二、红外光谱的基本原理 简正振动：多原子分子的振动 多原子分子的振动情况要比双原子分子的复杂很多 所有原子围绕其平衡位置分别以不同振幅进行各自的简谐振动 两个原子之间的伸缩振动 三个或三个以上原子之间的伸缩振动 各种模式的弯曲振动 。 多原子分子的振动统称简正振动 简正振动的数目与分子构形和分子中原子个数N有关 非线性分子：简正振动数目=3N-6 线性分子：简正振动数目=3N-5
简正振动：多原子分子的振动 • 多原子分子的振动情况要比双原子分子的复杂很多 所有原子围绕其平衡位置分别以不同振幅进行各自的简谐振动 两个原子之间的伸缩振动 三个或三个以上原子之间的伸缩振动 各种模式的弯曲振动 • 多原子分子的振动统称简正振动 • 简正振动的数目与分子构形和分子中原子个数 N 有关 非线性分子：简正振动数目 = 3N – 6 线性分子：简正振动数目 = 3N – 5 二、红外光谱的基本原理
三、红外光谱特性 红外光谱吸收谱带的强度 影响红外吸收峰强度的两个主要因素： 振动能级的跃迁概率 振动过程中偶极矩的变化 基频振动过程中，偶极矩的变化越大，其对应的峰强度也越大 振动的对称性（即化学键两端连接的原子的电负性相差越小），振 动中分子偶极矩变化越小，谱带吸收强度也就越弱 伸缩振动的吸收强度大于变形振动的吸收强度 反对称伸缩振动的吸收强度大于对称伸缩振动的强度 基频吸收带一般较强，倍频吸收带较弱
红外光谱吸收谱带的强度 • 影响红外吸收峰强度的两个主要因素： 振动能级的跃迁概率 振动过程中偶极矩的变化 基频振动过程中，偶极矩的变化越大，其对应的峰强度也越大 振动的对称性（即化学键两端连接的原子的电负性相差越小），振 动中分子偶极矩变化越小，谱带吸收强度也就越弱 伸缩振动的吸收强度大于变形振动的吸收强度 反对称伸缩振动的吸收强度大于对称伸缩振动的强度 基频吸收带一般较强，倍频吸收带较弱 三、红外光谱特性
三、红外光谱特性 分子的振-转光谱 当分子吸收红外光，从低能级态的振动能级=0向相邻的高能级 态振动能级=1跃迁时，得到的纯振动光谱应该是线状光谱 实际上，由于振动能级间隔比转动能级间隔大得多，在发生振动能 级跃迁的时候，总是伴随有转动能级的跃迁，因此得到的是宽的红 外谱带 2380 2360 2340 2320 2300 波数/cm CO2气体的反对称伸缩振动区间的振-转吸收光谱 分辨率：A-0.125cml,B-1cml,C-4cm1
• 当分子吸收红外光，从低能级态的振动能级 n = 0 向相邻的高能级 态振动能级 n = 1 跃迁时，得到的纯振动光谱应该是线状光谱 • 实际上，由于振动能级间隔比转动能级间隔大得多，在发生振动能 级跃迁的时候，总是伴随有转动能级的跃迁，因此得到的是宽的红 外谱带 分子的振-转光谱 CO2气体的反对称伸缩振动区间的振-转吸收光谱 分辨率：A – 0.125 cm-1 ，B –1 cm-1 ， C – 4 cm-1 ， 三、红外光谱特性
三、红外光谱特性 分子的振-转光谱 随着分子缔合度的增大，或随着分子间作用力的增大，或随着分子 中原子数目的增多，分子的转动惯性逐渐增大，分子转动能级间隔 越小，因此在测得的红外光谱中将看不到转动的精细结构，而只看 到宽谱带 常温下，绝大多数分子 振动能级处于最低能级态；转动能级处于中间能级态 C0-125 0.65 Q支 0.60 05 0.50 0.45 0.40 030 0.20 R古 P支 0.10 0.0 0.00 710 700 670 60 650 640 波数/cm CO2气体分子的弯曲振动的振-转吸收光谱（分辨率：0.125cm1)
• 随着分子缔合度的增大，或随着分子间作用力的增大，或随着分子 中原子数目的增多，分子的转动惯性逐渐增大，分子转动能级间隔 越小，因此在测得的红外光谱中将看不到转动的精细结构，而只看 到宽谱带 • 常温下，绝大多数分子 振动能级处于最低能级态；转动能级处于中间能级态 CO2气体分子的弯曲振动的振-转吸收光谱（分辨率： 0.125 cm-1） 分子的振-转光谱 三、红外光谱特性
三、红外光谱特性 H,O分子的红外光谱：推测与实测 气态H20分子 推测有3个红外吸收谱带： 非线性分子，应该有3N-6=3个简正振动 3种简正振动模式都伴随有偶极矩变化→都是红外活性的 H v=3756cm-I v=1595cm- v=3657cm-1 反对称伸缩振动 变角振动 对称伸缩振动 实验观测到3个基频振动谱带 液态H2O分子 推测有2个红外吸收谱带：由于水分子间形成很强的氢键，使H2O 分子的反对称伸缩振动与对称伸缩振动重叠，形成一个宽谱带 实测2个谱带：v=3400cm-1(伸缩)，V=1640cm-1(变角)
H2O分子的红外光谱：推测与实测 气态H2O分子 • 推测有3个红外吸收谱带： 非线性分子，应该有 3N – 6 = 3 个简正振动 3种简正振动模式都伴随有偶极矩变化 → 都是红外活性的 • 实验观测到3个基频振动谱带 反对称伸缩振动 变角振动 对称伸缩振动 液态H2O分子 • 推测有2个红外吸收谱带：由于水分子间形成很强的氢键，使H2O 分子的反对称伸缩振动与对称伸缩振动重叠，形成一个宽谱带 • 实测2个谱带：ν = 3400 cm-1（伸缩）， ν = 1640 cm-1（变角） 三、红外光谱特性