵敏度不够高，对一些波数接近或
红外光谱两个区域
基团（或官能团）区-- 4000~1300 cm-1 指纹区-- 1300~600 cm-1
强度很弱的吸收峰，仪器无法将之分开或检出。 (4) 仪器波长范围不够，有些吸收峰超出了仪器的测量
范围。
产生的峰比振动数目多的情况
倍频峰 v0 → v2 （二倍频峰） v0 → v3（三倍频峰）
和频峰 吸收的红外辐射频率为两个相互作用基频 之和， ν1 +ν2， ν1 +ν3， ν2 +ν3 差频峰 吸收的红外辐射频率为两个相互作用基频 之差，ν1 -ν2， ν1 -ν3， ν2 -ν3
y x
3个平动自由度 3个转动自由度
非线性分子振动自由度=3N－3－3=3N－6
例 线性分子CO2
3N－5 = 4 振动数目4个
OCO
OCO OCO +- + OCO
OCO
s 无红外吸收 as 2349
667 667
剪并
例 非线性分子H2O
HH O
3N－6 = 3
振动数目3个
H HH H
O
O
7.1.5 红外吸收峰强度
峰强度
ε /L·mol-1·cm-1
很强 vs
>200
强 s
200~75
中 m
75~25
弱 w
25~5
很弱 vw
<5
红外吸收峰的强度 影响因素
振动能级跃迁的几率 偶极矩变化的大小 处于基态基团的个数
影响红外吸收峰强度的因素
a．跃迁类型
振动能级跃迁的几率与振动能级跃迁的类型有关。 v0→v1i 几率大，基频峰较强 v0 → v2i，v0 → v3i 几率小，倍频峰较弱
13158-4000
OH、NH、CH 键的倍频吸收
4000-200
分子振动，伴随 转动
远红外区 分子转动区 50-1000 200-10
分子转动
红外光谱图
应用：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；
7.1.2 产生红外光谱吸收的条件
物质产生吸收红外吸收光谱的必要条件
面内变形振动 面外变形振动。
HH C
HH C
ห้องสมุดไป่ตู้
HH C
H
H
+ H
-+ HH
+ H
C
C
C
2． 振动数目
振动数目称为振动自由度
每个振动自由度相应于红外光谱的一个基频吸收峰。
振动自由度=3N – 平动自由度 – 转动自由度
线性分子 z
非线性分子
z
y
3个平动自由度
2个转动自由度
x
线性分子振动自由度=3N－3－2=3N－5
a．△Ev = hv
b． 0 ，即分子偶极矩 (μ) 发生变化
红外活性的振动 具有偶极矩变化的分子振动
OCO
非红外活性的振动 没有偶极矩变化的分子振动
OCO
CO2的不对称伸缩振动
CO2的对称伸缩振动
7.1.3 双原子分子的振动
经典力学
物体所受的弹性力 f = - kx 物体的势能 E 1 kx2
第七章 红外光谱法
7.1 基本原理
7.1.1 红外光谱
由分子的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱 分子振动和转动光谱
特点：
分子吸收光谱→带状光谱 显示物质分子中各种官能团的特征吸收峰。
区域名称
波长(µm) 波数(cm-1) 能级跃迁类型
近红外区 中红外区
泛频区 基本振动区
0.75-2.5 2.5-50
Ias＞Is； Is＞Iδ。
b．基团的极性强度
振动能级跃迁过程中偶极矩变化越大，吸收峰越强。 即：基团极性大，偶极矩变化大。 极性较强基团吸收峰的强度大于极性较弱基团的吸收峰。 如，C=O基团对应的吸收峰的强度大于C=C基团。
c．浓度
浓度越大，吸收峰的强度越大。
7. 2 特征吸收峰 定义： 特征吸收峰——指官能团所特有的较强吸收峰。 基 团 区——特征吸收峰所在的位置。
σ （cm-1）
H—F 9.8 4185
H—Cl 4.8
H—Br 4.1
2894
2654
H—I 3.2 2340
注意：如何利用红外光谱法研究同位素？
3、环 境
化学键所处的环境对k 有影响，因而对吸收峰的位置产
生一定的影响 对C—H键 H C C H ，k=5.9 N·cm-1， 3300cm-1附近，
H2C=CH2 ， k=5.1 N·cm-1， 3060cm-1附近。
7.1.4 多原子分子的振动
1． 振动类型
伸缩振动 变形振动
伸缩振动 键长变化而键角不变的振动，用符号v表示。 对称伸缩振动 (vs) 不对称伸缩振动 (vas)
变形振动
弯曲振动或变角振动
键长不变而键角变化的振动，用符号δ表示。
例如：
TEXT
C
C，C
C，C
-
C
TEXT
1212 6
12 12
σCC 1303
15.6 2101(cm1) 6
σCC 1303
9.6 1648(cm1) 6
σCC 1303
4.5 1128(cm1) 6
2、原子的种类
1303 k cm1
μ
不同的原子将同时影响k和μ的大小。
k （N∙cm-1）
2
物体的机械振动频率
机
1
2
k m
力常数
（物体的固有频率 ）
机械振动频率
机
1
2
k
m1 m2
m1 m2
两原子的折合质量
量子力学
量子力学描述分子振动的能量：
Eν
=（ν
+
1）h 2 2π
k μ
k 为键力常数，v (振动量子数) = 0，1，2，···(量子化)
当光照射分子时 E1 E0 = Eν = hν光
hν光
=
E1
E0
=（1
+
1）h 2 2π
k （0 + 1）h
μ
2 2π
k= h μ 2π
k μ
1k ν光 = 2π μ
1k ν光 = 2π μ
机
1
2
k m
ν光 = ν机
v 1 k c 2c μ
m1 m2
m1 m2
Ar1
m1 mu
Ar 2
m2 mu
1 2c
k Ar1 Ar2mu ( Ar1 Ar2 )