（一）分子的振动光谱
解薛定谔方程，可得分子的振动能量：
E 振 (v 1/2) h(v 1/2)C h
：化学键的振动频率； v ：振动量子数，取0,1,2,……。
任意两个相邻的能级间的能量差为：
EE(v1)E(v)h2h
k mr
1 1 k 2C mr
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。
红外光谱基本原理
主要内容
红外光谱基本原理 傅里叶变换红外光谱仪 红外发射光谱 红外反射光谱 遥感傅里叶变换红外光谱 红外光声光谱 红外联机
第一章 红外光谱基本原理
2007.4.10
参考资料
张叔良编著.红外光谱分析与新技术. 中国医 药科技出版社, 1993
陈允魁等编著.仪器分析.上海交通大学出版 社，1992
远红外 光谱
波红拉长外曼3及光000μ近光m红谱~3外0μm可谱见光
紫外光 谱
谱
100mμ以 下
X光光 谱
运动 原子核 形式 的转动
分子的 转动及 长波振 动
分子中 原子的 相对振 动及振 转光谱
分子中 涉及氢 原子的 振动
分子中 外层电 子的转 移
分子中 外层电 子的转 移
原子的 内层电 子的转 移
波数 (cm1)波1长 04()
2、光谱分类及对应的微观运动
每一化合物有其特定的光谱，因而可以通过红外 光谱对化合物进行鉴别；
在这些有机光谱中，以红外光谱的谱带最为众多 和复杂，可以获得反映分子结构的信息；
有机化合物官能团的基团频率以及骨架振动频率 都存在一定的规律，这对未知化合物的结构测定 将提供十分有用的信息。
（2）四原子弯曲振动AX3型
对称变角振动δs
非对称变角振动δas
（三）变形振动δ′
芳环化合物、环烷及其他类型的环状化合物，其光谱图中 不少谱带与骨架的变形振动有关，这种振动分面内和面外 变形振动两种形式。以五元环为例：
（四）振动方程式
Hook’s Law
Fkx
x=0
F mamd2x
d2t
1 k 2 mr
吸收频率； 1950年以后出现了自动记录式红外分光光度计； 1970年以后出现了傅里叶变换红外光谱仪； 此后，红外测定技术，如全反射红外、显微红外、光声光
谱以及红外联机技术不断发展和完善，使红外光谱法得到 了广泛应用。
2、光谱分类及对应的微观运动
电磁波的能量变换公式 Eh
⊿E为能量的变换值
mr
m1 m2 m1 m2
x x0 cos
kt m
1 1 k 2C mr
m d 2 x kx d 2t
k化学键的力常数；mr为双原子的折合质量
三、分子的振动、转动和振转光定宽度的吸收带；
而且在一定的条件下用高分辨仪器可以分辨出谱 线的精细结构；
二、几种振动形式
分子中原子的振动分为三种类型：
伸缩振动
弯曲振动 变形振动
变角振动
二、几种振动形式
（一）伸缩振动
（1）双原子伸缩振动AX型，以νβ表示
（2）三原子伸缩振动AX2型
νs
νas
（3）四原子伸缩振动AX3型
对称伸缩振动
νs
非对称伸缩振动
νas
（二）弯曲振动
（1）三原子弯曲振动AX2型 （-CH2-）
2B(J1)
2B4h2I
h
c42mrre2c
在室温下，处于J=0的分子可跃迁到J=1，J=1的分子可跃迁到J=2， 其波数由上式决定。
由于J的不同，转动光谱应为一系列等距离的谱线，它们的间距为
2B。
（二）分子的转动光谱
表3 HCl分子的远红外吸收光谱
谱线 序数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
80.03 104.16 124.30 145.03 165.51 185.86 206.38 226.50
h为普朗克常数 ν为电磁波的频率
2、光谱分类及对应的微观运动
表1 常用的有机光谱及其对应的微观运动
波长 5×105~10 1000~5T0H5z0（~2.5太μ 赫2兹.5~0）.75技7术50~400 400~100
μ
光谱 核磁共 名称 振波谱
μ频率0. 1～10 THzμ之间的电m磁μ 波， mμ
表2 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 —
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。
（二）分子的转动光谱
注：① 通常的红外光谱指中红外，波段2.5~25μm，4000~400cm-1； ② 化学研究中的分类方法，物理学中近、中、远红外分类范围不一样； ③ 可见和紫外常用nm表示，mμ=nm，nm=10Å
2、光谱分类及对应的微观运动
单位：
C
λ波长，ν频率，C光速（3×1016cm/s）
波数 (cm1)波1长 (cm)
刘密新等编著.仪器分析. 清华大学出版社， 2002
主要内容
一、概述
红外光谱的发展 光谱分类及对应的微观运动
二、几种振动形式 三、分子的振动、转动和振转光谱
分子的振动光谱 分子的转动光谱 分子的振转光谱
四、红外光谱与分子结构间的关系 五、红外分光光度计
一、概述
1、发展
1900年英国天文学家Hershl用实验证明了红外光的存在； 20世纪初人们进一步系统地了解了不同官能团有不同红外
此外，经典力学方法也无法解释倍频、合频、差 频的现象。
所以，必须用量子力学来解释。
基频峰是分子吸收光子后从 一个能级跃迁到相邻的高一 能级产生的吸收。V =0
V=1 倍频峰(2)是分子吸收比原有 能量大一倍的光子之后，跃 迁两个以上能级产生的吸收 峰，出现在基频峰波数n倍处。 合频峰是在两个以上基频峰 波数之和(组频 1+ 2)或差 (1 - 2)处出现的吸收峰。 热峰来源于跃迁时低能级不 是基态的一些吸收峰。
转动光谱涉及的能量较小，约为10-2~10-8eV之间，对应波长为 100~1000μ，属于远红外区。
从能级图上可知，转动运动可以直接影响振动光谱。 假设双原子分子为刚性哑铃型模型，解薛定谔方程：
h2
E转J(J1)82IBh(Jc 1)J
B h
8 2IC
I总转动惯量，J转动量子数。
根据选律，只有⊿J=±1是允许的，所以 ⊿E=2B(J+1)hc