、 红外光谱法的基本原理 (一)红外光谱产生的条件 红外光谱是由分子振动能级的跃迁而产生，但并不是所有的振 动能级的跃迁都能在红外光谱中产生吸收，物质吸收红外光发生振 动和转动能级跃迁必须满足两个条件： 1.辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； 2.分子振动时偶极矩的大小和方向必须有一定的变化，即具有偶极矩 变化的分子振动是红外活性振动。 对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N? 、02、Cl2等。 非对称分子：有偶极矩，红外活性，水分子，H,O,NH
一、红外光谱法的基本原理 。 红外光谱是由分子振动能级的跃迁而产生，但并不是所有的振 动能级的跃迁都能在红外光谱中产生吸收，物质吸收红外光发生振 动和转动能级跃迁必须满足两个条件： 1．辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； 2．分子振动时偶极矩的大小和方向必须有一定的变化,即具有偶极矩 变化的分子振动是红外活性振动。 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，水分子，H2O，NH3 （一）红外光谱产生的条件
(二)分子振动频率方程式 1.双原子分子的简谐振动及其频率 ●一00-一● 分子是由各种原子以化学键相互连接而成，以双原子 ●-0000000000000-◆ 分子为例，将分子看作一个简单的谐振子，假设化学 键为失重弹簧，化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧，根据经 典力学原理，简谐振动遵循虎克定律。双原子分子只有沿化学键的 一种振动方式，当分子振动时，化学键的电荷分布发生改变，若两 个原子不同，分子的电荷中心于两个原子核同步振荡，分子仿佛二 个振荡的电偶极子，当偶极受到连续波长的红外光照射时，分子可 吸收某些波长的红外光从而增大分子的振动能量，所吸收的红外光 的频率与该分子的振动能级一致。 ●-一0000-· 虎克足律 1 -0000000000000-● V= k 2π M
（二）分子振动频率方程式 1．双原子分子的简谐振动及其频率 分子是由各种原子以化学键相互连接而成，以双原子 分子为例，将分子看作一个简单的谐振子，假设化学 键为失重弹簧，化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧，根据经 典力学原理，简谐振动遵循虎克定律。双原子分子只有沿化学键的 一种振动方式，当分子振动时，化学键的电荷分布发生改变，若两 个原子不同，分子的电荷中心于两个原子核同步振荡，分子仿佛一 个振荡的电偶极子，当偶极受到连续波长的红外光照射时，分子可 吸收某些波长的红外光从而增大分子的振动能量，所吸收的红外光 的频率与该分子的振动能级一致
(二)分子振动频率方程式 分子的振动能级（量子化）：E振=(V+1/2)hv V:化学键的振动频率；v:振动量子数（v=0,1,2,3.。) 任意两个相邻的能级间的能量差头4E=加=会臣 K化学键的力常数，与键能和键长有)v=,1 4二m1m2 2πJu 01十m2 为双原子的折合质量=mml（m+m2) 发生振动能级跃迁需要能量的大小取决手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 化学键键能越强（即键的力常数越大）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）分子振动频率方程式 分子的振动能级（量子化）： E振=（V+1/2）h V ：化学键的振动频率； ：振动量子数（v=0，1，2，3…。) 任意两个相邻的能级间的能量差为： K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 化学键键能越强（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)分子振动频率方程式 某些键的伸缩力常数（毫达因埃） 键 分子 k 键 分子 k H-F HF 9.7 H-C CH2-CH2 5.1 4.8 H-c C-C,C-N,C-O键力常数相近，原 H-C1 I CH≡CH 5.9 4.1 C-CI CHaCl 3.4 子折合质量不同， C-C 4.5w5.6 H-0 H20 C-C 9.5m9.9 HzS 4.3 C=C 15~17 其大小顺序为：C-C《CN〈C-O NHz 6.5 C-0 12w13 H-C CHsX 4.7m5.0 C=0 16w18 键类型 -C=C一 -C=C- > -C-C= 力常数 15~17 9.59.9 4.5~5.6 峰位 2200cm-1 1640cm-1 1300cm-1 化学键键能越强（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。 例题：由表中查知C=C键的K=9.5~9.9,令其为9.6，计算波数值 可=-2cJ臣=107√ -=1307J 9.6 12/2 =1653cm1 正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652cml
某些键的伸缩力常数（毫达因/埃） 化学键键能越强（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。 例题: 由表中查知C=C键的K=9.5 9.9 ,令其为9.6, 计算波数值 正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1 C-C，C-N，C-O键力常数相近，原 子折合质量不同， 其大小顺序为：C-C《C-N〈C-O （二）分子振动频率方程式 键类型 —CC — > —C =C — > —C — C — 力常数 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6 峰位 2200cm-1 1640 cm-1 1300 cm-1
(三)分子中基团的基本振动形式 1.两类基本振动形式 亚甲基伸缩振动： 伸缩振动：指化学键两端的原子沿键轴方向 作来回周期伸缩运动，键长发生变化而键角 不变，它又可分为对称与非对称伸缩 变形振动：原子垂直与价键方向的运动，基 团键角发生周期变化而键长不变，包括剪式 对称伸缩振动反对称伸缩振动 振动、平面摇摆、非平面摇摆以及扭曲振动。 0s:2853cm104s:2926:cm1 (强吸收S) 亚甲基变形振动 摇摆（面外）扭曲 剪式（面内）摇摆 v:1306-1303cm1T:1250cm1δ：1468cm1p:720cm1 (弱吸收) (中等吸收M)
（三）分子中基团的基本振动形式 1．两类基本振动形式 伸缩振动：指化学键两端的原子沿键轴方向 作来回周期伸缩运动，键长发生变化而键角 不变 ，它又可分为对称与非对称伸缩 变形振动：原子垂直与价键方向的运动 ，基 团键角发生周期变化而键长不变，包括剪式 振动、平面摇摆、非平面摇摆以及扭曲振动。 亚甲基伸缩振动： 亚甲基变形振动