红外光谱
红外光谱解析
10 （cm ） （m）
1
4
各种振动方式及能量
分子振动方式分为：
伸缩振动 -----对称伸缩振动 s ----反对称伸缩振动 as 弯曲振动 ----面内弯曲振动 ----剪式振动 s -----平面摇摆 -----面外弯曲振动- ----非平面摇摆 -----扭曲振动 按能量高低为： as >
的，只有在立体结构上互相靠近的基团之间才能产生F效应， 例如：
环己酮 4，4-二甲基环己酮 2-溴-环己酮 4，4-二甲基-2-溴-环己酮
C=O
1712
1712
1716
1728
-氯代丙酮的三个异构体的C=O 吸收频率不同
氢键效应
氢键使吸收峰向低波数位移，并使吸收强度加强，
例如： - 和-羟基蒽醌
二氧化碳的IR光谱
O=C=O
对称伸缩振动 不产生吸收峰
O=C=O
反对称伸缩振动 2349
O=C=O
面内弯曲振动 667
O=C=O
面外弯曲振动 667
因此O=C=O的 IR光谱只有2349 和 667/cm 二个吸收峰
二、IR光谱得到的结构信息
IR光谱表示法：
红外光谱产生的原理
红外光谱产生的原理红外光谱是一种常用的分析方法，它通过测量物质对红外辐射的吸收、散射或透射来确定物质的化学组成和结构。
红外光谱具有非破坏性、快速、高灵敏度、无污染等优点，因此在化学、生物、环境、食品等领域得到了广泛应用。
红外光谱的产生原理可以通过电磁辐射的能量变化来解释。
电磁辐射是由电场和磁场通过振荡产生的，其频率范围划分为不同的区域，其中包括红外区域。
红外光谱所使用的辐射主要来自于红外辐射源，该源产生的电磁辐射频率与分子或原子的振动频率相匹配。
分子或原子在红外辐射的作用下，会发生振动、转动和电子跃迁等过程。
其中，红外辐射主要引起分子或原子的振动。
分子振动是分子中原子相对于彼此的运动，包括拉伸、弯曲、扭转等运动模式。
不同的分子或原子具有不同的振动频率和形式，因此在红外光谱图中呈现出不同的吸收峰。
分子或原子的振动能量与红外光谱中的光子能量相匹配，当振动频率与红外辐射频率相同或相近时，分子或原子可以吸收红外光子的能量，从而产生光谱吸收峰。
吸收峰的强度与物质中特定键的吸收强度成正比，通过测量光谱吸收峰的强度可以获取物质中特定官能团的存在和浓度。
红外光谱的产生涉及到一系列的光学元件，包括红外光源、样品室、光学分析仪器等。
红外光源主要用于产生红外辐射，常用的光源包括热电偶、半导体激光器、四极管等。
样品室则用于容纳样品，并提供适当的环境条件，以确保测量的准确性和可靠性。
光学分析仪器是红外光谱的核心部分，它包括光学元件和光学检测器。
光学元件用于对红外辐射进行分光和聚焦，以分离出各个波长的光子，并准确地聚焦到检测器上。
光学检测器则将光子转化为电信号，通过电子学处理和数据转换，最终得到红外光谱图。
红外光谱的测量方法有很多种类，包括红外吸收光谱、红外发射光谱、红外散射光谱等。
每种方法都有其特定的应用范围和优缺点。
总之，红外光谱的产生是通过物质吸收红外辐射能量而引起的，通过测量物质对红外光的吸收特征可以得知物质的化学组成和结构信息。
红外光谱
不明显
醇、酚、醚
C-O RNH2 R2NH
胺
特征峰
类别 醛、酮
键和官能团
C=O R-CHO C=O
拉
1750-1680 2720
伸 (cm-1)
说
明
上的氢） （C=O上的氢） 上的氢
与CH3和CH2容易区分 和 容易区分
羧酸 OH 酰卤 酸酐 酯 酰胺 腈 C=O C=O C=O; C-O-C C=O NH2 C≡N ≡
２、必须能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外 必须能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外 偶极矩变化 吸收光谱 偶极矩变化与原子电负性、 偶极矩变化与原子电负性、振动类型以及分子 的对称性有关。 的对称性有关。
H2、O2、N2 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。 电荷分布均匀，振动不能引起红外吸收。 C≡C
3、影响吸收峰减少的因素 、 （１） （２） （３） 偶极矩不发生变化的， 偶极矩不发生变化的，没有红外吸收 发生峰的简并 吸收峰在中红外区外
（４） 吸收强度太弱 （５） 强峰对弱峰的覆盖
三、分子的振动类型 (1) ) 伸缩振动： 伸缩振动：
沿轴振动，只改变键长，不改变键角
C
称 缩 动 对 伸 振 (νs) -1 (2853 cm )
二、分子振动 1、双原子分子振动为近似的简谐振动 、双原子分子振动为近似 近似的简谐振动 简正振动：反映的是某一化学键的键长和键角变化， 简正振动：反映的是某一化学键的键长和键角变化， 吸收频率为化学键的特征吸收峰。 吸收频率为化学键的特征吸收峰。 光谱选律为 双原子分子可产生 红外吸收峰 ∆ν ＝±１ 的振动。 ∆ν ＝ ± ３的振动。 ∆ν ＝ ± 1 的跃迁所产生的吸收 ∆ν ＝ ± 2 的跃迁所产生的吸收 ∆ν ＝ ± ２或
红外光谱(最全-最详细明了)
1. 收集谱图数据
通过红外光谱仪获取样品的光 谱数据。
3. 峰识别与标记
识别谱图中的特征峰，并对其 进行标记。
5. 结果输出
得出样品成分的红外光谱解析 结果。
谱图解析技巧
1. 峰归属参考
查阅相关资料，了解常见官能团或分子结构 的红外光谱峰归属。
3. 多谱图比对
将待测样品谱图与标准样品谱图进行比对， 提高解析准确性。
红外光谱与其他谱学的联用技术
红外光谱与拉曼光谱联用
拉曼光谱可以提供分子振动信息，与红外光 谱结合，可更全面地解析分子结构和化学组 成。
红外光谱与核磁共振谱联用
核磁共振谱可以提供分子内部结构的详细信息，与 红外光谱结合，有助于深入理解分子结构和化学键 。
红外光谱与质谱联用
质谱可以提供分子质量和结构信息，与红外 光谱结合，有助于对复杂化合物进行鉴定和 分析。
红外光谱在大数据与人工智能领域的应用
红外光谱数据的处理与分析
利用大数据技术对大量红外光谱数据进行处理、分析和挖掘，提取有用的化学和物理信息 。
人工智能在红外光谱中的应用
利用人工智能技术对红外光谱数据进行模式识别和预测，提高红外光谱的解析能力和应用 范围。
红外光谱数据库的建立与完善
建立和完善红外光谱数据库，为科研和工业界提供方便、快捷的红外光谱查询和服务。
分子振动与转动能级
1 2
分子振动
分子中的原子或分子的振动，产生振动能级间的 跃迁。
转动能级
分子整体的转动，产生转动能级间的跃迁。
3
振动与转动能级间的耦合
某些特定的振动模式会导致分子的转动能级发生 跃迁。
红外光谱的吸收峰与跃迁类型
吸收峰
由于分子振动或转动能级间的跃迁，导致光谱上出现暗线或 暗带。
红外光谱(ir、傅立叶)
红外光谱(ir、傅立叶)红外光谱（Infrared Spectroscopy）是一种常见的分析技术，可以用来研究物质的分子结构和化学键。
它主要通过测量物质对红外光的吸收来揭示分子内原子间晶格振动的信息。
傅立叶变换红外光谱是一种建立在红外光谱基础上的数据处理方法，通过傅立叶变换将时间域信号转换为频率域信号，可以简化和提高数据处理的效率。
红外光谱技术广泛应用于化学、生物、材料科学等领域，成为分析样品结构的常见手段。
其原理基于分子中原子之间的振动，当分子受到特定的红外辐射时，分子将吸收特定的红外光的能量，从而让分子中的原子发生振动。
这种振动能够在红外区域形成特定的振动谱带，称为谱指纹。
每种物质的红外吸收谱带独特，可以用来鉴定化学成分和判断分子结构。
红外光谱仪是用来测量样品的红外光谱的仪器。
红外光谱仪主要包括光源、样品室、光学系统、检测器和数据处理装置等几个部分。
光源通常采用弧光灯或红外激光器，样品室是一个密封的狭缝，样品被放置在狭缝中以使红外光能够通过它。
光学系统通过选取和分离光束，将红外光聚焦到样品上，并且将样品上的红外光传输到检测器上。
检测器是用来测量红外光强度的设备，可以将光信号转换为电信号。
而数据处理装置则用来处理检测器输出的电信号，转换为红外光谱图。
红外光谱图通常是以波数为横坐标，吸收强度（或吸收率）为纵坐标。
波数的单位一般是cm-1，它是光波的频率和振动的周期之间的倒数。
红外光谱图包含了一系列吸收带，每个吸收带对应着分子不同振动。
红外吸收带的位置和强度与分子结构有关，可以用来推测不同官能团的存在和化学键的性质。
例如，C-H键通常在3000-2850 cm-1范围内吸收，而C=O键则在1800-1600 cm-1范围内吸收。
通过比较待测物质的红外光谱与参考谱图或数据库中的标准谱图，可以对待测物质的结构和成分进行初步判断和鉴定。
傅立叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，简称FTIR）是红外光谱的一种常用技术。
红外光谱计算公式
红外光谱计算公式红外光谱是一种用于研究物质结构和特性的重要分析方法。
它通过检测物质对红外辐射的吸收或散射来确定物质的分子组成、化学结构和功能基团等信息。
红外光谱计算公式可以帮助解释红外光谱的吸收带和峰值位置，进一步了解物质的性质。
1.波数和波长的换算关系光谱中所用的波数和波长之间存在一定的换算关系，常用的换算公式为：波长(λ)=c/波数（ν）其中，λ表示波长，ν表示波数，c为光速。
2.峰值强度的计算红外光谱中吸收峰的强度通常用吸收峰的阿贝尔吸收系数计算。
阿贝尔吸收系数与吸收能级大小和浓度成正比。
一般情况下，峰值强度与阿贝尔吸收系数呈线性关系。
3.波数和振动模式的关系红外光谱可以提供物质的分子振动信息。
不同的振动模式对应特定的波数范围。
例如：- C-H伸缩振动的波数范围为2850-3000 cm^-1- C=O伸缩振动的波数范围为1630-1850 cm^-1- N-H伸缩振动的波数范围为3200-3600 cm^-14.化学官能团和峰位的关系红外光谱中的吸收峰位可以与特定的化学官能团相关联。
通过对红外光谱的解析，可以确定物质中存在的化学官能团。
例如，瞬时电偶极矩较大的双键会导致吸收峰位置向高波数方向移动。
5.标准物质和未知物质的比较红外光谱通常会与已知化合物的光谱进行比较，以确定物质的成分。
比较时，需要注意相同官能团或化学键所对应的吸收峰的位置和强度。
如果未知物质的红外光谱与其中一种标准物质的光谱非常接近，可以确定未知物质与标准物质的化学结构相似。
总的来说，红外光谱计算公式主要涉及波数与波长的换算、峰值强度的计算、波数与振动模式的关系、化学官能团与峰位的关系以及未知物质的比较等方面。
通过运用这些计算公式，可以准确解读红外光谱，深入了解物质的结构和特性。
红外光谱计算公式的应用广泛，对于化学、材料科学、生物医药等领域的研究有着重要意义。
红外光谱
Bionanotextile
红外光谱的功能 (2)
定量分析：红外光谱适用于一些异构体和 特殊体系的定量分析，它们的红外光谱尤 其是指纹区的光谱各有特征，因此可利用 各自特征吸收峰的强度定量。 鉴定无机化合物：不要认为红外光谱只能 鉴定有机物，它也是鉴定无机物很好的手 段之一，例如络合物的研究，地矿科学的 研究也普遍采用红外光谱。
Bionanotextile
分子振动
双原子分子中原子是通过化学键联结起来的， 可以把两个原子看成是两个小球，把化学键 看作质量可以忽略不计的弹簧。它们在平衡 位置附近作简谐振动。
双原子分子振动示意图 A—平衡状态；B—伸展状态
Bionanotextile
基团特征频率
根据虎克定律双原子分子的频率公式为：
红外光谱
概述
红外光谱具有测定方法简便、迅速、所需 试样量少，得到的信息量大的优点，而且 仪器价格比核磁共振谱和质谱便宜，因此 红外光谱在结构分析中得到广泛的应用。 红外光谱主要用于有机和无机物的定性和 定量分析，其应用领域十分广泛：如石油 化工、高聚物(塑料、橡胶、合成纤维)、 纺织、农药、医药、环境监H H
对称伸缩 3650 cm-1
非对称伸缩 3760 cm-1
剪式弯曲 1595 cm-1
Bionanotextile
官能团的特征吸收频率 (1)
4000~1500cm-1范围称为官能团特征区，为基团和 化学键的特征频率(基频)，特征区的信息对结构 鉴定是很重要的。 1500~400cm-1 范围称为指纹区，主要是单键伸缩 振动和X-H的变形振动频率。 各种单键的特征峰和X-H变形振动的特征峰互相 重叠干扰，因此1500~400cm-1 范围内出现的吸收 谱带是不特征的。但它对分子结构的变化十分敏 感，就像人的指纹一样，两个化合物的指纹区光 谱不会完全相同。两个结构相近的化合物特征区 的光谱可能大同小异。但只要结构上有细微的差 异，就会引起指纹区光谱的显著改变。所以指纹 区的信息对结构鉴定也同样重要。
红外光谱技术的原理与应用
红外光谱技术的原理与应用近年来，红外光谱技术因其在分析领域中的广泛应用而备受瞩目。
它是一种非破坏性的分析技术，能够准确地确定目标物质的分子结构和功能组成。
本文将介绍红外光谱技术的原理、基础知识和应用。
一、红外光谱技术的原理红外光谱技术是一种利用物质对红外辐射的吸收和发射谱线进行分析的技术。
红外辐射可以被物质中的化学键吸收或发射，这些化学键的振动和转动运动产生了特定的谱线，对应于物质的分子结构。
红外光谱图展示了分子内各个化学键的谱线，可用于确定样品中不同分子的存在和浓度。
二、基础知识：红外光谱图的读取红外光谱图由x轴和y轴组成。
x轴表示波数（单位为cm-1），而y轴则表示对应波数下吸收带的相对强度。
红外光谱图的预处理非常重要。
为了获得最佳效果，我们需要对光谱图进行基线校正、去除噪声、调整基于吸收线强度等组合过程的光谱数据。
在光谱图上，各吸收带也需要进行标记和解释。
三、红外光谱技术的应用1. 化学分析红外光谱技术可以用于分析有机化合物的结构和组成。
化学家们可以用红外光谱图来检测样品中特定的化学键，以及确定这些化学键的类型和位置。
这项技术对于药物合成、有机化学和聚合物工程等领域的研究非常重要。
2. 食品安全红外光谱技术可以用于检测食品中的有害物质和营养成分。
例如，它可以用于测量食品中各种脂肪、糖类和蛋白质的含量。
此外，红外光谱技术还可以分析食品中的添加剂和农药残留情况。
3. 医学诊断红外光谱技术对于疾病的早期诊断和治疗也具有很大的帮助作用。
例如，红外光谱技术可以用于分析血液样品中患者的代谢物质，以及检测特定疾病标志物的存在。
此外，它还可以用于研究不同组织和器官的结构和组成。
4. 环境监测红外光谱技术可以用于分析环境样品中的有害物质和化学物质。
例如，可以通过分析水体中的化学物质来确保其安全饮用。
它还可以测定大气中的污染物质和土壤中的重金属含量。
四、未来发展随着科技的进步和新技术的出现，红外光谱技术也在不断发展。
红外光谱
红外光谱法一、红外光谱1.1 简介各种物质对不同波长(或波数)红外辐射的吸收程度是不同的，因此当不同波长(或波数)的红外辐射依次照射到样品物质时，由于某些波长的辐射能被样品选择吸收而减弱于是形成红外吸收光谱。
通常用透过(或吸收)与波长(或波数)所作的红外吸收光谱曲线来表征各种物质的红外吸收光谱，简称红外图谱或红外谱图。
1.2红外光谱分析原理将一束不同波长的红外射线照射到物质的分子上，分子发生振动能级迁移，某些特定波长的红外射线被吸收，从而形成这一分子的红外吸收光谱。
每种分子都有其组成和结构决定的独有的红外吸收光谱，红外光谱分析可用于研究分子的结构和化学键，也可以作为表征和鉴别化学物种的方法。
红外光谱的范围很广，为0.75～1000μm(13300～10 cm-1)。
按应用波段不同，红外光谱划分为三个区域：a.近红外（NIR）区：0.75～2.5μm(13300～4000 cm-1)，b.中红外（MIR）区：2.5～25μm(4000～400 cm-1)．远红外（FIR）区25～1000 μm(400～10 cm-1)。
远红外光谱主要由小分子的转动能级跃迁产生的转动光谱。
此外还包括离子晶体、原子晶体和分子晶体产生的晶格振动光谱以及原子量较大或键力常数较小分子的振动光谱；中红外和近红外光谱是由分子振动能级跃迁产生的振动光谱。
在各类分子中只有简单的气体或气态分子才产生纯转动光谱，而对于大量复杂的气、液、固态物质分子主要产生振动光谱。
并且目前被广泛应用于化合物定性、定量和结构分析以及其他化学过程研究的红外吸收光谱，主要是波长处于中红外区的振动光谱。
在红外光谱分析中，2.5～15μm(4000～667 cm-1)的中红外区域是应用最广泛的光潜区。
其中2.5～7.5μm(4000～1330 cm-1)称为特征谱带区。
因为羟基、胺基、甲基、亚甲檗、各类羰基和羧酸盐基等官能团的特征吸收峰都出现在这区域，所以又称它为基团区；7.5～15μm(1330～667cm-1)称为指纹区，物质分子的红外吸收峰在这一区域特别多，像人的指纹一样稠密，又有一定的特征性，所以称它为指纹区。
红外光谱
06:51:17
1． X—H伸缩振动区（4000 cm-1 ）
（1）—O—H 3650 3200 cm-1 确定
2500
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，収生缔合作用，峰形较宽。 注意区分
—NH伸缩振动：
3500 3100 cm-1
06:51:17
—CH3 —CH2— —C—H
2960 cm-1 2870 cm-1 2930 cm-1 2850 2890 cm-1 cm-1
反对称伸缩振动 对称伸缩振动 对称伸缩振动 弱吸收
反对称伸缩振动
3000 cm-1 以 下
（3）丌饱和碳原子上的=C—H（ C—H ）
苯环上的C—H =C—H C—H 3030 cm-1 3010 2260 cm-1 3300 cm-1
3.峰形
不同基团的某一种振动形式可能会在同一频率范围内都有红外吸收， 如-OH、-NH的伸缩振动峰都在34003200 cm-1但二者峰形状有显著不同。 此时峰形的不同有助于官能团的鉴别。
红外光谱的最大特点是具有特征性，谱图 上的每个吸收峰代表了分子中某个基团的 特定振动形式。 定性分析 定量分析
(2) 试样中不应含有游离水。水本身有红外吸收，会严重
先用分馏、萃取、重结晶、区域熔融或色谱法进行分离提纯。
干扰样品谱，而且还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。
样品制备技术
(1) 固体样品的制备 a.压片法:
将 1~2mg 固 体 试 样 与 200mg 纯 KBr 研 细 混 合 ， 研 磨 到 粒 度 小 于 2μ m，在油压机上压成透明薄片，即可用于测定。
什么是红外光谱
什么是红外光谱
红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。
样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。
红外光谱与紫外光谱、质谱、核磁共振并称物质结构分析“四大谱”，是仪器分析中重要的分析手段之一。
通过与标准谱图比较，可以确定化合物的结构；对于未知样品，通过官能团、顺反异构、取代基位置、氢键结合以及络合物的形成等结构信息可以推测结构。
以上信息仅供参考，建议查阅专业书籍或咨询专业人士。
红外光谱图的两种表示方法
红外光谱图的两种表示方法红外光谱图是一种表明某种物质或物质组合中吸收和发射特殊波长光的光谱图，它通常用于形象地检测、分离、鉴别和分析物质。
由于它的灵敏度高、分析准确性强，红外光谱图广泛应用于食品、环境保护、分子鉴定、犯罪侦查和农药监测等领域。
红外光谱图一般有两种表示方法，即光谱谱图和拉曼谱图。
光谱谱图是按照物质的不同吸收波长，将红外光谱从短波长到长波长排成折线图，或将激发分子所产生的形成的红外光谱以及它的能量绘制成折线图。
折线图可以直接观察出激发分子所发射出的特定波长光的强度和特定物质的吸收波长，从而更容易识别物质的结构特性，做到定性识别。
大多数分析实验室都使用光谱谱图作为标准表示红外光谱图，因为它更易于量化分析、比较和识别。
拉曼谱图是通过拉曼光谱技术，将红外光谱折射率(R)和激发分子的能量(-E)绘制成三维曲线图。
拉曼谱图可以动态地观测激发分子的颗粒的结构特性和改变，从而更好地辨别不同分子。
它可以用于定性比较、定量分析和分离混合物中的某一物质，增强物质分析的准确性、灵敏度和效率。
光谱谱图和拉曼谱图都是常见的红外光谱图表示方法，两者各有优劣，一般采用它们结合使用更能发挥它们的优势，达到科学分析的最佳效果。
比如，可以通过光谱谱图定性分析物质，然后通过拉曼谱图进行定量分析；可以同时采用光谱谱图和拉曼谱图，进行比较研究，以判断某种物质是否存在；可以利用光谱谱图来获取横坐标的波长值，再将其和拉曼谱图的拉曼光谱值进行比较，以进一步确定物质组成，等等。
红外光谱图表示方法的不同，有利于改进实验室中红外光谱分析的灵敏度和准确性，为物质分析提供新的思路和方法。
所以，在实验室中，有关红外光谱图的表示方法，改进和发展将成为更加重要的研究课题。
红外光谱
定量分析方法示意图
二甲苯中邻、间和对位三种同分异构体的定量
二甲苯的工作曲线
不同产地赤芍的FT－IR指纹图谱对比分析
目的：寻找能够鉴别不同产地赤芍成分差异的新方法， 探讨赤芍道地性的形成原因 方法：利用傅利叶变换红外光谱仪测定不同产地的样品， 对所获得的指纹图谱进行特征峰指认和对比分析、结果 赤芍野生品与栽培品的红外吸收频率、吸收峰的相对强 度都存在比较大的差异、多伦赤芍（道地药材）的红外 吸收峰形状也有一定的特异性 结论：首次运用傅利叶变换红外光谱技术对不同产地芍 药根部的混合化学体系进行了全组分快速分析，为赤芍 道地商品的鉴别及质量控制提供了可靠的依据。
空间障碍
指分子中的大基团在空间的位阻作用，迫使邻近 基团间的键角变小成共轭体系之间单键键角偏转， 使基团的振动波数和峰形发生变化．
场效应
基团在空间的极化作用，常使伸缩振动能量增 加，弯曲振动能量减小．同分旋转异构体中同一 基团的吸收峰位置之所以不同，通常是场效应引 起的．例如1，2—二氯乙烷的反式和顺式
红外非活性振动
顺式二氯乙烯在1580cm－1处有双键振动的强吸收峰 反式二氯乙烯分子中的双键，由于分子振动前后的偶极 矩没有改变，此种双键在红外光谱中无吸收峰 3-甲基-1，2-丁二烯的红外光谱在2000－1925cm－1处有 丙二烯基团特征峰；四甲基丙二烯，由于分子对称，在 振动中无偶极矩变化而无此吸收峰
液态样品的制备
夹片法：压制两片空白KBr片，将液态样品滴入 一片上，盖上另一片夹紧，用于挥发性不大的液 态样品 涂片法：可涂在一空白片上测定，可用于粘度在 的液态样品 液体池法：将液态样品装入具有岩盐窗片的液体 池中测定。
红外光谱
这个能量范围的辐射，与大多 数分子中共价键的伸缩和弯曲振动 的频率相当。只有频率与分子的自 然震动频率相匹配的红外辐射才可 被吸收，吸收的能量被用于增大分 子中键的各种振动方式的振幅。
⑵即使红外辐射的频率与键 振动的自然频率恰好相配，该键 也不一定吸收。键必须是一个电 偶极，而且电偶极的改变要不等 于零。
⑵ 倍频峰
在红外吸收光谱上，除基频峰外，还有振动能 级由基态（n=0），跃迁至第二激发态（n=2），第 三激发态（n=3）……等，所产生的吸收峰称为第二 倍频峰，第三倍频峰……，或统称为倍频峰。由n=0 跃迁至n=2，则Δn=2，所以γL =2γ。所吸收的红外 光频率（γL）是基团基本振动频率（γ）的二倍，产 生的吸收峰就叫二倍频峰。同理，γL =3γ所产生的 吸收峰就叫三倍频峰。其他类推。 在倍频峰中，二倍频峰还比较强，三倍频峰以上， 因跃迁几率很小，一般均较弱，往往测不出来。
分光后又被利特罗 (littrow)反射镜 M13 反射而返回棱镜进行第二次分光。 经过分光，色散的光通过出射狭缝S1， S2 及反射镜M14 ，最后由轴对称旋转椭 球面反射镜Mi，聚焦于半导体辐射热电 接收器Tn上，把光讯号变为交流电讯号， 再由电子记录系统记录下来。
利用扫描马达通过凸轮转 动反射镜M13，使4000-650厘米1 的单色光陆续进人接收器，因 而可以把不同波段的光谱连续记 录下来，横坐标即为波数读数。
(1) 4000—2400厘米-1区：在这一 区域出现的基频吸收，都是由于带有氢 原子的基团振动所致。如3700—3100厘 米 -1 为NH及OH的伸展振动区,因此水、 醇、酚的羟基以及胺、酰胺的氨基都在 这个区域内有吸收。 我们把这一区域称做含氢基团的特 征频率区。
红外光谱
KK
1 1
m m m m
ν (cm )
-1
-1
C 2150
C
C 1650
C
C 1200
C
b、轨道中S成分越多，键的强度越大，吸收频率越高
ν (cm )
C__H sp 3300
C__H sp2 3100
C__H sp3 2900
1 K 1 c、原子的质量越大，振动吸收频率越低。 m1 m2 2 m1 m2 2 __ __ __ -1 C H C C C O (cm ) 3000 1200 1100
C-H N-H O-H S-H
C=C C=O
C=N
六.各类有机物的红外吸收:
1.烷烃的红外吸收:
正辛烷
甲基: Vas=2960, Vs=2860,δas=1450, 亚甲基: Vas=2930, Vs=2850, δas=1450 4个以上亚甲基: δs =720(cm-1)
δs =1380
2.烯烃的红外吸收
6 9 0 c m-1 6 9 0 c m-1 C＝C H C＝C H
2
2-甲基-1-丙烯
(E)-2-己烯
(Z)-3-己烯
3.炔烃的红外吸收:
1-己炔
C H 伸缩振动 3300
C C 伸缩振动 2100
C H 弯曲振动 630
2-己炔
HC
CCH2CH2CH2CH2CH2CH3
CH3C
CCH2CH2CH2CH2CH3
H H2 N ， O 2 к Ó ìÍ âÎ üÕ Ê
CH3-CH2-C C-H Ð ÓÍ 箭头表示振动方向 O C O Þ Î ì º â ü Î CH -CH -C 3 2 âÎ Í üÊ Õ
光谱的红外区域
光谱的红外区域
光谱的红外区域是指位于可见光红色端之外的那部分光谱。
红外辐射在光谱中的位置紧跟在可见光的红色之后，因此被称为“红外”（即“红色之外”）。
红外光谱的特点和应用包括：
1.波长范围：红外区域的波长一般在大约700纳米
（nm）到1毫米（mm）之间。
这个范围被进一步划
分为近红外（约700 nm至2,500 nm）、中红外（约
2,500 nm至50,000 nm）和远红外（约50,000 nm
至1 mm）。
2.热辐射：红外辐射通常与热相关联。
物体发出的红
外辐射强度取决于其温度，因此红外技术常用于热
成像和温度测量。
3.分子振动和旋转：红外辐射能够引起分子的振动和
旋转，因此在化学中，红外光谱学是用来识别和分
析化合物的重要手段。
通过分析样品吸收红外辐射
的特定波长，可以确定其化学结构。
4.遥感应用：红外遥感技术广泛应用于地球科学和天
文学。
它可以用于观测地表温度、植被状态、云层
和大气成分，以及探测宇宙中的天体。
5.通信技术：近红外波段常用于光纤通信，因为在这
个波段光纤的损耗较低，有利于长距离传输。
6.生物医学应用：红外光谱也在生物医学领域有应
用，例如在组织成像和生物分子分析中。
7.安全检测：红外辐射用于安全和监控应用，例如夜
视设备和热成像相机，可以在无光或低光条件下进
行监控。
红外光谱的这些特性使其成为科学研究、工业应用和日常生活中的一个重要工具。
红外光谱的范围
红外光谱的范围红外光谱，也被称为傅立叶变换红外光谱（FTIR），是一种广泛应用在化学、物理、生物等领域的分析技术。
它通过测量分子对不同波长的红外辐射的吸收情况，来获取样品中各种化合物的信息。
一、红外光谱的基本原理红外光谱的工作原理基于分子振动理论。
当一个分子受到红外光照射时，如果入射光的能量与分子内部某些特定振动模式的能量相匹配，就会发生共振吸收，从而导致光强的下降。
这个过程就像音叉在接收到与其固有频率相同的声波时会产生共振一样。
根据所吸收的红外光的波长和强度，可以推断出分子中存在哪些化学键以及它们的相对强度。
二、红外光谱的范围红外光谱通常被分为三个区域：近红外区（NIR）、中红外区（MIR）和远红外区（FIR）。
这三个区域分别对应着不同的光子能量和分子振动类型。
1. 近红外区（NIR）：近红外区的波长范围大约为780-2500纳米（对应频率为12825-4000厘米^-1），主要包含分子的非谐振性振动和电子跃迁。
在这个范围内，由于吸收较弱，主要用于测定样品的水分、脂肪、蛋白质、糖类等大分子物质的含量。
2. 中红外区（MIR）：中红外区是红外光谱的主要工作区域，其波长范围约为2.5-25微米（对应频率为4000-400厘米^-1）。
在这个范围内，大多数有机化合物的化学键都能产生特征吸收峰，因此常用于定性和定量分析。
3. 远红外区（FIR）：远红外区的波长范围约为25-1000微米（对应频率为400-10厘米^-1），主要涉及分子的整体旋转和低频振动。
这一区域的吸收信息对于研究晶格振动、热性能、晶体结构等方面具有重要意义。
三、红外光谱的应用红外光谱在各个领域都有广泛的应用。
例如，在化学工业中，它可以用于鉴定未知化合物、监控生产过程；在环境科学中，可用于检测大气污染物、水质监测等；在生物学中，可用于研究生物大分子如蛋白质、核酸的结构和功能；在材料科学中，可用于研究新型材料的性质和结构等。
红外光谱
13
水分子——非线性分子
f 3 3 6 3
1 as 3756 cm OH 1 s 3652 cm OH
OH 1595cm 1
14
CO2分子 ——线性分子
f 3 3 5 4
S CO 1388 as CO 2349 CO 667 CO 667
三、红外光谱的吸收强度
四、红外吸收强度及其表示符号
摩尔消光系数(ε)
＞200 75~200 25~75 5~25
强度
很强 强 中等 弱
符号
VS S M W
0~5
很弱
VW
分子振动
一、红外光谱产生的第一个条件
•
当一束具有连续波长的红外光通过物质，物质分 子中某个基团的振动频率或转动频率和红外光的 频率一样时，分子就吸收能量由原来的基态振(转 动能级跃迁到能量较高的振(转)动能级，分子吸收 红外辐射后发生振动和转动能级的跃迁，该处波 长的光就被物质吸收。所以，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。将分子吸收红外光的情况用仪器记录下 来，就得到红外光谱图。红外光谱图通常用波长 (λ)或波数(σ)为横坐标，表示吸收峰的位置，用透 光率(T%)或者吸光度(A)为纵坐标，表示吸收强度
23
第三节
红外分光光谱仪与制样
一、 傅立叶变换红外吸收光谱仪（FT-IR）
光源
迈克尔逊干涉仪
吸收池
干涉图 检测器
傅里叶变换
红外吸收光谱 图
数据处理 仪器控制
二、制样方法
(1) 气体样品: 气态样品 可在玻璃气槽内进行测定， 它的两端粘有红外透光的NaCl或KBr窗片。先将气槽抽 真空，再将试样注入。 (2) 液体和溶液样品(液体池)：液体样品可滴在可
红外光谱
某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型 力常数 峰 位
ห้องสมุดไป่ตู้
－CC－>－C =C－>－C－C－ 15 17 4.5 m 9.5 9.9 6.0 m 4.5 5.6 7.0 m
化学键越强（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。
2. 非谐振子
（1）没有偶极矩变化的振动Δμ=0，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； （4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。
产生红外吸收是有条件的.
例如：线性分子CO2，理论上计算其基本振动数为？ 但在红外图谱上，只出现2个基频吸收峰。 具体振动形式：
其所在的位臵一般又称为特征吸收峰。
例：
2800 3000 cm-1
－CH3
特征峰
特征峰
1600 1850 cm-1 －C=O
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）
基频峰的峰位等于分子的振动频率 基频峰强度大——是红外主要吸收峰
X－H伸缩振动区（X=O，N，C，S）；
三键，累积双键伸缩振动区； 双键伸缩振动区；
(4) 1650 1350 cm-1
X－H弯曲振动区。
(1) X－H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ） a. －O－H 3650 3200 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；
比较内容 光谱产生
红外吸收光谱 分子的振动和转动能级的跃迁
红外光谱
例：某化合物分子式为C12H24O2，推测结构。
14
解 ：
不饱和度
=
1
+
12
+
1 2
×(0 - 24) = 1
由最强的吸收峰1703 cm-1知此化合物含羰基，与不饱
பைடு நூலகம்
和度为1吻合；
2920 cm-1、2851cm-1处吸收很强，而2956 cm-1、2866
cm-1处吸收较弱，说明-CH2-的数目多于-CH3的数目； 在723cm-1处（相当于720cm-1处）有吸收峰，证明有长
770~735cm-1
810~750cm-1 710~690cm-1 833~810cm-1
尖、强 一取代
强 二取代（邻位）
强 二取代（间位） 中 强 二取代（对位）
10
红外谱图解析
1. 观察特征频率区，找出特征吸收峰，判断苯环、双 键、羰基、三键、羟基、胺基等官能团，以确定所 属化合物的类型。
2. 观察指纹区，进一步确定基团的结合方式。指纹区 对用已知物鉴别未知物十分有用。
主要是：C－C、C－N、C－O等单 键和各种弯曲振动的吸收峰，其特 点是谱带密集、难以辨认。
3
各主要官能团红外光谱的特征吸收峰频率
4000cm-1
650cm-1
3600-3200 NH, OH d, br, s
3300
CC H
strong
2700 -CHO double
2960-2850 -C-H strong
5
-NH2： 与 –OH 相似，游离的 –NH2 在 3300~3500 cm-1，缔合
后吸收峰的位置会降低 100 cm-1，这里要区别几种不同的胺 ： ①伯胺有两个吸收峰，原因在–NH2有两个N-H键，振动有 对称和非对称两种伸缩振动，所以与–OH区别较大，吸收 强度比–OH弱； ②仲胺只有一种振动，吸收峰比 –OH 要尖锐； ③叔胺因 N 上无 H ，所以在此区域无吸收。
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一、键力常数(K)和成键原子的折合质量()的 影响
一些化学键键力常数和伸缩振动波数的近似值：
H － F 9.7, 4000 H－Cl 4.8, 2890 H－Br 4.1, 2650 H－I 2310 3.2, H－O 7.7, 3600 H－N 6.4, 3400 H － S 4.3, 2570 H － 2150 Si H－C≡ 5.9, C≡N 3300 2240 H － C ＝ 5.1, 3100 H － C － 4.8, 2900 18,
(注意：2850cm1谱带可能作为强的饱和C―H伸
缩振动的肩峰，若出现2720峰，结合νC＝O相关
峰, 可判断―CHO基存在。)
苯甲醛的IR谱如下：
二、第II峰区（2500~1900）
C≡C、C≡N
X＝Y＝Z
B―H、S―H、Si―H、P―H
C≡C 2300~2100cm1
R―C≡C―R R―C≡C―H 对称 △µ =0
cm1
例:
CH3COOC(CH3) ＝CH2
C＝O 1748 cm1, COOR 1200 cm1 C＝C 1667 cm1
O
1732cm1
OCH3
1636cm1
酰胺: R－CONH2
第Ⅰ峰区
酰胺Ⅰ带
3400~3200 cm1
C＝O + δNH2 1690~1640cm1 1600~1500cm1
1622 cm 1 ， δN－H + 环呼吸
NH2
四、第Ⅳ峰区： 1500~650 cm-1（指纹区）
O
C＝C 烯烃
1660~1500 ＝C－H
m or w 3100~3000cm1
C＝C
苯环
1660~1600cm1
1600±20cm-1， 1500±20cm1 2~3 条谱带
O
1732cm1
OCH3
1636cm1
硝基化合物（－NO2）
1600~1300 cm1，双峰s.b
由度。
由N个原子分子组成的线形分子，共有 (3N – 5)
个振动自由度。如CO2，SO2分子，有4个振动自由 度。
3. 振动方式与谱带
伸缩振动：反对称伸缩振动，对称伸缩振动
弯曲振动：
面内弯曲振动
面外弯曲振动 - 非平面 摇摆振动，卷曲振动。
水分子的振动：
as
3756 cm
-1
s
3657 cm
r re
x 1
x 2
双原子分子振动时原子的位移
选律
红外活性振动：在振动过程中，只有偶极矩发生
改变的振动 （△μ≠ 0），才是红外活性振动。
对称伸缩振动
反对称伸缩振动 弯曲振动
2. 理论振动数
振动自由度
1个质点，三维坐标，3个平动自由度。 双原子分子：6个自由度（3个平动自由度，2个转动，1 个振动）。 三原子分子： 非线型三原子分子（H2O）, 9个自由度（3个平动自由度， 3个转动，3个振动）。 线型三原子分子（CO2, SO2）, 9 个自由度（3个平动自
酰胺Ⅱ带 δNH2 + C－N
酰胺Ⅲ带
C－N
1300~1200cm1
CH3OCH2CONH2的红外光谱图如下：
酸酐：
开链酸酐 as ~1850cm1 s s ~1780cm1 s– 开链酸酐 环酸酐 ~1830cm1 s– ~1770cm1 s 环酸酐
O
O
柠康酐 1 1 8 4 4 , 1 7 6 8 cm
C≡N
X＝Y＝Z Si―H B ―H P―H
N＝O
C＝C δNH2
C―N
C―C C―X 各类δ
一、第I峰区
3650 ~ 3100 ~ 3000 ~ 2500 cm1
O―H N―H ＝C―H ―C―H
≡C―H
O―H (醇、酚、羧酸类化合物)
醇与酚：O―H 游离: 缔合： ~3600 cm1 ~3300 cm1 宽
第五节 红外光谱的四大区
I~III峰区：特征区, Ⅳ峰区： 指纹区 Ⅰ Ⅱ III Ⅳ 3650 ~ 2500 ~ 1900 ~ 1500 ~ 600 cm1
3650 ~ 2500 ~ 1900 ~ 1500 ~ 600 cm1 O―H C≡C C＝O C―O
N－H
C―H ≡C―H ＝C ―H ―C ―H
~2500 cm1
例: Ph―SH
R―SH P―H Si―H Se―H
2550 cm1
2600~2500 cm1
2450~2280 cm1 2400―2100 cm1 ~2300 cm1
SH
三、第III峰区（1900~1500
C＝O （s）
1） cm
C＝C (m or w)
N＝O (s) δN―H (m or w)
羰基化合物
C＝O 均为强吸收 诱导效应导致C＝O双键性增强， C＝O高波数位移 π-π共轭导致C＝O双键性降低， C＝O低波数位移
酮:
R―CO―R ~1715 cm1，
R―CO―Ph ~1690 cm1
环酮:
环张力增加， C＝O高波数位移
E总= Et + Ev + Er + Ee
双原子分子能级示意图
第二节 红外光谱基本原理
谐振子的振动频率
根据Hooke定律, 谐振子的振动频率 是键力
常数k和原子折合质量 的函数，
m1 m2 m1 m2
=
k
1 2
k
波数(cm–1)
=
1 2c
双原子分子的振动 经典力学的谐振子模型研究
仲胺（―NH―） ~3400 cm-1 w 游离, 缔合
酰胺 R―CONH2 3400~3100 cm-1
2-甲氧基乙酰胺的红外光谱图如下
O O NH2
铵盐 ： 3000~2250 cm-1， s.b.
类似于COOH，但波数更低。
氨基酸：（内盐形式）， IR谱类似于铵盐与 羧酸盐的叠合 (注意：胺与铵盐的区别、酰胺与胺 的区别，羧酸与氨基酸的区别) 。
C―H 伸缩振动
3300
~
3100
~
＝C―H
3000
~
C―H
2500cm-1
≡C―H
炔烃：≡C―H ~3300 s. 尖
―C≡C― 无≡C―H吸收
例如：H―C≡C―CH2―OH
(O―H s.b ， C≡C ~2200）
烯氢、芳氢 ： ＝C―H
＝C―H Ar―H 3100~3000 cm-1 m or w （注意： COOH、缔合OH、酰胺等可能掩盖， 环丙烷~3060cm-1，干扰）
红外与拉曼光谱
(Infrared and Raman Spectra, IR and Raman)
第一节
红外光谱概述
分子运动能
分子电子能级（S0, S1, S2, ….）
分子振动能级（V0 , V1 , V2….）
分子转动能级（J0 , J1 , J2….）
分子运动能：平动、振动、转动、电子运动
振动偶合带 Vibrational coupling tone
费米共振带 Fermiresonance tone
第三节 红外光谱仪及实验方法
红外光谱仪
试样的制备
第四节 影响振动频率的因素
外因: 测试条件，样品浓度 内因:（分子结构因素）
分子内部结构因素
键力常数(K)和折合质量()的影响 电子效应的影响 (诱导效应, 共轭效应) 场效应 空间效应 跨环效应
C≡C 15.6, 2200 C ＝ O 12, 1700 C＝ C 9.6, 1600
二、电子效应的影响
电子效应是通过成键电子起作用的。诱导和
共轭都会导致成键原子间电子云分布发生改变。
诱导效应(Induction effect, I)：推电子效应（+I）， 导致羰基的成键电子云移向氧原子（更加偏离几何中 心），使羰基的双键性降低。拉电子效应（I）的影 响相反，使羰基的成键电子云更加接近几何中心，导 致羰基的双键性增强。
乙醇（不同浓度）的部分IR谱
对甲基苯酚的IR谱
羧酸类:
O―H 二聚体： ~3000cm1 宽、散
（注意：醇、酚、羧酸类化合物 的区别）
CH3COOH
N―H：
伯胺、仲胺、酰胺、铵盐类化合物
NH缔合程度较OH小, N―H谱带较νO―H 尖
伯胺（―NH2） 3500~3300 cm-1, 2~3条 m, as，s
H―C≡C―CH2OH C≡C
2120 w, 尖
≡C―H 3300 s, 尖
例如:
3300 s 尖，2100 m, 与极性基团连接， 吸收强度增加。
1-正庚炔的红外光谱
C≡N
R―C≡N Ar―C≡N
2300 ~ 2200cm1
2250~2240 cm1 m 或 w 2240~2200 c m1 m 或 s 2260 cm1 m, 尖
共轭效应 (Conjugation effect, C)：共轭效应通过 π-键电子传递，导致双键的极性增强，双键性降
低。有π-π共轭和 p-π共轭。ห้องสมุดไป่ตู้
三、场效应（Field effect, F)
原子或基团间不是通过化学键，而是它们的
静电场通过空间相互作用。
O O O
Br Br
1725cm 1
1730cm
COOH ~3000 s.b
C＝O ~1760 cm1 （游离）, ~1720 cm1（缔合）
Ph(或C＝C)COOH
C＝O低波数位移
C＝O, 1697 cm1