红外吸收光谱
红外吸收光谱
（1）红外辐射光量子具有的能量等于分子振动能级的 能量差；
（2）分子振动时，偶极距的大小和方向必须有一定的 变化。
（一）振动能级
hc
E分子 E振动 E转动 h(v振动 v转动 ) 振动 转动
ΔE振动 0.05~ 1ev,
λ振动 25 ~ 1.25m
特征峰：在特征区中凡能鉴定官能团是否存在的吸收峰
官能团区 4000~1300cm-1
x-H伸缩振动区 4000~2500cm-1 三键和积累双键区 2500~2000cm-1 双键伸缩振动区 2000~1300cm -1
指纹区 红外光谱图中的波数区在1333cm－1称为指纹区，其间出
现的谱带主要是C－C，C－N，C－O等单键伸缩振动及各种 弯曲振动。
CH2的反对称伸缩和对称伸缩振动分别出现在2926cm－1和 2853cm－1处。脂肪族以及无扭曲的脂环族化合物的这两个吸收带的 位置变化在10cm－1以内。一部分扭曲的脂环族化合物其CH2吸收频率 增大。
中红外区（4000～400cm－1）分成两部分： 官能团区（3700～1333 cm－1）； 指纹区（1333～650 cm－1） 官能团的特征吸收大多出现在官能团区。 而有关的分子精细结构特征，如取代类型、几何异构、 同分异构在指纹区可以观察到。
2. 红外吸收峰强度的影响因素 振动能级的跃迁几率
称性越差，伸缩振动时偶极矩的变化越大，吸收峰也越强。
吸收峰强度： 反对称伸缩振动 > 对称伸缩振动 > 变形振 动
vC=O> vC=C
红外吸收光谱仪
一、色散型红外吸收光谱仪的基本组成 1．组成结构框图
硅碳棒 光源
吸收池参 比 样品单源自器切光器（斩波器） 检 测 器
红外吸收光谱的原理及应用
红外吸收光谱的原理及应用一、红外吸收光谱的原理红外吸收光谱（Infrared Absorption Spectroscopy）是一种常见的光谱分析技术，它利用物质分子对红外辐射的吸收特性进行分析和研究。
红外光谱的原理基于分子的振动和转动引起的能量变化。
在红外辐射的作用下，分子会吸收特定波长或频率的光，从而发生能级跃迁并产生吸收峰。
根据不同的吸收峰位置和强度，可以推断物质的结构、组成和化学环境等信息。
红外吸收光谱的原理主要包括以下几个方面： 1. 分子的振动和转动：分子在吸收红外辐射时，会发生振动和转动。
振动包括拉伸、弯曲和扭转等不同形式，每个分子都有特定的振动模式和频率，使其能够吸收不同波长的红外辐射。
2. 分子吸收特定波长的光：分子在特定波长范围内吸收红外辐射，产生吸收峰。
根据吸收峰的位置和强度，可以确定分子的化学键、官能团和分子结构等信息。
3. 光谱图的解读：通过测量物质对红外辐射的吸收情况，可以得到红外光谱图。
光谱图通常以波数为横轴，吸收峰强度为纵轴，常用峰位和峰形进行分析和判断。
二、红外吸收光谱的应用红外吸收光谱具有广泛的应用领域，主要包括以下几个方面：1. 化学分析红外光谱在化学分析中起着重要作用，可以用于鉴定和分析各种有机和无机化合物。
通过测量样品的红外光谱，可以获得化学键和官能团的信息，从而判断物质的结构和组成。
红外光谱被广泛应用于有机化学、药物分析、环境监测等领域。
2. 药物研发红外光谱在药物研发中具有重要的应用价值。
通过红外光谱分析药物的结构和成分，可以判断药物的稳定性、纯度和相态等性质。
红外光谱还可以用于药物的质量控制和检验，确保药物的安全有效。
3. 材料科学在材料科学领域，红外光谱可以用于材料的表征和分析。
不同材料的红外光谱具有独特的特征，可以用于识别和鉴别材料，评估材料的结构、质量和性能。
红外光谱被广泛应用于聚合物材料、无机材料、涂层材料等领域。
4. 生物医学研究红外光谱在生物医学研究中有着重要的应用。
红外吸收光谱产生的条件
红外吸收光谱产生的条件
红外吸收光谱的产生需要满足分子具有振动模式和偶极矩，红外辐射的能量与分子振动能量匹配，分子与红外辐射发生相互作用等条件。
1.分子具有振动模式：红外吸收光谱是通过分子的振动模式来产生的，因此分子必须具有振动模式。
分子的振动模式包括伸缩振动、弯曲振动、扭转振动等，不同的振动模式对应不同的红外吸收峰。
2.分子具有偶极矩：红外吸收光谱是通过分子的偶极矩来产生的，因此分子必须具有偶极矩。
偶极矩是由分子中正负电荷分布不均引起的，具有偶极矩的分子可以吸收红外辐射。
3.红外辐射的能量与分子振动能量匹配：红外辐射的能量与分子振动能量之间必须存在匹配关系，才能产生红外吸收光谱。
红外辐射的能量通常在4000-400 cm-1范围内，对应着分子的不同振动模式。
4.分子与红外辐射的相互作用：分子必须与红外辐射发生相互作用，才能产生红外吸收光谱。
分子与红外辐射的相互作用通常是通过分子中的振动模式来实现的，分子吸收红外辐射后，分子的振动模式发生变化，产生红外吸收峰。
红外吸收光谱的解析.
红外吸收光谱法第一节概述一、红外光谱测定的优点20世纪50年代初期，红外光谱仪问世，揭开了有机物结构鉴定的新篇章。
到了50年代末期，已经积累了大量的红外光谱数据，到70年代中期，红外光谱法成为了有机结构鉴定的重要方法。
红外光谱测定的优点：1、任何气态、液态、固态样品都可以进行红外光谱的测定，这是核磁、质谱、紫外等仪器所不及的。
2、每种化合物均有红外吸收，又有机化合物的红外光谱可以获得丰富的信息。
3、常规红外光谱仪价格低廉，易于购置。
4、样品用量小。
二、红外波段的划分δ=104/λ（λnm δcm -1）红外波段范围又可以进一步分为远红外、中红外、近红外波段波长nm 波数cm -1近红外 0.75~2.5 13300~4000中红外 2.5~15.4 4000~650远红外 15.4~830 650~12三、红外光谱的表示方法红外光谱图多以波长λ（nm ）或波数δ（cm -1）为横坐标，表示吸收峰的位置，多以透光率T%为纵坐标，表示吸收强度，此时图谱中的吸收―峰‖，其实是向下的―谷‖。
一般吸收峰的强弱均以很强（ε大于200）、强（ε在75-200）、中（ε在25-75）、弱（ε在5-25）、很弱（ε小于5），这里的ε为表观摩尔吸收系数红外光谱中吸收峰的强度可以用吸光度（A ）或透过率T%表示。
峰的强度遵守朗伯-比耳定律。
吸光度与透过率关系为所以在红外光谱中―谷‖越深（T%小），吸光度越大，吸收强度越强。
第二节红外吸收光谱的基本原理一、分子的振动与红外吸收任何物质的分子都是由原子通过化学键联结起来而组成的。
分子中的原子与化学键都处于不断的运动中。
它们的运动，除了原子外层价电子跃迁以外，还有分子中原子的振动和分子本身的转动。
这些运动形式都可能吸收外界能量而引起能级的跃迁，每一个振动能级常包含有很多转动分能级，因此在分子发生振动能级跃迁时，不可避免的发生转动能级的跃迁，因此无法测得纯振动光谱，故通常所测得的光谱实际上是振动-转动光谱，简称振转光谱。
红外吸收光谱解析
酸酐：两个羰基振动偶合产生双峰，波长位移60～80 cm-1。 酯：脂肪酯－－～1735 cm-1 不饱和酸酯或苯甲酸酯－－低波数位移约20 cm-1
羧酸：～1720 cm-1 若在第一区约 3000 cm-1出现强、宽吸收，可确认羧基 存在。
醛：在2850～2720 cm-1 范围有 m 或 w 吸收，出现1～2条谱 带，结合此峰，可判断醛基存在。
酰胺：伯酰胺：3350，3150cm-1 附近出现双峰 仲酰胺：3200cm-1 附近出现一条谱带 叔酰胺：无吸收
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3. C－H
烃类：3300～2700 cm-1范围，3000 cm-1是分界线。 不饱和碳（三键、双键及苯环）＞3000 cm-1 饱和碳（除三元环外）＜3000 cm-1
吸收峰，较为稀疏，容易辨认.
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特征区（4000－1400cm-1） ¾ 第一峰区（4000－2500cm-1）
X－H 伸缩振动吸收范围。 X：O、N、C、S 对应醇、酚、羧酸、胺、亚胺、炔烃、烯烃、芳烃 及饱和烃类的 O－H、N－H、C－H 伸缩振动。
1. O－H
醇与酚：游离态－－3640～3610cm-1，峰形尖锐。 缔合－－3300cm-1附近，峰形宽而钝
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3. N＝O
硝基、亚硝基化合物：强吸收 脂肪族：1580～1540 cm-1，1380～1340 cm-1 芳香族：1550～1500 cm-1，1360～1290 cm-1 亚硝基： 1600～1500 cm-1
4. N－H (弯曲振动)
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。
红外吸收光谱
第三章红外吸收光谱(Infrared Absorption Spectroscopy)3.1 概述红外光谱又称为分子振动光谱或分子振转光谱1、特点：特征性强，适应范围广。
有机、无机、高分子化合物；固态、液态、气态样品都可以进行测定红外分为三个区域，近红外区（0.76μm~2.5μm，12820~4000cm-1）、中红外区(2.5μm~25μm, 4000~400cm-1)和远红外区(25μm~1000μm, 400~33cm-1)。
绝大多数有机化合物的基团震动频率处于中红外区。
2、表示方法：红外光谱多用透光率T%为纵坐标，表示吸收强度，以波数ζ(cm-1)为横坐标，表示吸收峰的位置。
也有用吸光度A为纵坐标，出反峰。
波数是频率的一种表示方法（每厘米长的光波中的波的数目）ζ(cm-1)=波数(cm-1)=1/波长（λcm）=104/波长（μm）=1/λ（cm）；ζ·λ=1cm 3、红外光谱产生的基本条件1）E红外光=△E分子振动或υ红外光=υ分子振动2）分子振动时其偶极矩（μ）必须发生变化，即△μ≠0，μ=δr3．2 红外光谱与分子结构的关系3．2．1分子的振动形式*基频：分为两大类：伸缩振动和弯曲（变型）振动。
用υs表示对称伸缩，用υas 表示不对称伸缩，δ表示面内弯曲振动，γ表示面外弯曲振动。
以亚甲基为例：此外，还有一些其它的振动吸收峰存在：*倍频：由振动能级基态跃迁到第二，第三激发态时所产生的，不是整数倍。
*组合频：一种频率红外光，同时被两个振动所吸收。
倍频和组合频统称为泛频，在谱图中均显示为弱峰。
*振动偶合：当相同的两个基团相邻，且振动频率相近时，会发生振动偶合裂分，成为两个峰。
*费米共振：基频与泛频之间发生的振动偶合。
当泛频峰与某基峰相近时，发生相互作用，使原来很弱的泛频吸收峰增强。
图3-12费米共振和倍频。
3.2.2 红外光谱的分区（1）基团结构与振动频率的关系表3-1 基团振动频率与化学键力常数的关系（化学键种类）基团化学键力常数（K/N·cm-1) 键长（Â）振动频率（cm-1)C—C（三键）12～１８ 1.27 2262～2100C—C（双键）8～12 1.40 1600～1800C—C（单键）４～６ 1.54 1000～1300(弱）表3—2基团振动频率与原子折合质量的关系（原子种类）基团折合质量键长（Â）振动频率cm-1C—H 0.9 1.12 2800～3100C—C 6 1.54 约1000C—Cl 7.3 1.77 约625C—I 8.9 2.31 约5000—H N—H 0.971.0336003300-3500（2）基团频率区的划分（表3-3）前三个区域(氢键区、叁键及累积双键区、双键区，即4000——1500 cm-1)称为特征频率区，小于1500 cm-1的区域称为指纹区（单键区，有些文献中以1350 cm-1作为二者的界限）。
红外吸收光谱基本原理及应用
红外吸收光谱基本原理及应用
红外吸收光谱(IR)是一种分析技术，利用物质的分子振动和转动产生
的特定吸收窗口，实现对物质结构、组成和化学键的定性和定量分析。
红
外光谱技术不需要对物质进行分离和纯化，具有非破坏性、灵敏度高、分
析速度快等优点，被广泛应用于化学、生物、环境、医药等领域。
红外光谱的应用非常广泛。
下面将介绍几个主要的应用领域：
1.有机化学领域：红外光谱可以用于有机化学品的鉴定和结构分析。
通过红外光谱可以确定化合物中的官能团，从而判断其化学性质和结构。
红外光谱还可以用于有机合成的反应监测和催化剂的评价。
2.无机化学领域：红外光谱在无机化学中的应用主要是对无机物质的
结构分析和表征。
通过测定无机物质的红外吸收光谱，可以确定其化学键
类型和强度，进而了解其分子结构和化学性质。
3.生物医学领域：红外光谱在生物医学领域的应用非常广泛。
红外光
谱可以用于分析生物体内的有机物和无机物，研究生物分子的结构和组成。
另外，红外光谱还可以用于红外光热治疗、红外光谱诊断等。
4.环境监测领域：红外光谱在环境监测中可以用于检测空气中的污染物、土壤和水中的污染物等。
利用红外光谱可以快速分析环境中的有机物
和无机物，为环境保护和治理提供依据。
总之，红外吸收光谱是一种重要的分析技术，具有广泛的应用。
它在
化学、生物、医药和环境等领域中发挥着重要的作用。
随着科学技术的不
断发展，红外吸收光谱将会在更多领域得到应用和发展。
红外吸收光谱简介
分子间氢键 分子间氢键是否能够形成以及缔合程度有多大与该化合物
的浓度有密切关系
例如: 环己醇
浓度<0.01mol/L的CCl4稀溶液中------不形成分子间氢键 浓 度<0.1mol/L的CCl4溶液中------ 形成二聚体和多聚体的吸收 浓 度<1.0mol/L的CCl4溶液中------几乎都是多聚体
强, 宽而散
νN-H /cm-1 :3500~33001
强, 尖峰(单或双峰)
分子内氢键
H OO
O1 νC=O(游离) 1675cm-1 νO--H(缔合) 2843cm-1
形成分子内氢键
O
νC=O(游离) 1676cm-1 νC=O(游离) 1673cm-1 νO--H(游离) 3615~3606cm-1
未形成分子内氢键
氢键对氢键给体的影响较大, 对氢键受体的影响相对较小.
强度
很强 强 中等 弱 很弱
符号
VS S M W VW
红外吸收峰形状
宽峰 尖峰
肩峰 双峰
二.红外光谱的应用
1.通过红外光谱图的比较,可以判断是否是同一种化合物. 2.可以获取分子中各种结构信息, 特别是官能团信息.
例如: 3000±150cm-1区域的任何吸收, 都可以归结为C-H伸缩振动. 1715±100cm-1区域的任何强吸收, 基本上都可以归结为C=O 伸缩振动.
Y=Z伸缩振动区 (C=O, C=N, C=C)
红外吸收光谱中各种主要基团的大致分布图
不仅要注意特征官能团的位置. 而且还要注意观察峰的形状和强度.
例如 例如
νC=O /cm-1 ----1850~1630
强
νC=C /cm-1 ---- 1680~1620
红外吸收光谱法(IR)
• 3、红外吸收光谱与分子结构的关系 一、基团的特征峰与相关峰 1、特征峰与相关峰 特征峰——具有能代表某基团存在并有较高强 度的特征频率的吸收峰。可用以鉴定官能团。 相关峰——某基团的一组特征峰构成该基团的 相关峰。 2、红外光谱的分区 常见有机物基团在4000~670cm-1有特征基团频 率。红外光谱划分为6个区域：
有些因素使红外吸收峰增多 （1）倍频和组合频的出现 （2）振动耦合 （3）费米（Fermi）共振 振动耦合——当两个基团位置相邻，且振动频率相近，有一个 公用原子连接，相应的特征峰发生分裂形成两个峰。 费米共振——泛频峰与基频峰的耦合 影响吸收峰强弱的因素：分子在振动能级之间的跃迁概率和振 动过程中的偶极矩的变化。 A、分子由基态振动能级（0=0）向第一激发态（1=0）跃迁的 概率较大，因此基频峰较强，倍频峰较弱或很弱。 B、极性基团（O－H、C=O、N－H 等）振动时，偶极矩变化 较大，有较强的吸收峰； 非极性基团（C－C、C=C等）的吸收峰较弱；分子越对称， 吸收峰越弱。
偶极矩（） =分子所带电量（q）正负电荷中心距离（d） 非极性双原子分子（N2、O2、H2）： 分子完全对称（d=0），无红外吸收。 极性分子（ 0）： 由于分子中的振动使d的瞬时值不断变化，从而不 断变化，有一个固定的变化频率。当照射的红外光 的频率与分子的偶极矩的变化频率相匹配时，分子 的振动（红外活性振动）与红外光发生振动偶合而 增加振动能，振幅加大，即分子由振动基态跃迁到 激发态。——吸收红外光
• (2).傅里叶变换红外吸收光谱仪（FTIR）简介 原理：检测器得到一个干涉强度对光程差和红外光频率的函 数图，经过电子计算机进行复杂的傅立叶变换，得到普通的 吸光度或透光率随波数变化的红外光谱图。
（2）傅里叶变换红外光谱仪 （FTIR）
红外吸收光谱和红外反射光谱
红外吸收光谱和红外反射光谱
红外吸收光谱和红外反射光谱都是利用红外光进行光谱分析的技术，但它们在应用方向和检测方式上存在明显的区别。
1. 红外吸收光谱：
红外吸收光谱是利用红外光通过样品时，样品对红外光的吸收作用进行的光谱分析技术。
其主要是研究分子振动能级跃迁而产生的吸收光谱，只有引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收。
红外吸收光谱主要用于结构分析、定性鉴别及定量分析。
其优点在于可以获得分子基团的特征吸收峰，从而推断出分子结构式。
例如，在1300cm-1附近的特征吸收峰对应于亚甲基和甲基的伸缩振动，而在1650cm-1附近出现的特征吸收峰对应于C=O的伸缩振动等。
2. 红外反射光谱：
红外反射光谱是一种利用红外反射光研究吸附薄层的光谱分析技术，其与吸附薄层和金属载体的光学常数、入射角及入射光的极化性质有关。
这种技术主要被用于研究表面的吸附特性，如催化剂表面吸附、生物薄膜的形成等。
虽然红外反射光谱不直接给出有关分子基团的信息，但它可以提供关于表面结构、化学组成以及物理性质（如粗糙度、吸附层厚度等）的信息。
总的来说，红外吸收光谱主要适用于分析样品的内部结构和化学组成，而红外反射光谱则主要用于研究表面的结构和化学组成。
红外吸收光谱的解析
基团类型ν
-C≡C-H -C=C-H
Ar-H
波数/cm-1
~3300 3100~3000 3050~3010
峰的强度
VS M M
3、C-H伸缩振动区（3000—2700 cm-1）
基团类型ν
-CH3 -CH2≡C-H -CHO
波数/cm-1
2960及2870 2930及2850
2890 2720
峰的强度
8、C-H面外弯曲振动区（1000—650 cm-1）
二、指纹区和官能团区
从第1-6区的吸收都有一个共同点，每一红外吸收 峰都和一定的官能团相对应，此区域从而称为官能团 区。官能团区的每个吸收峰都表示某一官能团的存在， 原则上每个吸收峰均可以找到归属。
第7和第8区和官能团区不同，虽然在此区域内的 一些吸收也对应着某些官能团，但大量的吸收峰仅仅 显示该化合物的红外特征，犹如人的指纹，指纹区的 吸收峰数目较多，往往大部分不能找到归属，但大量 的吸收峰表示了有机化合物的具体特征。不同的条件 也可以引起不同的指纹吸收的变化。
峰的强度
S S S S S S S S S S S S S S S
6、双键伸缩振动区（1690—1500 cm-1）
基团类型ν
-C=C苯环骨架
-C=N -N=N= -NO2
波数/cm-1
1680~1620 1620~1450 1690~1640 1630~1575 1615~1510 1390~1320
1200~1000 1065~1015 1100~1010 1150~1100 1300~1200 1220 ~1130 1275~1060 1150~1060 1275~1210 1225~1200 1300~1050 1360~1020
红外吸收光谱
第二章 红外光谱分析(IR)
§二 原 理
双键区：
表2-2 各类双键的特征吸收
C=O
C=C
苯衍 生 物的 泛 频
强峰。是判断酮、醛、酸、酯及酸酐的 1900-1650 特征吸收峰，其中酸酐因振动偶合而具 有双峰。 1600 和 1500 峰较弱（对称性较高）。在 1680- 1620 附近有 2-4 个峰（苯环骨架振动），用于 识别分子中是否有芳环。 2000- 1650 C-H 面外、C=C 面内变形振动，很弱， 但很特征（可用于取代类型的表征） 。
光可见区内外的温度时，发现红色光以外的黑暗部分
温度比可见光部分高，从而认识到在可见光光波长波 方向末端还有一个红外光区。
红外光发现以后，逐步应用到各个方面，例如红
外检测器、红外瞄准镜、红外理疗仪等。而许多化学 家则致力于研究各种物质对各种不同波长红外光的吸 收程度，用于推断物质分子的组成和结构。
第二章 红外光谱分析(IR)
§二 原 理
3、分子振动： （1）、双原子分子振动 （2）、多原子分子
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第二章 红外光谱分析(IR)
§二 原 理
（1）、双原子分子振动：
分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相比）
作周期性“简谐”振动，其振动可用经典刚性振动描述：
1 (频率) 2
1 .......... .......或 (波数) 2c
子的同一种官能团的振动频率变化不大，即具有明显的特征性。 这是因为连接原子的主要为价键力，处于不同分子中的价键
力受外界因素的影响有限！即各基团有其自已特征的吸收谱带。
通常，基团频率位于4000~400cm-1之间。可分为四个区。
第二章 红外光谱分析(IR)
红外吸收光谱分析
3300 缔合OH
CH2=CH-CH2-OH
995. 920 -CH=CH2
第24讲
红外光谱分析
第13页
例：化合物C8H10O的红外光谱如下图，推测
第24讲
红外光谱分析
第27页
（3）单色器
单色器的作用是把通过样品池和参比池的复合光 色散成单色光，再射到检测器上加以检测
光栅——光栅单色器不仅对恒温恒湿要求不高， 而且具有线性色散，分辨率高和能量损失小等优 点
棱镜——早期的红外光谱仪使用一些能透过红外 光的无机盐如NaCl、KBr 等晶体制作棱镜；易吸 湿，需恒温、恒湿；近年来已被淘汰
其结构式 （1）计算不饱和度 =1+8+1/2（0-10）=4，可能含苯环
第24讲
红外光谱分析
第14页
A
~3000 1615
3350 缔合-OH
2935,2855 CH2
1500
1460 1005 C-O
750,700
（2）3350cm-1强而宽的吸收带，缔合-OH。 /cm-1 OH，1005 cm-1吸收峰 C-O，醇类化合物 （3）~3000 cm-1多重弱峰 CH，1615，1500 cm-1吸 收峰C=C；750，700 CH 单取代
第24讲
红外光谱分析
第11页
图谱解析实例：
例：分子式为C3H6O的化合物的红外图谱 如下图，推测其结构 （1）计算不饱和度 =1+3+1/2（0-6）=1，可能含C=C或 C=O
红外吸收光谱的解析
红外吸收光谱法第一节概述一、红外光谱测定的优点20世纪50年代初期，红外光谱仪问世，揭开了有机物结构鉴定的新篇章。
到了50年代末期，已经积累了大量的红外光谱数据，到70年代中期，红外光谱法成为了有机结构鉴定的重要方法。
红外光谱测定的优点：1、任何气态、液态、固态样品都可以进行红外光谱的测定，这是核磁、质谱、紫外等仪器所不及的。
2、每种化合物均有红外吸收，又有机化合物的红外光谱可以获得丰富的信息。
3、常规红外光谱仪价格低廉，易于购置。
4、样品用量小。
二、红外波段的划分ζ=104/λ（λnm ζcm-1）红外波段范围又可以进一步分为远红外、中红外、近红外波段波长nm 波数cm-1近红外0.75~2.5 13300~4000中红外 2.5~15.4 4000~650远红外15.4~830 650~12三、红外光谱的表示方法红外光谱图多以波长λ（nm）或波数ζ（cm-1）为横坐标，表示吸收峰的位置，多以透光率T%为纵坐标，表示吸收强度，此时图谱中的吸收“峰”，其实是向下的“谷”。
一般吸收峰的强弱均以很强（ε大于200）、强（ε在75-200）、中（ε在25-75）、弱（ε在5-25）、很弱（ε小于5），这里的ε为表观摩尔吸收系数红外光谱中吸收峰的强度可以用吸光度（A）或透过率T%表示。
峰的强度遵守朗伯-比耳定律。
吸光度与透过率关系为A=lg( )T1所以在红外光谱中“谷”越深（T%小），吸光度越大，吸收强度越强。
第二节 红外吸收光谱的基本原理一、分子的振动与红外吸收任何物质的分子都是由原子通过化学键联结起来而组成的。
分子中的原子与化学键都处于不断的运动中。
它们的运动，除了原子外层价电子跃迁以外，还有分子中原子的振动和分子本身的转动。
这些运动形式都可能吸收外界能量而引起能级的跃迁，每一个振动能级常包含有很多转动分能级，因此在分子发生振动能级跃迁时，不可避免的发生转动能级的跃迁，因此无法测得纯振动光谱，故通常所测得的光谱实际上是振动-转动光谱，简称振转光谱。
红外光谱测定方法介绍
红外光谱测定方法介绍红外光谱（Infrared spectroscopy）是一种常用的无损检测技术，广泛应用于化学、材料科学、生物医药、环境保护等领域。
它能通过测量样品中物质对红外辐射的吸收，快速准确地分析样品的成分和结构。
本文将介绍一些常用的红外光谱测定方法。
一、红外吸收光谱红外吸收光谱是红外光谱分析中最常见的测试方法。
它基于分子在特定波长范围的红外光辐射下吸收能量的原理。
光谱图通常以波数（cm^-1）或波长（μm）为横坐标，吸收强度为纵坐标。
在红外吸收光谱图上，吸收峰的位置和强度可以提供关于分子结构、官能团以及样品组分的信息。
二、透射光谱透射光谱是近红外和中红外光谱分析中常用的测定方法。
通过将红外光辐射通过样品后，测量透过样品的光线强度，可以得到透射光谱。
与吸收光谱不同，透射光谱通常用于测量样品对红外光的传导能力。
三、傅里叶变换红外光谱傅里叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，FTIR）是红外光谱分析中一种重要的技术。
与传统的红外光谱仪相比，FTIR能够更精确地测量样品的吸收光谱。
它利用傅里叶变换的原理，将样品红外光谱转换为频谱，通过对频谱进行处理，可以获得更详细的样品信息。
四、拉曼光谱拉曼光谱是一种与红外光谱相似的分析方法，通过测量样品对激光光源散射光的频移来获取样品的信息。
相比于红外光谱，拉曼光谱对样品的要求较低，可以在常温下进行测量，避免了样品的破坏或变化。
它对于无机物、有机物和生物分子的测量都非常有效。
五、拉曼散射光谱拉曼散射光谱是一种非常有用的红外光谱测定方法。
它通过测量样品中分子或晶体的振动和转动对光散射的影响，提供了样品的表面形态、晶体结构和分子构象的信息。
拉曼散射光谱广泛应用于材料科学、生命科学和地球科学等领域。
总结红外光谱测定方法多样且广泛应用，它们能够提供样品的成分、结构以及其他相关信息。
红外吸收光谱、透射光谱、傅里叶变换红外光谱、拉曼光谱和拉曼散射光谱等方法，各有特点，适用于不同类型的样品。
红外吸收光谱
在红外光谱区均产生一个吸收峰，但是实际上峰数往 往少于基本振动数目。其原因： i 当振动过程中分子不发生瞬间偶极矩变化时，不引 起红外吸收； ii 频率完全相同的振动彼此发生简并； iii 强宽峰往往要覆盖与它频率相近的弱而窄的吸收峰； iv 吸收峰有时落在中红外区域（4 000~250cm-1）以 外； v 吸收强度太弱，以致无法测定。
h E 2 k
(2.14)
当照射的电磁辐射能正好能使振动能 级跃迁时：
E振 hv光
h 2
k
h hv振 hv光 2
k
v振
1 v光 2
k
1 v 2c
~
k
(2.15)
由(2.15)式看出：分子固有振动频率也就是它所能吸 收的辐射光的频率。
任何分子的原子总是在围绕它们的平衡位置附近作 微小的振动，这些振动的振幅很小，而振动的频率却很 高（v = 1013～1014Hz），正好和红外光的振动频率在同 一数量级。分子发生振动能级跃迁时需要吸收一定的能 量，这种能量通常可由照射体系的红外线供给。由于振 动能级是量子化的，因此分子振动将只能吸收一定的能 量，吸收能量后，从而使振动的振幅加大。这种吸收的 能量将取决于键力常数（k）与两端连接的原子的质量， 即取决于分子内部的特征。这就是红外光谱可以测定化 合物结构的理论依据。
3 红外光谱法的特点
（1）特征性高。就像人的指纹一样，每一种化合物 都有自己的特征红外光谱，所以把红外光谱分析形 象的称为物质分子的“指纹”分析。 （2）应用范围广。从气体、液体到固体，从无机化 合物到有机化合物，从高分子到低分子都可用红外 光谱法进行分析。
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❖ 对于弯曲振动来说，氢键则引起谱带变窄，同时向高波 数方向位移。
O H NH 游离
R
R
HN H O 氢键
C=O 伸缩 N-H 伸缩 N-H 变形
1690
3500
1620-1590
1650
3400
1650-1620
❖ 2.3 基团振动与红外光谱区域
❖ 能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱带 称为基团频率，其所在的位置一般又称为特 征吸收峰。
❖ 特征区（ 4000 1300 cm-1 ）
❖ 指纹区(＜1300 cm-1 )
⑴ O-H 、N-H 4000~3300 cm-1
确定醇、酚、酸；伯胺、仲胺、叔胺
在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强
v：化学键的振动频率； V ：振动量子数(0、1、2……) 。
任意两个相邻的能级间的能量差为：
E hv h k
2
v振
1
2
k
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。
力常数k：与键长、键能有关：键能↑（大），键长 ↓(短)，k↑。
化学 键 C―C
吸收；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
OH游离
3650~3600 cm-1 强、尖吸收峰
OH缔合(氢键) 3500~3200 cm-1 强、宽吸收峰
（2）C-H伸缩振动 3300~2700 cm-1
① 不饱和碳原子上的=C-H（ C-H ）
苯环上的-H
3100 3000 cm-1
1395～1385（m） 1370～1365（s）
1460±20（m）
δC-H（面外）
m≥4 725～720 m≤3 770～735
CH
2890±10
1340
(2) 烯烃
R1 C
R2
CH2 3095~3075 2975
R1
3040~3010
C CH2 2975
H
R1
C
R3 3040~3010
C
R2
❖
一取代：2150～2100cm-1
❖ C≡C伸缩振动
❖
二取代：2270～2150cm-1
（4）芳烃
❖ vC-H：3100～3000cm-1 ❖ γC-H：面外弯曲振动在900～650cm-1，反映苯环上取
代基类型很特征，常用来鉴定苯衍生物。
❖ vC=C：苯环骨架伸缩振动在1600～1450cm-1范围内 通常以双峰 (1600、1500cm-1) 出现（低强高弱）。 芳环与不饱和基或孤对电子共轭时，还会在1580cm1附近出现第三个峰。
❖ ① RC=CR′ 1620 1680 cm-1 强度弱， R=R′（对称）时，无红外活性。
❖ ② 芳环骨架振动在1600～1450 cm-1有二到四 个中等强度的峰，是判断芳环存在的重要标 志之一。
❖ （6）C-H面内弯曲振动 1500～1300cm-1 ❖ 一般甲基、亚甲基的弯曲振动位置都比较恒定。由
❖ 碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。 ❖ 各类羰基化合物中C=O键的伸缩振动：
化合物 酸酐 酰氯 酯
醛
酮
羧酸
酰胺
vC=O ~1810 ~1800 ~1740 ~1730 ~1710 ~1710（缔合态） ~1650
~1760
~1760（游离态）
（5）芳环、C=C、C=N伸缩振动区 1675~1500cm-1
末端= CH2 3085 cm-1附近 C-H 3300 cm-1
3000 cm-1 以上
② 饱和碳原子上的－C－H
-CH3 -CH2-C-H
2960 cm-1 2870 cm-1 2930 cm-1 2850 cm-1 2890 cm-1
反对称伸缩振动 对称伸缩振动 反对称伸缩振动 对称伸缩振动 弱吸收
能级跃迁类型
近红外 0.75～2.5 13330~4000 OH 、NH及CH键倍频吸收区
中红外 2.5~25 4000~400 振动，转动
远红外 25～1000 400~10
骨架振动，转动
2.2 红外光谱的基本原理
❖ 2.2.1 红外吸收光谱产生的条件
❖ (1)分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化
CH 2800-3000cm-1
NH
OH
3000-3600cm-1
2.2.3 分子中基团的基本振动形式
伸缩振动 亚甲基：
弯曲振动 亚甲基
2.2.4 影响峰位变化的因素
❖ (1) 内部因素
❖ ① 电子效应
❖ 1）诱导效应：由于取代基具有不同的电负性，通过静电诱 导作用，引起分子中电子分布的变化，从而引起键力常数的 变化，改变了基团的特征频率，这种效应通常称为诱导效应。
H
R1 C
H
R1 C
H
H 3040~3010
C R2
R2 3040~3010
C H
1420~1410 1420~1410
895~885
990 910 840~800
965
730~675
1658~1698 1645~1640 1675~1665 1675~1665 1665~1650
（3）炔烃
❖ 末端炔烃的C-H伸缩振动一般在3300 cm-1处 出现强的尖吸收带。
一些常见化学键的力常数如下表所示：
键型 O H N H C H C H C H C N C C C O C C C O C C
k /N.cm-1 7.7 6.4 5.9 5.1 4.8 17.7 15.6 12.1 9.6 5.4 4.5
折合质量μ：两振动原子只要有一个的质量↓，μ↓， (v)↑，红外吸收信号将出现在高波数区。
❖ 若C＞-I，vC=O较醛酮向低波数方向位移。
又如：
苯酯基中氧原子的共轭分散， -I突出， vC=O较烷基酯位于高 波数端。苯甲酸酯中苯基对C=O的共轭效应与烷氧基对C=O 的诱导效应大体相当，相互抵消，使vC=O较苯基酮位于高波数 端，并与烷基酮一致。
❖ ② 氢键效应
❖ (分子内氢键；分子间氢键)：对峰位，峰强产生极明显影 响。氢键使电子云密度平均化。
偶极子在交变电场中的 作用示意图
物质吸收红外辐射，实质上是外 界辐射迁移它的能量到分子中去。 而这种能量的转移是通过偶极子 的变化来实现。当偶极子处在电 磁辐射的电场中时，此电场作周 期性反转，偶极子将经受交替的 作用力的作用力而使偶极矩增加 和减小。
由于偶极子具有一定的原有振动 频率，只有当辐射频率与偶极子 频率相匹配时，分子才与辐射发 生相互作用而增加它的振动能， 使振幅加大，即分子由原来的基 态振动跃迁到较高的振动能级。
❖ 红外光谱是由于物质吸收电磁辐射后，分子 振动-转动能级的跃迁而产生的，称为分子振 动转动光谱，简称振转光谱。
❖ 分子在未受光照射之前，能量处于最低能级， 称之为基态。
❖ 当分子受到红外光的辐射，产生振动能级的 跃迁，在振动时伴有偶极矩改变者就吸收红 外光子，形成红外吸收光谱。
区域 λ(μm) σ(cm-1 )
C＝C
C≡C
键长 (nm) 0.154
0.134
0.116
键能 (kJ·mol-1)
347.3
610.9
836.8
力常数 k(N.cm-1)
4.5
9.6
15.6
波数范围 (cm-1) 700～1200
1620～1680
2100～2600
化学键键强越强（即键的力常数K越大）、原子折合质 量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。
于此存通在常着 看对到称两和个不以对上称的弯峰曲。振而动亚（甲对基于的-弯C曲H3振）动，在因 此区段内仅有δs（～1465 cm-1）。 ❖ （7） C-O、C-F、Si-O伸缩振动和C-C骨架振动 1300~1000cm-1 ❖ （8）C-H面外弯曲振动、C-Cl伸缩振动 1000～650 cm-1 ❖ 不判同断取烯代 烃类的型取的代烯类烃型，。其γC-H位置不同，由此可以 ❖ 芳型烃是的很γ特C-征H在的9。00～650 cm-1，对于确定芳环取代类
第二章 红外吸收光谱
(infrared spectroscopy，IR)
❖ 2.1 红外光谱概述 ❖ 2.2 红外光谱的基本原理 ❖ 2.3 基团振动与红外光谱区域 ❖ 2.4 有机化合物的红外特征吸收 ❖ 2.5 IR光谱解析方法 ❖ 2.6 红外光谱仪 ❖ 2.7 红外光谱在材料研究中的应用
2.1 红外光谱概述
❖ ② RC N （2100 2140 cm-1 ） 非共轭 （2240 2260 cm-1） 共 轭 （2220 2230 cm-1 ） 仅含C、H、N时：峰较强、尖锐； 有O原子存在时，O越靠近C N，峰越弱；
（4）C=O伸缩振动及芳烃中C-H弯曲振动的倍频和合 频 1900~1650 cm-1
2.4 有机化合物的红外特征吸收
（1）饱和烃
结构
vC-H
δC-H（面内）
C CH3
2975～2970 2885～2860
1470～1435（m） 1385～1370（s）
CH3 CH
CH3
CH3 CH3 C
CH3
C (CH2)n C
2925±10（s） 2850±10（s）
1385～1380（s） 1370～1365（s）
❖ 倍频与组频：苯衍生物在2000～1660cm-1出现较弱 的C-H面外弯曲振动倍频与组合频峰，该区域的峰 形对表征芳环取代类型很有用处。
单取代 (含5个相邻H) 770~730cm-1（强） 710~690cm-1（较强）