红外吸收光谱分析与红外光谱仪
仪器分析3—红外吸收光谱法
傅立叶变换红外光谱仪
样品池
红外光源
摆动的 凹面镜
迈克尔逊 干扰仪
参比池
摆动的 凹面镜
检测器 干涉图谱 计算机 解析 还原
M1 II
同步摆动
I M2
红外谱图
BS
D
仪器组成
第五节 红外光谱法应用
红外光谱法由于操作简单，分析速度 快，样品用量少，不破坏样品，特征性 强等优点，在有机定性分析中应用广泛。 利用红外光谱可对化合物进行鉴定或结 构测定。 但由于吸收较复杂，在定量分析方面 应用受到一定限制。
第四章 红外吸收光谱分析法（IR）
Infrared Absorption Spectrometry
第一节
红外光谱基本知识
1、红外线波长范围： 光学光谱区域：10nm ～1000μm； 其中：10nm ～400nm为紫外光区 400nm ～760nm为可见光区， 760nm ～ 1000μm为红外光区。 为表示方便，红外光不用nm（纳米） 而用微米（ μm）表示其波长。
由原理图可见，红外分光光度计也主要 由光源、样品吸收池、单色器、检测器、 记录仪等部件构成。 1、光源:能斯特灯或硅碳棒
红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，用 电加热使之发射高强度的连续红外辐射。 常用的是Nernst灯或硅碳棒。 Nernst灯是用氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结而成的 中空棒和实心棒。工作温度约为1700℃，在此高温下导 电并发射红外线。但在室温下是非导体，因此，在工作 之前要预热。它的特点是发射强度高，使用寿命长，稳 定性较好。 硅碳棒是由碳化硅烧结而成，工作温度在1200-1500℃ 左右。
ε>100 非常强峰(vs) 20<ε<100 强 峰(s) 10<ε<20 中强峰(m) 1<ε<10 弱 峰(w)
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。
学生--第十章 红外光谱分析
IR光谱中最强的峰，具有高度的特征性，鉴定羰基化合物
化合物 酮
酯 酰胺
频率σC=O 1710
1710-1735 1680-1710
峰数 1
1 1
酸酐
1820-1760
2
●单核芳烃的
C=C 的伸缩振动，出现在1620—1450cm-1
1500 cm-1 附近的吸收峰最强； 1600 cm-1 附近的吸收峰居中；
如果是RCCR，因为分子是对称，则为非红外活性。
（3）双键伸缩振动区（1900 —1500 cm-1）[1] C=C、 C=O C=N、 N=O 的伸缩振动、苯环的骨架振动
●
脂肪族化合物的 C=C ，出现在1680—1620cm-1 峰较弱
●
羰基C=0 的伸缩振动，出现在1850—1600cm-1
例：计算8.00 µ m的红外线的ν和σ。 ν=
C
2.998×1010cm/s = 8.00 ×10-4cm
=3.75 ×1013 s-1
σ（cm-1
104 -1 =1250 cm = ） （µ m）
3. 红外光谱特点 1）高度的特征性； 2）应用范围广； 3）固、液、气态样均可测定，且用量少、不破坏样品。 4）能进行定性和定量分析，而且该法是鉴定化合物和测 定分子结构的最有用方法之一。
二、吸收峰增减的原因 1、吸收峰减少的原因[1] 例如：线型分子CO2，基本振动形式为4，应有4个吸收峰， 对称伸缩振动σs=1388 cm-1，但=0，不吸收红外光； 面内变形δ=面外变形振动γ ，发生简并。 但实际上只有667 cm-1和2349 cm-1两个吸收峰。[2]
●
●
●
偶极矩的变化=0的振动，不产生红外吸收峰； 谱线简并（振动形式不同，但其频率相同）； 仪器分辨率不够，或吸收峰很弱，仪器无法检测；
第10章 红外吸收光谱分析
醛：
特征1：醛羰基ν(C＝O)：～1725 cm-1。 特征2：2820 cm-1 和 2720 cm-1 弱的双峰。
酮：
酮羰基ν(C＝O)：1710～1715 cm-1。
脂类:C=O吸收峰：1725 ～ 1750 cm-1 ，强。
红外光谱信息区
常见的化学基团在4000 670 cm-1范围内有特征频率， 为便于记忆，常依据基团的振动形式，分为四个区： (1)4000 2500 cm-1 X—H伸缩振动区（X=O，N，C，S） (2)2500 2000 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区 (3)2000 1500 cm-1 双键伸缩振动区
上述用经典力学的方法来处理分子的振动是为了得 到宏观的图像，便于理解并有一定性概念。但一个
真实的微观粒子需要用量子理论方法加以理解，如
能量量子化。
实际上，在一个分子中，基团与基团间，基团中的 化学键之间都相互有影响，因此基本振动频率除了
决定于化学键两端的原子质量、化学键的力常数外， 有关。
还与内部因素（结构因素）及外部因素（化学环境）
倍频、合频和差频统称为泛频。
二、红外光谱的特征性
红外光谱的最大特点是具有特征性。
大多有机物的红外光谱基本上是C、H、O、N等元素
所形成化学键的振动贡献的。
基团特征频率
与一定结构单元相联系的、固定在一定范围内出现的 化学键振动频率——基团频率（特征峰）。
例： 2800 3000 cm-1 —CH3 特征峰；
在该区域出现的峰较少。
（1）RC CH
（2100 2140 cm-1 ）
RC CR' （2190 2260 cm-1 ） R=R' 时，无红外活性 （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。
红外光谱仪基本概念
红外光谱仪基本概念光谱分析是一种根据物质的光谱来鉴别物质及确定它的化学组成，结构或者相对含量的方法。
按照分析原理，光谱技术主要分为吸收光谱，发射光谱和散射光谱三种；按照被测位置的形态来分类，光谱技术主要有原子光谱和分子光谱两种。
红外光谱属于分子光谱，有红外发射和红外吸收光谱两种，常用的一般为红外吸收光谱。
2. 红外吸收光谱的基本原理是什么？分子运动有平动，转动，振动和电子运动四种，其中后三种为量子运动。
分子从较低的能级E1，吸收一个能量为hv的光子，可以跃迁到较高的能级E2,整个运动过程满足能量守恒定律E2-E1=hv。
能级之间相差越小，分子所吸收的光的频率越低，波长越长。
红外吸收光谱是由分子振动和转动跃迁所引起的, 组成化学键或官能团的原子处于不断振动(或转动)的状态，其振动频率与红外光的振动频率相当。
所以，用红外光照射分子时，分子中的化学键或官能团可发生振动吸收，不同的化学键或官能团吸收频率不同，在红外光谱上将处于不同位置，从而可获得分子中含有何种化学键或官能团的信息。
红外光谱法实质上是一种根据分子内部原子间的相对振动和分子转动等信息来确定物质分子结构和鉴别化合物的分析方法。
分子的转动能级差比较小，所吸收的光频率低，波长很长，所以分子的纯转动能谱出现在远红外区（25~300 μm）。
振动能级差比转动能级差要大很多，分子振动能级跃迁所吸收的光频率要高一些，分子的纯振动能谱一般出现在中红外区（2.5~25μm）。
（注：分子的电子能级跃迁所吸收的光在可见以及紫外区，属于紫外可见吸收光谱的范畴）值得注意的是，只有当振动时，分子的偶极矩发生变化时，该振动才具有红外活性（注：如果振动时，分子的极化率发生变化，则该振动具有拉曼活性）。
3. 分子的主要振动类型在中红外区，分子中的基团主要有两种振动模式，伸缩振动和弯曲振动。
伸缩振动指基团中的原子沿着价键方向来回运动（有对称和反对称两种），而弯曲振动指垂直于价键方向的运动（摇摆，扭曲，剪式等），如上图所示。
红外光谱仪的原理及应用
红外光谱仪的原理及应用
红外光谱仪是一种利用红外光谱技术来测试物质或物质表面的一种仪器。
它的原理是利用物质在不同波长红外线下吸收或散射不同程度的光来分析物质的性质。
红外光谱仪主要有两种工作方式：吸收光谱和反射光谱。
吸收光谱是利用物质吸收红外光的能量来分析物质的性质，反射光谱是利用物质反射红外光的能量来分析物质的性质。
红外光谱仪应用非常广泛，主要应用在化学、石油、农业、食品、医药、环境、生物等领域。
如分析石油中的含量，鉴定药物成分，检测食品中毒素，监测环境污染等。
红外光谱仪的原理
红外光谱仪的原理是利用物质在不同波长红外线下吸收或散射不同程度的光来分析物质的性质。
红外线是一种电磁波，其频率在可见光之外，波长在700纳米到1纳米之间。
当红外线照射到物质上时，物质中的分子会吸收其中的能量。
每种物质都有其特有的吸收光谱，因此可以利用这些吸收光谱来分析物质的性质。
红外光谱仪通常包括一个红外光源、一个分光仪、一个探测器和一个计算机控制系统。
红外光源发出红外线，分光仪将红外线分成不同波长的光束，探测器检测物质对不同波长的吸收程度，计算机控制系统将检测数据处理成可视化的光谱图。
红外光谱仪还可以进行反射光谱和透射光谱的测试，其原理是一样的。
反射光谱是利用物质对红外线的反射能力来分析物质的性质。
而透射光谱是利用物质对红外线的透射能力来分析物质的性质。
红外光谱技术是一种非接触式的分析方法，不会对样品造成破坏，可以在试样的原始状态下进行测试，因此被广泛应用于各种领域。
红外光谱仪的功能
红外光谱仪的功能
红外光谱仪是一种用于分析样品的仪器，其主要功能包括：
1. 分析样品的化学成分：红外光谱仪可以通过测量样品中吸收红外光的情况来分析样品的化学成分。
不同分子会吸收不同波长的红外光，因此可以通过分析红外光谱图来确定样品中含有的分子种类及其化学结构。
2. 确定样品的性质：红外光谱仪可以通过分析样品中的吸收峰来确定样品的性质，如它是否是有机物、无机物或聚合物，其分子量、结晶度、晶体结构等。
3. 监测样品的变化：红外光谱仪可以对样品进行在线监测，了解样品的变化过程及其反应机理，对于控制化学反应的过程和优化反应条件非常有用。
4. 制定药品质量标准：红外光谱仪可以用于制定药品质量标准，检测药品中的有效成分、杂质及其含量，确保药品的质量和安全性。
5. 应用于其他领域：红外光谱仪可以应用于食品、环保、石油化工、材料科学、生命科学等领域，用于分析样品的化学成分和性质，进行质量监控和研究。
- 1 -。
红外吸收光谱分析1
苯衍生物在2000-1650cm-1 范围出现 C-H 面外和C=C面内变形振动的泛频 吸收，虽然很弱，但它们的吸收面貌 在表征芳核取代类型上很有用。
LOGO
C=O 的伸缩振动
C=O的伸缩振动出现在1850-1600cm-1, 其吸收非常强烈，为红外 光谱中的最强吸收峰。含C=O 基团的化合物有 酮类，醛类，酯类 以及酸酐等。 酸酐的C=O 吸收峰有两个，分别出现在1820和 1750cm-1, 它们 是由于两个羰基的振动耦合所产生。可根据这两个峰的相对强弱 来判断酸酐是环状的还是线型的。线型酸酐的两个峰强度接近， 高波数稍强于低波数，环状酸酐的低波数强于高波数峰。
1< <10
弱峰（w） LOGO
二、红外光谱的特征性和基团吸收
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。多原 子分子的红外光谱与其结构的关系，一般是通过 实验手段获得。即通过比较大量已知化合物的红 外光谱，从中总结出各种基团的吸收规律。
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
2062cm-1 1683cm-1 1190cm-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，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波
数区。
LOGO
为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）
1 1 k 2c
根据小球质量与相对原子质量间的关系：
N 1/2 A
k 1307 k
2c M
M
M M 1M 2 M1 M2
பைடு நூலகம்
红外光谱分析 红外吸收光谱法
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
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（3）红外活性与非活性振动
在振动过程中，分子电偶极距发生改变的振动才能吸收红 外光子的能量，产生红外吸收谱带，这种振动称为红外活 性振动，反之称为红外非活性振动，这就是红外跃迁的选 择定则（选律）。
多原子分子的选择定则与其对称性有关，运用群论方法可 以确定各种分子振动红外跃迁的选择定则。
18
六、红外光谱峰位影响因素
红外光谱峰位影响因素是多方面的。 一个特定的基团只有在和周围环境完全没有力学或电学偶
合的情况下，它的键力常数k值才固定不变。 一切能引起k值改变的因素都会影响峰位变化。归纳起来
主要有： 诱导效应 共轭效应 键应力的影响 氢键的影响 偶合效应 物态变化的影响
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诱导效应
组频峰：也是弱峰，它出现在两个或多个基频之和或差附近，例如， 基频为Xcm-1和Ycm-1的两个峰，它们的组频峰出现在(X＋Y)cm-1或(X －Y)cm-1附近。
振动耦合：当相同的两个基团在分子中靠得很近时，其相应的特征吸 收峰常发生分裂，形成两个峰，这种现象称振动耦合。
费米共振：当倍频峰或组频峰位于某强的基频吸收峰附近时，弱的倍 频峰或组频蜂的吸收强度常常被大大强化，这种倍频峰或组频峰与基 频峰之间的耦合，称费米共振。
谱在远红外区，重的分子转动光谱则落在微波区。
9
四、分子的振动光谱
由于分子的振动能级比转动能级大，当振动能级跃迁时，不可避免 地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测得纯粹的振动光谱，得到的 只能是分子的振动-转动光谱。
以双原子分子HCl为例。若组成HCl分子的两原子(氢原子和氯原子) 以较小的振幅围绕其平衡位置振动，则可近似地把它看作是一维谐 振子。
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
第三章 红外吸收光谱分析-4.
H C CH2
练习： C8H7N，确定结构
解：1） =1-（1-7）/2+8=6
2）峰归属 3）可能的结构
H3C
CN
第三章 红外吸收光谱分析
3.5 试样的处理和制备
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。
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：
如用计算机谱图检索，则采用相似度来判别。 使用文献上的谱图应当注意试样的物态、结晶
状态、溶剂、测定条件以及所用仪器类型均应 与标准谱图相同。
未知物结构的测定
测定未知物的结构，是红外光谱法定性分析 的一个重要用途。如果未知物不是新化合物，可 以通过两种方式利用标准谱图进行查对：
（1）查阅标准谱图的谱带索引，与寻找试样 光谱吸收带相同的标准谱图；
如果样品为新化合物，则需要结合紫外、质谱、核磁等
数据，才能决定所提的结构是否正确。
几种标准谱图
（1）萨特勒（Sadtler）标准红外光谱图 （2）Aldrich红外谱图库 （3）Sigma Fourier红外光谱图库
练习： 推测C8H8纯液体
解：1） =1-8/2+8=5
2）峰归属 3）可能的结构
谱图解析步骤-确定未知物的不饱和度
=0: 表示分子是饱和的，应是链状烃及 其不含双键的衍生物。
=1: 可能有一个双键或脂环； =2: 可能有 两个双键和脂环，也可能有
一个叁键； =4: 可能有一个苯环等。
谱图解析步骤-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。
红外光谱测试分析
红外光谱测试分析引言：红外光谱测试是一种常用的实验技术，用于分析样品的化学结构、官能团及其化学环境。
它是通过观察和记录样品在红外区域（4000至400 cm^-1）的吸收、散射或透射红外辐射而得到的。
红外光谱测试广泛应用于有机、无机、生物、聚合物等领域。
本文将介绍红外光谱测试的原理、仪器、样品制备以及数据分析等内容。
一、红外光谱测试原理红外光谱测试基于物质与红外辐射的相互作用。
红外光谱仪将红外辐射通过样品，然后测量样品吸收、散射或透射的光强。
红外辐射包含许多波长，在红外区域中的每种波长都与特定的分子振动模式相对应。
当样品中的分子振动发生时，它们会吸收特定波长的红外光，从而产生特征峰。
根据这些特征峰的位置和强度可以推断样品的化学组成和结构。
二、红外光谱测试仪器红外光谱测试仪器主要由光源、样品盒、分光器和探测器等组成。
常见的红外光谱仪有傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和色散红外光谱仪（dispersive IR）。
其中，FTIR光谱仪具有高分辨率、高灵敏度和快速测量的优点，被广泛应用于科研和工业领域。
三、样品制备样品制备是红外光谱测试的关键步骤之一、样品可以是固体、液体或气体。
对于固体样品，常用的方法是将样品与适合的红外吸收剂混合，然后挤压成适当的片状样品。
对于液体样品，可以使用液态电池夹持装置保持样品在红外光束中。
对于气体样品，需要将气体置于透明的气室中，并对室内气体进行红外光谱的测量。
四、红外光谱数据分析红外光谱数据分析是针对测得的吸收谱进行的。
常见的红外光谱数据分析包括鉴定功能性团、质谱相关性分析和量子化学计算等。
鉴定功能性团是通过对比样品的吸收峰位置和精确峰位表进行的。
质谱相关性分析是利用红外光谱和质谱数据之间的相关性，为红外光谱的解释提供重要信息。
量子化学计算是通过计算得到的理论红外光谱与实际测量的红外光谱进行比对，以验证实验结果的准确性。
结论：红外光谱测试是一种重要的化学分析技术，广泛应用于化学、材料、药物和环境等领域。
红外光谱仪
红外光谱仪一、红外吸收光谱仪的类型测定红外吸收的仪器有三种类型：①光栅色散型分光光度计，主要用于定性分析；②傅立叶变换红外光谱仪，适宜进行定性和定量分析测定；③非色散型光度计，用来定量测定大气中各种有机物质。
在20世纪80年代以前，广泛应用光栅色散型红外分光光度计。
随着傅立叶变换技术引入红外光谱仪，使其具有分析速度快、分辨率高、灵敏度高以及很好的波长精度等优点。
但因它的价格、仪器的体积及常常需要进行机械调节等问题而在应用上受到一定程度的限制。
近年来，因傅立叶变换光谱仪器体积的减小，操作稳定、易行，一台简易傅立叶红外光谱仪的价格与一般色散型的红外光谱仪相当。
由于上述种种原因，目前傅立叶红外光谱仪已在很大程度上取代了色散型。
1．色散型红外分光光度计色散型红外分光光度计和紫外、可见分光光度计相似，也是由光源、单色器、试样室、检测器和记录仪等组成。
由于红外光谱非常复杂，大多数色散型红外分光光度计一般都是采用双光束，这样可以消除C02和H20等大气气体引起的背景吸收。
自光源发出的光对称地分为两束，一束为试样光束，透过试样池；另一束为参比光束，透过参比池后通过减光器。
两光束再经半圆扇形镜调制后进人单色器，交替落到检测器上。
在光学零位系统里，只要两光的强度不等，就会在检测器上产生与光强差呈正比的交流信号电压。
由于红外光源的低强度以及红外检测器的低灵敏度，以至需要用信号放大器。
一般来说，色散型红外分光光度计的光学设计与双光束紫外、可见分光光度计没有很大的区别。
除对每一个组成部分来说，它的结构、所用材料及性能等与紫外及可见光度计不同外，它们最基本的一个区别是：前者的参照和试样室总是放在光源和单色器之间，后者则是放在单色器的后面。
试样被置于单色器之前，一来是因为红外辐射没有足够的能量引起试样的光化学分解，二来是可使抵达检测器的杂散辐射量（来自试样和吸收池）减至最小。
2．傅立叶变换红外光谱仪傅立叶变换红外光谱仪（FourierTransformInfraredSpectrome ter，FT-IR）是20世纪70年代问世的，被称为第三代红外光谱仪。
红外吸收光谱分析
b)C—C骨架振动明显
H
CH3 δs
C—C骨架振动
C C H3 C H3
C H3 C
C H3
C H3 C C H3 C H3
1385-1380cm -1 1372-1368cm -1 1391-1381cm-1 1368-1366cm -1 1405-1385cm -1 1372-1365cm -1
二.分子的振动
（一）谐振子振动
➢两小球的简谐振动及其频率
其中，k为弹簧的力常数（N/cm），µ为折合质量（g），m1和 m2分别为两原子质量（g）
双原子间化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧 根据虎克定律，任意两个相邻的能级间的能量差为：
~
v
N 1/ 2 A
k
2c M
K化学键的力常数，与键能和键长有关 NA 为阿伏加德罗（Avogadro）常数（6.022×1023）
重
δs1380 cm-1
叠
δs1465 cm-1
r 720 cm-1（水平摇摆）
CH2 对称伸缩2853cm-1±10 CH3 对称伸缩2872cm-1±10 CH2不对称伸缩2926cm-1±10 CH3不对称伸缩2962cm-1±10
-（CH2）nn
长链烷烃
00:44:17
a)由于支链的引入，使CH3的对称变形振动发生变化。
3．双键伸缩振动区(2000 1500 cm-1 )
（1） RC=CR’ 1620 1680 cm-1 强度弱， R=R’（对称）时，无红外活性。
（2）单核芳烃 的C=C键伸缩振动（1620 1450 cm-1 ）
苯衍生物在 1650 2000 cm-1 出现 C-H 和C=C键的面内变形 振动的泛频吸收（强度 弱），可用来判断取代 基位置。
红外吸收光谱分析(共27张PPT)
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
红外光谱知识点总结
红外光谱知识点总结一、红外光谱的基本原理1. 红外辐射红外光波长范围为0.78～1000微米，是可见光和微波之间的一部分光谱。
物质在光谱范围内会吸收、散射和发射红外光。
这些过程可以用来获取物质的结构信息。
2. 分子振动分子在吸收红外辐射时，分子内部的振动模式会发生变化，这些振动模式会导致物质对不同波长的红外光有不同的吸收峰。
根据分子结构、键的类型和位置不同，红外吸收峰会出现在不同的波数位置。
3. 红外吸收谱红外吸收谱是将物质对不同波数的红外光的吸收强度绘制成图谱。
在红外吸收谱中，不同的振动模式会对应不同的吸收峰，通过谱图的解析可以得到物质的结构信息。
4. 红外光谱仪红外光谱仪是用于测定物质的红外吸收光谱的仪器，它主要包括光源、分光器、样品室、检测器和数据处理系统等部分。
常见的红外光谱仪有光散射型、光路差型和干涉型等。
二、红外光谱的仪器分析技术1. 光散射型红外光谱仪光散射型红外光谱仪是通过散射光进行分析的，它适用于固态样品和粉末样品的分析。
该仪器操作简单，对样品的要求不高，但是分辨率较低。
2. 光路差型红外光谱仪光路差型红外光谱仪利用干涉光进行分析，可以获得高分辨率的红外光谱。
它适用于高精度的定量分析和结构鉴定，但是对样品的平整度和光路的稳定性要求较高。
3. 干涉型红外光谱仪干涉型红外光谱仪采用光源产生的连续光通过光栅或凸透镜分散成各个不同波数的光线，对于样品吸收光线的强度进行检测，然后通过计算机进行数据处理。
其优点是分辨率高、峰型窄、精确度高，适用于各种样品的定性、定量和成分分析。
4. 远红外光谱和近红外光谱远红外光谱仪可以用于检测液体样品和气态样品，其波数范围在4000～400 cm-1之间。
而近红外光谱则适用于固态和半固态样品的分析，波数范围在12500～4000 cm-1之间。
三、红外光谱的谱图解析1. 物质的结构信息根据红外光谱谱图的解析可以获得物质的结构信息，如键的种类、键的位置、分子的构型等。
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。
红外光谱法(仪器分析课件)
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目录
Contents
1 红外光谱法基本原理 2 红外光谱仪 3 红外光谱实验技术 4 红外光谱仪虚拟仿真训练 5 红外光谱法在结构分析中的应用
红外光谱法
能力目标
• 能够熟练的操作傅立叶红外光谱仪； • 能够根据样品的状态、性质选择合适
的样品处理方法； • 能够根据谱图确定常见有机化合物的
—NH2，—NH（游离） —NH2，—NH（缔合）
—SH
C—H伸缩振动
一
不饱和C—H
≡C—H（叁键） ═C—H（双键） 苯环中C—H
区
饱和C—H
域
—CH3 —CH3
—CH2
—CH2
吸收频率 （cm-1）
3650—3580 3400—3200 3500—3300 3400—3100 2600—2500
近红外、中红外、远红外区域。
概述
红外谱图的表示法
样品的红外吸收曲线称为红外吸收光谱，多用百分透射比与波数或百分透
射比与波长曲线来描述。
纵坐标为吸收强度，横坐标为波长λ （μm）和波数1/λ，单位：cm-1
有机化合物的结构解析；定性（基团的特征吸收频率）；定量（特征峰的强度）
红外光谱法原理 红外吸收光谱产生的条件
C=O、C=C、C=N、NO2、苯环等的伸缩振动
1500~400cm-1
C－C、C－O、C－N、C－X等的伸缩振动及含氢基团的弯曲振动
• 基团特征频率区的特点和用途
• 吸收峰数目较少，但特征性强。不同化合物中的同种基团振动吸收 总是出现在一个比较窄的波数范围内。
• 主要用于确定官能团。
• 指纹区的特点和用途
振动形式
伸缩 伸缩 伸缩 伸缩 伸缩
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不同状态水的红外吸收频率（cm-1）
水的存在状态
游 吸 结 结 离 附 晶 构 水（H2O） 水（H2O） 水（nH2O） 水（羟基水OH） O—H伸缩 振动 3756 3435 3200-3250 3640
弯曲振动
1595 1630 1670-1685 1350-1260 1590-1690cm-
5、吸收谱带的强度
基态分子中的很小一部分，吸收某种频率的红 外光，产生振动的能级跃迁而处于激发态。跃迁过 程中激发态分子占总分子的百分数，称为跃迁几率， 谱带的强度即跃迁几率的量度。 红外光谱的吸收带强度是用于化合物定性分析 和定量分析的重要依据。
6、IR谱带强度的划分
摩尔吸光系数 谱带强度 表示符号
亚甲基
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。
变形振动（或弯曲振动）：基团键角发生周期变
化而键长不变的振动称为变形振动，弯曲振动又分 为面内和面外弯曲振动。
亚甲基 +、-分别表示垂直纸面向上和向下的运动
3、基本振动的理论数
每个原子在空间都可以沿着x、y、z轴方向运动， 如果分子由n 个原子组成，其运动自由度就有3n 个， 这3n个运动自由度中，包括3个分子整体平动自由度， 3个分子整体转动自由度，剩下的是分子的振动自由 度。
红外吸收光谱分 析与红外光谱仪
内容摘要
4.1.1 4.1.2 概述 红外吸收光谱基本原理
4.1.3
4.1.4
红外吸收光谱与分子结构关系
红外分光光度技术
4.1.5
红外吸收光谱法的应用
电磁波谱是将电磁波（电磁辐射）按波长（或频率、 或能量）顺序排列得到的。
不同波长的电磁波按照其波长范围分为不同的区 域，不同区域的电磁波，是由不同的机理的产生。
4000-2500cm-1为O-H、N-H、C-H的伸缩振动区。
2500-1900cm-1为叁键和累计双键区 1900-1200cm-1为双键伸缩振动区。
2、指纹区： 频率范围在1300-600cm-1区域的峰。 1800-1000cm-1区域主要是C-O、C-N等单键的伸缩振 动吸收及C—C单键骨架的振动。
谱图出现吸收峰：3000-3800cm-1, 1 说明可能含水!!
例2：CO2分子的振动自由度＝3×3－5＝4
2330cm-1
667cm-1
4、红外光谱图上的实际峰数 红外光谱图上的峰数≤基本振动理论数
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（4000400cm-1）以外； Ⅴ.吸收强度太弱，以致无法测定。
对于非线性分子振动自由度为3n－6；
对于线性分子，其振动自由度是3n－5。 每个振动自由度相应于红外光谱图上一个基频吸 收带。当△V =1时，0→ 1振动能级的跃迁，称 为基本振动频率或基频吸收带。
分子平动示意图
线性分子转动
非线性分子转动
例1：水分子的振动自由度＝3×3－6＝3
3300cm-1
1369cm-1
电磁波谱
其中，中红外区（2.5-25μm即4 000-400cm-1） 是研究和应用最多的区域，通常说的红外光谱就是指 中红外区的红外吸收光谱。
4.1.1
概 述
1.不同区域红外光的作用 （1）近红外区：0.78-2.5μm（12820-4000cm-1）， 主要用于研究分子中的O-H、N-H、C-H键的振动倍频 与组频。
4、影响基团频率位移的因素
影响基团频率位移的因素大致可分为内部因素 和外部因素。 1）外部因素 试样状态、测定条件的不同及溶剂极性的影响 等外部因素都会引起频率位移。一般气态时 C=O伸 缩振动频率最高，非极性溶剂的稀溶液次之，而液 态或固态的振动频率最低。 同一化合物的气态和液态光谱或固态光谱有较 大的差异，因此在查阅标准图谱时，要注意试样状 态及制样方法等。
>100
20~100 10~20 1~10 <1
非常强峰
强峰 中等强度峰 弱峰 非常弱峰
vsபைடு நூலகம்
s m w vw
4.1.3 红外吸收光谱与分子结构关系
1、基团频率区 红外光谱区可分成4000-1300cm-1和1300-400cm-1 两个区域。第一个区内的峰是由伸缩振动产生的吸 收带，常用于鉴定官能团。 基团频率区又可分为三个区域：
1000-650cm-1区域主要是C-H的弯曲振动吸收。其吸 收峰可用来确定化合物的顺反构型或苯环的取代类型。
烯烃的δ=C-H吸收谱带出现于1000-700cm-1
芳香环的δ=C-H振动吸收在900-650cm-1出现1-2个 强度相当大的谱带，它们的位置取决于苯环的取代类 型
3、重要化学键的特征吸收带小结
4.1.2
红外吸收光谱基本原理
1、产生红外吸收的条件 物质吸收红外辐射应满足两个条件： （1）辐射与物质之间有相互作用； （2）辐射光具有的能量与物质分子发生振 动跃迁时所需的能量相等； E振=0.05~1.0 eV >> E转=0.0001~0.05 eV
2、分子的振动的基本类型
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。 振动时键长发生 变化，键角不变。
（2）中红外区：2.5-25μm（4000-400cm-1），主要 用于研究大部分有机化合物的振动基频。
（3）远红外区：25-300μm（400-33cm-1），主要用 于研究分子的转动光谱及重原子成键的振动。
2、什么是红外吸收光谱？
红外吸收光谱又称为分子振动—转动光谱。 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，样品 中的分子吸收某些频率的辐射，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 与波数或波长关系的曲线，就得到红外光谱。
10 (cm ) (m)
1
4
3、典型的红外光谱图
T-λ曲线 → 前密后疏
T -σ曲线 → 前疏后密 横坐标可用波长λ 和波数σ表征。 纵坐标为百分透射 比T%。
常用的红外光谱术语 1.频峰：由基态跃迁到第一激发态，产生的强吸 收峰，称为基频峰(强度大)； 2.倍频峰：由基态直接跃迁到第二、第三等激发 态，而产生的弱吸收峰，称为倍频峰； 3.合频峰：两个基频峰频率相加而形成的峰;