红外光谱学习必知知识

(1) 通常将红外光谱分为三个区域：近红外区(13330~4000cm-1)、中红外区(4000~400cm-1)和远红外区(400~10cm-1)。通常所说的红

外光谱即指中红外光谱。

(2)按吸收峰的来源，可以将4000~400cm-1的红外光谱图大体上分为特征频率区（4000~1300cm-1）以及指纹区（1300~400cm-1）

两个区域。其中特征频率区中的吸收峰基本是由基团的伸缩振动产生，数目不是很多，但具有很强的特征性，因此在基团鉴定工作

没有强的特征性，主要是由一些单键C-O、C-N和C-X(卤素原子)等的伸缩振动及C-H、O-H等含氢基团的弯曲振动以及C-C骨架振动产生。当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异。这种情况就像每个人都有不同的指纹一样，因而称为指纹区。指纹区对于区别结构类似的化合物很有帮助。

(3)在定性分析过程中，除了获得清晰可靠的图谱外，最重要的是对谱图作出正确的解

析。所谓谱图的解析就是根据实验所测绘的红外光谱图的吸收峰位置、强度和形状，利用基团振动频率与分子结构的关系，确定吸收带的归属，确认分子中所含的基团或键，进而推定分子的结构。

简单地说，就是根据红外光谱所提供的信息，正确地把化合物的结构“翻译”出来。往往还需结合其他实验资料，如相对分子质量、物理常数、紫外光谱、核磁共振波谱及质谱等数据才能正确判断其结构。

红外光谱的分区

400-2500cm-1:这是X-H单键的伸缩振动区。

2500-2000cm-1:此处为叁键和累积双键伸缩振动区

2000-1500cm-1:此处为双键伸缩振动区

1500-600cm-1:此区域主要提供C-H弯曲振动的信息

(4)红外图谱的解析步骤

1）准备工作

在进行未知物光谱解析之前，必须对样品有透彻的了解，例如样品的来源、外观，根据样品存在的形态，选择适当的制样方法；注意视察样品的颜色、气味等，它们住往是判断未知物结构的佐证。还应注意样品的纯度以及样品的元素分析及其它物理常数的测定结果。元素分析是推断未知样品结构的另一依据。样品的相对分子质量、沸点、熔点、折光率、旋光率等物理常数，可作光谱解释的旁证，并有助于缩小化合物的范围。

2）确定未知物的不饱和度

由元素分析的结果可求出化合物的经验式，由相对分子质量可求出其化学式，并求出不饱和度。从不饱和度可推出化合物可能的范围。

不饱和度是表示有机分子中碳原子的不饱和程度。计算不饱和度Ω的经验公式为：

Ω=1+n4+(n3-n1)/2

式中n4、n3、n1分别为分子中所含的四价、三价和一价元素原子的数目。二价原子如S、O等不参加计算。

当计算得：

Ω=0时，表示分子是饱和的，应在链状烃及其不含双键的衍生物。

当Ω=1时，可能有一个双键或脂环；

当Ω=2时，可能有两个双键和脂环，也可能有一个叁键；

当Ω=4时，可能有一个苯环等。

3）官能团分析

根据官能团的初步分析可以排除一部分结构的可能性，肯定某些可能存在的结构，并初步可以推测化合物的类别。

在红外光谱官能团初审申八个较重要的区域列表如下:

根据上表可以粗略估计可能存在的基团，并推测其可能的化合物类别，然后进行红外的图谱解析。

4）图谱解析

图谱的解析主要是靠长期的实践、经验的积累，至今仍没有一个特定的办法。一般程序是先官能团区，后指纹区；先强峰后弱峰；先否定后肯定。

首先在官能团区（4000~1300cm-1）搜寻官能团的特征伸缩振动，再根据指纹区的吸收情况，进一步确认该基团的存在以及与其它基团的结合方式。如果是芳香族化合物，应定出苯环取代位置。

5）查阅标准谱图集

几种标准谱图

（1）萨特勒（Sadtler）标准红外光谱图

（2）Sigma Fourier红外光谱图库

（3）Aldrich红外谱图库

萨特勒红外谱图集是较常用的谱图集，数据库，网上资源

解析谱图注意事项

(1)在一个光谱图中的所有吸收峰并不能全部指出其归属，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。因为有些峰是分子作为一个整体的特征吸收，而有些峰则是某些峰的倍频或组频，另外还有些峰是多个基团振动吸收的叠加。

(2)在~3350cm-1和在1640cm-1处出现的吸收峰，很可能是样品中水分子引起的。

(3)高聚物的光谱较之于形成这些高聚物的单体的光谱吸收峰的数目少，峰较宽钝，峰的强度也较低。但分子量不同的相同高聚物IR光谱无明显差异。

(4)解析光谱图时当然首先注意强吸收峰，但有些弱峰、肩峰的存在不可忽略，往往对研究结构可提供线索。

(5)解析光谱图时辨认峰的位置固然重要，但峰的强度对确定结构也是有用的信息。有时注意分子中两个特征峰相对强度的变化能为确认复杂基团的存在提供线索。

谱峰归属

3000-2800cm-1：饱和C—H的反对称和对称伸缩振动（甲基：2960和2872cm-1，亚甲基：2926

和2853cm-1）

样品制备方法

要获得一张高质量红外光谱图，除了仪器本身的因素外，还必须有合适的样品制备方法。

一、红外光谱法对试样的要求

红外光谱的试样可以是液体、固体或气体，一般应要求：

（1）试样应该是单一组份的纯物质，纯度应>98%或符合商业规格，才便于与纯物质的标准光谱进行对照。多组份试样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进行分离提纯，否则各组份光谱相互重叠，难于判断。

2）试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会严重干扰样品谱，而且会侵蚀吸收池的盐窗。

（3）试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10%~80%范围内。

官能团的特征吸收频率

4000-2500cm-1 这是X-H(X=C, N, O, S等)的伸缩振动区。

(1)OH的吸收出现在3600-2500cm-1。游离氢键的羟基在3600cm-1附近，为中等强度的尖峰。形成氢键后键力常数减小，移向低波数，因此产生宽而强的吸收。一般羧酸羟基的吸收频率低于醇和酚，可从3600cm-1移至2500cm-1，并为宽而强的吸收。需注意的是，水分子在3300cm-1附近有吸收。样品或用于压片的溴化钾晶体含有微量水分时会在该处出峰。

(2)CH吸收出现在3000cm-1附近。不饱和CH在>3000cm-1处出峰，饱和CH(三员环除外)出现在<3000cm-1处。CH3有两个明显的吸收带，出现在2962cm-1和2872cm-1处。前者对应于反对称伸缩振动，后者对应于对称伸缩振动。分子中甲基数目多时，上述位置呈现强吸收峰。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。

(3)NH吸收出现在3500-3300cm-1，为中等强度的尖峰。伯氨基因有两个N-H键，具有对称和反对称伸缩振动，因此有两个吸收峰。仲氨基有一个吸收峰，叔氨基无N-H吸收。

2500-2000 cm-1

这是叁键和累积双键的伸缩振动区。此区间包含C C、C N以及C=C=C等的吸收。CO2的吸收在2300cm-1左右。除此之外，此区间的任何小的吸收峰都提供了结构信息。

2000-1500 cm-1 这是双键伸缩振动区，是红外光谱中很重要的区域。(1)羰基的吸收一般为最强峰或次强峰，出现在1760-1690 cm-1内，受与羰基相连的基团影

响，会移向高波数或低波数。而醛(1735-1715 cm-1)、酮(1720-1710 cm-1)、羧酸(1760 cm-1)、酯(1740-1720 cm-1)的吸收频率要小，且相差不大。

(2)芳香族化合物环内碳原子间伸缩振动引起的环的骨架振动有特征吸收峰，分别出现在1600-1585 cm-1及1500-1400 cm-1。因环上取代基的不同吸收峰有所差异，一般出现两个吸收峰。杂芳环和芳香单环、多环化合物的骨架振动相似。

(3)烯烃类化合物的C=C振动出现在1667-1640 cm-1,为中等强度或弱的吸收峰。

1500-1300 cm-1这个区主要提供了C-H弯曲振动的信息。

这个区主要提供了C-H弯曲振动的信息。CH3在1375cm-1和1450cm-1附近同时有吸收，分别对应于CH3的对称弯曲振动和反对称弯曲振动。前者当甲基与其它碳原