二、分子振动方程式
(1)双原子分子的简谐振动及其频率 化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
分子的振动能级（量子化）：
E振=（V+1/2）h ：化学键的振动频率； V ：振动量子数。
1.2 红外光谱与有机化合物结构
二、分子振动方程式
(2)分子振动方程式 任意两个相邻的能级间的能量差为：
E h h k 2
—600 cm-1两个区域。
在4000 ～ 1300 cm-1区域的峰是由伸缩振动产生的吸收
二、光阑
作用：控制光通量的大小 效果：加大光阑孔径，光通量增大，有利于提 高检测灵敏度；缩小光阑孔径，光通量减少，检测 灵敏度降低。
2.1 FT-IR光谱仪的光学系统
三、干涉仪
干涉仪是FT-IR光谱仪光学系统中的核心部分。 FT-IR 光谱仪的最高分辨率和其它性能指标主要由干涉仪决定。
目前，FT-IR光谱仪使用的干涉仪有好几种，可以分 为：空气轴承干涉仪、机械轴承干涉仪、双角镜耦合、动镜 扭摆式干涉仪等。
C
1685 cm -1 1660 cm -1
1.4 影响峰位变化的因素
一、内部因素 （2）空间效应
场效应；空间位组；环张力
CH
3060-3030 cm-1
2900-2800 cm-1
1.4 影响峰位变化的因素
二、氢键效应
氢键(分子内氢键；分子间氢键)：对峰位，峰强产 生极明显影响，使伸缩振动频率向低波数方向移动。
傅立叶变换红外光谱仪工作原理图
2.1 FT-IR光谱仪的光学系统
迈克尔逊干涉仪工作原理图
2.2 红外光谱样品制备和测试
一、固体样品
应该根据固体样品的形态和测试目的选用不同 的制样方法和测试方法。
固体样品的测试方法有：常规透射光谱法、显 微红外光谱法、漫反射光谱法、ATR光谱法、高压 红外光谱法等。
空气轴承干涉仪是经典迈克尔逊干涉仪，它由分束器、 固定镜、动镜及动镜驱动机构几部分构成。
2.1 FT-IR光谱仪的光学系统
四、检测器
作用：检测红外干涉光通过红外样品后的能量。 对使用的检测器有三点要求：具有高的检测灵敏 度、快的响应速度和较宽的测量范围。
DTGS检测器
检测器
MCT检测器
2.1 FT-IR光谱仪的光学系统
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
4.5m
6.0 m
7.0 m
化学键键强越强（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。
1.3 分子中基团的基本振动方式
两类基本振动形式 伸缩振动
是指原子沿着价键方向；来回运 动，即振动时键长发生变化，键 角不变
傅立叶变换红外光谱 显微成像系统
1 傅立叶变换红外光谱基本原理
1.1 概述
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱
1.2 红外光谱与有机化合物结构
红外光谱图： 纵坐标为吸收强度，
横坐标为波长λ（μm） 和波数1/λ 单位：cm-1
可以用峰数，峰位，峰 形，峰强来描述。
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；
三、气体样品
气体红外光谱的测试需要有气体池，将需要测 试的气体充进气体池中才能测试。
3 红外光谱与分子结构
3.1 红外光谱的特征性
在红外光谱中能代表基团或化学键存在的最强谱峰称为 基团或化学键的特征峰，特征峰的中心频率称为基团或化学 键的特征频率。
红外光谱的整个范围可分成4000～1300 cm-1与1300 ～
R-COH R-COF
C=0 1730cm -1 ； C=0 1920cm-1 ;
1.4 影响峰位变化的因素
一、内部因素 （1）电子效应
ｂ．共轭效应：共轭效应使单键吸收峰向高波数移动， 使双键吸收峰向低波数移动。
O H3C C CH3
O C CH3
1715cm -1 1685 cm -1
O
O
C CH3
O H NH 游离
R
R
HN H O 氢键
C=O 伸缩 N-H 伸缩 N-H 变形
1690
3500 1620-1590
1650
3400 1650-1620
HO O
C H3C
O-H 伸缩
OCH3 2835
HO 3705-3125
2 傅立叶变换红外光谱仪
◆红外光学台
由红外光源、光阑、干涉仪、样品室、检测器 以及各种红外反射镜、氦氖激光器、控制电路板 和电源组成。
变形振动
是指基团键角发 生变化而键长不 变的振动
亚甲基
1.4 影响峰位变化的因素
化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部 因素影响。各种化合物中相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。
一、内部因素 （1）电子效应
a．诱导效应：吸电子基团使吸收峰向高频方向移动（蓝移）
R-COR C=0 1715cm-1 ; R-COCl C=0 1800cm-1 ;
1.2 红外光谱与有机化合物结构
一、红外光谱产生的条件
(1) 辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2) 辐射与物质间有相互偶合作用。
对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红 外活性。如：N2、O2、Cl2 等。
非对称分子：有偶极矩，红外活性。如：HCl、H2O等。
1.2 红外光谱与有机化合物结构
1 1 k 1307 k
2 c
K为化学键的力常数，与键能和键长有关， 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。
表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型: 力常数: 峰位:
—CC — > —C =C — > —C — C —
◆计算机 ◆打印机
2.1 FT-IR光谱仪的光学系统
一、红外光源
目前，要测试整个红外波段至少需要更换三种光源，即 中红外光源、远红外光源和近红外光源。
目前使用的中红外光源基本上可以分为两类：碳硅棒光 源和陶瓷光源。
光源又可分为水冷却和空气冷却两类。
空气冷却陶瓷光源适用范围：9600～50cm-1
2.1 FT-IR光谱仪的光学系统
常规透射光谱制样方法分为压片法、糊状法和 薄膜法。
2.2 红外光谱样品制备和测试
二、液体样品
纯有机液体样品：液膜法，即在两块窗 片之间夹一层薄薄的液膜。
溶液样品： 液体池
有机溶液样品：常用的窗片材 料，BaF, CaF
2.2 红外光谱样品制备和测试