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红外光谱的基本原理
• 电磁波与分子相互作用时产生能级跃迁： 电子能级跃迁—紫外、可见吸收和荧光 发射光谱； 振动能级跃迁—红外光谱和拉曼散射光 谱； 转动能级跃迁—远红外光谱和转动拉曼 光谱；
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能级跃迁示意图
1 k 2pc m
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红外光谱的基本原理
基团振动频率的同位素效应： 根据上式，计算可得 如-CH2 v(CH2)一般在2,900 cm-1附近; 而-CD2 v(CD2)则位移至2,100cm-1附近
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红外光谱的基团频率
Wavenumber (cm-1)
4000 100 2500 2000 1500 625
N-H O-H C-H
C=N C=C
C=O C=N C=C Fingerprint region
0 2.5 4 5 7 16
ห้องสมุดไป่ตู้
Wavelength (µ m)
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• 红外光在电磁波谱中的波数范围：
近红外 12,800 ~ 4,000 cm-1 (0.78 ~ 2.5 mm); 中红外 4,000 ~ 400 cm-1 (2.5 ~ 25 mm); 远红外 400 ~ 10 cm-1 (25 ~ 1,000mm )
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电磁波谱
波长 (cm) 能量 紫外 UV 10-5 波长 (mm) 波数 (cm-1) 可见 VIS 近红 外 NIR 中红外 Mid-IR 10-3 2.5 25 400 远红外 Far-IR 10-2 1000 10 微波 Microwave 10-1
10-5 10-4 0.78
12,800 4000
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红外光谱的基本原理
红外光谱与拉曼光谱同属分子振动光谱， 二者互相补充： •红外光谱 的产生与分子偶极矩有关，极 性分子或基团红外灵敏，如羰基C=O；
•拉曼光谱 与诱导偶极矩(即分子极化度) 相关，非极性分子或基团拉曼灵敏，如 CCl4。
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红外光谱的基本原理
• 基频、合频、倍频与费米共振：
合频、倍频与费米共振均由真实分 子体系的非谐性引起； 费米共振是由基频与合频的混合产 生两条比较强的谱带。
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基频、倍频、合频光谱图例
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红外光谱的基本原理
双原子分子体系振动频率可表示为：
vm = 1 2p
k m
=
1 2p
k(m1+m2) m1m2
（以波数表示： cm-1 ） v =
式中 k: 化学键力常数 m: 约化质量（折合质量） c: 光速
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傅立叶变换红外光谱培训
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岛津FTIR光谱仪系列
FTIR-8400S
红外显微镜AIM-8000
IRPrestige-21
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什么是红外辐射
1：1980年英国天文学家赫谢尔测量太阳光可 见区内外温度，发现红色光以外部分温度 比可见光温度高 2：电磁波波长范围0.76 – 0.8 um 至 1 mm
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红外与拉曼光谱能级示意图
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红外与拉曼光谱互相补充示例
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红外光谱的基团频率
Functional groups C - H (alkyl group) = C - H (alkene) C= C C-H CC C - Cl C - Br C-I O-H C-O Aromatic ring N-H C-N C=O O - H (Carboxylic acid) CN Band position (cm-1) 2850 - 2960 3020 - 3100 1650 - 1670 3300 2100 - 2260 600 - 800 500 - 600 500 3400 - 3640 1050 - 1150 1600, 1500 3310 - 3500 1030,1230 1670 - 1780 2500 - 3100 2210 - 2260 Intensity Medium to strong Medium Medium Strong Medium Strong Strong Strong Strong, broad Strong Strong Medium Medium Strong Strong, very broad Medium
能级
v2 v1 v0
转动能级跃迁
5 4 3 2 1 0
E1
电子能级跃迁
v2
振动能级跃迁
v1 v0
E = hn 其中 h 为普朗克常数 (6.626 × 10-34 焦耳· 秒） n 为频率
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E0
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红外光谱的基本原理
• 红外光谱起源于分子中化学键的振动， 属于分子光谱中的振动光谱； • 红外吸收谱带的位置(波数cm-1 )对应分子 振动能级跃迁的能级差； 红外吸收谱带强度反映能级跃迁的几率。
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红外指纹区(FingerPrint Region)
• 红外光谱中低于1,500 cm-1的区段通 常被称为红外指纹区。此区域亦称红 外灵敏区(结构) ；
• 同一官能团的红外特征吸收峰位在不 同的化合物中变化不大。
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