光谱分析(1IR)
红外光谱(IR)分析
4. 空间效应： (1)环状化合物的环张力效应：环张力越大，羰 基C=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C=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。
6. 振动偶合效应：当两个基团靠得很近时，产 生振动相互作用，使吸收峰发生分裂。
第三章 红 外 吸 收 光 谱 法
Infrared Absorption Spectrometry
§1 关于红外光谱
红外光谱在可见光区域微波区之间,其波长范 围约为0.75～1000m。
分为三个区： ◆近红外区 0.75～2.5m； ◆中红外区 2.5～25 m； ◆远红外区 25～1000 m
若分子由N个原子组成，则 需3N个坐标(自由度)确定N个原子位置； 分子自由度总数＝平动、振动、转动自由度 总和 故 3N＝平动自由度＋转动自由度＋振动自由度 即 振动自由度＝3N－(平度自由度＋转动自由度) 问题：怎样确定一个分子的平动自由度和 转动自由度？
(1) 平动自由度：分子的质心可沿x、y、z三 个坐标轴方向移动，故平动自由度＝3。
2. 共轭效应(C效应)：该效应使共轭体系具有 共平面性，电子云密度平均化，造成双键略有 伸长，单键略有缩短。故双键的吸收峰频率向 低波数方向移动。
例. C=O C=O 1715 cm-1 1685～1665 cm-1
3. 中介效应(M效应)： 例. C=O 在1680cm-1附近。 若用诱导效应看，则电负性大的N原子应使 C=O键力常数增加，吸收峰位应大于1715cm-1； 但实际情况相反，这是因中介效应造成的。 即N原子上的孤对电子与C=O的电子发生重 叠(p- 共轭)，使电子云密度平均化，造成C=O 键力常数降低，故使吸收峰频率移向低波数。
光谱分析(1IR)
光谱分析(1IR)光谱分析（1IR）光谱分析是一种应用广泛的分析技术，其中红外光谱（IR）是非常重要的一种。
本文将介绍红外光谱分析的基本原理、仪器设备以及在不同领域的应用。
一、基本原理红外光谱分析基于物质分子的振动和转动引起的红外辐射吸收现象。
每个物质分子都有特定的振动和转动模式，而这些模式与特定波数的红外辐射相匹配。
通过观察物质在红外光谱范围内的吸收峰，可以确定物质的组成和结构。
红外光谱分析的主要原理包括以下几点：1. 物质分子的振动：红外光通过作用于物质分子上的对应光谱区域，使分子从低能级跃迁到高能级，从而被吸收；2. 传统的红外光谱区域：传统红外光谱范围为4000-400 cm-1，主要包括近红外、中红外和远红外；3. 可见于红外光谱中的吸收峰：吸收峰的位置和强度可以提供物质的结构信息；4. 红外光谱的解析：红外光谱可以通过谱图的解析，确定物质的成分与结构。
二、仪器设备红外光谱分析通常使用一台红外光谱仪器，该仪器包括以下主要部件：1. 光源：通常使用钨灯、硝酸纤维电炉或氨鉍灯作为红外辐射的光源；2. 分光器：将红外辐射耦合到样品中；3. 样品室：用于容纳样品，保持其稳定温度；4. 探测器：将经过样品的红外辐射转换成电信号；5. 计算机系统：用于采集、处理和解析红外光谱的数据。
三、应用领域红外光谱分析在许多领域都有广泛的应用，下面列举了几个典型的应用领域：1. 化学分析：红外光谱可以用于分析化学品的组成、结构和纯度，如有机化合物、聚合物和无机物质等；2. 药物研发：红外光谱分析可以用于药物的质量控制和结构鉴定；3. 食品检测：红外光谱可以用于食品中添加剂、污染物和成分的检测；4. 环境监测：红外光谱可用于检测空气中的污染物、水质分析和土壤分析等；5. 生命科学：红外光谱在生物医学、生物化学和生物物理学等领域中具有重要应用，如蛋白质结构分析、疾病诊断和基因组研究等。
结论红外光谱分析作为一种快速、非破坏性的分析技术，在科学研究和工业生产中有着广泛的应用。
红外光谱(一)
HN H O
H O O C H3C O-H 伸缩
1650-1620
OCH 3 2835
HO 3705-3125
4. 振动的耦合
若分子内的两个基团位置很近，振动频率也相近， 就可能发生振动耦合，使谱带分成两个，在原谱带高 频和低频一侧各出现一个谱带。例如乙酸酐的两个羰 基间隔一个氧原子，它们发生耦合。羰基的频率分裂 为1818和1750 cm-1。(预期如果没有耦合其羰基振动将 出现在约1760 cm-1)。 弯曲振动也能发生耦合。
5. 物态变化的影响
通常同种物质气态的特征频率较高，液态和固态 较低。例如丙酮vC=O(气)＝1738 cm-1， vC=O(液)＝1715 cm-1。溶剂也会影响吸收频率。
结论：
产生红外光谱的必要条件是：
1. 红外辐射光的频率与分子振动的频率相 当，才能满足分子振动能级跃迁所需的能 量，而产生吸收光谱。 2. 必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生红外吸收光谱。
3.2 分子振动方程式
1．双原子分子的简谐振动及其频率
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
分子的振动能级（量子化）： E振=（V+1/2）h
V ：化学键的 振动频率；
：振动量子数。
分子振动方程式
任意两个相邻的能级间的能量差为：
h E h 2 1 2c 1 k
k
-1
1644cm-1
影响峰位变化的因素
（２）空间效应：场效应；空间位阻；环张力 （３）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，使伸缩振动频率向低波数方向移动。
O R
H NH R
C=O 伸缩 N-H
ir(红外光谱)的原理
ir(红外光谱)的原理
红外光谱法（IR）的原理是：分子能选择性吸收某些波长的红外线，而引起分子中振动能级和转动能级的跃迁，检测红外线被吸收的情况可得到物质的红外吸收光谱，又称分子振动光谱或振转光谱。
在红外线照射下，当辐射能量与分子振动、转动频率相一致时，被测物质分子会产生其特定的红外光谱，据此可鉴定出化合物中各种原子团。
IR具有测定快速、特征性强、试样用量少、操作简便等优点。
但是，红外光谱一般只提供物质分子中官能团的相关信息，而对于一些复杂化合物，特别是新化合物，单靠IR 检测技术并不能解决问题，需要与其他分析手段互相配合，才能确定分子结构。
如需了解更多关于IR的原理，建议查阅相关文献或咨询专业化学家。
IR光谱-1
属CH2
CH2和CH3 的比例
3000cm-1附近是否有吸收峰可 用于有机物和无机物的区分
2500-2000cm-1
叁键和累积双键的伸缩振动区，此区 域内任何小的吸收 峰都 应收起注意，它 们都能提供结构信息。
2000-1500cm-1
双键的伸缩振动，是红外谱图中很重 要的区域。 区域内最重要的是羰基的吸收。
能级跃迁的几率
样品的光度加大，跃迁几率增加，吸收峰增强。 ① 样品的光度加大，跃迁几率增加，吸收峰增强。 基频峰强于倍频峰。 ② 基频峰强于倍频峰。
红外谱图的峰位
分子的振动频率决定分子基团吸收的红外光频率， 分子的振动频率决定分子基团吸收的红外光频率， 即红外吸收位置。 即红外吸收位置。
1 ν= 2π
环己烷的红外光谱
烯烃
C-H伸缩振动吸收大于3000 cm-1 ， C=C键的伸缩振动在1600-1680 cm-1 。随 着双键碳上烷基的增加，强度减弱。烯烃 C-H键的平面外弯曲振动吸收可用于判断 双键碳上的烷基取代类型
烯烃C-H键的平面外弯曲振动频率 烯烃 键的平面外弯曲振动频率
R C H C H H
端乙 烯基 的C-H 弯曲 振动 强，说明CH2多
烯烃
1670 C=C伸缩 振动 900 =C-H 面外弯 曲振动 顺式2,2,5,5-四甲基己烯红外光谱
烯烃
完全对称的 反式化合物 无C=C伸缩 振动
反式2,2,5,5-四甲基己烯红外光谱
上述振动虽然不改变极性分子中正、 上述振动虽然不改变极性分子中正、 负电荷中心的电荷量，却改变着正、 负电荷中心的电荷量，却改变着正、负电 中心间的距离，导致分子偶极矩的变化。 中心间的距离，导致分子偶极矩的变化。 相应这种变化， 相应这种变化，分子中总是存在着不同的 振动状态，有着不同的振动频率， 振动状态，有着不同的振动频率，因而形 成不同的振动能级。 成不同的振动能级。能级间的能量差与红 外光子的能量相当。 外光子的能量相当。
红外光谱IR和拉曼光谱Raman课件
优缺点分析
IR光谱
优点是检测的分子类型广泛，可用于多种类型的化学分析；缺点是需要样品是固态或液态，且某些基团可能无法 检测。
Raman光谱
优点是无需样品制备，对气态、液态和固态样品都适用；缺点是检测灵敏度相对较低，可能需要更长的采集时间 和更强的光源。
选择与应用指南
选择
根据样品的类型和所需的化学信息，选择合适的分析方法。对于需要检测分子振动信息 的样品，IR光谱更为合适；而对于需要快速、非破坏性检测的样品，Raman光谱更为
领域的研究和应用。
04
CATALOGUE
红外光谱（IR）与拉曼光谱（ Raman）比较相似性与差异性Fra bibliotek相似性
两种光谱技术都利用光的散射效应来 检测物质分子结构和振动模式。
差异性
IR光谱主要检测分子中的伸缩振动， 而Raman光谱则主要检测分子的弯曲 振动。此外，IR光谱通常需要样品是 固态或液态，而Raman光谱对气态和 液态样品也适用。
拉曼散射是由于物质的分子振动或转动引起的，散射光的频率与入射光的频率不同 ，产生拉曼位移。
拉曼散射的强度与入射光的波长、物质的浓度和温度等因素有关。
拉曼活性与光谱强度
拉曼活性是指物质在拉曼散射中的表 现程度，与物质的分子结构和对称性 有关。
在拉曼光谱实验中，可以通过控制入 射光的波长和强度，以及选择适当的 实验条件来提高拉曼光谱的强度和分 辨率。
红外光谱解析
特征峰解析
根据红外光谱的特征峰位置和强 度，推断出分子中存在的特定振
动模式。
官能团鉴定
通过比较已知的红外光谱数据，可 以鉴定分子中的官能团或化学键。
结构推断
结合其他谱图数据（如核磁共振、 质谱等），可以推断分子的可能结 构。
红外光谱分析法
中红外区研究应用最广，是主要的研究对象
中红外光区吸收带（ 基本振动区， 中红外光区吸收带（2.5 ~ 25µm ）:基本振动区， 基本振动区 绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带， 绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带， 由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动， 由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所 以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。 以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。 远红外光区吸收带 （25 ~ 1000µm ）：转动区， 转动区， 分子转动和晶格振动产生的。 分子转动和晶格振动产生的。 近红外区吸收带（ ）：泛频区 泛频区， 近红外区吸收带（ 0.78~ 2.5µm ）：泛频区， O－H，N－H及C－H的倍频吸收 － ， － 及 － 的倍频吸收
6、空间效应 、 包括环状化合物的张力效应和位阻效应 ——张力效应： 张力效应： 张力效应
与环直接联结的双键的伸缩振动频率， 与环直接联结的双键的伸缩振动频率，环越小张力 越大，其频率越高。 越大，其频率越高。 环内双键，张力越大，伸缩振动频率越低。 环内双键，张力越大，伸缩振动频率越低。
——空间位阻效应 空间位阻效应
4.影响峰数减少的原因 4.影响峰数减少的原因
实际上， 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， 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： 因引起的： （1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收； 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； 相同频率的振动吸收重叠，即简并； （3）仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带 仪器不能区别频率十分接近的振动， 很弱，仪器无法检测； 很弱，仪器无法检测； （4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。 有些吸收带落在仪器检测范围之外。
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。
红外光谱分析1
伸缩振动的频率要稍高于对称伸缩振动。
13
红外光谱基本原理
• 弯曲振动【面内弯曲振动（面内摇摆, 剪式振动）面外弯曲振动（面外摇摆, 扭曲振动）】原子核在垂至于键轴的 方向上振动，从外形上看如同化学键 弯曲一般，故称之为弯曲振动。又分 为面内弯曲振动（s或（s）面内摇摆, 剪式振动）面外弯曲振动（面外摇摆, 扭曲振动 ）
红外光谱基本原理
• 化学键的振动：1,化学键的振动 在保持整个分子 重心的空间位置不发生变化的前提下，使分子内各 个原子核之间的距离发生周期性变化的运动，称为 化学键的振动。 • 2,化学键振动分类：伸缩振动（对称伸缩振动和不 对称伸缩振动）和弯曲振动【面内弯曲振动（面内 摇摆,剪式振动）面外弯曲振动（面外摇摆,扭曲振 动）】
22
红外光谱基本原理
• 2分子振动的整体性的第二层意思，就是振 动光谱的全貌能反映分子整体结构特征，这 是分子振动光谱不同于紫外可见光谱的一个 显著特点。
ห้องสมุดไป่ตู้
23
红外光谱基本原理
基本振动的理论数
简正振动的数目称为振动自由度，每个振动自由度相当 于红外光谱图上一个基频吸收带。 每种简正振动都有其特定的振动频率，似乎都应有相应的 红外吸收带。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）仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带 很弱，仪器无法检测； 24 （4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。
（2）红外光谱不破坏样品的结构，对任何样 品的存在状态都适用（气、液、固）。 （3）红外光谱特征性高。由于红外光谱信息 多，可以对不同结构的化合物给出特征性的谱 图，从“指纹区”就可以确定化合物的异同。 所以红外光谱又称为“分子指纹光谱”可鉴定 同分异构体、几何异构体、互变异构体。 （4）分析时间短。一般在10～30min内完成， 如果采用傅立叶变换红外光谱仪在1s以内就可 完成多次扫描。为动力学研究提供了十分有效 地工具。 7
光谱分析(1IR)
6
电磁波谱
7
原子能态-原子结构与电子量子数
• 核外电子的运动状态由n(主量子数)、l(角量子数)、m(磁 量子数)、s(自旋量子数)和ms(自旋磁量子数)表征。5个量 子数也相应表征了电子的能量状态(能级结构)。
n、l、m对核外电子状态的表征意义
8
原子的电子能级示意图
9
原子能态与原子量子数
• 多电子原子中，存在着电子与电子相互作用等复 杂情况，量子理论将这些复杂作用分解为：
例如
5m
10 4 2000cm 1 5
38
红外光谱的历史
• • • • • •
1800年英国科学家赫谢尔发现红外线 1936年世界第一台棱镜分光单光束红外光谱仪制成 1946年制成双光束红外光谱仪 60年代制成以光栅为色散元件的第二代红外光谱仪 70年代制成傅立叶变换红外光谱仪，使扫描速度大 大提高 70年代末，出现了激光红外光谱仪，共聚焦显微红 外光谱仪等
– 轨道-轨道相互作用：各电子轨道角动量之间的作用 – 自旋-自旋相互作用：各电子自旋角动量之间的作用 – 自旋-轨道相互作用：指电子自旋角动量与其轨道角动 量的作用，单电子原子中也存在此作用 – 并将轨道-轨道及自旋-自旋作用合称为剩余相互作用， 进而通过对各角动量进行加和组合的过程（称为偶合） 获得表征原子整体运动状态与能态的原子量子数。
2 频率（v）
单位时间内通过传播方向某一点的波峰或波谷的数 目，即单位时间内电磁场振动的次数称为频率，单 位为赫兹（Hz，即s-1）。
5
3 波数（σ）
每厘米长度内所含的波长的数目，它是波长的倒数，即 σ ＝1 / λ 波数单位常用cm-1来表示。
4 传播速度 辐射传播速度υ等于频率v乘以波长λ，即υ＝v λ。在 真空中辐射传播速度与频率无关，并达到最大数值， 用c表示，c值准确测定为2.99792×1010cm/s
红外光谱分析(IR)实验
仪器分析实验实验名称：红外光谱分析（IR）实验学院：化学工程学院专业：化学工程与工艺班级：姓名：学号：序号：12指导教师：日期：2012年5月31日一、实验目的1、掌握溴化钾压片法制备固体样品的方法；2、学习并掌握美国尼高立IR-6700型红外光谱仪的使用方法；3、初步学会对红外吸收光谱图的解析。
二、实验原理红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。
波长在0.75～1000μm 。
通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在0.75～2.5μm （波数在13300～4000cm -1），又称泛频区；中红外区：波长在2.5～50μm （波数在4000～200cm -1），又称振动区；远红外区：波长在50～1000μm （波数在200～10cm -1），又称转动区。
其中中红外区是研究、应用最多的区域。
红外区的光谱除用波长λ表征外，更常用波数σ表征。
波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。
其关系式为：)(10)(41cm cm λσ=- 作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为“分子指纹”。
它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。
用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。
其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。
它也不受熔点、沸点和蒸气压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。
而作为红外光谱的测定工具-红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜，最常用于工业及实验研究领域，如医药鉴别，人造皮革中异氰酸酯基确定等等。
因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。
根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振动的形式。
红外光谱(IR)的原理及其谱图的分析
υC=O 1715 cm-1
υC=O 1780 cm-1 υC=O 1650 cm-1
吸电子效应：高波数移动精；选课推件 电子效应：低波数移动
2.峰强 峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化。 偶极矩的变化越小，谱带强度越弱。
• 极性大的基团，吸收强度大。 C=O 比 C=C 强， CN 比 C C 强 使基团极性降低的诱导效应，吸收强度减小， 使基团极性增大的诱导效应，吸收强度增加。
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。
精选课件
H2O有3种振动形式，相应的呈现3个吸收谱带。
精选课件
结论：
产生红外光谱的必要条件是：
1. 红外辐射光的频率与分子振动的频率相等，才 能发生振动能级跃迁，产生吸收吸收光谱。
2. 只有引起分子偶极矩发生变化的振动才能产生 红外吸收光谱。
精选课件
1.6 IR光谱得到的结构信息
1 峰位：吸收峰的位置（吸收频率） 2 峰强： 吸收峰的强度
化学 键
C―C
C＝C
C≡C
键长 （nm）
红外光谱分析方法
ν C O 1235 cm 1
该化合物为结构 2
练习
(书后P276题15) (书后P276题15)
ν φ H 3030
ν
as CH 3
ν C =(芳) 1588 , 和1471 1494 C
2925
as δ CH 3
s δ CH 3 1380 1442 ν C N 1303, 1268
γ φ H 748cm1 (单)
ν NH 3430 , (双) 3300
δ NH 2 1622
续前
解: U = 2 + 2 × 7 + 1 9 = 4 推测可能含苯环 2 3030 cm 1 可能为ν φ H
1588 , 和1471cm 1 1494 (三峰) 可能为ν C =(芳环) C 748cm 1 (单峰) 可能为γ φ H (双取代)
否定结构 4
续前
综上所述,峰归属如下 :
ν φ H 3060 ,3040 和3020 cm 1
1584 和 1493 cm 1 ν C =(芳环) 1600 , C
γ φ H (单取代) 756 和 702 cm 1 (双峰) ν CH 2 2938 ,2918 和 2860 cm 1 δ CH 2 1452 cm 1
图示
图示
二,IR光谱解析实例 IR光谱解析实例
练习 : 某化合物C9H10O,其IR光谱主要吸收峰位为3080, 某化合物C ,其IR光谱主要吸收峰位为3080, 3040,2980,2920,1690( ),1600,1580,1500, 3040,2980,2920,1690(s),1600,1580,1500, 1370,1230,750,690cm1370,1230,750,690cm-1,试推断分子结构 解: U = 2 + 2 × 9 10 = 5 可能含有苯环 2 1 1690 cm 强吸收 为ν C =O 3080 ,3040 cm 1有吸收 可能为ν φ H
光谱分析(1IR)
光谱分析(1IR)光谱分析(IR)光谱分析是一种科学研究和应用中常用的技术，通过测量物质与电磁辐射之间的相互作用，可以了解物质的结构和组成。
其中，红外光谱分析（IR）是一种常见且重要的光谱分析方法。
本文将探讨光谱分析的原理、应用以及未来的发展方向。
一、原理红外光谱是指位于可见光波长范围之外、偏离可见光谱段的电磁波。
物质与红外光谱的相互作用是通过不同分子振动和转动引起的。
物质的分子振动和转动会吸收特定的红外光谱，形成特征光谱图案。
红外光谱仪是红外光谱分析的主要设备。
它由光源、样品室、光谱仪和检测器等组成。
首先，光源产生红外光，然后红外光通过样品室中的样品，被样品吸收或透射。
最后，透过样品的红外光由检测器测量分析，并产生红外光谱。
二、应用红外光谱分析在许多领域中都有广泛的应用。
下面将介绍一些主要的应用领域。
1. 化学应用：红外光谱可以用于物质的鉴别和定性分析。
通过与数据库比对，可以快速识别出未知样品。
此外，红外光谱还可用于检测溶剂残留和反应动力学研究。
2. 材料科学：红外光谱可用于检测不同材料的组分和结构。
例如，可以用于检测塑料中的添加剂、纤维素材料中的纤维结构等。
此外，红外光谱还可以用于研究材料的变形、变化和降解。
3. 纳米技术：随着纳米技术的发展，红外光谱在纳米材料的研究和表征中也起到了重要的作用。
红外光谱可以用于表征纳米颗粒的尺寸、形状和表面等。
此外，利用红外光谱还可以研究纳米材料的电磁相互作用和稳定性。
4. 生物医学：在生物医学领域，红外光谱被广泛应用于疾病的诊断和治疗。
红外光谱可以检测生物样品中的蛋白质、核酸和糖类等生物分子，以帮助研究疾病的发生和发展机制。
此外，还可以利用红外光谱进行药物分析和药物释放的研究。
5. 环境监测：红外光谱可以应用于环境监测和污染物的检测。
例如，可以用于检测大气中的温室气体，通过红外光谱的吸收峰来确定污染物的类型和浓度。
三、发展趋势随着科技的不断发展，红外光谱分析在未来有着广阔的发展前景。
IR图谱分析方法
I R图谱分析方法(总4页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--IR图谱分析方法（1）首先依据谱图推出化合物碳架类型：根据分子式计算不饱和度，公式：不饱和度＝F+1+(T-O)/2 其中：F：化合价为4价的原子个数（主要是C原子），T：化合价为3价的原子个数（主要是N原子），O：化合价为1价的原子个数（主要是H原子），例如：比如苯：C6H6，不饱和度＝6+1+（0-6）/2＝4，3个双键加一个环，正好为4个不饱和度；（2）分析3300~2800cm^-1区域C-H伸缩振动吸收；以3000 cm^-1为界:高于3000cm^-1为不饱和碳C-H伸缩振动吸收，有可能为烯, 炔, 芳香化合物,而低于3000cm^-1一般为饱和C-H伸缩振动吸收；（3）若在稍高于3000cm^-1有吸收,则应在 2250~1450cm^-1频区，分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰，其中：炔 2200~2100 cm^-1烯 1680~1640 cm^-1芳环 1600,1580,1500,1450 cm^-1若已确定为烯或芳香化合物，则应进一步解析指纹区，即1000~650cm^-1的频区 ,以确定取代基个数和位置（顺反，邻、间、对）；（4）碳骨架类型确定后,再依据其他官能团,如 C=O, O-H, C-N 等特征吸收来判定化合物的官能团；（5）解析时应注意把描述各官能团的相关峰联系起来，以准确判定官能团的存在,如2820，2720和1750~1700cm^-1的三个峰，说明醛基的存在。
至此，分析基本搞定，剩下的就是背一些常见常用的健值了！…………………………………………………………………………………………………… ………1.烷烃：C-H伸缩振动（3000-2850cm^-1）C-H弯曲振动（1465-1340cm^-1）一般饱和烃C-H伸缩均在3000cm^-1以下，接近3000cm^-1的频率吸收。
波谱--红外光谱 (1)
2、对于多原子分子来说，情 况比较复杂
4 常用术语
（1）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V=0 → 1产生的峰）
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
（2）倍频峰：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所产生的吸收峰（即V=0→V=2， 3- - -产生的峰）
偶极矩是电荷与正负电荷中心之间距离的乘积(μ=q·d)， 单位为C·m。偶极矩是向量。μ越大，键（或分子）的极性 越强。
双原子分子，分子的偶极距就是键的偶极距。 多原子分子的偶极距是分子中各个共价键的偶极距的向量和。
2 分子的振动模型
对简单的双原子分子的振动可以用谐振子模型来模拟双 原子分子的化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧。
红外吸收光谱 红外光
振动能级跃迁
研究 范围
不饱和有机化合物 共轭双键、芳香族等
几乎所有有机化合物; 许多无机化合物
特色
反映发色团、助色团的情况
反映各个基团的振动及转 动特性
图谱比较
A
紫外：用A表 示吸收光的程 度，波长为横 坐标
红外：用T%
来表示吸光强
T%
度，光的性质
用波长或波数
表示
λ （λ）
红外光谱法的特点
—— 共轭体系中， C=C 向低波数方向移动，强度增大，对 称性越差，吸收峰越强，完全对称，不出现吸收峰
=CH =C-H弯曲振动 1000~650cm-1 处有强吸收峰 ——鉴定烯烃取代基类型最特征的峰
3080-3030 cm-1
RCH=RCH 反式 顺式 RCH=CH2 990~970 690 990、910两个强峰
红外光谱(IR)分析
第二节
基本原理
就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁。如果用连续 改变频率的红外光照射某样品，由于试样对不同频率的 红外光吸收程度不同，使通过试样后的红外光在一些波 数范围减弱，在另一些波数范围内仍然较强，用仪器记 录该试样的红外吸收光谱，进行样品的定性和定量分析。
二、双原子分子的振动
分子中的原子以平衡点为中心，以非常小的振幅 （与原子核之间的距离相比）作周期性的振动，可近似 的看作简谐振动。这种分子振动的模型，以经典力学的 方法可把两个质量为m1和m2的原子看成钢体小球，连接
15
第二节
基本原理
等于分子振动能级的能量差（△Ev）时，则分子将吸收 红外辐射而跃迁至激发态，导致振幅增大。分子振动能 级的能量差为 △Ev = △h 又光子能量为
EL=h L 于是可得产生红外吸收光谱的第一条件为： EL =△Ev 即
L=△
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第二节
基本原理
因此，只有当红外辐射频率等于振动量子数的差值 与分子振动频率的乘积时，分子才能吸收红外辐射，产 生红外吸收光谱。 分子吸收红外辐射后，由基态振动能级（=0）跃迁 至第一振动激发态（=1）时，所产生的吸收峰称为基频 峰。因为△=1时，L=，所以 基频峰的位置（L）等于 分子的振动频率。 在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态 （ =0）跃迁至第二激发态（ =2）、第三激发态（ =3） ，所产生的吸收峰称为倍频峰。
4
第一节
概述
为若干个J = 0、1、2、3……的转动能级。 物质对不同波长的光线具有不同的吸收能力，物质 也只能选择性地吸收那些能量相当于该分子振动能变 化△Ev 、转动能变化△Er以及电子运动能量变化△Ee总 和的辐射。 由于各种物质分子内部结构的不同，分子的能级 也千差万别，各种能级之间的间隔也互不相同，这样 就 决定了它们对不同波长光线的选择吸收。 如果改变通过某一吸收物质的入射光的波长，并 记录该物质在每一波长处的吸光度（A），然后以波长
IR红外光谱分析实验指导书
红外光谱分析实验指导书实验1 聚乙烯和聚苯乙烯膜的红外吸收光谱的测定——薄膜法制样目的要求(1)学习聚乙烯和聚苯乙烯膜的红外吸收光谱的测定方法；(2)学习对该图谱的解释，掌握红外吸收光谱分析基本原理；(3)学习红外分光光度仪的工作原理及其使用方法。
基本原理在由乙烯聚合成聚乙烯的过程中，乙烯的双健被打开，聚合生成(CH2—CH2) n长链，因而聚乙烯分子中原子基团是饱和的亚甲基化(CH2—CH2) ，其红外吸收光谱如图1所示。
由图可知聚乙烯的基本振动形式有：A. νC-H(-CH2-)2926 cm-1、2853 cm-1;B. δC-H(-CH2-)1468 cm-1;C. δC-H(-CH2-)n，n>4时720 cm-1;由于δC-H 1306 cm-1和δC-H 1250 cm-1为弱吸收峰,在红外吸收光谱上末出现．因此只能观察到四个吸收峰。
图1在聚苯乙烯的结构中，除了亚甲基(-CH-)和次甲基(-CH-)外，还有苯环上不饱和碳氢基团(＝CH-)和碳碳骨架(-C＝C-)，它们构成了聚苯乙烯分子中基团的基本振动形式。
图2为聚苯乙烯的红外吸收光谱，由图可知，聚苯乙烯的基本振动形式有：图2 聚苯乙烯红外吸收光谱可见聚苯乙烯的红外吸收光谱比聚乙烯的复杂得多。
由于聚乙烯和聚苯乙烯是两种不同的有机化合物，因此，可通过红外吸收光谱加以区别，进行定性鉴定和结构剖析。
一、仪器FT 670型双光束红外分光光度计二、试祥试样卡片的制作取厚度均为5μm的10×30 mm2的聚乙烯和聚苯乙烯膜各一张，实验开始前将其分别用磁性片压在试片架上。
三、实验条件1．测定波长范围2.5～15 μm(波数4000~650cm-1)2．参比物空气3．扫描次数32或164．分辨率8或4 cm-15．室内温度18～20℃；室内相对湿度<65％四、实验步骤1．根据实验条件，将红外分光光度计按仪器操作步骤(见下面红外谱仪使用)进行调节。