仪器分析红外光谱IR
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红外光谱(IR)分析copy
与红外光谱比较，Raman光谱用于有机化合 物分析有一定优点。
∗因Raman光谱与红外光谱的选择定则不同，
对红外吸收很弱的C≡C、C=C、C-S、S-S等 键的伸缩振动及其它对称振动，都有很强的 Raman散射光。
∗拉曼光谱的另一大优点是不要求样品具有
光透性，可以很容易地得到浑浊样品的拉曼光 谱。 Raman光谱制样简单，很多情况下样品不 需处理，粉、块、薄膜状的固体、液态、溶 液及溶液中的沉淀物均可直接得到散射光谱。 特别是FI-Raman光谱可用作合适的非破 坏现场测试方法，在有机化合物、高分子材 料、医学、文物保护和生物分子研究中的应用 具有其独到之处。
∗特别重要的是：可用水作溶剂。（水是弱的散射
体）因此有利于生物分子、络合物、水污染等问题 的研究。 水分子是一种极性分子，有十分明显的红外吸收 谱带，要得到含水样品的红外吸收光谱却很困难。 相反，水分子的拉曼光谱信号很弱，可以较容易 地得到含水样品的拉曼光谱。因此，拉曼光谱可被 广泛地用于研究含水分的生物体系中，作为一种鉴 别物质结构的分析测试手段。
(问题：键力常数K还表明了红外谱峰位置与什 么因素有密切的关系？)
1-2 多原子分子的振动 在多原子分子中，由于组成原子数目多，以 及分子中原子排布情况不同，故多原子分子的 振动光谱远比双原子分子复杂得多。
1-4 影响峰位变化的因素 虽然基团吸收峰的频率主要由原子的质量和 原子的力常数决定，但基团的特征吸收峰并不 能固定在一个频率位置上，而是在一定范围内 波动。 （为什么？） 分子内部结构和外部环境的改变都可使其频 率发生改变。
4. 空间效应： (1)环状化合物的环张力效应：环张力越大，羰 基νC=O频率越高。 环张力 四元环 > 五元环 > 六元环 (2)空间位阻效应：空间位阻使羰基与双键之间 的共轭受限制，故使νC=O频率增高。 5. 氢键效应：氢键的形成，通常可使伸缩振动 频 率向低波数方向移动。
仪器分析IR光谱法1
（2）具有相同化学键的基团，化学键的振动 ）具有相同化学键的基团， 频率与原子的折合质量的平方根成反比。 频率与原子的折合质量的平方根成反比。 例如： ●例如：
k=5.07N·cm-1 ν =3053 cm-1 C-C k=4.50N·cm-1 ν =1190 cm-1 C-H M=1.53×10-24g × M=9.95×10-24g ×
－ －
－ －
+
－
• 偶极矩发生变化的振动称为红外活性振动。 偶极矩发生变化的振动称为红外活性振动。 红外活性振动 反之称为非红外活性振动 红外惰性振动。 非红外活性振动或 反之称为非红外活性振动或红外惰性振动。
2,2-二甲基丁烷的 光谱图 二甲基丁烷的IR光谱图 二甲基丁烷的
•不同位置的吸收峰可代表不同基团的振动频率，因 不同位置的吸收峰可代表不同基团的振动频率， 不同位置的吸收峰可代表不同基团的振动频率 此，根据红外吸收峰的振动频率可以鉴别基团的种 类和组合方式。这就是利用红外吸收进行定性分析、 类和组合方式。这就是利用红外吸收进行定性分析、 确定分子结构的主要依据。 确定分子结构的主要依据。
负电中心重合， ， 对称分子，如O2，正、负电中心重合，d=0， µ = 0 对称分子， 分子振动完全靠自身，无内能变化，故不吸收红外辐射。 分子振动完全靠自身，无内能变化，故不吸收红外辐射。
●两个基本条件的解释： 两个基本条件的解释：
外来辐射能作用于分子 后，若其频率刚好与分 子的振动频率重合， 子的振动频率重合，则 分子振动与辐射发生共 振，从而使分子内振动 加剧，振幅增大， 加剧，振幅增大，使外 能减弱， 能减弱，引起分子振动 对外来辐射能的吸收。 对外来辐射能的吸收。
2.影响基团振动频率的因素 2.影响基团振动频率的因素 （1）具有相似质量的原子，化学键的振动频 ）具有相似质量的原子， 率与力常数的平方根成正比； 率与力常数的平方根成正比；
红外光谱(IR)的原理及其谱图的分析
2、电子效应
a. 诱导效应
b. 诱导效应使基团电荷分布发生变化，从而改变
了键的力常数，使振动频率发生变化.
O 例： R C X
X= R/
H
1715 1730
OR/ 1740
Cl
F
1800 1850
精选课件
O
RCX
X= R/
H
1715 1730
OR/ 1740
Cl
F
1800 1850
• 推电子基，C=O电荷中心向O移动，C=O极性增强， 双键性降低，低频移动； • 吸电子基， C=O电荷中心向几何中心靠近， C=O极 性降低，双键性增强，高频移动。
vs (very strong), s (strong), m (medium), w (weak), vw (very weak), b (broad) , sh (sharp) 3 峰形：吸收峰的形状 (尖峰、宽峰、肩峰)
精选课件
1.峰位
分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光 波谱的一定范围，如：C=O的伸缩振动一般在1700 cm-1左右。
红外光谱
一、基本原理 二、红外光谱仪及样品制备技术 三、影响振动频率的因素 四、各类有机化合物的红外特征吸收 五、红外谱图解析及应用
精选课件
一、 基本原理
1.1 近红外、中红外和远红外
波段名称 波长 μ
波数（cm-1）
近红外 0.75—2.5
13300－4000
中红外 2.5－25
4000－400
峰的大约2倍处(实际比两倍低)。一般为弱吸收峰。 羰基伸缩振动频率在1715cm-1左右，在3400cm-1附近 倍频峰，通常与羟基的伸缩振动吸收峰重叠。
Ir红外光谱分析的基本思想
Ir红外光谱分析的基本思想红外光谱（IR）分析是一种化学成分分析方法，基于物质吸收或发射特定波长的红外光的原理。
它的基本思想是应用外加的红外辐射引起样品内部振动，然后测量样品与红外光谱仪之间交互作用的结果。
在IR分析中，样品中的分子会吸收特定波长的红外光。
这些波长的光与分子的化学键振动相对应。
利用光强的变化,可以确定当特定波长的红外光通过样品时，分子化学键的振动模式。
这些模式是唯一的，并且，它们表明了样品中不同分子的数量和浓度。
红外光谱学可分为近红外、中红外和远红外三部分。
1近红外（IR）区工业界广泛用于质控领域，也逐渐应用于农业领域。
在较短的近红外光波段中，IR光的吸收程度受到的影响最小。
因此，它们能够穿透大多数样品，产生准确的数据。
近红外光能够确定氨基酸、蛋白质和DNA的含量，有助于测定药品含量以及指纹识别等。
2.中红外（MicMR）区应用广泛，这些光能够被许多化学物质吸收。
光和样品之间的相互作用是通过样品的光谱仪研究的。
在化学界，中红外光谱仪广泛用于测定有机分子的结构。
它可以确定分子中某些基团的存在机会，并确定它们的位置和数量。
这种信息可以用于确定分子之间的相互作用,并推断有机物的化学结构。
3.远红外（Far-IR）区的波长很长。
这些光谱仪主要用于研究固体材料的晶体结构。
可以通过观察样品的光谱或做出复杂运算，推导出其结构的信息。
在IR分析中，样品的特殊分子结构和化学键振动引起特定光的吸收。
通过比较未知样品与已知样品的光谱，可以确定化学特征和成分。
此外，IR分析还广泛应用于检测食品、药物、塑料、化妆品、石油和涂料等各种材料。
仪器分析方法比较
仪器分析方法比较常见的仪器分析方法包括原子吸收光谱法（AAS）、紫外可见光谱法（UV-Vis）、红外光谱法（IR）、质谱法（MS）和色谱法（GC、HPLC）。
下面对这些方法进行比较。
1.原子吸收光谱法（AAS）是一种常用的金属元素分析方法。
这种方法可以测定许多金属元素的浓度，具有高灵敏度和高选择性。
然而，AAS 只适用于金属元素的分析，不适用于其他类型的化学物质。
2. 紫外可见光谱法（UV-Vis）是一种非常常用的分析方法，用于测量物质的吸光度。
这种方法适用于有机化合物和无机化合物的分析，可以测量样品的浓度、化学键的结构和化合物的稳定性。
UV-Vis具有灵敏度高、分辨率好和操作简便等优点。
3.红外光谱法（IR）可以用来确定化学物质的功能基团和结构。
这种方法测量物质对红外辐射的吸收情况，因为每个化学物质都有特定的吸收峰，所以可以根据吸收峰的位置和强度来推断化合物的结构。
IR具有高灵敏度和高分辨率。
4.质谱法（MS）是目前最常用的分子结构分析方法之一、质谱仪可以测量化合物离子的质量和相对丰度，从而确定化学物质的分子量和分子结构。
质谱法适用于分析有机和无机化合物，具有高分辨率和高灵敏度。
5.色谱法（GC、HPLC）是一种广泛应用的分离和分析方法，用于分离复杂混合物中的化合物。
气相色谱法（GC）适用于分析气体和挥发性液体的化合物，液相色谱法（HPLC）适用于分析非挥发性化合物。
色谱法具有高分离效率、高分辨率和高灵敏度。
综上所述，不同的仪器分析方法具有不同的优点和适用范围。
在实际应用中，需要根据样品的性质和分析目的选择合适的方法。
例如，对于金属元素的分析，可以选择AAS；对于有机化合物的浓度测定，可以选择UV-Vis或HPLC；对于化合物结构的确定，可以选择IR或MS。
此外，对于复杂样品的分析，也可以采用多种方法的组合，以获得更准确的结果。
红外光谱法(IR)
解：(1)Ω=1+n4+1/2(n3-n1)=1+8+1/2(0-14)=2
(2)双键区~1650 cm-1附近无强而清晰的吸收带， 初步排除双键存在可能。
~ 3300 cm-1存在强峰，O-H不可能 ，N-H不可能 ， C≡C-H可能。
<3000 cm-1存在 ，说明有饱和C-H的存在。
~ 1470 cm-1、 ~ 1370 cm-1有峰进一步说明-CH3、 CH2存在，~ 720 cm-1有吸收，说明至少四个-CH2-相连。
c）面外摇摆ω：两个X原子同时向面下或面上的振动
AX2型分子
CH 2 ~13c0m 01
d）蜷曲τ：一个X原子往面上，同时另一个X原子往面下的振动
AX2型分子
CH 2 ~12c5m 01
附加 a1）对称的变形振动δs：三个AX键与轴线的夹角同时变大
AX3型分子
C s H 3 ~13c7m 51
a2）不对称变形振动δas：三个AX键与轴线的夹角不同时变大或减小
第二节 红外光谱法基本原理
一、双原子分子的振动
谐振子模型-简谐振动
双原子分子是简单的分子，振动形式也很简单，它仅有一种振 动形式，伸缩振动，即两原子之间距离（键长）的改变。把两个质 量为m1和m2的原子看作为两个刚性小球，连接两原子的化学键设 想为无质量的弹簧，弹簧长度r 就是分子化学键的长度。
键力常数可看成弹簧力常数k
指键角发生周期性变化、而键长不变的振动。
A．面内弯曲振动β：发生在由几个原子构成的平面内 a）剪式振动δ：振动中键角的变化类似剪刀的开闭
AX2型分子
C2H ~14 6 2c 5 0m 1
b）面内摇摆ρ：基团作为一个整体在平面内摇动
仪器分析 第4章 红外吸收光谱法
4.2 基本原理
4.2.3 多原子分子的振动类型(P56)
伸缩振动 (υ)：键长发生变化 1.简正振动基本形式 变形振动 (δ)：键角发生变化
伸缩振动（υ）
对称伸缩振动（υs）
不对称伸缩振动（υas）
变形振动（δ）
面内变形振动（β）
面外变形振动（γ）
亚甲基的各种振动形式
2. 基本振动的理论数（分子振动自由度）
4.4 试样的处理和制备
4.4 试样的处理和制备
4.4.1 红外光谱法对试样的要求 （1）单一组分纯物质，纯度 > 98%； （2）样品中不含游离水； （3）要选择合适的浓度和测试厚度， 使大多数吸收峰透射比处于10%～80%。
4.4 试样的处理和制备
4.4.2 制样方法 1.气体样品的制备 2.液体和溶液样品的制备 3.固体样品的制备
分子振动自由度：多原子分子的基本振动
数目，也就是基频吸收峰的数目。
基频吸收峰：分子吸收一定频率的红外光后，
其振动能级由基态跃迁到第一
激发态时所产生的吸收峰。
2. 基本振动的理论数
线型分子振动自由度 = 3N – 5(如CO2)
非线型分子振动自由度 = 3N – 6(如H2O)
图5.12 CO2分子的简正振 动形式
来指导谱图解析。
基本概念
基团频率区： 在4000～1300cm-1 范围内的吸收峰，有一 共同特点：既每一吸收峰都和一定的官能 团相对应，因此称为基团频率区。
在基团频率区，原则上每个吸收峰都可以找到归属。
基本概念
指纹区： 在1300～400cm-1范围内，虽然有些吸收也对应 着某些官能团，但大量吸收峰仅显示了化合物 的红外特征，犹如人的指纹，故称为指纹区。
仪器分析_红外光谱法
C
C
C
C
C
C
2220 cm-1
1667 cm-1
1430 cm-1
2 原子的折合质量 反映了基团质量特性，折合
质量越小，则基频峰波数越大。
39
C
C
C
N
C
O
1430 cm-1
1330 cm-1
1280 cm-1
利用实验得到的化学键力常数和计算式，可以 估算各种类型基团的基频吸收峰的波数。
由于各种有机化合物的结构不同。它 们的原子质量和化学健力常数各不相同， 红外吸收频率也不相同，因此，不同有 机化合物的红外光谱具有高度特征性。
（转动自由度）
29
2、振动自由度
设分子原子数目为 N 个，在空间确定一个原子的 位置，需要3个坐标（ x, y, z ），所以，N 个原子需要 3N个坐标或自由度，分子中N 个原子自由度总数：
3 N = 平动自由度 + 振动自由度 + 转动自由度
振动自由度数目： 振动自由度 = 3 N — 平动自由度— 转动自由度 显然，分子整体可以分别沿 x, y, z 三个方向移动， 所以，分子平动自由度为 3；
27
二、分子的振动自由度与红外吸收的理论峰数
理论上讲，分子的每一种振动形式都会产生一 个基频吸收峰，即对于一个多原子分子：
基频吸收峰的数目 = 分子所有的振动形式的数目
（振动自由度）
28
1、分子的运动形式
A 分子中各原子在其平衡位置附近的振动（振动自由度）
B 分子作整体的平动 （平动自由度）
C 分子围绕 x, y, z 轴的转动
第十章 红外吸收光谱分析 (红外吸收光谱法)
Infrared Spectrometry (IR)
仪器分析课件红外光谱IR
31.12.2020
h
7
红外光谱的基本概念
振动的基本形式
分子振动一般分为伸缩振动和弯曲振动两大类。 伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角 不变的振动称为伸缩振动。用符号v表示。它又分为对称 （vs）和不对称（vas）伸缩振动。对同一基团来说，不对 称伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动。
1. 辐射光具有的能量与发生振动跃迁时所需的能量相等 2. 辐射与物质之间有偶合作用。红外跃迁是偶极矩诱导
的，分子由于构成它的各原子的电负性的不同而显示不同 的极性，通常用分子的偶极矩（）来描述分子极性的大 小。只有发生偶极矩变化（△≠0）的振动才能引起可观 测的红外吸收光谱，该分子称之为红外活性的,如CO2分子； △=0的分子振动不能产生红外振动吸收，称为非红外活 性的, 如O2分子
31.12.2020
h
11
红外光谱的三要素
1.峰位 分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光
波谱的一定范围，如：C=O的伸缩振动一般在1700 cm-1左右。
υC=O 1715 cm-1 υC=O 1780 cm-1 υC=O 1650 cm-1
313.11.21.22.0220020
《红外h光谱 》
➢ 由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固 体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快， 不破坏样品的特点。因此，红外光谱法不仅能进 行定性和定量分析，而且是鉴定化合物和测定分 子结构最有用的方法之一。
31.12.2020
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6
红外光谱的基本概念
产生红外吸收的条件
红外光谱是由于分子振动能级（同时伴随转动能级） 跃迁而产生的，物质吸收红外辐射应满足两个条件：
➢ 除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之 外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。 除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子 量上只有微小差异的化合物外，凡是具有结构不同 的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。源自31.12.2020h
仪器分析课件-4红外光谱基本原理
同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。 影响其吸收峰位置的主要因素分为内部因素和外部因素。
1．内部因素
(1)电子效应：引起化学键电子分布变化的效应。 a.诱导效应(Induction effect)：取代基电负性－静电诱导－电 子分布改变－k 增加－特征频率增加（移向高波数）。 R-COR C=O 1715cm-1 ； R-COH C=O 1730cm-1 ； R-COCl C=O 1800cm-1 ； R-COF C=O 1920cm-1 。
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因此，当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某 个基团的振动频率和它一致，二者就会产生共振，此时
光的能量通过分子偶极矩的变化而传递给分子，这个基
团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁。
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。
cm -1 1 6 6 0
c. 中介效应(Mesomeric effect)：孤对电子与多重键相连产生的 p- 共轭，结果类似于共轭效应。 当诱导与共轭两种效应同时存在时，振动频率的位移的 程度取决于它们的净效应。
28
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(2)氢键效应
形成氢键使电子云密度平均化（缔合态），使体系能量 下降，基团伸缩振动频率降低，其强度增加但峰形变宽。使 伸缩振动频率向低波数方向移动．
分子振动和转动能级的跃迁；价电子和分子轨道上的电子在电子能级 上的跃迁。
2. 研究对象不同
在振动中伴随有偶极矩变化的化合物；不饱合有机化合物特别是具有 共轭体系的有机化合物。
3.可分析的试样形式不同，使用范围不同
气、液、固均可，既可定性又可定量，非破坏性分析；既可定性又可 定量，有时是试样破坏性的。
1．内部因素
(1)电子效应：引起化学键电子分布变化的效应。 a.诱导效应(Induction effect)：取代基电负性－静电诱导－电 子分布改变－k 增加－特征频率增加（移向高波数）。 R-COR C=O 1715cm-1 ； R-COH C=O 1730cm-1 ； R-COCl C=O 1800cm-1 ； R-COF C=O 1920cm-1 。
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因此，当一定频率的红外光照射分子时，如果分子中某 个基团的振动频率和它一致，二者就会产生共振，此时
光的能量通过分子偶极矩的变化而传递给分子，这个基
团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁。
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。
cm -1 1 6 6 0
c. 中介效应(Mesomeric effect)：孤对电子与多重键相连产生的 p- 共轭，结果类似于共轭效应。 当诱导与共轭两种效应同时存在时，振动频率的位移的 程度取决于它们的净效应。
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(2)氢键效应
形成氢键使电子云密度平均化（缔合态），使体系能量 下降，基团伸缩振动频率降低，其强度增加但峰形变宽。使 伸缩振动频率向低波数方向移动．
分子振动和转动能级的跃迁；价电子和分子轨道上的电子在电子能级 上的跃迁。
2. 研究对象不同
在振动中伴随有偶极矩变化的化合物；不饱合有机化合物特别是具有 共轭体系的有机化合物。
3.可分析的试样形式不同，使用范围不同
气、液、固均可，既可定性又可定量，非破坏性分析；既可定性又可 定量，有时是试样破坏性的。
分析化学(仪器分析)第四章-仪器分析(IR)
2
第一节
概 述
当样品受到频率连续 变化的红外光照射时，分 子吸收某些频率的辐射， 并由其振动或转动运动引 起偶极矩的净变化，产生 分子振动和转动能级从基 态到激发态的跃迁，使相 应于这些吸收区域的透射 光强度减弱。记录红外光 的百分透射比与波数或波 长关系曲线，就得到红外 光谱。
3
第一节
概 述
一、红外光区的划分 红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长 范围约为 0.75 ~ 1000µ m，根据仪器技术和应用 不同，习惯上又将红外光区分为三个区：近红外 光区（0.75 ~ 2.5µ m ），中红外光区（2.5 ~ 25 µ m ），远红外光区（25 ~ 1000 µ m ）。
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第二节 红外吸收基本理论
由于分子非谐振性质，各倍频峰并非正好是基 频峰的整数倍，而是略小一些。以HCl为例：
基频峰（0→1） 二倍频峰（ 0→2 三倍频峰（ 0→3 四倍频峰（ 0→4 五倍频峰（ 0→5
） ） ） ）
2885.9 cm-1 5668.0 cm-1 8346.9 cm-1 10923.1 cm-1 13396.5 cm-1
9
第一节
概 述
三、红外光谱图表示方法
红外吸收光谱图一般用T ~ 曲线（线性波 长表示法）或T ~ 曲线（线性波数表示法）表 示。纵坐标为百分透射比T(%)，因而吸收峰向下， 向上则为谷；横坐标是波长（单位为µ m ）或波 数 （单位为cm-1）。 波长与波数之间的关系为： =104 /
伸缩振动
原子沿键轴方向伸缩，键长发生周期性变化 而键角不变的振动称为伸缩振动，用符号表示。 它又可以分为对称伸缩振动（s）和不对称伸缩振 动（ as ）。对同一基团，不对称伸缩振动的频 率要稍高于对称伸缩振动。
第五章红外光谱法(IR
三、红外吸收光谱图
红外光谱图：
纵坐标为吸收强度或透光度，
横坐标为波长λ （ μm ）和波数1/λ（cm-1），可以用峰
数，峰位，峰形，峰强来描述。
四、红外分光光度法的应用及特点
• 1、应用：分子的指纹。 • 2、特点：灵敏、快速、应用范围广、特
征性强。气、液、固三种状态都能测定。 局限：识谱困难，实验室需要配备大量 的标准谱图和标准样品。
• 官能团区（3500—1500 cm-1 ）：官能团区为 化学键和基团的特征振动区，该区的吸收光谱 主要反映分子中特征基团的振动，鉴定基团的 工作主要在该区进行。
• 指纹区（1500—500 cm-1 ）：指纹区的吸
收光谱很复杂，能反映分子结构的细微变化。 每一种化合物在该区的谱带位置、强度和形状 都不相同，如人的指纹一样，可用于认证有机 化合物。
• 第三节红外吸收光谱与分子结构
一、红外光谱的特征性 二、红外光谱区域划分 三、有机化合物分子中常见基团吸收峰位置
一、红外光谱的特征性
基团频率：与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键 振动频率——基团特征频率。
例如：CH3基团、C=O基团的频率范围总是出现在某一范围内。
基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：
三、有机化合物分子中常见基团吸收峰位置
1、 X—H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ） （1）—O—H 基的伸缩振动出现在3650 3200 cm-1
范围内 ，可作为判断有无 醇类，酚类，有机酸类的 重要依据。
当这类物质在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液） 时，峰形其它峰的干扰，很易识别。
第二节 红外吸收光谱的产生条件
• 一、红外辐射是由于分子振动能级的跃迁（同时伴随 转动能级跃迁）而产生的。
红外光谱ir
红外光谱ir
红外光谱(Infrared Spectroscopy, IR) 是一种分析物质分子结构的技术，通过测量分子对红外光的吸收情况来确定分子的振动模式和化学键的信息。
红外光谱仪通常由光源、样品池、检测器和数据处理系统组成。
光源产生的红外光通过样品池，样品池中的分子会吸收特定波长的红外光，从而引起分子振动和转动状态的变化。
检测器会检测到这些变化，并将其转化为电信号，数据处理系统则将这些电信号转化为红外光谱图。
红外光谱图是一种以波长或波数为横坐标，以吸光度或透过率为纵坐标的图谱。
图谱中的吸收峰对应于分子的振动模式和化学键的信息，可以用来确定分子的结构和组成。
红外光谱技术广泛应用于化学、材料科学、生物医学等领域，例如化合物的鉴定、结构分析、反应监测、材料表征等。
它具有快速、准确、无损等优点，是一种非常重要的分析技术。
ir光谱计算
ir光谱计算
IR光谱计算是指通过红外光谱仪测量和分析样品的红外光谱
数据并进行数据处理的过程。
下面是IR光谱计算的一般步骤：
1. 数据采集：使用红外光谱仪对样品进行测量，记录下样品在红外光谱范围内的吸收光谱数据。
常见的红外光谱仪有傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）和分散式红外光谱仪（dispersive IR）。
2. 数据预处理：对采集到的光谱数据进行预处理，包括去噪、光谱基线修正、光谱平滑等操作。
目的是提高信噪比、减少光谱噪音并去除基线波动。
3. 峰值寻峰：在预处理后的光谱数据中寻找吸收峰，并确定峰的位置、高度和形状。
常见的寻峰算法有基线平拟、二次曲线拟合、高斯拟合等。
4. 峰值分析：根据寻峰结果，对各峰进行定量分析，包括计算各峰的面积、峰高、半高宽等参数。
可以通过与标准物质对比、峰面积比较等方法进行定量分析。
5. 数据解释：根据峰的位置和形状，结合已知样品的光谱库或经验判断，对光谱数据进行解释和推断，确定样品中可能存在的官能团、化学键等信息。
6. 数据报告：将计算和解释得到的光谱结果进行整理和记录，编写具体的分析报告。
报告通常包括样品信息、光谱图形、峰
参数、解释和推断结果等。
以上是IR光谱计算的一般步骤，具体的计算和分析方法会根据不同的样品和研究目的而有所差异。
IR-红外光谱解析
烷烃的红外光谱 0
吸 收 率
100
ν
一般用百分透射率(T)~ 波数(ν)曲线或T~曲线。纵坐标为T% 左(或A：吸 收率 右），因而吸收峰向下，向上则为谷；横坐标是波数（下方，单位
为cm-1）或波长（上方，单位为µ m）
波数：单位长度（cm）内，波振动的次数
波数：ν =１／λ， ν（cm-1）=104/ λ （μm） 透光率：T= I/I0 吸光度： A=lg（I/T）
as
B-2 亚甲基的变形振动（又称弯曲振动) （bending vibration）
基团键角发生周期变化而键长不变的振动
剪式δ
面内变形振动：
摇摆
面外变形振动: 卷（扭）曲振动 非平面摇摆
能量高低顺序
不对称伸缩振动 对称伸缩振动
面内弯曲振动 面外弯曲振动
高 频
低 频
如：线性分子O＝C＝O（二氧化碳）分子。
碲镉汞检测器（MCT检测器） 5. 记录系统
二、Fourier变换红外光谱仪（FTIR）
光源（硅碳棒、高压汞灯）： Michelson干涉仪：将光源 来的信号以干涉图的形式送 检测器： 往计算机进行Fourier变换 计算机： 的数学处理，最后将干涉图 记录仪：（无色散元件）： 还原成光谱图
FTIR光谱仪的优点
频率范围广：可达到45000-6cm-1 准确度高：光通量大，所有频率同时测量 灵敏度高：检测10-９-10-12g的样品 分辨率高：分辨率0.1- 0.005 cm-1,棱镜型：3cm-1, 光栅型分辨率：0.2cm-1重现性好 扫描速度快（＜0.1s），可作快速反应动力学研究， 并可与GC、LC联用。色散型:只能观测较窄的扫描 一次需8、15、30s等。 杂散光不影响检测。 对温度湿度要求不高。 光学部件简单，不易磨损。
吸 收 率
100
ν
一般用百分透射率(T)~ 波数(ν)曲线或T~曲线。纵坐标为T% 左(或A：吸 收率 右），因而吸收峰向下，向上则为谷；横坐标是波数（下方，单位
为cm-1）或波长（上方，单位为µ m）
波数：单位长度（cm）内，波振动的次数
波数：ν =１／λ， ν（cm-1）=104/ λ （μm） 透光率：T= I/I0 吸光度： A=lg（I/T）
as
B-2 亚甲基的变形振动（又称弯曲振动) （bending vibration）
基团键角发生周期变化而键长不变的振动
剪式δ
面内变形振动：
摇摆
面外变形振动: 卷（扭）曲振动 非平面摇摆
能量高低顺序
不对称伸缩振动 对称伸缩振动
面内弯曲振动 面外弯曲振动
高 频
低 频
如：线性分子O＝C＝O（二氧化碳）分子。
碲镉汞检测器（MCT检测器） 5. 记录系统
二、Fourier变换红外光谱仪（FTIR）
光源（硅碳棒、高压汞灯）： Michelson干涉仪：将光源 来的信号以干涉图的形式送 检测器： 往计算机进行Fourier变换 计算机： 的数学处理，最后将干涉图 记录仪：（无色散元件）： 还原成光谱图
FTIR光谱仪的优点
频率范围广：可达到45000-6cm-1 准确度高：光通量大，所有频率同时测量 灵敏度高：检测10-９-10-12g的样品 分辨率高：分辨率0.1- 0.005 cm-1,棱镜型：3cm-1, 光栅型分辨率：0.2cm-1重现性好 扫描速度快（＜0.1s），可作快速反应动力学研究， 并可与GC、LC联用。色散型:只能观测较窄的扫描 一次需8、15、30s等。 杂散光不影响检测。 对温度湿度要求不高。 光学部件简单，不易磨损。
第三章红外光谱IR
醇羟基： 游离态
二聚体
多聚体
3600~3640cm-1 3500~3600cm-1
变化范围：40
100
3200~3400cm-1 200cm-1
羧酸及胺类等化合物, 分子间形成氢键后, 其相应吸收频
率均移向低波数. 当羰基（O)是氢键受体时, 其羰基特征 吸收频率向低频移动 40~60cm-1
4. 环的张力 一般而言, 环的张力增大时, 环上有关官能团的吸收频率逐 渐升高。
CH 3100
CH 2900
8. 振动的偶合
分子内两基团位置很近并且振动频率相同或相近时, 它们之 间发生强相互 作用, 结果产生两个吸收峰, 一个向高频移动, 一个向低频移动。
8、振动耦合效应
• 含有若干个相同的化学键的振动频率发生 分裂的现象称为耦合效应。当一个化学键 的伸缩振动与另一个化学键的振动吸收频 率很接近时，就会发生振动耦合。
• C-C叁键伸缩振动：2100厘米-1 ，峰形尖锐， 强度中到弱。干扰少，位置特征。末端炔基该 吸收强。分子对称性强时，该吸收较弱。
• 腈类化合物，C-N叁键伸缩振动出现在23002220厘米-1，波数比炔烃略高，吸收强度大。
苯基乙炔
~3340cm-1 ：叁键上C—H伸缩振动，~3020cm-1: 苯环=C—H伸缩振动 ~2115cm-1: 三键伸缩振动
四. 影响官能团吸收频率的因素 主要讨论分子结构变化时，官能团红外吸收频率的变化。
2. 电子效应
1）诱导效应
O
O
R C R' R C Cl
O RCF
VC=O ~1715
~1800
~1869cm-1
卤原子吸电子诱导效应，使羰基双键极性增强，C=O的力常数 变大，吸收向高波数移动。
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2020年3月25日星期三12时24分21秒
《红外光谱 》
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红外光谱与分子结构
基团的特征吸收峰:
物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的 吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。实验表 明 ， 组 成 分 子 的 各 种 基 团 ， 如 O-H 、 N-H 、 C-H 、 C=C、C=O和CC等，都有自己的特定的红外吸收 区域，分子的其它部分对其吸收位置影响较小。通 常把这种能代表某基团存在并有较高强度吸收的谱 带称为特征吸收峰。其所在的位置称为基团频率.
区域名称 近红外区 泛频区
波数(cm-1) 13158-4000
能级跃迁类型
OH、NH、CH键 的倍频吸收
中红外区 基本振动区 4000-400 分子振动,伴随转动
远红外区 分子转动区 400-10
分子转动
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《红外光谱 》
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红外光谱的特点
➢ 紫外、可见光谱常用于研究不饱和有机物，特别 是具有共轭体系的有机化合物，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（没有偶 极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）。 ➢ 除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之 外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。 除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子 量上只有微小差异的化合物外，凡是具有结构不同 的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。
《红外光谱 》
12
红外光谱的三要素
2.峰强
红外吸收峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变 化，振动时分子偶极矩的变化越小，谱带强度也就 越弱。一般说来，极性较强的基团(如C=O,C-X)振动， 吸收强度较大；极性较弱的基团(如C=C,N-C等)振动， 吸收强度较弱；
红外吸收强度分别用很强(vs), 强(s),中(m), 弱(w)表示.
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《红外光谱 》
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红外光谱的三要素
1.峰位 分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光
波谱的一定范围，如：C=O的伸缩振动一般在1700 cm-1左右。
υC=O 1715 cm-1 υC=O 1780 cm-1 υC=O 1650 cm-1
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《红外光谱 》
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红外光谱的基本概念
振动的基本形式
分子振动一般分为伸缩振动和弯曲振动两大类。 伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长发生变化而键角 不变的振动称为伸缩振动。用符号v表示。它又分为对称 （vs）和不对称（vas）伸缩振动。对同一基团来说，不对称 伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动。
>100 非常强峰vs 20< <100 强峰s
10< <20 中强峰m
1< <10 弱峰w
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红外光谱的三要素
3.峰形
不同基团的某一种振动形式可能会在同一频率范 围内都有红外吸收，如-OH、-NH的伸缩振动峰都在 34003200 cm-1, 但二者峰形状有显著不同。此时峰 形的不同有助于官能团的鉴别。
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红外光谱的基本概念
产生红外吸收的条件
红外光谱是由于分子振动能级（同时伴随转动能级） 跃迁而产生的，物质吸收红外辐射应满足两个条件：
1. 辐射光具有的能量与发生振动跃迁时所需的能量相等 2. 辐射与物质之间有偶合作用。红外跃迁是偶极矩诱导
的，分子由于构成它的各原子的电负性的不同而显示不同 的极性，通常用分子的偶极矩（）来描述分子极性的大 小。只有发生偶极矩变化（△≠0）的振动才能引起可观测 的红外吸收光谱，该分子称之为红外活性的,如CO2分子； △=0的分子振动不能产生红外振动吸收，称为非红外活性 的, 如O2分子
红外光谱的基本概念
弯曲振动（变形振动或变角振动，用符号δ表示） 基团键角发生周期变化而键长不变的振动。 振动分为面内变形振动和面外变形振动。
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红外光谱的基本概念
水分子的振动： 三种振动:不对称伸缩振动、对称伸缩振动和变形振
动。皆有偶极矩的变化,是红外活性的。
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《红外光谱 》
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红外光谱的特点
➢ 红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，反 映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的 结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收 强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以 进行定量分析和纯度鉴定。
➢ 由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固 体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快， 不破坏样品的特点。因此，红外光谱法不仅能进 行定性和定量分析，而且是鉴定化合物和测定分 子结构最有用的方法之一。
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《红外光谱 》
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红外光谱的基本概念
CH3－COO－CH=CH2 醋酸乙烯酯
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《红外光谱 》
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红外光谱的基本概念
红外光区的划分
红外光区分成三个区:近红外区、中红外区、远红外区。 其中中红外区是研究和应用最多的区域，绝大多数有机 化合物和无机离子的基频吸收带出现在中红外光区.一般 说的红外光谱就是指中红外区的红外光谱.
红外光谱
(Infrared Spectrometry)
红外光谱的基本概念
红外光谱
红外吸收光谱也是一种分子光谱 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸 收某些频率的辐射，并由其振动运动或转动运动引起 偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基态到 激发态的跃迁，从而形成的分子吸收光谱称为红外光 谱。又称为分子振动转动光谱。 记录红外光的百分透射比与波数或波长的关系,就得 到红外光谱。
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《红外光谱 》
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红外光谱的基本概念
设分子由n个原子组成，振动形式应有（3n-6）种, 直线性分子为（3n-5）种。每个振动自由度相当于红外 光谱图上一个基频吸收带,实际上，绝大多数化合物在 红外光谱图上出现的峰数远小于理论上计算的振动数， 这是由如下原因引起的： （1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收； （2）相同频率的振动吸收重叠，即简并； （3）仪器不能区别那些频率十分接近的振动，或吸收 带很弱，仪器检测不出； （4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。