红外吸收光谱分析法
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红外吸收光谱分析
基团频率区旳划分
分区根据：因为有机物数目庞大，而构成有
机物旳基团有限；基团旳振动频率取决于K 和
m，同种基团旳频率相近。
划分措施
氢键区 ❖基团特征频率区 叁键区和累积双键区
双键区
❖指纹区
单键区
区域名称 频率范围
基团及振动形式
氢键区 4000～2500cm-1 O－H、C－H、N－H
等旳伸缩振动
叁键和
溶剂效应，极性基团旳伸缩振动频率随溶剂旳极性增 大而降低，但其吸收峰强度往往增强，一般是因为极 性基团和极性溶剂之间形成氢键旳缘故，形成氢键旳 能力越强吸收带旳频率就越低。如丙酮在环己烷中νC=O 为1727cm-1 ，在四氯化碳中为1720cm-1 ，在氯仿中为 1705cm-1 。
分子振动旳自由度
• 电子效应
①诱导效应 ②共轭效应
• 空间效应
①空间位阻 ②环张力
• 氢键
• 二.外部原因
• ①物态效应 • ②溶剂效应
❖电子效应
（1）诱导效应 经过静电诱导作用使分子中 电子云分布发生变化引起K旳变化，从而影 响振动频率。 如 C＝O
吸电子诱导效应使羰基双键性增长，振动频 率增大。
（2）共轭效应 共轭效应使共轭体系中
Varian 680-IR
• 日本岛津： • 傅立叶变换红外光谱仪 IRAffinity-1 • 高信噪比：30,000:1 以上；配置自动除湿装
置，易于维护；外形小巧，占地面积小；标配 杂质分析程序；多种附件能够选择。 • 傅立叶变换红外光谱仪 IRPrestige-21 • 研究级傅立叶红外光谱仪。 • 岛津红外显微镜系统 AIM-8800 • 具有AIM VIEW先进控制系统；具有高敏捷度 旳不需维护旳MCT检测器；多种附件使应用范 围进一步扩展。
红外吸收光谱分析技术—实用分析技术
光谱与基团不能一一对应，其价值在于表示整个分子的特征，犹 如人的指纹。通过在该区查找相关吸收峰，进一步确定官能团的存在。
（2）光谱解析一般程序
1）试样的分离和精制 试样不纯会给光谱解析带来困难，因此对混合试样要进
行分离，以得到单一纯物质。 2）了解试样来源及性质
了解试样来源、元素分析值、相对分子量、熔点、沸 点、溶解度等有关性质。
官能团定性是根据化合物的红外光谱的特征基团频率来 检定物质含有哪些基团，从而确定有关化合物的类别。
标准对照则需要由化合物的红外光谱并结合其它实验资 料来判断有关化合物。
2.定量分析
红外光谱的谱带较多，选择余地大，所以能方便地 对单一组份或多组份进行定量分析。 红外光谱法的灵敏 度较低，不适于微量组份测定。红外光谱法定量分析的 依据与紫外-可见光谱法一样，也是基于朗伯-比尔定律 ，通过对特征吸收谱带强度的测量来求出组份含量。但 与紫外-可见光谱法相比，红外光谱法在定量方面较弱。
3.结构分析 （1）特征区与指纹区
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。
特征区：4000 - 1250cm-1 高频区 区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，容易辨认，常
用于鉴定官能团。光谱与基团的对应关系强 。 指纹区：1250 - 600 cm-1 低频区
3）根据分子式计算不饱和度
U 2 2n4 n3 n1 2 Nhomakorabea不饱和度意义：
U 0 分子中无双键或环状结构 U 1 分子中可能含一个双键或一个环 U 2 分子中可能含两个双键，或一个双键 环，或一个叁键 U 4 分子中可能含苯环 U 5 分子中可能含苯环 一个双键
4）解析方法（四先四后） • 先特征、后指纹； • 先强峰，后次强峰； • 先粗查，后细找； • 先否定，后肯定; • 寻找有关一组相关峰→佐证 • 先识别特征区的第一强峰，找出其相关峰，并进行峰归属 • 再识别特征区的第二强峰，找出其相关峰，并进行峰归属
（2）光谱解析一般程序
1）试样的分离和精制 试样不纯会给光谱解析带来困难，因此对混合试样要进
行分离，以得到单一纯物质。 2）了解试样来源及性质
了解试样来源、元素分析值、相对分子量、熔点、沸 点、溶解度等有关性质。
官能团定性是根据化合物的红外光谱的特征基团频率来 检定物质含有哪些基团，从而确定有关化合物的类别。
标准对照则需要由化合物的红外光谱并结合其它实验资 料来判断有关化合物。
2.定量分析
红外光谱的谱带较多，选择余地大，所以能方便地 对单一组份或多组份进行定量分析。 红外光谱法的灵敏 度较低，不适于微量组份测定。红外光谱法定量分析的 依据与紫外-可见光谱法一样，也是基于朗伯-比尔定律 ，通过对特征吸收谱带强度的测量来求出组份含量。但 与紫外-可见光谱法相比，红外光谱法在定量方面较弱。
3.结构分析 （1）特征区与指纹区
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。
特征区：4000 - 1250cm-1 高频区 区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，容易辨认，常
用于鉴定官能团。光谱与基团的对应关系强 。 指纹区：1250 - 600 cm-1 低频区
3）根据分子式计算不饱和度
U 2 2n4 n3 n1 2 Nhomakorabea不饱和度意义：
U 0 分子中无双键或环状结构 U 1 分子中可能含一个双键或一个环 U 2 分子中可能含两个双键，或一个双键 环，或一个叁键 U 4 分子中可能含苯环 U 5 分子中可能含苯环 一个双键
4）解析方法（四先四后） • 先特征、后指纹； • 先强峰，后次强峰； • 先粗查，后细找； • 先否定，后肯定; • 寻找有关一组相关峰→佐证 • 先识别特征区的第一强峰，找出其相关峰，并进行峰归属 • 再识别特征区的第二强峰，找出其相关峰，并进行峰归属
红外吸收光谱分析法FTIR
光谱解析难度大
红外光谱的复杂性较高，需要专业的 知识和技能进行解析，对分析人员的 要求较高。
仪器成本高
FTIR仪器的制造成本较高，使得其普 及和应用受到一定限制。
测试时间较长
与一些其他分析方法相比，FTIR的测 试时间可能较长，需要更多的时间来 完成分析。
未来发展前景
提高检测灵敏度和分辨率 通过改进仪器性能和技术，提高 FTIR的检测灵敏度和分辨率，使 其能够更好地应用于微量样品和 高精度分析。
环境监测
FT-IR可以用于环境监测领域， 如气体分析、水质分析、土壤
分析等。
02 ftir仪器组成
光源
光源是红外傅里叶变换红外光 谱仪（ftir）中的重要组成部分， 负责提供足够能量和合适波长 的红外辐射。
常见光源有硅碳棒、陶瓷气体 放电灯、远红外激光等。
光源的选择直接影响ftir的灵敏 度和分辨率，因此需要根据实 验需求选择合适的光源。
小型化和便携化 为了方便现场快速检测和实时监 测，FTIR仪器的小型化和便携化 成为一个重要的发展方向。
拓展应用领域 随着FTIR技术的不断成熟和普及， 其应用领域将会进一步拓展，包 括生物医学、环境监测、食品安 全等领域。
智能化和自动化 通过引入人工智能和自动化技术， 实现FTIR分析的智能化和自动化， 提高分析效率和准确性。
基频峰
分子振动能级跃迁产生的谱线，是红外光谱中最 强的峰。
特征峰
与分子中特定化学键或振动模式对应的峰，可用 于鉴定化合物结构。
谱图解析方法
峰位置分析
通过分析峰的位置，确定特定化学键或基团的存在。
峰强度分析
通过分析峰的强度，了解分子中特定化学键或基团的相对含量。
峰形分析
红外吸收光谱分析法
红外吸收光谱分析法
一、红外吸收光谱分析法概述
红外吸收光谱分析法是一种利用物质的红外光吸收能力来探测它们的物质组成的技术。
它特别适用于有机化合物和无机化合物的光谱分析。
通过分析红外吸收光谱，可以检测物质中的有机键、C-H键、C-O键或N-H 键的存在和位置，从而鉴定出物质的化学结构和性质。
红外光吸收法的原理是，物质中的分子、晶体或其他结构会在不同的波长处吸收光，产生光谱，这些吸收光谱是物质的独特特征，反映出物质的特性。
根据这种特性，分析用不同波长的光照射样品，并从所得到的光谱中提取出电子激发、分子振动等信息，从而得到物质的结构和性质。
二、红外吸收光谱分析法基本原理
红外吸收光谱分析法的原理是，当物质受到红外幅射的照射时，它的分子会产生振动和旋转，这些振动和旋转的能量会转化为更高能量的电子跃迁。
这些电子跃迁会引起物质材料吸收一些具有特定波长的红外光，从而产生在不同波长的吸收光谱，通过分析这些吸收光谱，就可以求取物质分子的结构和性质。
第十章 红外光谱分析
例如： 例如：H2O
△µ≠0 偶极矩变化 吸收红外辐射，产生红外吸收光谱， 红外活性的分子。 吸收红外辐射，产生红外吸收光谱，是红外活性的分子。 红外辐射
第三节
分子振动方程式
一、双原子分子的振动——简谐振动 双原子分子的振动——简谐振动 ——
根据原子质量和相对原子质量之间的关系，上式可写成： 根据原子质量和相对原子质量之间的关系，上式可写成： 原子质量 之间的关系 NA ⌠= 2πC
1 2
k Μ
NA：阿伏加得罗常数， NA=6.022 ×1023 阿伏加得罗常数， M: 两个原子的折合相对原子质量； 两个原子的折合相对原子质量； M= M1·M2 M1+ M2 k Μ
⌠= 1303
二、影响基本振动频率因素
● ●
⌠= 1303
相对原子质量 化学键的力常数。 化学键的力常数
k Μ
⌠= 2062 cm-1 ⌠= 1683 cm-1 ⌠= 1190 cm-1
对于具有相似质量的原子基团， ⌠Κ 对于具有相似质量的原子基团，
键的力常数相近， 例： C-C、C-O、C-N键的力常数相近， 相对折合质量不同， 相对折合质量不同，MC-C < MC-N < MC-O C-C C-O C-N K K K M C-C M C-N M C-O σ= 1430 cm-1 σ= 1330 cm-1 σ= 1280 cm-1
原子的折合质量为： 解：C 原子和 H 原子的折合质量为： M= M1·M2 M 1+ M 2 5
0.923
=
12×1 × 12+ 1 =3030cm-1
= 0.923
⌠= 1303
例：
C C C
≡ = −
红外吸收光谱法
图4.3 聚苯乙烯红外光谱图
四、紫外吸收光谱与红外吸收光谱的区别
1. 光谱产生的机制不同 紫外：电子光谱； 红外：振－转光谱
2. 研究对象和使用范围不同 紫外：研究不饱和化合物，具有共轭体系； 红外：凡是在振动中伴随有偶极矩变化的化合
物都是红外光谱研究的对象。可研究几乎所有的有 机物。
04:04:06
04:04:06
二、红外光区的划分
表4.1 红外光谱区划分
区
域
/m
/cm-1
能级跃迁类型
近红外(泛频区)
0.78～2.5
12820～4000
O-H、N-H和C-H键的 倍频吸收区
中红外(基本振动区) 2.5～50 4000～00～10
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红外光谱的表示方法
红外光谱图：纵坐标为透光率（或吸光度），横坐标为波长 λ（ m ）和波数1/λ ，单位：cm-1。 / cm1 104
/ m
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图4.1 苯酚的IR吸收光谱
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图4.2乌桕油的IR光谱
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分子的转动，骨架振 动
最常用的
2.5～15 4000～650
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3. 红外光谱特点 1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低； 2）应用范围广：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； 3）分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、波峰
数目及强度确定分子基团、分子结构； 4）定量分析； 5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品； 6）分析速度快。
五、红外光谱法的特点和应用
特点：与紫外-可见吸收光谱比较 (1) 除了单原子分子和同核双原子分子等少数 分子外，几乎所有化合物均可用红外吸收光谱法 进行研究。适用范围广。 （2）红外光谱可对物质的组成和结构特征提供 十分丰富的信息。其最重要和最广泛的用途是对 有机化合物进行结构分析。
红外光谱分析 红外吸收光谱法
和键力常数之间的关系：
υ=
1
2
（1）
1
105 N
= 2c = 2c
Cm-1 (2)
K为键力常数，其含义是两个原子由平衡位置伸长0.1nm(lA0) 后的回复力，单位是 dyn/cm。
μ’ 为折合质量。 μ’=m1m2/（m1+m2） (m为原子质量)
原子质量用相对原子量代替:
m1=M1/N, m2=M2/N 。
举例：
例：由元素分析某化合物的分子式为 C其4H结6构O2。，测得红外光谱如图，试推测
解： 由分子式计算不饱和度U = 4－6/2＋1= 2
特征区：3 070cm-1有弱的不饱和C—H伸缩振动吸收， 与1 650cm-1的vc=c 谱带对应表明有烯键存在，谱带较 弱，是被极化了的烯键。
1 76பைடு நூலகம்cm-1强吸收谱带表明有羰基存在，结合最强吸收 谱带1 230cm-1和1 140cm-1的C-O-C吸收应为酯基。
跃迁的几率与振动方式有关: 基频(V0→V1)跃迁几率大，所以吸收较强； 倍频(V0→V2)虽然偶极矩变化大，但跃率几率很低， 使峰强反而很弱。
3、振动的量子化处理
根据量子力学，其分子的振动能 E＝(υ+1/2)h v振
在光谱学中，体系从能量E变到能量E1＇，要遵循 一定的规则，即选择定则，谐振子振动能级的选择定则 △υ＝±1。由选择定则可知，振动能级跃迁只能发生在 相邻的能级间 。
2.基本概念
a..偶极矩：当化学键两端的电子电负性不同时，电中性的 分子便产生负电中心的分离，成为极性分子，极性大小用 偶极矩μ衡量，μ＝r×q，即正、负电荷中心间的距离r和 电荷中心所带电量q的乘积。
b.基频：常温下分子处于最低振动能级，此时叫基态，V=0。 从基态V0跃迁到第一激发态V=1，V0V1产生的吸收带
υ=
1
2
（1）
1
105 N
= 2c = 2c
Cm-1 (2)
K为键力常数，其含义是两个原子由平衡位置伸长0.1nm(lA0) 后的回复力，单位是 dyn/cm。
μ’ 为折合质量。 μ’=m1m2/（m1+m2） (m为原子质量)
原子质量用相对原子量代替:
m1=M1/N, m2=M2/N 。
举例：
例：由元素分析某化合物的分子式为 C其4H结6构O2。，测得红外光谱如图，试推测
解： 由分子式计算不饱和度U = 4－6/2＋1= 2
特征区：3 070cm-1有弱的不饱和C—H伸缩振动吸收， 与1 650cm-1的vc=c 谱带对应表明有烯键存在，谱带较 弱，是被极化了的烯键。
1 76பைடு நூலகம்cm-1强吸收谱带表明有羰基存在，结合最强吸收 谱带1 230cm-1和1 140cm-1的C-O-C吸收应为酯基。
跃迁的几率与振动方式有关: 基频(V0→V1)跃迁几率大，所以吸收较强； 倍频(V0→V2)虽然偶极矩变化大，但跃率几率很低， 使峰强反而很弱。
3、振动的量子化处理
根据量子力学，其分子的振动能 E＝(υ+1/2)h v振
在光谱学中，体系从能量E变到能量E1＇，要遵循 一定的规则，即选择定则，谐振子振动能级的选择定则 △υ＝±1。由选择定则可知，振动能级跃迁只能发生在 相邻的能级间 。
2.基本概念
a..偶极矩：当化学键两端的电子电负性不同时，电中性的 分子便产生负电中心的分离，成为极性分子，极性大小用 偶极矩μ衡量，μ＝r×q，即正、负电荷中心间的距离r和 电荷中心所带电量q的乘积。
b.基频：常温下分子处于最低振动能级，此时叫基态，V=0。 从基态V0跃迁到第一激发态V=1，V0V1产生的吸收带
红外吸收光谱分析法 红外谱图解析
顺式烯 乙烯基烯 亚乙烯基烯
08:12:21
R1 H R1 H R1 R2
1660cm-1
1660-1630cm-1
中强，尖
总结
ⅰ 分界线1660cm-1 ⅱ 顺强，反弱
ⅲ 四取代（不与O，N等相连）无υ
ⅳ 端烯的强度强
（C=C）峰
ⅴ共轭使υ
下降20-30 cm-1 （C=C）
H C C R R1 C C R2
08:12:21
υ υ
C C
2140-2100cm-1 （弱） 2260-2190 cm-1 （弱）
C C
c)C-H 变形振动(1000-700 cm-1 )
面内变形（=C-H）1400-1420 cm-1 （弱） 面外变形（=C-H） 1000-700 cm-1 （有价值）
R1 H R1 R2 R1 R2 C C R4
O—H，C—O
a)-OH 伸缩振动(>3600 cm-1) b)碳氧伸缩振动(1100 cm-1)
C Cα C Cα′ C C Cα″ β
υ
（C-O）
OH
υ
游 离 仲-OH 醇， 叔-OH 酚 酚-OH 伯-OH
（—OH） 3640cm-1 3630cm-1 3620cm-1 3610cm-1
1050 cm-1 1100 cm-1 1150 cm-1 1200 cm-1
第四章 红外吸收光谱分 析法
infrared absorption spec-troscopy，IR
一、红外谱图解析
analysis of infrared spectrograph
二、未知物结构确定
structure determination of compounds
红外吸收光谱分析法FTIR
红外吸收光谱分析法FTIR傅里叶红外吸收光谱分析法（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，简称 FTIR），是一种应用傅里叶变换技术对物质的红外辐射进行光谱分析的方法。
该方法以红外辐射的吸收强度和波数为特征，可以用来分析和识别有机物和无机物的结构和成分。
在分析化学、有机合成、材料科学等领域得到广泛的应用。
FTIR技术的主要原理是利用傅里叶变换将周期性信号（红外辐射）分解成一系列连续谱线，进而可以通过测量这些谱线的强度和频率来确定物质的结构和成分。
在实验中，样品被置于红外光束之中，以吸收或透射的方式与红外辐射相互作用。
被吸收的辐射与未被吸收的辐射之间的差异被转化为干涉信号，并通过光谱仪进行检测和测量。
这些信号被送入傅里叶变换，产生包含有关样品吸收能力和频率的信息。
FTIR技术具有以下优点：首先，它是一种非破坏性的分析方法，可以在不破坏样品的情况下获取有关物质结构和成分的信息。
其次，该方法对样品的数量要求非常低，可以在毫克或微克级别的样品上进行分析。
此外，FTIR技术不会对环境产生污染，也不需要使用有害的试剂。
最后，该方法可以快速获取光谱数据，并且具有高灵敏度和高分辨能力。
在实际应用中，FTIR技术可用于许多领域的研究和分析。
在有机化学领域，FTIR技术可以用于表征和鉴定有机物的结构和功能团。
例如，它可以用于区分不同类别的有机物，如醇、酮、酸等，并通过比较它们的红外光谱图谱来进行鉴定。
此外，FTIR技术还可用于监测化学反应的进程和过程。
研究人员可以通过观察吸收峰的变化来判断反应的进行和产物的生成情况。
在材料科学中，FTIR技术可以用于表征材料的结构和性质。
例如，它可以用于研究材料的晶体结构、分子排列和化学键强度。
此外，该技术还可用于分析材料的表面性质和界面反应。
研究人员可以利用反射红外（ATR）技术直接将样品放置在光学晶体上进行测量，从而避免样品的制备和处理过程。
仪器分析 第四章--红外吸收光谱法
章节重点：
分子振动基本形式及自由度计算；
红外吸收的产生2个条件；
各类基团特征红外振动频率；
影响红外吸收峰位变化的因素。
第八章 红外吸收光谱分 析法
第三节 红外分光光度计
1. 仪器类型与结构
2. 制样方法
3. 联用技术
1. 仪器类型与结构
两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）
弯曲振动：
1.4 振动自由度
多原子分子振动形式的多少用振动自由度标示。
三维空间中，每个原子都能沿x、y、z三个坐标方向独 立运动，n个原子组成的分子则有3n个独立运动，再除 掉三个坐标轴方向的分子平移及整体分子转动。
非线性分子振动自由度为3n-6，如H2O有3个自由度。 线性分子振动自由度为3n-5，如CO2有4个自由度。
某些键的伸缩力常数：
键类型: 力常数: 峰位:源自-CC15 2062 cm-1
-C=C10 1683 cm-1
-C-C5 1190 cm-1
-C-H5.1 2920 cm-1
化学键键强越强（即键的力常数K越大），原子折合 质量越小，化学键振动频率越大，吸收峰在高波数区。
1.2 非谐振子
实际上双原子分子并非理想的谐振子！随着振动量子 数的增加，上下振动能级间的间隔逐渐减小！
（1）-O-H，37003100 cm-1，确定醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐 ，强吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
注意区分： -NH伸缩振动：3500 3300 cm-1 峰型尖锐
（2）饱和碳原子上的-C-H -CH3 2960 cm-1 2870 cm-1 反对称伸缩振动 对称伸缩振动
红外吸收光谱分析法FTIR
AX 3型分子
~ 1450cm as
1
红CH外吸3 收光谱分析法FTIR
3．基频峰与泛频峰
a）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 （即υ=0 → 1产生的峰）
1 L
➢ 基频峰的峰位等于分子的振动频率 ➢ 基频峰强度大——红外主要吸收峰
红外吸收光谱分析法FTIR
2）蜷曲τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的 振动
AX 2型分子
CH2 ~ 1250cm1
红外吸收光谱分析法FTIR
3．变形振动： 1）对称的变形振动δs：三个AX键与轴线的夹角同时
变大
AX 3型分子
s CH 3
~ 1375cm1
2）不对称的变形振动δas：三个AX键与轴线的夹角不
同时变大或减小
AX 3型分子
as CH 2
~
2925cm1
~ 2960cm as
1
红外吸收光谱分CH析法3 FTIR
二、 弯曲振动（变形振动，变角振动）： 指键角发生周期性变化、而键长不变的振动
1．面内弯曲振动β： 弯曲振动发生在由几个原子构成平面内
1）剪式振动δ：振动中键角的变化类似剪刀的开闭
AX 2型分子
数k 越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收带将出现在高
波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。 (3）谱带形状（absorption bands shape) 分析的化合物越纯，吸收谱带
对波数或波长的曲线，即红外光谱。
红外吸收光谱分析法FTIR
1 红外吸收光谱分析
一、红外光的分区
红外线：波长在0.76~500μm (1000μm) 范围内的电磁波称为红外线。
红外吸收光谱法课件PPT
02 红外吸收光谱仪的组成与 操作
红外吸收光谱仪的组成
01
02
03
04
光源
发射特定波长的红外光，为样 品提供能量。
干涉仪
将红外光分成两束，分别经过 样品和参比，再合并形成干涉
。
检测器
检测干涉后的红外光，转换为 电信号。
数据处理系统
处理检测器输出的电信号，生 成红外吸收光谱。
红外吸收光谱仪的操作流程
多光谱融合
将红外光谱与其他光谱技 术进行融合，实现多维度、 多角度的物质成分和结构 分析。
云平台与大数据
利用云平台和大数据技术， 实现红外光谱数据的共享、 挖掘和分析，推动科研合 作与成果转化。
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THANKS
检查部件
定期检查仪器各部件是否正常 工作，如光源、干涉仪、检测 器等。
定期校准
为保证测试结果的准确性，应 定期对仪器进行校准。
数据备份
对测试结果进行备份，以防数 据丢失。
03 红外吸收光谱法的实验技 术
样品的制备与处理
样品制备
将待测物质研磨成粉末，以便更 好地分散在测试介质中。
样品处理
根据实验需求，对样品进行纯化 、干燥等预处理，以消除干扰因 素。
用于检测大气和水体中 的污染物，如挥发性有 机化合物、重金属等。
用于研究生物大分子的 结构和功能，如蛋白质、
核酸等。
红外吸收光谱法的历史与发展
历史
红外吸收光谱法自19世纪中叶被发现以来，经历了多个发展阶段，不断完善和 改进。
发展
随着仪器的改进和计算机技术的发展，红外吸收光谱法的应用范围不断扩大， 分析精度和灵敏度也不断提高。未来，红外吸收光谱法将继续在各个领域发挥 重要作用。
红外吸收光谱分析
红外吸收光谱分析红外吸收光谱是一种非破坏性测试方法，可以直接测定在不同波长下，不同物质对入射光的吸收情况，从而获得样品的红外吸收光谱图。
这个光谱图展示了不同波长下物质的吸收峰，这些峰对应于样品中不同的官能团或化学键。
通过对红外光谱的解析和比对，可以确定不同官能团的存在和相对浓度。
红外光谱相对于其他光谱分析方法的优点之一是它的灵敏度和准确性。
由于不同官能团具有不同的振动频率和吸收峰位置，红外光谱对分子结构和化学键的识别能力非常强。
通过准确地测定吸收强度和峰形，可以用于定量分析和质量控制。
红外光谱的应用非常广泛。
在有机化学中，红外光谱可以用于鉴定化合物的结构和官能团，包括醛、酮、羧酸、醚、醇、胺等。
同时，红外光谱还可以用于研究溶剂效应、反应动力学和热力学等方面的研究。
除了有机化合物，红外光谱还可以用于无机化学和材料科学领域。
可以通过红外光谱来研究晶体结构、晶格震动、晶格缺陷等。
此外，红外光谱还可以用于表征薄膜的厚度和碳纳米管等纳米材料的结构。
在红外光谱分析中，需要红外光源、样品和检测器。
常用的红外光源包括热辐射、光纤和拉曼激光等。
样品可以是固体、液体或气体。
吸收光谱仪是一种特殊的光谱仪，可以通过测量入射和传出光的差异来获得样品的吸收光谱。
常见的红外吸收光谱仪有傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和分散式红外光谱仪（DI-IR）。
在进行红外光谱分析时，需要注意一些实验技巧和仪器参数。
例如，在FTIR仪器中，需要校准仪器的基线、测量样品的透射率和应用波数范围。
而对于DI-IR仪器，需要注意调整样品的几何位置和光路的聚焦调整。
总而言之，红外吸收光谱分析是一种非常有用和常见的分析手段。
它可以用于鉴定化学物质、研究分子结构和官能团，同时在有机化学、无机化学和材料科学等领域发挥着重要的作用。
在实际应用中，我们需要合理选择光谱仪器，并且熟练掌握实验技巧和仪器操作，以获得准确和可靠的红外吸收光谱数据。
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)
红外吸收光谱分析(共27张PPT)
这里弹簧的k值就的原子不是静止不动的，原子在其平衡位置做相 对运动，从而产生振动！原子与原子之间的相对运动无非有 两种情况，即：键长发生变化（伸缩振动），键角发生变化 （弯曲振动）
对于双原子分子：没有弯曲振动，只有一个伸缩振动
对于多原子分子来说，包括伸缩振动和弯曲振动。 伸缩振动有对称和不对称伸缩以亚甲基－CH2为例
苯，3N－6＝30种，实际上苯的红外谱图上只有几个吸收峰！ 说明：不单苯，许多化合物在红外谱图上的吸收峰数目要远 小于其振动自由度（理论计算值）。
原因:(1)相同频率的峰重叠（2）频率接近或峰弱，仪器检测
不出（3）有些吸收峰落在仪器的检测范围之外（4）并不是
（2）对于基频峰：偶极矩变化越大的振动，吸收峰越强
②液体试样：溶液法和液膜法。溶液法是将液体试样溶在适当的红 外溶剂中（CS2，CCl4，CHCl3等）然后注入固定池中进行测定。液 膜法是在可拆池两窗之间，滴入几滴试样使之形成一层薄的液膜。
③固体试样：压片法、糊状法和薄膜法。压片法通常按照固体样品和 KBr为1：100研磨，用高压机压成透明片后再进行测定。糊状法就是把 试样研细滴入几滴悬浮剂（石蜡油），继续研磨成糊状然后进行测定 。薄膜法主要用于高分子化合物的测定，通常将试样溶解在沸点低易 挥发的溶剂中，然后倒在玻璃板上，待溶剂挥发成膜后再用红外灯加 热干燥进一步除去残留的溶剂，制成的膜直接插入光路进行测定。
（3）组频峰：振动之间相互作用产生的吸收峰
（4）泛频峰：倍频峰＋组频峰
（5）特征峰：可用于鉴别官能团存在的吸收峰。 （6）相关峰：由一个官能团引起的一组具有相互依存关系 的特征峰
红外光谱可分为基频区和指纹区两大区域
（1）基频区(4000～1350cm-1)又称为特征区或官能团区，其
对于双原子分子：没有弯曲振动，只有一个伸缩振动
对于多原子分子来说，包括伸缩振动和弯曲振动。 伸缩振动有对称和不对称伸缩以亚甲基－CH2为例
苯，3N－6＝30种，实际上苯的红外谱图上只有几个吸收峰！ 说明：不单苯，许多化合物在红外谱图上的吸收峰数目要远 小于其振动自由度（理论计算值）。
原因:(1)相同频率的峰重叠（2）频率接近或峰弱，仪器检测
不出（3）有些吸收峰落在仪器的检测范围之外（4）并不是
（2）对于基频峰：偶极矩变化越大的振动，吸收峰越强
②液体试样：溶液法和液膜法。溶液法是将液体试样溶在适当的红 外溶剂中（CS2，CCl4，CHCl3等）然后注入固定池中进行测定。液 膜法是在可拆池两窗之间，滴入几滴试样使之形成一层薄的液膜。
③固体试样：压片法、糊状法和薄膜法。压片法通常按照固体样品和 KBr为1：100研磨，用高压机压成透明片后再进行测定。糊状法就是把 试样研细滴入几滴悬浮剂（石蜡油），继续研磨成糊状然后进行测定 。薄膜法主要用于高分子化合物的测定，通常将试样溶解在沸点低易 挥发的溶剂中，然后倒在玻璃板上，待溶剂挥发成膜后再用红外灯加 热干燥进一步除去残留的溶剂，制成的膜直接插入光路进行测定。
（3）组频峰：振动之间相互作用产生的吸收峰
（4）泛频峰：倍频峰＋组频峰
（5）特征峰：可用于鉴别官能团存在的吸收峰。 （6）相关峰：由一个官能团引起的一组具有相互依存关系 的特征峰
红外光谱可分为基频区和指纹区两大区域
（1）基频区(4000～1350cm-1)又称为特征区或官能团区，其
红外光谱分析法
伸缩振动
弯曲振动 面内弯曲振动
弯曲振动 面外弯曲振动
3. 分子振动形式的个数(分子振动自由度 f=3N-6(5)) 分子振动自由度 意义：估算红外吸收峰个数 估算红外吸收峰个数 实际观察到的红外吸收峰的数目，往往少于振动形式的数目， 减少的原因主要有： (1)不产生偶极矩变化的振动 不产生偶极矩变化的振动没有红外吸收，不产生红外吸收峰。 不产生偶极矩变化的振动 （红外非活性振动，CO2分子的 s 1388cm-1） 红外非活性振动， 分子的v 红外非活性振动 分子的 cm (2)有的振动形式不同 振动形式不同，但振动频率相同 振动频率相同，吸收峰在红外光谱 振动形式不同 振动频率相同 图中同一位置出现，只观察到一个吸收峰，这种现象称为简并 简并。 简并 (CO2分子δ面内, γ面外 667cm-1) 667cm CO 分子δ (3)吸收峰太弱 ， 仪器不能分辨 吸收峰太弱， 吸收峰太弱 仪器不能分辨，或者超过了仪器可以测定的 波长范围。
X－H H 4000cm-1～2500cm-1 =O， X =O，N，C
☆★指纹区1500cm ☆★指纹区1500cm-1~600cm-1 指纹区
指纹区可以表示整个分子的特征 整个分子的特征，用来鉴别烯烃的取代程度 烯烃的取代程度、 指纹区 整个分子的特征 烯烃的取代程度 提供化合物的顺反构型 顺反构型信息；确定苯环的取代基类型 苯环的取代基类型等。 顺反构型 苯环的取代基类型
☆多原子分子的偶极矩与键的偶极矩和分子的
对称性有关
非对称分子
对称分子
是所有键的偶极矩的矢量和！！ 是所有键的偶极矩的矢量和！！
与UV比较，IR的特点：IR频率范围小、吸收峰数目多、吸收 曲线复杂、吸收强度弱。 ★IR峰出现的频率位置由振动能级差决定 ☆★吸收峰的个数与分子振动自由度 分子振动自由度的数目有关 分子振动自由度 ☆★☆吸收峰的强度则主要取决于振动过程中偶极矩变化的 大小和能级跃迁的几率 C=O、Si－O、C－Cl、C－F 等基团极性较强，其吸收较强 C－N，C－H 等极性较弱的基团，吸收谱带的强度较弱
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AX 2型 子 分
δCH2 ~1465 ± 20cm1
2)面内摇摆ρ:基团作为一个整体在平面内摇动 面内摇摆ρ
AX 2型 子 分
ρCH2 ~ 720cm1
—(CH2 )n — n > 4
2.面外弯曲γ:弯曲振动垂直几个原子构成的平面 面外弯曲γ 1)面外摇摆ω:两个X原子同时向面下或面上的振动 面外摇摆ω:两个X
T ~σ曲线 ~σ曲线 → 前疏后密
§10-2 红外分光光度法基本原理 10一,红外吸收光谱的产生的条件 1.振动能级
∵E振 = 0.05 ~1.0EV >> E转 = 0.0001 ~ 0.05V
E = E振 + E转
红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生 分子的振动能级差远大于转动能级差 分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁
泛 频 峰 倍频峰 二倍频峰( 二倍频峰(υ=0→υ=2) 三倍频峰(υ=0→υ=3) 三倍频峰(
υ = 2 νL = 2 ν υ = 3 νL = 3 ν
合频峰 ν L =ν1 +ν2 差频峰( 差频峰(即υ=1→υ=2,3- - -产生的峰) ν L =ν1 ν2 产生的峰)
注:泛频峰强度较弱,难辨认→ 注:泛频峰强度较弱,难辨认→却增加了光谱特征性
第十章
红外吸收光谱分析法
(Infrared Absorption Spectroscopy, IR )
§10-1 红外吸收光谱分析概述 10红外吸收光谱法:利用物质对红外光区电磁辐射的 红外吸收光谱法: 选择性吸收特性来分析分子中有关基团结构的定性, 定量信息的分析方法. 一,红外光的区划 二,红外吸收过程 三,红外光谱的作用 四,红外光谱的表示方法 IR与UV的区别 五,IR与UV的区别
∵υ =1νL =νห้องสมุดไป่ตู้
基频峰的峰位等于分子的振动频率 基频峰强度大——红外主要吸收峰 基频峰强度大——红外主要吸收峰
b)泛频峰 倍频峰: 倍频峰:分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激 发态, 发态,第三振动激发态等高能态时所产生的吸收峰 (即υ=1→ υ=2,3- - -产生的峰) 产生的峰)
即νL = υ ν
一, 伸缩振动 指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动
1.对称伸缩振动:键长沿键轴方向的运动同时发生
AX 2型 子 分
AX3型 子 分
1
ν
s CH2
~ 2850cm
s νCH3 ~ 2870cm1
2.反称伸缩振动:键长沿键轴方向的运动交替发生
AX 2型 子 分
as νCH2 ~ 2925cm1
AX3型 子 分
2.振动光谱
双原子分子A B→近似看作谐振子 双原子分子A-B→近似看作谐振子 两原子间的伸缩振动→ 两原子间的伸缩振动→近似看作简谐振动
1 ( 分子振动总能量 Eυ = υ + )hν 2
ν →分子振动频率 υ →分子振动量子数 υ = 0 , , , 1 2 3
∵分子振动能级差 E振 = υ hν
红外活性振动:分子振动产生偶极矩的变化, 红外活性振动:分子振动产生偶极矩的变化, 从而产生红外吸收的性质 红外非活性振动:分子振动不产生偶极矩的变化, 红外非活性振动:分子振动不产生偶极矩的变化, 不产生红外吸收的性质
§10-3 分子振动的形式(多原子分子) 10- 分子振动的形式(多原子分子)
4.红外光谱产生条件: 红外光谱产生条件:
分子吸收红外辐射的频率恰等于分子振动频率整数倍 分子在振,转过程中的净偶极矩的变化不为0 分子在振,转过程中的净偶极矩的变化不为0, 即分子产生红外活性振动, 即分子产生红外活性振动,且辐射与分子振动发生 能量耦合. 能量耦合.
即 ≠ 0
即 νL = υ ν
as νCH3 ~ 2960cm1
二,
弯曲振动(变形振动,变角振动) 弯曲振动(变形振动,变角振动): 指键角发生周期性变化, 指键角发生周期性变化,而键长不变的振动
1.面内弯曲振动β: 面内弯曲振动β 弯曲振动发生在由几个原子构成的平面内 1)剪式振动δ:振动中键角的变化类似剪刀的开闭 剪式振动δ
AX3型 子 分
s δCH3 ~1375cm1
2)不对称的变形振动δas:三个AX键与轴线的夹角不 不对称的变形振动δ :三个AX键与轴线的夹角不 同时变大或减小
AX3型 子 分
as δCH3 ~1450cm1
AX 2型 子 分
ωCH2 ~1300cm1
2)蜷曲τ:一个X原子在面上,一个X原子在面下的 )蜷曲τ:一个X原子在面上,一个X 振动
AX 2型 子 分
τCH2 ~1250cm1
3.变形振动: 1)对称的变形振动δs:三个AX键与轴线的夹角同时 对称的变形振动δ :三个AX键与轴线的夹角同时 变大
二,红外光谱的作用
1.可以确定化合物的类别(芳香类) 可以确定化合物的类别(芳香类) 2.确定官能团: 例:—CO— 例:—CO—,—C=C—,—C≡C— 3.推测分子结构(简单化合物) 推测分子结构(简单化合物) 4.定量分析
三,红外光谱图表示形式的意义
10 σ (cm ) = λ(m)
1
4
T~λ曲线 T~λ曲线 → 前密后疏
光子照射能量 EL = hν L
产生红外光谱前提 E振 = EL
即νL = υ ν
ν L →红外光的照射频率 ν →分子的振动频率
3.基频峰与泛频峰
a)基频峰:分子吸收一定频率红外线,振动能级从 基频峰:分子吸收一定频率红外线, 基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰 (即υ=0 → 1产生的峰) 产生的峰)
一,红外光的分区
红外线:波长在0 76~500m 1000m) 红外线:波长在0.76~500m (1000m) 范围内的电磁波称为红外线. 范围内的电磁波称为红外线. 近红外区: 78~ 12820----4000cm 近红外区:0.78~2.5m (12820----4000cm-1 ) —OH和—NH倍频吸收区 OH和 NH倍频吸收区 中红外区: 25m 4000----400cm 中红外区:2.5~25m (4000----400cm-1 ) 基团的基频振动, 基团的基频振动,伴随转动光谱 远红外区:25~500m 400----20cm 远红外区:25~500m (400----20cm-1 ) 纯转动光谱
δCH2 ~1465 ± 20cm1
2)面内摇摆ρ:基团作为一个整体在平面内摇动 面内摇摆ρ
AX 2型 子 分
ρCH2 ~ 720cm1
—(CH2 )n — n > 4
2.面外弯曲γ:弯曲振动垂直几个原子构成的平面 面外弯曲γ 1)面外摇摆ω:两个X原子同时向面下或面上的振动 面外摇摆ω:两个X
T ~σ曲线 ~σ曲线 → 前疏后密
§10-2 红外分光光度法基本原理 10一,红外吸收光谱的产生的条件 1.振动能级
∵E振 = 0.05 ~1.0EV >> E转 = 0.0001 ~ 0.05V
E = E振 + E转
红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生 分子的振动能级差远大于转动能级差 分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁
泛 频 峰 倍频峰 二倍频峰( 二倍频峰(υ=0→υ=2) 三倍频峰(υ=0→υ=3) 三倍频峰(
υ = 2 νL = 2 ν υ = 3 νL = 3 ν
合频峰 ν L =ν1 +ν2 差频峰( 差频峰(即υ=1→υ=2,3- - -产生的峰) ν L =ν1 ν2 产生的峰)
注:泛频峰强度较弱,难辨认→ 注:泛频峰强度较弱,难辨认→却增加了光谱特征性
第十章
红外吸收光谱分析法
(Infrared Absorption Spectroscopy, IR )
§10-1 红外吸收光谱分析概述 10红外吸收光谱法:利用物质对红外光区电磁辐射的 红外吸收光谱法: 选择性吸收特性来分析分子中有关基团结构的定性, 定量信息的分析方法. 一,红外光的区划 二,红外吸收过程 三,红外光谱的作用 四,红外光谱的表示方法 IR与UV的区别 五,IR与UV的区别
∵υ =1νL =νห้องสมุดไป่ตู้
基频峰的峰位等于分子的振动频率 基频峰强度大——红外主要吸收峰 基频峰强度大——红外主要吸收峰
b)泛频峰 倍频峰: 倍频峰:分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激 发态, 发态,第三振动激发态等高能态时所产生的吸收峰 (即υ=1→ υ=2,3- - -产生的峰) 产生的峰)
即νL = υ ν
一, 伸缩振动 指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动
1.对称伸缩振动:键长沿键轴方向的运动同时发生
AX 2型 子 分
AX3型 子 分
1
ν
s CH2
~ 2850cm
s νCH3 ~ 2870cm1
2.反称伸缩振动:键长沿键轴方向的运动交替发生
AX 2型 子 分
as νCH2 ~ 2925cm1
AX3型 子 分
2.振动光谱
双原子分子A B→近似看作谐振子 双原子分子A-B→近似看作谐振子 两原子间的伸缩振动→ 两原子间的伸缩振动→近似看作简谐振动
1 ( 分子振动总能量 Eυ = υ + )hν 2
ν →分子振动频率 υ →分子振动量子数 υ = 0 , , , 1 2 3
∵分子振动能级差 E振 = υ hν
红外活性振动:分子振动产生偶极矩的变化, 红外活性振动:分子振动产生偶极矩的变化, 从而产生红外吸收的性质 红外非活性振动:分子振动不产生偶极矩的变化, 红外非活性振动:分子振动不产生偶极矩的变化, 不产生红外吸收的性质
§10-3 分子振动的形式(多原子分子) 10- 分子振动的形式(多原子分子)
4.红外光谱产生条件: 红外光谱产生条件:
分子吸收红外辐射的频率恰等于分子振动频率整数倍 分子在振,转过程中的净偶极矩的变化不为0 分子在振,转过程中的净偶极矩的变化不为0, 即分子产生红外活性振动, 即分子产生红外活性振动,且辐射与分子振动发生 能量耦合. 能量耦合.
即 ≠ 0
即 νL = υ ν
as νCH3 ~ 2960cm1
二,
弯曲振动(变形振动,变角振动) 弯曲振动(变形振动,变角振动): 指键角发生周期性变化, 指键角发生周期性变化,而键长不变的振动
1.面内弯曲振动β: 面内弯曲振动β 弯曲振动发生在由几个原子构成的平面内 1)剪式振动δ:振动中键角的变化类似剪刀的开闭 剪式振动δ
AX3型 子 分
s δCH3 ~1375cm1
2)不对称的变形振动δas:三个AX键与轴线的夹角不 不对称的变形振动δ :三个AX键与轴线的夹角不 同时变大或减小
AX3型 子 分
as δCH3 ~1450cm1
AX 2型 子 分
ωCH2 ~1300cm1
2)蜷曲τ:一个X原子在面上,一个X原子在面下的 )蜷曲τ:一个X原子在面上,一个X 振动
AX 2型 子 分
τCH2 ~1250cm1
3.变形振动: 1)对称的变形振动δs:三个AX键与轴线的夹角同时 对称的变形振动δ :三个AX键与轴线的夹角同时 变大
二,红外光谱的作用
1.可以确定化合物的类别(芳香类) 可以确定化合物的类别(芳香类) 2.确定官能团: 例:—CO— 例:—CO—,—C=C—,—C≡C— 3.推测分子结构(简单化合物) 推测分子结构(简单化合物) 4.定量分析
三,红外光谱图表示形式的意义
10 σ (cm ) = λ(m)
1
4
T~λ曲线 T~λ曲线 → 前密后疏
光子照射能量 EL = hν L
产生红外光谱前提 E振 = EL
即νL = υ ν
ν L →红外光的照射频率 ν →分子的振动频率
3.基频峰与泛频峰
a)基频峰:分子吸收一定频率红外线,振动能级从 基频峰:分子吸收一定频率红外线, 基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰 (即υ=0 → 1产生的峰) 产生的峰)
一,红外光的分区
红外线:波长在0 76~500m 1000m) 红外线:波长在0.76~500m (1000m) 范围内的电磁波称为红外线. 范围内的电磁波称为红外线. 近红外区: 78~ 12820----4000cm 近红外区:0.78~2.5m (12820----4000cm-1 ) —OH和—NH倍频吸收区 OH和 NH倍频吸收区 中红外区: 25m 4000----400cm 中红外区:2.5~25m (4000----400cm-1 ) 基团的基频振动, 基团的基频振动,伴随转动光谱 远红外区:25~500m 400----20cm 远红外区:25~500m (400----20cm-1 ) 纯转动光谱