4）定量分析； 5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品； 6）分析速度快；
7）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。
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5.2 基本原理 1. 产生红外吸收的条件
分子吸收辐射并产生振转跃迁必须满足两个条件： 条件一：辐射光子的能量应满足分子跃迁所需要的能量。
根据量子力学原理，分子振动能量Ev 是量子化的，即
原子质量。
1)>kC=C(1667cm-1)>kC-C(1429cm-1)（质量相近）
2）质量m大，化学键的振动波数低，如:
mC-C(1430cm-1)<mC-N(1330cm-1)<mC-O(1280cm-1)(力常数k相近）
1302
k Ar'
EV=（V+1/2）h
为分子振动频率，V为振动量子数，其值取 0，1，2，… 分子中不同振动能级差为
EV=(V1+1/2)h -(V0+1/2)h = Vh 也就是说，只有当EV=Ea或者a=V 时，才有可能发生振转 跃迁。例如当分子从基态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1），此 时V=1，即a= 。发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两
外吸收；
紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是共轭体系的有机物， 而红外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物。因此，除了单原 子和同核原子如Ne、He、O2、H2等之外几乎所有有机化合物在红外光谱区均 有吸收。
3）分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、波峰数目及强度 确定分子基团、分子结构；
Ar'
m1m2 m1 m2
9
例如：HCl分子k=5.1 N/cm，则HCl的振动频率为：
1302
k Ar'
1302 5.1/[(35.51.0) /(35.5 1.0)]
2993 cm1
=1
实测值为2885 .9cm1
对于C-H：k=5 mdyn/Å; =2920 cm-1 对于C=C，k=10 mdyn/Å, =1683 cm-1
主要用于化合物鉴定及分子结构表征，有时也用于定量分析。
2
红外光谱的表示方法： 红外光谱以T~或T~ 来表示，下图为苯甲酮的红外光谱。
纵坐标为吸收强度；横坐标为波长 （m）和波数1/ （cm-1）。也
可以用峰数、峰位、峰形和峰强来描述。
~
注意换算公式： / cm1 104 /( / m)
3
2. 红外光区划分
无偶极矩变化 （=0）
无红外吸收
(非红外活性)
磁场
偶极矩变化 （0）
红外吸收
(红外活性)
交变电磁辐射
分子固有振动
a
偶极子：分子由于其构成分子的各原子的 电负性的不同，显示不同的极性，成为偶 极子。用偶极矩（µ）表示分子极性大小。
µ不断变化 d不断变化 µ = qd
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2. 分子振动 1）双原子分子振动
杂），但可将其分解为多个简正振动来研究。 简正振动
整个分子质心不变、整体不转动、各原子在原地作简谐振动且 频率及位相相同，此时分子中的任何振动可视为所有上述简谐振 动的线性组合。 简正振动基本形式 伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长变化但键角不变的振动。 变形振动：基团键角发生周期性变化，但键长不变的振动。又称
根据小球质量和相对原子质量之间的关系，式1可以写成式2 ：
m1m2
m1 m2
N
1/ A
2
2c
k Ar'
式中：NA为阿伏加德罗常数，6.022×1023；Ar' 为原子折合相对原子质量
1302
k Ar'
Ar'
m1m2 m1 m2
8
某些键的伸缩力常数（N/cm）
影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化学键力常数 k 和
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！
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条件二：辐射与物质之间必须有耦合（Coupling）作用。
电场
为满足红外吸收光谱条件，分子振动必须伴随偶极矩变化。能量
转移的机理是通过振动过程所导致的偶极矩的变化和交变的电磁场 （红外线）相互作用发生的。当辐射频率与偶极子频率相匹时，分子 才与辐射相互作用（振动耦合）。
第五章 红外光谱法
（Infra-red Analysis, IR）
5.1 概述
5.2 基本原理 1. 产生红外吸收的条件 2. 分子振动 3. 谱带强度 4. 振动频率 5. 影响基团频率的因素
5.3 红外光谱仪器 5.4 试样制备 5.5 应用简介
1
5.1 概述
1. 定义： 红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。样品受到频
率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子 振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发 态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数 或波长的曲线，即为红外光谱。
连续h ( I0 ) M 分子振动转动 跃迁 M * It
它只对红外光谱辐射的选择性吸收，能反映分子内部结构在振 动-转动光谱区域内吸收能力的分布情况，可以从红外光谱的波形、 波峰的强度和位置及其数目，研究物质的内部结构。
红外光谱 (0.75~1000m)
近红外(泛频） (0.75~2.5 m) 13158~4000/cm-1
中红外(振动区) (2.5~25 m)
4000~400/cm-1
远红外(转动区) (25-1000 m) 400~10/cm-1
倍频 分子振动转动 （常用区）
分子转动
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3. 红外光谱特点 1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低； 2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红
对于C-C，k=5 mdyn/Å； =1190 cm-1 =6
问题：C=O 强；C=C 弱；为什么？ 吸收峰强度跃迁几率偶极矩变化；吸收峰强度 偶极矩的平方；偶 极矩变化——结构对称性：对称性差偶极矩变化大吸收峰强度大
m1m2
m1 m2 10
2）多原子分子 多原子分子的振动更为复杂（原子多、化学键多、空间结构复
分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相比） 作周期性“简谐”振动，其振动可用经典刚性振动描述（胡克定律）：
( 频率 ) 1 k .......... .或 (波数 ) 1 k
2
2c
k为化学键的力常数（N/cm) ; c =3 1010cm/s; 双原子折合质量为单位 g。