1．组成结构框图及工作原理
迈克尔逊干涉仪
吸收池
分 束 器
干涉图 检测器
傅里叶变换
红外吸收光谱 图
数据处理 仪器控制
压片法
光散射现象较严重
KCl、KBr在加压下呈现所谓冷胀现象并变为可塑物，在中红外光区 完全透明，因此常用作固体样品的稀释剂。
稀释剂的比例：样品/稀释剂≈ 1/100
稀释剂的要求：纯度高、粒度小于2.5μm、不含水分。
在测定样品前，常用此红外来进行仪器校正。
红外吸收的基本原理
一、红外光谱的形成、条件和分子的运动 1、红外光谱的形成和产生条件 当一定波长的红外光照射样品时，如果分子中某个基团 的振动频率和它的一样，二者就会发生共振，此时光的能量 通过分子偶极距的变化传递给分子，这个基团就会吸收该频 率的红外光而发生振动能级的跃迁，产生红外吸收峰。 物质吸收红外光发生振动和转动能级的跃迁须满足两个 条件： （1）红外辐射光量子具有的能量等于分子振动能级的 能量差； （2）分子振动时，偶极距的大小和方向必须有一定的 变化。
两个基团相邻且振动基频相差不大时会产生振动耦合，振动耦 合引起的吸收频率称为耦合频率。耦合频率偏离基频，一个移向高 频，一个移向低频。
（c）费米共振 红外基频和倍频，还有组合频。 组合频为基频及倍频的和或差。即 v1 + v2、 2v1 + v2、 v1 － v2等。 费米共振：当一个振动的倍频或组合频与某一个强的基 频有接近的频率时，这两个振动相互作用发生偶合，弱的倍 频或组合频被强化，振动偶合后出现两个谱带。 两谱带中均含有基频和倍频的成份，倍频和组合频明显 被加强，这种现象叫费米共振。 费米共振是普遍现象，它不仅存在于红外光谱中，也存 在于拉曼光谱中。
红外吸收光谱图 中的假谱带：
H2 O
3400cm-1 1640cm-1 650cm-1
2350cm-1 CO2 667cm-1
二、红外吸收光谱图的分区
特征谱图区（官能团区） 从大量化合物的红外谱图发现，具有相同化学键或官能团 的一系列化合物的红外吸收谱带均出现在一定的波数范围内， 受分子内其它结构的影响较小。 例如：C=O:1650～1870cm－1，C≡N:2225～2260cm－1， C≡C，C=C，C=N，N－H，O－H，C－H等在红外谱图上均 在4000 ～1333cm－1之间，且吸收峰较稀疏，容易辨认，常 把此区间称为特征谱带区。 特征峰：在特征区中凡能鉴定官能团是否存在的吸收峰
对于相同化学键的基团，波数与相对原子相对质量平方根成反比。 例如C-C、C-O、C-N键的力常数相近，但相对折合质量不同，其大小 顺序为C-C < C-N < C-O，因而这三种键的基频振动峰分别出现在1430
cm-1 、1330 cm-1 、1280 cm-1附近。
小结：
发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量 和键力常数，即取决于分子的结构特征。
需注意的是，水分子在3300cm－1附近有吸收。样品或用于压片 的溴化钾晶体含有微量水分时会在该处出峰。
伸缩振动的k比变形振动k大；因此伸缩振动出现在红外吸收光 谱的高波数区，变形振动出现在红外吸收光谱的低波数区。
分子的振动分为伸缩振动和变形振动两类。 伸缩振动是沿原子核之间的轴线作振动，键长有变化而 键角不变，用字母v来表示。 伸缩振动分为不对称伸缩振动vas和对称伸缩振动vs。 变形振动是键长不变而键角改变的振动方式，用字母δ 表示。
二倍频峰（v = 0 → v = 2）Δ v = 2 → νL = 2ν 泛 频 峰 倍频峰 三倍频峰（v = 0 → v = 3）Δv = 3 → νL = 3ν
合频峰 νL = ν1 + ν2 差频峰（即υ=1→υ=2，3- - -产生的峰）νL =ν1 －ν2
注：泛频峰强度较弱，难辨认→却增加了光谱特征性 （3）振动耦合
C-X (X：O、N、F、P、S)、P-O、Si-O 指纹区 1300~600cm-1
伸缩振动区
1300~900cm-1
-CH2平面摇摆、苯环取代、—C-H面外变形振动 区 900~600(400)cm-1
三、官能团的特征吸收频率
4000～2500cm－1 ——X－H(X=C, N, O, S等)的伸缩振动区 OH的吸收出现在3600-2500cm－1。 游离氢键的羟基在3600cm－1附近，为中等强度的尖峰。 形成氢键后键力常数减小，移向低波数，因此产生宽而强的吸收。 一般羧酸羟基的吸收频率低于醇和酚，可从3600cm－1移至 2500cm－1，并为宽而强的吸收。
有机化合物基团的特征吸收 化合物红外光谱是各种基团红外吸收的叠加。 各种基团在红外光谱的特定区域会出现对应的吸收带， 其位置大致固定。 受化学结构和外部条件的影响，吸收带会发生位移，但 综合吸收峰位置、谱带强度、谱带形状及相差峰的存在，可 以从谱带信息中反映出各种基团的存在与否。 中红外区（4000～400cm－1）分成两部分： 官能团区（3700～1333 cm－1）； 指纹区（1333～650 cm－1） 官能团的特征吸收大多出现在官能团区。 而有关的分子精细结构特征，如取代类型、几何异构、 同分异构在指纹区可以观察到。
吸收峰强度： 反对称伸缩振动 > 对称伸缩振动 > 变形振 动 vC=O> vC=C
红外吸收光谱仪
一、色散型红外吸收光谱仪的基本组成 Nhomakorabea1．组成结构框图 吸收池 吸收池 单色器 光源
硅碳棒
光源
参 比 样品
单色器
切光器（斩波器）
检 测 器 数据处理和 仪器控制
检测器
数据处理 仪器控制
二、傅里叶变换红外吸收光谱仪（FTIR） 光源
2、分子的振动 （1）双原子分子 分子是由各种原子通过化学键连接而成的。为简化讨 论，可以将原子模拟成不同质量的小球，将化学键看成是 不同强度的弹簧。 若两个原子质量分别为m1、m2，化学键的质量不计， 其伸缩振动可近似看作沿轴线方向的简谐振动。
任意两个相邻的能级间的能量差为：
E hv h 2 k k
谱中经常用波数ν（有的地方用σ）表示，单位为cm－1，所以红外光的
波数范围为13333～10cm－1。
红外光区又分为近、中、远红外光区，划分如下：
红外光谱的应用 红外光谱最重要的应用是中红外区有机化合物的结构鉴定。通 过与标准谱图比较，可以确定化合物的结构；对于未知样品，通过官 能团、顺反异构、取代基位臵、氢键结合以及络合物的形成等结构信 息可以推测结构。
（二）振动光谱 双原子分子A－B → 近似看作谐振子 两原子间的伸缩振动 → 近似看作简 谐振动 分子振动总能量
1 E ( )hv 2
v —— 分子振动频率；v —— 分子振动量子数，取0，1，2，3… 分子振动能级差 ΔE振 = Δv· hv 光子照射能量 EL = hvL 产生红外光谱前提ΔE振 = EL 即 vL = Δv· v vL —— 红外光的照射频率；v ——分子的振动频率
油压机压力：5~10×107Pa (5~10t/cm2)；加压同时要抽去空气。
红外吸收光谱法的应用
一、红外吸收光谱图 纵坐标为吸光度(A)或透过率(T%)；横坐标为波长 λ(μm)或波数1/λ(cm－1) 可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述化合物的红外 谱图。 应用：有机化合物的结构解析 定性：基团的特征吸收频率 定量：特征峰的强度
二、影响红外吸收峰强度的因素
1．红外吸收峰强度的分类 红外光谱的峰强可以用摩尔吸收系数ε表示：
1 T0 lg CL T
式中：ε为摩尔吸收系数；C为样品浓度，mol/L； L为吸收池厚度；cm； T0为入射光强度；T为出射光强度。 当 ε>100时，峰很强，用vs表示。Very strong ε在20～100，为强峰，用s表示。strong ε在10～20，为中强峰，用m表示。 medium ε在1～10，为弱峰，用w表示。weak 另外，用b表示宽峰，Sh表示大峰边的小肩峰。 Wide Small heavy
化学键越强（即键的力常数k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。
3、基频峰与泛频峰
常温下分子处于最低振动能级，此时叫基态，v=0。 从基态v0跃迁到第一激发态v1=1，v0→v1产生的吸收带较强， 叫基频或基峰。 也有从基态跃迁到第二激发态甚至第三激发态， v0→v2或 v0→v3的跃迁产生的吸收带依次减弱，叫倍频吸收，用2v1等表 示。
现在2222 cm-1，而CC约在1667 cm-1 ，C-C在1429 cm-1.
（2）多原子分子振动方式与振动数
（A）振动的基本类型
对称性伸缩振动VS 伸缩振动 反对称性伸缩振动VaS 剪式振动 S 振动类型 面内变形振动 平面摇摆 变形振动 面外变形振动非平面摇摆 扭曲振动
（1）基频峰 分子吸收一定频率红外线，振动能级从基态跃迁至第一振动激发 态产生的吸收峰（即v = 0 → 1产生的峰）
Δv = 1
vL = v
基频峰的峰位等于分子的振动频率 基频峰强度大——红外主要吸收峰
（2）泛频峰（倍频峰）
分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动激发态 等高能态时所产生的吸收峰（即v =0 → v = 2，3… 产生的峰） 即 vL = Δv· v

1307 k

1


1 2c

K化学键的力常数，与键能和键长有关 μ为双原子的折合质量
m1m2 m1 m2
发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折 合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。
影响基本振动频率的直接原因是相对原子质量和化学键的力常 数。化学键的力常数k越大，折合相对原子质量Ar越小，则化学键的 振动频率越高，吸收峰将出现在高波数区；反之，则出现在低数区. 例如C-C、 CC、 CC三种碳碳键的质量相同，键力常数 的顺序是三键>双键>单键。因此在红外光谱中， CC的吸收峰出