第七章红外光谱法解读
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《红外光谱解析方法》课件
确定分子结构 鉴别化合物
反应机理研究 生物大分子研究
红外光谱能够提供分子中官能团 和化学键的信息，有助于确定分 子的结构。
红外光谱可以用于研究化学反应 机理，通过分析反应前后红外光 谱的变化可以推断出反应过程和 机理。
02
红外光谱解析方法分类
Chapter
基线校正法
基线校正法是一种常用的红外光谱解析方法，主要用 于消除基线漂移和噪声干扰，提高光谱的准确性和可
傅里叶变换法
傅里叶变换法是一种通过傅里 叶变换将时域信号转换为频域 信号，从而解析红外光谱的方
法。
傅里叶变换法能够将复杂的光 谱信号分解为多个简单的正弦 波和余弦波的叠加，便于解析
和识别各种成分的特征峰。
傅里叶变换法需要高精度的光 谱仪和计算机硬件，因此成本 较高。
傅里叶变换法的优点是能够准 确解析各种成分的特征峰，适 用于复杂混合物和生物样品的 分析。
《红外光谱解析方法》ppt课件
目录
• 红外光谱解析方法简介 • 红外光谱解析方法分类 • 红外光谱解析步骤 • 红外光谱解析实例 • 红外光谱解析的未来发展
01
红外光谱解析方法简介
Chapter
红外光谱的基本原理
红外光谱的产生
红外光谱是由于分子振动和转动能级跃迁而产生的 ，不同物质具有不同的能级分布，因此红外光谱具 有特征性。
生物大分子的红外光谱解析在研究其结构和功能方面具有 重要作用。通过分析生物大分子的红外光谱，可以了解其 分子结构和分子间的相互作用，进而研究其在生命过程中 的功能和作用机制。例如，在蛋白质的红外光谱中，可以 观察到蛋白质二级结构的信息，这对于研究蛋白质的结构 和功能具有重要意义。
05
红外光谱解析的未来发展
第七章 红外光谱分析法3
不饱和度的计算公式
已知分子式CxHyOz，计算不饱和度：所谓不饱 和度即是当一个化合物变为相应的烃时，和同碳的 饱和烃比较，每缺少二个氢为一个不饱和度。
2x 2 y 2
2 2n4 n3 n1 2
n1）原子的数目。
谱图解析应注意以下问题
（4）当某些特殊区域无吸收峰时，可推测不存在某些官 能团，这时往往可以得出确定的结果，这种信息往往 更有用。当某个区域存在一些吸收峰时，不能就此断 定分子中一定有某种官能团，由于红外光谱的吸收频 率还受到各种因素的影响，如电子效应和凝聚态的影 响，峰的强度和位置可能发生一定的变化。另外不同 的官能团可能在同一区域出现特征吸收峰，因此，要 具体分析各种情况，结合指纹区的谱峰位置和形状做 出判断。
谱图解析应注意以下问题
（ 3 ）由于红外光谱的复杂性，并不是每一个红外谱峰 都是可以给出确切的归属，因为某些峰是分子作为一 个整体的吸收，而有的峰则是某些峰的倍频或合频。 另外有些峰则是多个基团振动吸收的叠加。在解析光 谱的时候，往往只要能给出 10%~20% 的谱峰的确切 归属，由这些谱峰提供的信息，通常可以推断分子中 可能含有的官能团。在分析特征吸收时，不能认为强 峰即是提供有用的信息，而忽略弱峰的信息。例如， 835cm-1的谱峰存在与否是区别天然橡胶与合成橡胶的 重要标志，前者有此峰，后者没有。
应用示例－1
请写出所有的红外吸收频率
应用示例－1
［例1］试推测化合物C8H8O1的分子结构。
解：计算不饱和度 U＝（8×2＋2－8）／2＝5 不饱和度大于4，分子中可能有苯环存在，由于仅含8个氢， 因此该分子应含一个苯环一个双键。 1610cm-1、1580cm-1、1520cm-1、1430cm-1：苯环的骨架振 动（ 1600cm-1 、 1585cm-1 、 1500cm-1 、 1450cm-1 ）。证明 苯环的存在。
已知分子式CxHyOz，计算不饱和度：所谓不饱 和度即是当一个化合物变为相应的烃时，和同碳的 饱和烃比较，每缺少二个氢为一个不饱和度。
2x 2 y 2
2 2n4 n3 n1 2
n1）原子的数目。
谱图解析应注意以下问题
（4）当某些特殊区域无吸收峰时，可推测不存在某些官 能团，这时往往可以得出确定的结果，这种信息往往 更有用。当某个区域存在一些吸收峰时，不能就此断 定分子中一定有某种官能团，由于红外光谱的吸收频 率还受到各种因素的影响，如电子效应和凝聚态的影 响，峰的强度和位置可能发生一定的变化。另外不同 的官能团可能在同一区域出现特征吸收峰，因此，要 具体分析各种情况，结合指纹区的谱峰位置和形状做 出判断。
谱图解析应注意以下问题
（ 3 ）由于红外光谱的复杂性，并不是每一个红外谱峰 都是可以给出确切的归属，因为某些峰是分子作为一 个整体的吸收，而有的峰则是某些峰的倍频或合频。 另外有些峰则是多个基团振动吸收的叠加。在解析光 谱的时候，往往只要能给出 10%~20% 的谱峰的确切 归属，由这些谱峰提供的信息，通常可以推断分子中 可能含有的官能团。在分析特征吸收时，不能认为强 峰即是提供有用的信息，而忽略弱峰的信息。例如， 835cm-1的谱峰存在与否是区别天然橡胶与合成橡胶的 重要标志，前者有此峰，后者没有。
应用示例－1
请写出所有的红外吸收频率
应用示例－1
［例1］试推测化合物C8H8O1的分子结构。
解：计算不饱和度 U＝（8×2＋2－8）／2＝5 不饱和度大于4，分子中可能有苯环存在，由于仅含8个氢， 因此该分子应含一个苯环一个双键。 1610cm-1、1580cm-1、1520cm-1、1430cm-1：苯环的骨架振 动（ 1600cm-1 、 1585cm-1 、 1500cm-1 、 1450cm-1 ）。证明 苯环的存在。
红外检测技术第七章__红外技术在军事上的应用
此后德国首先研制出主动式红外夜 视仪等几种红外探测仪器，但它们都 未能在第二次世界大战中实际使用。
几乎同时，美国也在研制红外夜视 仪，虽然试验成功的时间比德国晚， 但却抢先将其投入实战应用。
1945年夏，美军登陆进攻冲绳岛，隐 藏在岩洞坑道里的日军利用复杂的地形， 夜晚出来偷袭美军。于是美军将一批刚刚 制造出来的红外夜仪紧急运往冲绳，把安 有红外夜视仪的枪炮架在岩洞附近，当日 军趁黑夜刚爬出洞口，立即被一阵准确的 枪炮击倒。洞内的日军不明其因，继续往 外冲，又糊里糊涂地送了命。红外夜视仪 初上战场，就为肃清冲绳岛上顽抗的日军 发挥了重要作用。
目前，能够与山田的夜视镜配合使用 的这款手机━━V602-SH只在日本销售。沃 达丰公司的一名发言人称，这款手机配件 在日本之外使用也没有什么问题。她说， 由于山田是第三方供应商，沃达丰公司的 约束力有限。该发言人指出，我们从来没 有在市场上推出过能够穿透衣服的拍照手 机。拍照手机已经引起人们的担忧，一些 场所已经禁止用户使用拍照手机。韩国政 府规定，在使用拍照手机拍摄照片时，必 须使照片不能太清晰。
红外点源制导系统已广泛应用于空空、地 空、岸舰和舰舰导弹等数十种战术导弹上。 预计到90年代初，点源制导系统仍将是上 述战术导弹的主要制导方式之一。
红外成像制导系统的研制工作始于70年代 中期，它比红外点源制导系统提供的信息 丰富，具有更强的识别能力和更高的制导 精度。80年代初，已在“小牛”空地导弹 上使用。随着焦面阵列器件的研制成功， 红外成像制导系统将进一步提高识别能力， 并使导弹具有自主攻击能力。
主动式红外夜视仪具有成像清晰、制作简 单等特点，但它的致命弱点是红外按照灯 的红外光会被敌人的红外探测装置发现。 60年代，美国首先研制出被动式的热像仪， 它不发射红外光，不易被敌发现，并具有 透过雾、雨等进行观察的能力。
手把手教你红外光谱谱图解析
手把手教你红外光谱谱图解析一、红外光谱的原理[1]1. 原理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，是振-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，透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构2.红外光谱特点红外吸收只有振-转跃迁，能量低；除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；特征性强，可定性分析，红外光谱的波数位置、波峰数目及强度可以确定分子结构；定量分析；固、液、气态样均可，用量少，不破坏样品；分析速度快；与色谱联用定性功能强大。
3.分子中振动能级的基本振动形式红外光谱中存在两类基本振动形式：伸缩振动和弯曲振动。
图一伸缩振动图二弯曲振动二、解析红外光谱图1.振动自由度振动自由度是分子独立的振动数目。
N个原子组成分子，每个原子在空间上具有三个自由度，分子振动自由度F=3N-6(非线性分子)；F=3N-5(线性分子)。
为什么计算振动自由度很重要，因为它反映了吸收峰的数量，谱带简并或发生红外非活性振动使吸收峰的数量会少于振动自由度。
U=0→无双键或环状结构U=1→一个双键或一个环状结构U=2→两个双键，两个换，双键+环，一个三键U=4→分子中可能含有苯环U=5→分子中可能含一个苯环+一个双键2.红外光谱峰的类型基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰，基频峰的峰位等于分子或者基团的振动频率，强度大，是红外的主要吸收峰。
泛频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动激发态等高能态时产生的吸收峰，此类峰强度弱，难辨认，却增加了光谱的特征性。
特征峰和指纹峰：特征峰是可用于鉴别官能团存在的吸收峰，对应于分子中某化学键或基团的振动形式，同一基团的振动频率总是出现在一定区域；而指纹区吸收峰特征性强，对分子结构的变化高度敏感，能够区分不同化合物结构上的微小差异。
有机化学第七章光谱
屏蔽效应 ，共振信号移向高场 去屏蔽效应 ，共振信号移向低场
一些常见化学键的力常数如下表所示：
键型 O H N H
-1
C H C O C C C O C C 4.8 17.7 15.6 12.1 9.6 5.4 4.5
k /N.cm
7.7 6.4
折合质量μ ：两振动原子只要有一个的质量↓， μ ↓，(v)↑
C H 2800-3000cm
3．其他：
N-H弯曲振动在1600-1650cm-1 四个或四个以上CH2 相连，其CH2 的面内摇摆 振动在 720cm-1
7.1.4 红外谱图解析
红外谱图解析的基本步骤是：
1.观察特征频率区：判断官能团，以确定所属化 合物的类型。
2.观察指纹区：进一步确定基团的结合方式。 3.对照标准谱图验证。
E：光量子能量，J h: Planck常数， 6.626×10-34 J.S
分子吸收光谱 分子吸收电磁幅射，就获得能量，从而引起分子 某些能级的变化，如增加原子间键的振动，或激发 电子到较高的能级，或引起原子核的自旋跃迁等。 但它们是量子化的，因此只有光子的能量恰等于两 个能级之间的能量差时（即ΔE）才能被吸收。所以 对于某一分子来说，只能吸收某一特定频率的辐射， 从而引起分子转动或振动能级的变化，或使电子激 发到较高的能级。光谱便是记录分子对不同波长 （频率）的电磁波吸收或透过情况的图谱。
叔醇：1150～1120cm-1
4. 醛与酮
二者的异同点：
1. 在1700cm-1处均有一个强而尖的吸收峰，为 C＝ O(羰基)的特征吸收峰。 C＝O（羰基）吸收峰的位置与其邻近基团有关， 若羰基与双键共轭，吸收峰将向低波数区位移。
2.醛基在2715cm-1处有一个强度中等的尖峰，这是 鉴别分子中是否存在— CHO的特征基团。
一些常见化学键的力常数如下表所示：
键型 O H N H
-1
C H C O C C C O C C 4.8 17.7 15.6 12.1 9.6 5.4 4.5
k /N.cm
7.7 6.4
折合质量μ ：两振动原子只要有一个的质量↓， μ ↓，(v)↑
C H 2800-3000cm
3．其他：
N-H弯曲振动在1600-1650cm-1 四个或四个以上CH2 相连，其CH2 的面内摇摆 振动在 720cm-1
7.1.4 红外谱图解析
红外谱图解析的基本步骤是：
1.观察特征频率区：判断官能团，以确定所属化 合物的类型。
2.观察指纹区：进一步确定基团的结合方式。 3.对照标准谱图验证。
E：光量子能量，J h: Planck常数， 6.626×10-34 J.S
分子吸收光谱 分子吸收电磁幅射，就获得能量，从而引起分子 某些能级的变化，如增加原子间键的振动，或激发 电子到较高的能级，或引起原子核的自旋跃迁等。 但它们是量子化的，因此只有光子的能量恰等于两 个能级之间的能量差时（即ΔE）才能被吸收。所以 对于某一分子来说，只能吸收某一特定频率的辐射， 从而引起分子转动或振动能级的变化，或使电子激 发到较高的能级。光谱便是记录分子对不同波长 （频率）的电磁波吸收或透过情况的图谱。
叔醇：1150～1120cm-1
4. 醛与酮
二者的异同点：
1. 在1700cm-1处均有一个强而尖的吸收峰，为 C＝ O(羰基)的特征吸收峰。 C＝O（羰基）吸收峰的位置与其邻近基团有关， 若羰基与双键共轭，吸收峰将向低波数区位移。
2.醛基在2715cm-1处有一个强度中等的尖峰，这是 鉴别分子中是否存在— CHO的特征基团。
红外光谱解析方法
红外光谱解析方法红外光谱解析方法是一种常用的分析化学方法，可以用于对化合物的结构进行研究和鉴定。
红外光谱解析方法主要利用化合物在红外光的作用下，不同官能团的振动与转动引起红外光吸收的特性来分析化合物的结构。
本文将介绍一些常用的红外光谱解析方法，并给出一些结构分析实例。
首先，红外光谱解析方法通常是通过红外光谱仪测量化合物在特定波数范围内的光谱图像，然后根据不同官能团的振动频率和光谱峰的位置、强度等特征来进行结构分析。
以下是一些常用的红外光谱解析方法：1. 官能团峰位置分析法：不同官能团具有不同的红外光谱吸收特点，可以通过观察红外光谱图中各个官能团的吸收峰的位置来判断化合物中存在的官能团。
例如，羧酸官能团的C=O振动通常在1700-1725 cm^-1之间，酮和酰胺官能团的C=O振动通常在1650-1750 cm^-1之间。
2.官能团峰强度分析法：通过观察红外光谱图中各个官能团的吸收峰的强度可以推测化合物中该官能团的相对含量。
例如，苯环的C-H伸缩振动通常表现为较强的峰，而取代基的C-H伸缩振动通常较弱。
3.官能团复合分析法：化合物通常由多个官能团组成，各个官能团的振动频率和位置可以相互影响。
通过综合分析化合物中多个官能团的吸收峰的位置、强度等特征，可以进一步确定化合物的结构。
例如，当化合物同时含有羟基和羧基时，其红外光谱图中会出现OH和CO的吸收峰，它们的相对位置和强度可以提供更多的结构信息。
下面给出一个红外光谱解析的实例：假设有一个未知化合物，它的分子式为C5H10O，并测得其红外光谱图如下：(图略)根据红外光谱图，我们可以进行如下的结构分析：从红外光谱图中我们可以观察到两个很强的特征峰，一个位于2750-2850 cm^-1之间，一个位于1725-1740 cm^-1之间。
根据我们的经验，2750-2850 cm^-1之间的峰通常是C-H的伸缩振动，而1725-1740 cm^-1之间的峰通常是C=O的伸缩振动。
红外光谱图文课件PPT
红外光谱可以监测化学反应过程中分 子结构的动态变化，有助于理解反应 机理。
04
红外光谱实验技术
Байду номын сангаас
样品制备技术
01
02
03
固体样品制备
将样品研磨成粉末，然后 与KBr混合压制成透明片 或与Ge晶片接触测量。
液体样品制备
将液体样品涂在CaF2或 NaCl晶片上，或使用液膜 法测量。
气体样品制备
将气体样品通过吸收池， 利用适当的吸收剂吸收后 进行测量。
红外光谱的表示方法
谱图
红外光谱图是以波长为横坐标，以透 射比或吸光度为纵坐标绘制的图谱。
峰的位置与强度
特征峰与峰带
特征峰是指特定官能团对应的吸收峰， 峰带则是由多个特征峰组成的区域， 可以反映分子中存在的官能团及其结 构特征。
峰的位置表示特定波长的红外光被吸 收，峰的强度则反映该波长下分子振 动的程度。
红外光谱图文课件
目录
• 红外光谱基本概念 • 红外光谱与分子结构的关系 • 红外光谱的应用 • 红外光谱实验技术
01
红外光谱基本概念
红外光谱的产生
分子振动
分子中的原子或分子的振动会产 生能量变化，当这些变化与红外 光相匹配时，光被吸收，形成红 外光谱。
分子振动类型
分子振动主要有伸缩振动和弯曲 振动两种类型，伸缩振动是指原 子沿键轴方向的往复运动，弯曲 振动则是指分子构型的变化。
02
仪器维护
定期对仪器进行校准和维护，确保测量准确性。
03
安全防范措施
了解并遵守实验室安全规定，避免直接接触有毒有害物质；在操作过程
中注意防止气体泄漏和火灾事故的发生；实验结束后，应按照实验室规
定正确处理废弃物。
04
红外光谱实验技术
Байду номын сангаас
样品制备技术
01
02
03
固体样品制备
将样品研磨成粉末，然后 与KBr混合压制成透明片 或与Ge晶片接触测量。
液体样品制备
将液体样品涂在CaF2或 NaCl晶片上，或使用液膜 法测量。
气体样品制备
将气体样品通过吸收池， 利用适当的吸收剂吸收后 进行测量。
红外光谱的表示方法
谱图
红外光谱图是以波长为横坐标，以透 射比或吸光度为纵坐标绘制的图谱。
峰的位置与强度
特征峰与峰带
特征峰是指特定官能团对应的吸收峰， 峰带则是由多个特征峰组成的区域， 可以反映分子中存在的官能团及其结 构特征。
峰的位置表示特定波长的红外光被吸 收，峰的强度则反映该波长下分子振 动的程度。
红外光谱图文课件
目录
• 红外光谱基本概念 • 红外光谱与分子结构的关系 • 红外光谱的应用 • 红外光谱实验技术
01
红外光谱基本概念
红外光谱的产生
分子振动
分子中的原子或分子的振动会产 生能量变化，当这些变化与红外 光相匹配时，光被吸收，形成红 外光谱。
分子振动类型
分子振动主要有伸缩振动和弯曲 振动两种类型，伸缩振动是指原 子沿键轴方向的往复运动，弯曲 振动则是指分子构型的变化。
02
仪器维护
定期对仪器进行校准和维护，确保测量准确性。
03
安全防范措施
了解并遵守实验室安全规定，避免直接接触有毒有害物质；在操作过程
中注意防止气体泄漏和火灾事故的发生；实验结束后，应按照实验室规
定正确处理废弃物。
红外光谱法解析
某些键的伸缩力常数(N·cm-1)
键
分子
k
键
分子
k
H-F
HF
H-Cl
HCl
9.7
C-H CH2=CH2 5.1
4.8
C-H CH≡CH 5.9
H-Br
HBr
H-I
HI
4.1
C-Cl
CH3Cl
3.4
3.2
C-C
4.5-5.6
H-O
H2O
7.8
C=C
H-O
游离
7.12
C≡C
9.5-9.9 15-17
H-S
红外吸收光谱分析概述
中红外吸收光谱(mid-infrared absorption
spectrum,Mid-IR) 由分子的振动、转动能级跃迁引
起的光谱，简称红外吸收光谱或红外光谱(IR)。 远红外光谱(Far-IR)和微波谱(microwave spectrum, MV) 由分子的纯转动能级跃迁所引起的光谱。 红外分光光度法(infrared spectrophotometry) 利用样 品的红外吸收光谱进行定性分析、定量分析和测定分子 结构的方法。或称为红外吸收光谱法，简称红外光谱法 (infrared spectroscopy)。 应用 1. 分子结构研究 测定分子的键长、键角、键能、立 体结构等。 2. 化学组成分析 根据吸收峰位置和形状推断分子结 构、根据吸收峰强弱测定物质含量。
m1 m2 发生振动能级跃迁需要的能量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。
分子振动方程式
以相对原子质量M代替m，则
M1 M2 1
M1 M2 NA
以波数σ代替频率ν，则
红外光谱分析
红外光谱分析简介红外光谱分析是一种用来研究物质的化学组成和分子结构的分析方法。
通过测量样品对特定波长的红外辐射的吸收情况，可以获得关于样品中官能团和化学键的信息。
红外光谱分析广泛应用于化学、材料科学、药学以及生物科学等领域。
原理红外光谱分析是基于物质分子与特定波长的红外光相互作用的原理。
红外光的频率范围在可见光和微波之间，对应的波长范围为0.78-1000 μm。
物质分子吸收红外辐射的能量与分子振动和转动有关。
不同官能团和化学键的振动和转动模式对应不同的红外光谱峰。
仪器原理红外光谱仪是用来获得红外光谱的仪器。
一般由光源、样品室、光学系统和检测器组成。
光源通常使用红外灯或红外激光器，产生红外光。
样品室用于放置样品，通常使用红外透明的材料制成，如钾溴化物（KBr）窗片。
光学系统用于收集经过样品的红外光并分离不同波长的光。
检测器用于测量通过光学系统的红外光的强度。
样品制备在进行红外光谱分析之前，需要对样品进行适当的处理和制备。
一般情况下，样品制备包括以下几个步骤：1.清洗：将样品表面的杂质和污垢去除，以避免对测量结果的干扰。
2.粉碎：将固体样品研磨成细粉末，以提高样品的均匀性和透明度。
3.混合：对于含量较低的样品，可以将其与适量的基质混合，以提高测量的灵敏度和准确性。
4.压片：将粉碎的样品和基质混合均匀后，使用压片机将其压制成透明薄片。
数据解析红外光谱的数据解析主要包括以下几个步骤：1.基线校正：去除光谱中的基线漂移，使得光谱能够更好地展示样品的吸收特征。
2.峰鉴定：通过与已知化合物的红外光谱进行比对，确定光谱中各个峰的对应官能团或化学键。
3.峰强度分析：根据光谱峰的高度或面积，可以估算出样品中不同官能团或化学键的相对含量。
4.结构分析：根据官能团和化学键的信息，推测样品的分子结构和化学组成。
应用领域红外光谱分析在许多领域有着广泛的应用，包括但不限于：1.化学分析：通过红外光谱分析，可以对化学品进行定性和定量分析，同时也可以用于分析反应过程中的中间产物和副产物。
红外光谱详解课件
06
习题与思考题
基础概念题
题目1
简述红外光谱的基本原理
答案1
红外光谱是利用物质对红外光的吸收特性来研究物质分子结构和组成的一种方法。当红 外光与物质分子相互作用时，某些波长的光被吸收，形成特定的光谱图，通过分析这些
光谱图可以了解物质分子的振动和转动能级。
基础概念题
要点一
题目2
列举红外光谱中的主要吸收区域
要点二
答案2
红外光谱主要分为四个吸收区域，分别是近红外区（ 12500-4000 cm^-1）、中红外区（4000-400 cm^-1） 、远红外区（400-10 cm^-1）和超远红外区（10-5 cm^-1）。其中中红外区是研究分子振动和转动能级的主 要区域。
光谱解析题
题目3
根据给定的红外光谱图，分析可能的物质组 成
分子转动
02
分子除了振动外，还会发生转动，转动也会产生能量变化，从
而吸收特定波长的红外光。
分子振动和转动与红外光谱的关系
03
分子振动和转动产生的能量变化与红外光的能量相匹配时，光
子会被吸收，形成红外光谱。
分子振动与转动
振动模式
分子中的原子或分子的振动模式决定 了其吸收特定波长的红外光。不同化 学键或基团具有独特的振动模式，形 成了特征的红外光谱。
镜反射后相干叠加。
检测器
检测器用于检测干涉仪产生的相干 光束，将光信号转换为电信号。
光谱采集系统
光谱采集系统负责收集检测器输出 的电信号，并将其转换为光谱数据 。
傅里叶变换红外光谱技术
傅里叶变换
傅里叶变换是一种数学方法，用于将干涉图转换为光谱图 。通过傅里叶变换，可以获得样品的红外光谱。
分辨率
有机波谱第七章谱图综合解析
注意：分子式中Cl, Br, F, I, N, O, S等元素的存
在，可由质谱或元素分析判断，氧元素的存在
还可由红外光谱(υO-H, υC-O)或1H, 13C核的化学
位移判断。 分子式确定后，计算不饱和度(UN), UN≥4时， 分子中可能有苯环存在。
• 2. 不饱和基的判断 • UN﹥0的化合物，分子中含有不饱和基或苯环系。 不饱和基的存在在不同谱图中有不同的特征。 • IR谱：1870～1650cm-1 (s)为υC=O。3100 ～ 3000cm-1 (w或m)的υ＝C-H，结合1670～1630cm-1 (m) υC=C或1600～1450cm-1 (m,2 ～3条谱带) 的苯 环骨架伸缩振动，可判断烯基或苯基结构的存在。 在2250cm-1 附近(m) 可能为υC≡N;在2220cm-1 附近 (w) 可能为υC≡C; 1300～1000cm-1 (m,2 ～3条谱带) 为υC-O-C;在1560cm-1 附近(s) 和1360cm-1 附近(s) 为υNO2 ; 1900 ～2300cm-1 (w ～ m)为υx＝y＝z等。 这些不饱和基都具有其特征吸收带。
裂和半异裂的含义。
2．在红外光谱分析中，习惯上把红外光谱图按波数范围分为四大峰区，每
个峰区都对应于某些特征的振动吸收。请简述各峰区的波数范围及对应的 特征振动吸收，并在每一峰区列举至少三种属于该类特征振动吸收的具体 化学键。 3．有机分子电子跃迁类型主要有哪些？请简要回答并画出简图进行说明。 4. 影响化学位移的因素有哪些？
CH3CH2OCH2OCH CH
COOCH3
CH3CH2OCH2O
CH CH COOCH3
CH3CH2OCH2CH2OCOCH CH
OCH3
第七章 红外光谱分析法2
） 碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。
有机化合物分子中常见基团吸收峰
（3）C=O （1850 1600 cm-1 ） 碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。
有机化合物分子中常见基团吸收峰
3．叁键（C C）伸缩振动区：2500 1900 cm-1
酯类化合物红外谱图
D 羧酸（P182)
在羧酸中，羧基（-COOH）中的>c=o的伸缩振动，O-H 伸缩振动及O-H面外弯曲振动是红外光谱中识别羧酸的三个 重要特征频率。羧酸具有强的缔合作用，使>c=o的伸缩振动 频率比游离态低。未取代的饱和脂肪酸的Vc=o 在1760cm-1附 近，而缔合态则降到1720cm-1附近。同时，缔合作用使O-H 的伸缩振动频率降低，一般在3300~2600cm-1区可见到宽而 强的吸收峰。在指纹区955~915cm-1 区的O-H弯曲振动的强 吸收峰也是比较特征的。
（3）当分子含有四个以上—CH2—所组成 的长链时，在720cm-1附近出现较稳定的弱 吸收峰。 •n=1 770~785 cm-1 （中 ） • n=2 740 ~ 750 cm-1 （中 ） •n=3 730 ~740 cm-1 （中 ） • n≥ 722 cm-1 （中强 ）
烷烃的红外谱图总结
1 单一组分的纯物质( > 98%)：多组分要经过分离提纯， 否则各组分光谱相互重叠，难以解析
2 不含游离水：水有红外吸收，且侵蚀吸收池的盐 窗
3 浓度和测试厚度适当
制样方法
1）气体 ——气体池 (不同长度光程规格 10 cm； 10 m、 20 m、50 m ) ①液膜法: 将液体夹于两块晶面之间,适用于难 挥发液体. ②吸收池(石英比色皿)：用注射器将样品注入 液体密封吸收池中，适用于易挥发液体。 溶剂： CCl4 ，CS2常用
有机化合物分子中常见基团吸收峰
（3）C=O （1850 1600 cm-1 ） 碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。
有机化合物分子中常见基团吸收峰
3．叁键（C C）伸缩振动区：2500 1900 cm-1
酯类化合物红外谱图
D 羧酸（P182)
在羧酸中，羧基（-COOH）中的>c=o的伸缩振动，O-H 伸缩振动及O-H面外弯曲振动是红外光谱中识别羧酸的三个 重要特征频率。羧酸具有强的缔合作用，使>c=o的伸缩振动 频率比游离态低。未取代的饱和脂肪酸的Vc=o 在1760cm-1附 近，而缔合态则降到1720cm-1附近。同时，缔合作用使O-H 的伸缩振动频率降低，一般在3300~2600cm-1区可见到宽而 强的吸收峰。在指纹区955~915cm-1 区的O-H弯曲振动的强 吸收峰也是比较特征的。
（3）当分子含有四个以上—CH2—所组成 的长链时，在720cm-1附近出现较稳定的弱 吸收峰。 •n=1 770~785 cm-1 （中 ） • n=2 740 ~ 750 cm-1 （中 ） •n=3 730 ~740 cm-1 （中 ） • n≥ 722 cm-1 （中强 ）
烷烃的红外谱图总结
1 单一组分的纯物质( > 98%)：多组分要经过分离提纯， 否则各组分光谱相互重叠，难以解析
2 不含游离水：水有红外吸收，且侵蚀吸收池的盐 窗
3 浓度和测试厚度适当
制样方法
1）气体 ——气体池 (不同长度光程规格 10 cm； 10 m、 20 m、50 m ) ①液膜法: 将液体夹于两块晶面之间,适用于难 挥发液体. ②吸收池(石英比色皿)：用注射器将样品注入 液体密封吸收池中，适用于易挥发液体。 溶剂： CCl4 ，CS2常用
有机化学--第七章 有机化合物的波谱分析
子垂直于化学键的振动，键角发生变化，键长不变。以亚甲基为例，
几种振动方式如图7–1所示。
图中“+”和“-” 号表示与纸面垂直 但方向相反的运动。
*分子的振动方式很多，但不是所有的振动都引起红外吸收， 只有偶极矩发生变化的振动，才能在红外光谱中出现相应的吸收峰。 无偶极矩变化的振动，为红外非活性振动，在红外光谱中不出现吸 收峰。如对称炔烃(RC≡CR)的C≡C伸缩振动无偶极矩变化，不引 起红外吸收。偶极矩变化大的振动，吸收峰强，如C＝O伸缩振动。 综上所述，产生红外光谱的两个必要条件是: ν红外= ν振动；振动 过程中有偶极矩变化。
例2 化合物的分子式为C6H10，红外光谱如图7–3所示，
试推测该化合物的可能结构。
解: 由分子式计算不饱和度Ω=2，可能存在C＝C、环或C≡C。观
察4000～1300cm-1区域光谱：3030cm-1处有强不饱和C—H伸缩振动 吸收，与1658cm-1 处的弱C＝C伸缩振动吸收对应，表明有烯键存 在，且对称性强；～1380cm-1 处无吸收，表明不存在甲基。1300 cm-1以下区域的光谱：715 cm-1处的面外弯曲振动吸收，表明烯烃 为顺式构型。
m=I, I-1, …, -I
1 H的自旋量子数I为1/2，它在磁场中有两种取向，与磁
场方向相同的，用+1/2表示，为低能级；与磁场方向相
反的，用-1/2表示，为高能级。两个能级之差为△E，见
图7–4。
△E与外加磁场强度(H0)成正比，其关系式如下：
式中：γ 称为磁旋比，是物质的特征常数，对于质子其量值为 2.675×108A· 2·-1·-1； h为Plank常量； ν为无线电波的频率。 m J s
峰面积大小与质子数成正比，可由阶梯式积分曲线求
09第七章 红外吸收光谱法
COCl
Ar-C()=880-860cm-1 C=O(as)=1774cm-1
1773cm-1 1736cm-1
2、外部因素 （1）物质状态及制样方法 通常，物质由固态向气态变化，其波数将增加。如丙酮在 液态时，C=O=1718cm-1; 气态时C=O=1742cm-1，因此在查阅标准红 外图谱时，应注意试样状态和制样方法。 （2）溶剂效应 极性基团的伸缩振动频率通常随溶剂极性增加而降低。如 羧酸中的羰基C=O： 气态时： C=O=1780cm-1 乙醚溶剂： C=O=1735cm-1 非极性溶剂： C=O=1760cm-1 乙醇溶剂： C=O=1720cm-1
（5）空间效应
环状化合物的张力效应 空间位阻效应
28
＝
C
O
张力：四元环>五元环>六元环 γC=O 1784 1745 1715cm-1 C O CH3 CH3
C O
CH3
γC=O 1663cm-1
＝
O
O
γC=O 1686cm-1
（6）Fermi共振 当一振动的倍频与另一振动的基频接近（2A=B）时，由于发 生相互作用而产生很强的吸收峰或发生裂分，这种现象称为 29 Fermi共振。
该光区主要由气体分子中的纯转动跃迁、振动－转动跃迁，液 体和固体中重原子的伸缩振动，某些变角振动、骨架振动以及 晶体中晶格振动所引起的
2
近红外(泛频） (0.75~2.5 m) 红外光谱 (0.75~1000m) 中红外(振动区) (2.5~25 m) 远红外(转动区) (25-1000 m) 分区及波长范围
2885.9 cm-1
5668.0 cm-1 8346.9 cm-1 10923.1 cm-1 13396.5 cm-1
分析化学第7章红外光谱分析
分 振 转 动 跃 迁 连 hν (I0 ) + M 子 →∆µ M * →It 续 动 →
主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。 主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。
红外光谱以T~ 来表示， 红外光谱以 λ 或T~ ν 来表示，下图为苯酚的红 外光谱。 外光谱。
简正振动基本形式
伸缩振动ν 原子沿键轴方向伸缩，键长变化但键角不变的振动。 伸缩振动ν：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δ 基团键角发生周期性变化，但键长不变的振动。 变形振动δ：基团键角发生周期性变化，但键长不变的振动。又称 弯曲振动或变角振动。 弯曲振动或变角振动。 下图给出了各种可能的振动形式（以甲基和亚甲基为例） 下图给出了各种可能的振动形式（以甲基和亚甲基为例）。
叁键及累积双键区（2500~1900cm-1） 叁键及累积双键区（
C≡C，C≡N，C=C=C C=C=O等 叁 ， 2100 -2140 键 RC ≡ CH R=R’则无红外吸收 及 RC ≡ CR’ 2196 -2260 2240 - 2260 累 分子中有N，H，C，峰 非共轭） 强且锐； （非共轭） 强且锐； 积 C≡ N 2220 -2230 双 则弱， 有 O 则弱，离基团越近 共轭） （共轭） 键 则越弱。 则越弱。
样品受到频率连续变化的红外光照射时， 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 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， 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，即红外光谱。 百分透过率 对波数或波长的曲线，即红外光谱。 对波数或波长的曲线
主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。 主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。
红外光谱以T~ 来表示， 红外光谱以 λ 或T~ ν 来表示，下图为苯酚的红 外光谱。 外光谱。
简正振动基本形式
伸缩振动ν 原子沿键轴方向伸缩，键长变化但键角不变的振动。 伸缩振动ν：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δ 基团键角发生周期性变化，但键长不变的振动。 变形振动δ：基团键角发生周期性变化，但键长不变的振动。又称 弯曲振动或变角振动。 弯曲振动或变角振动。 下图给出了各种可能的振动形式（以甲基和亚甲基为例） 下图给出了各种可能的振动形式（以甲基和亚甲基为例）。
叁键及累积双键区（2500~1900cm-1） 叁键及累积双键区（
C≡C，C≡N，C=C=C C=C=O等 叁 ， 2100 -2140 键 RC ≡ CH R=R’则无红外吸收 及 RC ≡ CR’ 2196 -2260 2240 - 2260 累 分子中有N，H，C，峰 非共轭） 强且锐； （非共轭） 强且锐； 积 C≡ N 2220 -2230 双 则弱， 有 O 则弱，离基团越近 共轭） （共轭） 键 则越弱。 则越弱。
样品受到频率连续变化的红外光照射时， 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 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， 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，即红外光谱。 百分透过率 对波数或波长的曲线，即红外光谱。 对波数或波长的曲线
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1
2 3.1416 2.9981010
100k 1.66061027 μ
1303 k
c m1
μ
c（2.998×1010 cm·s-1）； mu（1.6606×10-27kg）； k 以 N·cm-1
Ar1Ar2
Ar1 Ar2
影响的主要因素
1、键的数目
1303 k cm1
μ
随化学键数目增加，k 增加 kCC kCC kCC ，则σ也增加
HH O
νas 3756 νs 3652 δ 1595
例 苯 3×12－6=30，测得的峰数目比计算的振动数目少。
产生的峰比振动数目少的原因：
(1) 具有相同波数的振动所对应的吸收峰发生了简并。 (2) 振动过程中分子的瞬间偶极矩不发生变化，无红外
活性。 (3) 仪器的分辨率和灵敏度不够高，对一些波数接近或
红外光谱两个区域
基团（或官能团）区-- 4000~1300 cm-1 指纹区-- 1300~600 cm-1
强度很弱的吸收峰，仪器无法将之分开或检出。 (4) 仪器波长范围不够，有些吸收峰超出了仪器的测量
范围。
产生的峰比振动数目多的情况
倍频峰 v0 → v2 （二倍频峰） v0 → v3（三倍频峰）
和频峰 吸收的红外辐射频率为两个相互作用基频 之和， ν1 +ν2， ν1 +ν3， ν2 +ν3 差频峰 吸收的红外辐射频率为两个相互作用基频 之差，ν1 -ν2， ν1 -ν3， ν2 -ν3
y x
3个平动自由度 3个转动自由度
非线性分子振动自由度=3N－3－3=3N－6
例 线性分子CO2
3N－5 = 4 振动数目4个
OCO
OCO OCO +- + OCO
OCO
s 无红外吸收 as 2349
667 667
剪并
例 非线性分子H2O
HH O
3N－6 = 3
振动数目3个
H HH H
O
O
7.1.5 红外吸收峰强度
峰强度
ε /L·mol-1·cm-1
很强 vs
>200
强 s
200~75
中 m
75~25
弱 w
25~5
很弱 vw
<5
红外吸收峰的强度 影响因素
振动能级跃迁的几率 偶极矩变化的大小 处于基态基团的个数
影响红外吸收峰强度的因素
a．跃迁类型
振动能级跃迁的几率与振动能级跃迁的类型有关。 v0→v1i 几率大，基频峰较强 v0 → v2i，v0 → v3i 几率小，倍频峰较弱
13158-4000
OH、NH、CH 键的倍频吸收
4000-200
分子振动，伴随 转动
远红外区 分子转动区 50-1000 200-10
分子转动
红外光谱图
应用：化合物的结构解析。 定性——基团的特征吸收频率； 定量——特征峰的强度；
7.1.2 产生红外光谱吸收的条件
物质产生吸收红外吸收光谱的必要条件
面内变形振动 面外变形振动。
HH C
HH C
ห้องสมุดไป่ตู้
HH C
H
H
+ H
-+ HH
+ H
C
C
C
2． 振动数目
振动数目称为振动自由度
每个振动自由度相应于红外光谱的一个基频吸收峰。
振动自由度=3N – 平动自由度 – 转动自由度
线性分子 z
非线性分子
z
y
3个平动自由度
2个转动自由度
x
线性分子振动自由度=3N－3－2=3N－5
a．△Ev = hv
b． 0 ，即分子偶极矩 (μ) 发生变化
红外活性的振动 具有偶极矩变化的分子振动
OCO
非红外活性的振动 没有偶极矩变化的分子振动
OCO
CO2的不对称伸缩振动
CO2的对称伸缩振动
7.1.3 双原子分子的振动
经典力学
物体所受的弹性力 f = - kx 物体的势能 E 1 kx2
第七章 红外光谱法
7.1 基本原理
7.1.1 红外光谱
由分子的振动和转动能级跃迁产生的吸收光谱 分子振动和转动光谱
特点：
分子吸收光谱→带状光谱 显示物质分子中各种官能团的特征吸收峰。
区域名称
波长(µm) 波数(cm-1) 能级跃迁类型
近红外区 中红外区
泛频区 基本振动区
0.75-2.5 2.5-50
Ias＞Is； Is＞Iδ。
b．基团的极性强度
振动能级跃迁过程中偶极矩变化越大，吸收峰越强。 即：基团极性大，偶极矩变化大。 极性较强基团吸收峰的强度大于极性较弱基团的吸收峰。 如，C=O基团对应的吸收峰的强度大于C=C基团。
c．浓度
浓度越大，吸收峰的强度越大。
7. 2 特征吸收峰 定义： 特征吸收峰——指官能团所特有的较强吸收峰。 基 团 区——特征吸收峰所在的位置。
σ （cm-1）
H—F 9.8 4185
H—Cl 4.8
H—Br 4.1
2894
2654
H—I 3.2 2340
注意：如何利用红外光谱法研究同位素？
3、环 境
化学键所处的环境对k 有影响，因而对吸收峰的位置产
生一定的影响 对C—H键 H C C H ，k=5.9 N·cm-1， 3300cm-1附近，
H2C=CH2 ， k=5.1 N·cm-1， 3060cm-1附近。
7.1.4 多原子分子的振动
1． 振动类型
伸缩振动 变形振动
伸缩振动 键长变化而键角不变的振动，用符号v表示。 对称伸缩振动 (vs) 不对称伸缩振动 (vas)
变形振动
弯曲振动或变角振动
键长不变而键角变化的振动，用符号δ表示。
例如：
TEXT
C
C，C
C，C
-
C
TEXT
1212 6
12 12
σCC 1303
15.6 2101(cm1) 6
σCC 1303
9.6 1648(cm1) 6
σCC 1303
4.5 1128(cm1) 6
2、原子的种类
1303 k cm1
μ
不同的原子将同时影响k和μ的大小。
k （N∙cm-1）
2
物体的机械振动频率
机
1
2
k m
力常数
（物体的固有频率 ）
机械振动频率
机
1
2
k
m1 m2
m1 m2
两原子的折合质量
量子力学
量子力学描述分子振动的能量：
Eν
=（ν
+
1）h 2 2π
k μ
k 为键力常数，v (振动量子数) = 0，1，2，···(量子化)
当光照射分子时 E1 E0 = Eν = hν光
hν光
=
E1
E0
=（1
+
1）h 2 2π
k （0 + 1）h
μ
2 2π
k= h μ 2π
k μ
1k ν光 = 2π μ
1k ν光 = 2π μ
机
1
2
k m
ν光 = ν机
v 1 k c 2c μ
m1 m2
m1 m2
Ar1
m1 mu
Ar 2
m2 mu
1 2c
k Ar1 Ar2mu ( Ar1 Ar2 )