红外光谱原理及解析讲解
红外光谱基本原理课件
红外光谱仪的性能指标
波长范围
表示仪器能够测量的红外 光波长范围，常用的波长 范围有近红外、中红外和 远红外。
分辨率
表示仪器能够分辨的最小 波长差，分辨率越高，仪 器性能越好。
信噪比
表示仪器输出信号与噪声 的比值，信噪比越高，仪 器性能越好。
扫描速度
表示仪器完成一次光谱扫 描所需的时间，扫描速度 越快，仪器性能越好。
谱带形状
不同化学键或基团的红外 光谱谱带形状也不同，谱 带形状与分子内部的对称 性和振动模式有关。
02
红外光谱仪器
红外光谱仪的基本构造
光源
发射一定波长的红外 光，常用光源有碘钨 灯和溴钨灯。
干涉仪
将光源发出的红外光 变成干涉光，常用的 干涉仪有迈克尔逊干 涉仪和马赫-曾德尔干 涉仪。
检测器
检测干涉光的强度， 常用的检测器有热电 堆检测器和量子化能 检测器。
在生物学中的应用
生物大分子结构研究
红外光谱可以用于研究蛋白质、核酸等生物大分子的结构和构象 变化。
生物活性物质分析
红外光谱可以用于分析生过红外光谱研究药物与靶点分子间的相互作用，有助于药物设计 和筛选过程的优化。
在环境科学中的应用
有机污染物分析
红外光谱可以用于检测和鉴定水 体、土壤等环境样品中的有机污
染物，如农药、石油烃等。
气体分析
红外光谱可以用于分析大气中的气 体成分，如二氧化碳、甲烷等，有 助于监测和评估大气环境质量。
地质样品分析
红外光谱可以用于分析岩石、矿物 等地质样品，通过分析其成分和结 构，有助于地质学研究和矿产资源 勘探。
04
数据处理系统
对检测器输出的信号 进行处理，计算出光 谱图。
有机化学基础知识点红外光谱的原理与应用
有机化学基础知识点红外光谱的原理与应用红外光谱是有机化学中一种常用的分析工具，它通过检测物质分子在红外区域（波长2.5-25微米）的吸收和发射光来获取有机物的结构信息。
本文将介绍红外光谱的原理以及它在有机化学中的应用。
一、红外光谱的原理红外光谱的原理基于物质分子的振动和转动。
在红外区域，分子发生振动和转动时会吸收特定波长的红外光线，产生红外光谱图。
红外光谱图中的吸收峰对应着物质分子中不同的振动模式。
红外光谱图常用两种单位表示：波数和波长。
波数是一个与波长倒数成正比的物理量，表示波长的倒数。
波数越大，波长越短。
在红外光谱图中，吸收峰的波数与分子中相应的振动模式有关。
二、红外光谱的应用红外光谱在有机化学中有广泛的应用。
下面将介绍红外光谱在有机合成、结构鉴定和质谱联用等方面的应用。
1. 有机合成：红外光谱可以用于有机合成反应的监测和鉴定。
通过监测反应物的消耗和产物的生成，可以确定反应的进行情况和产物的纯度。
此外，红外光谱还可以用于鉴定合成物的结构，通过比对红外光谱图上的吸收峰位置和强度，可以确定有机合成的产物是否与目标结构一致。
2. 结构鉴定：红外光谱是有机化学中常用的结构鉴定技术之一。
通过对不同分子的红外光谱进行比对，可以确定有机物的结构。
不同官能团在红外光谱图中有特定的吸收峰，通过分析吸收峰的位置和强度，可以确定有机物中存在的官能团。
此外，红外光谱还可以用于鉴定有机物的同分异构体。
3. 质谱联用：红外光谱和质谱可以联用，通过红外光谱与质谱技术的结合，可以获得更准确的结构信息。
质谱可以提供物质分子的分子量和碎片信息，而红外光谱可以提供物质分子的官能团信息。
二者相结合可以更准确地确定分子的结构。
三、红外光谱的局限性红外光谱在有机化学中有着广泛的应用，但也存在一些局限性。
首先，红外光谱对于某些类似结构的化合物鉴定会存在困难，因为它们的红外光谱图可能非常相似。
其次，红外光谱只适用于固态物质或液态物质，对于气体物质的分析有一定的限制。
红外光谱产生的原理及应用
红外光谱产生的原理及应用红外光谱产生的原理红外光谱是一种用于研究物质结构和性质的分析技术。
它基于红外辐射与物质相互作用产生的光谱现象。
红外辐射是电磁辐射的一部分，具有较长的波长。
在分析对象（样品）吸收红外光时，分子会发生振动或转动，并产生特征性的振动光谱。
这些振动光谱通过红外光谱仪来检测和记录。
红外光谱仪由光源、样品和探测器组成。
光源产生红外辐射，样品与红外辐射相互作用并发生光谱响应，而探测器则记录并分析这些响应。
红外光谱产生的原理可以简单概括为以下几个步骤：1.光源产生红外辐射：红外光谱仪中的光源产生红外辐射。
常见的光源包括硅灯（固体光源）和氨化镉灯（气体光源）。
2.红外辐射通过样品：红外辐射穿过待测样品，与样品内的化学键相互作用。
不同化学键对红外辐射的吸收、反射和透射表现出不同的光谱特征。
3.探测器接收光谱信号：红外辐射穿过样品后，到达探测器。
探测器会转换光信号为电信号，并对信号进行放大和处理。
4.记录和分析光谱数据：探测器输出的电信号会被记录下来，并通过计算机进行数据分析和处理。
常见的分析方法包括傅立叶变换红外光谱（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，简称FTIR）和散射红外光谱。
红外光谱的应用红外光谱在多个领域有着广泛的应用。
下面列举了一些主要的应用领域和相关的应用案例。
1. 化学分析•有机物质鉴定：通过对有机物质的红外吸收谱进行分析，可以确定其分子结构和化学组成。
•无机物质分析：红外光谱还可以用于无机物质的成分分析，如金属离子、矿石和无机固体材料等。
2. 环境监测•大气污染监测：红外光谱可以用于监测大气中的污染物，例如CO、CO₂、SO₂和NO₂等。
•水质检测：红外光谱技术可以用于监测水中的有机化合物、金属离子和污染物等。
3. 医药和生物科学•药物分析：红外光谱可以用于药物的质量控制和成分分析。
•蛋白质和核酸研究：红外光谱可以用于研究蛋白质和核酸的结构和构象变化。
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。
手把手教你红外光谱谱图解析
手把手教你红外光谱谱图解析一、红外光谱的原理[1]1. 原理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，是振-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，透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构2.红外光谱特点红外吸收只有振-转跃迁，能量低；除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；特征性强，可定性分析，红外光谱的波数位置、波峰数目及强度可以确定分子结构；定量分析；固、液、气态样均可，用量少，不破坏样品；分析速度快；与色谱联用定性功能强大。
3.分子中振动能级的基本振动形式红外光谱中存在两类基本振动形式：伸缩振动和弯曲振动。
图一伸缩振动图二弯曲振动二、解析红外光谱图1.振动自由度振动自由度是分子独立的振动数目。
N个原子组成分子，每个原子在空间上具有三个自由度，分子振动自由度F=3N-6(非线性分子)；F=3N-5(线性分子)。
为什么计算振动自由度很重要，因为它反映了吸收峰的数量，谱带简并或发生红外非活性振动使吸收峰的数量会少于振动自由度。
U=0→无双键或环状结构U=1→一个双键或一个环状结构U=2→两个双键，两个换，双键+环，一个三键U=4→分子中可能含有苯环U=5→分子中可能含一个苯环+一个双键2.红外光谱峰的类型基频峰：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，基频峰的峰位等于分子或者基团的振动频率，强度大，是红外的主要吸收峰。
泛频峰：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产生的吸收峰，此类峰强度弱，难辨认，却增加了光谱的特征性。
特征峰和指纹峰：特征峰是可用于鉴别官能团存在的吸收峰，对应于分子中某化学键或基团的振动形式，同一基团的振动频率总是出现在一定区域；而指纹区吸收峰特征性强，对分子结构的变化高度敏感，能够区分不同化合物结构上的微小差异。
如何进行红外光谱解析
如何进行红外光谱解析红外光谱解析是一种广泛应用于化学、生物、材料科学等领域的测试技术，通过分析物质在红外光波段的吸收和散射特性，可以获得物质的结构信息、成分组成以及其他相关性质。
本文将介绍红外光谱解析的基本原理、实验操作步骤以及数据分析方法，帮助读者了解如何进行红外光谱解析。
一、基本原理红外光谱解析的基本原理是物质分子在吸收红外光时，会发生振动和转动，并发生状态之间的转变。
这些振动和转动产生的谐振频率，与分子内部的键长、键角等结构参数有关，因此可以通过测量红外光谱图谱来了解物质的结构特征。
二、实验操作步骤1. 仪器准备：将红外光谱仪连接电源并打开。
根据待测物的性质，选择适当的样品盒（液态或固态）和检测模式（透射或反射）。
2. 样品处理：对于液态样品，取少量样品加入透射池中，移除气泡并将其密封；对于固态样品，将样品压制成片或粉碎并放置在反射盒中。
3. 启动仪器：根据仪器操作手册，进行光谱仪的启动和样品检测参数的设置。
4. 开始检测：点击仪器软件上的“开始”按钮，红外光谱仪开始发送红外光，并通过探测器接收返回的信号。
5. 数据采集：红外光谱仪会将接收到的信号转化为电信号，并通过数据采集软件记录下来。
采集过程通常需要数秒至数分钟。
6. 数据处理：获取红外光谱图谱后，使用特定的数据处理软件进行谱图展示和数据分析。
三、数据分析方法1. 谱图展示：使用数据处理软件将红外光谱图谱进行展示，在横轴上表示波数，纵轴表示吸收强度。
确保谱图的分辨率和信噪比足够高，以保证后续的数据分析准确性。
2. 峰值鉴定：根据谱图上的吸收峰，确定物质的各种官能团或键的存在。
通过比对已知物质的红外光谱数据库，寻找吸收峰的对应官能团或键。
3. 定量分析：利用谱图上的吸收峰的强度，可以进行物质的定量分析。
通过校正曲线或比色法等方法，计算物质的浓度或含量。
4. 结构确定：根据红外吸收峰的波数和强度，可以获得物质的结构信息。
通过对比不同官能团或键的红外吸收谱图，推测和确认物质的结构特征。
红外光谱知识点
红外光谱知识点一、红外光谱的基本原理。
1. 概念。
- 红外光谱（Infrared Spectroscopy，IR）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。
2. 分子振动类型。
- 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，又分为对称伸缩振动（νs）和不对称伸缩振动（νas）。
例如，对于亚甲基（-CH₂ -），对称伸缩振动时两个C - H键同时伸长或缩短；不对称伸缩振动时一个C - H键伸长，另一个缩短。
- 弯曲振动：又称变形振动，是使键角发生周期性变化而键长不变的振动。
它包括面内弯曲振动（如剪式振动δ、面内摇摆振动ρ）和面外弯曲振动（如面外摇摆振动ω、扭曲振动τ）等。
以水分子为例，H - O - H的键角可以发生弯曲变化。
3. 红外吸收的条件。
- 分子振动必须伴随偶极矩的变化。
具有对称中心的分子，如二氧化碳（O = C = O），其对称伸缩振动不产生偶极矩变化，所以在红外光谱中没有该振动的吸收峰；而不对称伸缩振动产生偶极矩变化，有吸收峰。
- 辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的能量相等。
根据E = hν（h为普朗克常量，ν为频率），只有当红外光的频率与分子振动频率相匹配时，才会发生吸收。
二、红外光谱仪及其工作原理。
1. 仪器类型。
- 色散型红外光谱仪：主要由光源、单色器、样品池、检测器和记录系统等部分组成。
光源产生的红外光经过单色器分光后，依次通过样品池和参比池，被样品吸收后的光强与参比光强比较，检测器检测光强的变化并转换为电信号，经记录系统得到红外光谱图。
- 傅里叶变换红外光谱仪（FT - IR）：基于迈克尔逊干涉仪原理。
光源发出的光经过干涉仪后变成干涉光，再照射到样品上，样品对干涉光有选择地吸收，含有样品信息的干涉光被检测器检测，经计算机进行傅里叶变换处理后得到红外光谱图。
它具有分辨率高、扫描速度快、光通量高等优点。
红外光谱检测分析机制
红外光谱检测分析机制1. 简介红外光谱是一种常用的光谱分析技术，通过检测和分析物质在红外波段的吸收、散射和反射现象，可以获取物质的结构和成分信息。
红外光谱检测广泛应用于化学、医药、环境监测等领域，并且具有非破坏性、快速、高灵敏度的优势。
本文将介绍红外光谱检测的基本原理及其分析机制。
2. 红外光谱检测原理红外光谱检测原理是基于物质在红外波段吸收特定波长的红外光的现象。
红外光谱仪通过向待测样品发射一束连续的宽频光源，经过样品后，检测并记录透射光谱。
然后将透射光谱和参考光谱进行比较，通过计算得出待测样品的光谱数据，进而对样品的成分和结构进行分析。
3. 红外光谱区域红外光谱通常被分为近红外光谱、中红外光谱和远红外光谱三个区域。
其中，近红外光谱区域波长范围在0.75-2.5微米，中红外光谱区域波长范围在2.5-25微米，远红外光谱区域波长范围在25-200微米。
不同红外光谱区域对应的物质吸收特征不同，因此在实际应用中，根据需要选择合适的红外光谱区域进行检测和分析。
4. 红外光谱检测的应用红外光谱检测广泛应用于各个领域，包括但不限于以下几个方面：(1) 化学领域红外光谱检测可以用于化学物质的定量和定性分析。
通过红外光谱检测，可以快速准确地确定物质的化学成分，判断物质是否为纯品或是混合物，以及分析物质的结构和功能团。
(2) 医药领域红外光谱检测在药物研发、药品质量控制和临床诊断中具有重要的应用价值。
通过红外光谱检测，可以对药物的纯度、含量、稳定性和溶解度等进行分析和监测，确保药物的质量和安全性。
(3) 环境监测红外光谱检测在环境监测中可以用于快速准确地检测和分析环境中的污染物。
例如，通过红外光谱检测可以检测空气中的有害气体，水中的有机物和无机物等，为环境污染治理提供科学依据。
5. 红外光谱检测的优势和挑战红外光谱检测具有以下优势：- 非破坏性：样品在红外光谱检测中不需要进行任何物理或化学处理，不会对样品造成损伤。
红外光谱分析全解课堂PPT
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图4-16是聚苯乙烯膜C—H伸缩振动吸收区分辨率与狭 缝宽度的关系。由于狭缝宽不仅分辨率降低，而且谱带形 状和强度也发生变化。
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2．测量准确度 指仪器记录的样品真实透过度的准确程度。影响测
由于检测器产生的信号很微小，因此，必须将信 号放大，才能记录成红外光谱。
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三、红外分光光度计的操作性能及影响因素
1．分辨率 分辨率是仪器的重要性能之一，它表示仪器分开
相邻光谱波数（或波长）的能力。普通红外分光光度 计的分辨率至少应为2cm-1或1cm-1，更精密的仪器， 如付里叶变换光谱仪的分辨率可达到0.1cm-1，甚至 更小。
振动光谱分类
定义： 所谓振动光谱是指物质由于吸收了能量而引
起其分子或原子内部基团振动的能量改变所产生 的光谱。 分类：
主要包括红外吸收光谱和激光拉曼光谱。 如果用的光源是红外光谱范围，即0.781000µm，就是红外吸收光谱。如果用的是强单色 光，例如激光，产生的是激光拉曼光谱。
1
第一节 红外光谱的基本原理
9
（5）谱带的划分：
10
11
高岭石{Al4[Si4O10](OH)8 }红外吸收光谱
透过率/%
80 70 60 50 40 30 20 10
0 -10
4000
3500
3000
2500
2000
波 数/cm-1
1500
1000
80 70 60 50 40 30 20 10 0 -10 500
12
三、红外光谱产生的原理
光源 单色器 检测器 电子放大器 记录系统
红外光谱详解课件
06
习题与思考题
基础概念题
题目1
简述红外光谱的基本原理
答案1
红外光谱是利用物质对红外光的吸收特性来研究物质分子结构和组成的一种方法。当红 外光与物质分子相互作用时，某些波长的光被吸收，形成特定的光谱图，通过分析这些
光谱图可以了解物质分子的振动和转动能级。
基础概念题
要点一
题目2
列举红外光谱中的主要吸收区域
要点二
答案2
红外光谱主要分为四个吸收区域，分别是近红外区（ 12500-4000 cm^-1）、中红外区（4000-400 cm^-1） 、远红外区（400-10 cm^-1）和超远红外区（10-5 cm^-1）。其中中红外区是研究分子振动和转动能级的主 要区域。
光谱解析题
题目3
根据给定的红外光谱图，分析可能的物质组 成
分子转动
02
分子除了振动外，还会发生转动，转动也会产生能量变化，从
而吸收特定波长的红外光。
分子振动和转动与红外光谱的关系
03
分子振动和转动产生的能量变化与红外光的能量相匹配时，光
子会被吸收，形成红外光谱。
分子振动与转动
振动模式
分子中的原子或分子的振动模式决定 了其吸收特定波长的红外光。不同化 学键或基团具有独特的振动模式，形 成了特征的红外光谱。
镜反射后相干叠加。
检测器
检测器用于检测干涉仪产生的相干 光束，将光信号转换为电信号。
光谱采集系统
光谱采集系统负责收集检测器输出 的电信号，并将其转换为光谱数据 。
傅里叶变换红外光谱技术
傅里叶变换
傅里叶变换是一种数学方法，用于将干涉图转换为光谱图 。通过傅里叶变换，可以获得样品的红外光谱。
分辨率
红外光谱分析
红外光谱分析红外光谱分析是一种重要的分析技术，广泛应用于化学、生物、材料等领域。
通过测量物质在红外光谱范围内的吸收和发射特性，可以得到物质分子的结构信息，实现物质的鉴定、定量分析和质量控制等目的。
本文将从红外光谱的基本原理、仪器设备、样品制备和数据解析等方面介绍红外光谱分析的相关知识。
一、基本原理红外光谱分析基于物质对红外辐射的吸收特性。
红外辐射是电磁波谱中的一部分，波长范围在0.78μm至1000μm之间，对应的频率范围在3000GHz至0.3THz之间。
物质分子由原子组成，原子核围绕电子运动，当受到外界的电磁波激发时，分子内部的键振动和转动将发生改变，导致物质吸收特定波长的红外辐射。
不同物质的分子结构和化学键在红外光谱图上表现出特征性的吸收峰，通过观察这些吸收峰的位置和强度可以确定物质的成分和结构。
二、仪器设备进行红外光谱分析需要使用红外光谱仪。
常见的红外光谱仪包括傅立叶变换红外光谱仪（FTIR）和光散射式红外光谱仪（IR）。
FTIR光谱仪通过傅立叶变换技术将红外辐射转换为光谱图，具有高灵敏度和快速测量的优点，适用于定性和定量分析。
光散射式红外光谱仪则通过散射光信号进行检测，适用于固态样品和表面分析。
三、样品制备在进行红外光谱分析前，需要对样品进行适当的制备处理。
液态样品可以直接涂覆在透明吸收的样品基底上进行测试，固态样品通常需要将样品捣碎并与适当的载体混合后进行测试。
在取样和制备过程中需要避免空气和水分的干扰，避免发生氧化和水解反应，影响测试结果的准确性。
四、数据解析红外光谱分析得到的数据通常以吸收光谱图的形式呈现。
吸收光谱图的横轴表示波数或波长，纵轴表示吸收强度，吸收峰的位置和形状反映了物质的分子结构。
数据解析是红外光谱分析的关键步骤，需要借助专业的光谱库和软件进行分析和比对，以确定样品的成分和结构信息。
在实际应用中，红外光谱分析可用于鉴定有机化合物、无机物质、生物大分子等多种样品，广泛应用于医药、食品、环境、材料科学等领域。
红外光谱的原理及特点应用
红外光谱的原理及特点应用一、红外光谱的原理红外光谱是一种物质分析方法，基于不同物质对红外辐射的吸收特性进行分析。
其原理基于物质分子中的化学键振动或分子转动引起的能量吸收。
当物质受到红外光的照射时，会发生分子能级的跃迁，从而产生特定的吸收峰，通过测量这些吸收峰的强度和波数位置，可以确定物质的成分和结构。
红外光谱的原理可以通过以下几个方面来解释：1.分子振动：物质中的原子通过化学键连接，当红外辐射作用于物质时，分子中的原子会发生振动。
不同类型的化学键振动会产生不同的红外光谱特征。
例如，碳氢键、羟基、羧基等都有特定的红外吸收峰。
2.分子转动：除了分子振动外，物质中的分子还可以发生转动。
这些转动也会在红外光谱中产生吸收峰，但通常在较低波数范围内（2-25 cm^-1）。
3.红外光的作用：红外光通常是通过辐射源和光谱仪生成，然后照射到待测物上。
物质吸收红外光的能力与其分子结构和化学键的特性密切相关。
根据不同的红外光谱特点，可以推断物质的组成和结构。
二、红外光谱的特点红外光谱分析具有以下几个特点：1.高分辨率：红外光谱仪可以测量到物质吸收红外光的波数范围。
红外光谱图是一个连续的曲线，可以通过峰的形状和位置来区分不同的化学键。
高分辨率的红外光谱仪可以准确地测量吸收峰的强度和位置，从而提供更准确的分析结果。
2.非破坏性：红外光谱是一种非破坏性的分析方法。
物质在吸收红外光后并不会发生任何变化，可以保留样品的完整性。
因此，红外光谱可以对固体、液体和气体样品进行分析，而无需破坏或改变样品的状态。
3.快速分析：红外光谱分析可以在几分钟内完成，具有快速的分析速度。
这使得红外光谱成为工业生产中的一种常见分析方法，用于了解原材料和成品的组成和结构。
4.宽波段范围：红外光谱在波数范围上具有很大的灵活性，可以用于不同波段的分析。
常见的红外光谱波段有近红外（780-2500 nm）、中红外（2.5-25 µm）和远红外（25-1000 µm）。
红外光谱的原理及应用
红外光谱的原理及应用红外光谱的原理及应用(一)红外吸收光谱的定义及产生分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。
当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，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曲线，就得到红外光谱（二）基本原理1产生红外吸收的条件(1)分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变化。
对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。
如：N2、O2、Cl2 等。
非对称分子：有偶极矩，红外活性。
(2)只有当照射分子的红外辐射的频率与分子某种振动方式的频率相同时，分子吸收能量后，从基态振动能级跃迁到较高能量的振动能级，从而在图谱上出现相应的吸收带。
2分子的振动类型伸缩振动：键长变动，包括对称与非对称伸缩振动弯曲振动：键角变动，包括剪式振动、平面摇摆、非平面摇摆、扭曲振动3几个术语基频峰：由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰；倍频峰：由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰；组频：如果分子吸收一个红外光子，同时激发了基频分别为v1和v2的两种跃迁，此时所产生的吸收频率应该等于上述两种跃迁的吸收频率之和，故称组频。
特征峰：凡是能用于鉴定官能团存在的吸收峰，相应频率成为特征频率。
相关峰：相互可以依存而又相互可以佐证的吸收峰称为相关峰4影响基团吸收频率的因素（1 外部条件对吸收峰位置的影响：物态效应、溶剂效应（2分子结构对基团吸收谱带的影响：诱导效应：通常吸电子基团使邻近基团吸收波数升高，给电子基团使波数降低。
共轭效应：基团与吸电子基团共轭，使基团键力常数增加，因此基团吸收频率升高，基团与给电子基团共轭，使基团键力常数减小，因此基团吸收频率降低。
红外光谱技术的原理
红外光谱技术的原理红外光谱技术的原理一、概述红外光谱技术是一种广泛应用于分析和检测的技术，它能够在分子水平上对样品的化学成分进行非破坏性的分析和检测。
其原理是利用分子振动的特性，通过样品吸收、透射或反射红外辐射的方式来分析材料。
二、分子的振动分子振动是指分子中原子相对于其平衡位置沿着不同的方向进行的振动。
这些振动导致了分子瞬间的偶极矩或多极矩的变化。
对于一种分子而言，其振动的频率和形式是确定的，这是由分子的原子数量和连接方式所决定的。
因此，不同的分子具有不同的振动频率和振动形式。
三、红外光谱的工作原理红外光谱工作原理是通过向样品中传递一定波长或波数的红外辐射，来寻找样品分子的振动。
当红外光进入样品后，会被分子吸收，分子会因此而被激发到高能态。
在出射的红外光中，一些波长的光被吸收或发生振动能级跃迁，这些波长的光被吸收的量与样品中特定化学键的振动模式相关，这反映了样品的结构和组成。
四、红外光谱仪的组成红外光谱仪由光源、光谱仪、检测器和计算机组成。
光源产生所需波长的光，样品通过光源时吸收一定波长的光；光谱仪对吸收和透过的光进行分离，检测器测量其相对强度；计算机用于处理和分析数据。
五、红外光谱技术的应用领域红外光谱技术广泛应用于许多领域，例如药物、食品、生物、化工、环境保护等。
在医药领域中，红外光谱技术可用于分析药物中的不纯物、制备中间体等；在食品领域中，红外光谱技术可用于食品成分的检测和质量控制等。
六、总结作为一种分析和检测技术，红外光谱技术在许多领域都有广泛应用。
其原理是利用分子的振动特性，通过吸收、透射或反射红外辐射，从而对样品的化学成分进行分析和检测。
同时，红外光谱仪器的日益发展也为红外光谱技术的应用提供了更为精准的工具。
红外光谱的原理和特点
红外光谱的原理和特点
红外光谱是研究物质结构和性质的重要手段之一。
它通过检测物质对于红外辐射的吸收和散射来获取有关物质的信息。
红外光谱的原理可以简单地解释为：物质中的化学键能够吸收特定波长的红外辐射。
当红外光波通过样品时，如果样品中的分子具有与入射光波能量匹配的振动模式，这些分子就会吸收光的能量，导致光的强度减弱。
通过测量入射光与通过样品后的光之间的差异，可以确定物质中所含有的化学键和它们的相对位置。
红外光谱具有以下特点：
1. 非破坏性分析：红外光谱不需要接触样品，只需通过光传输进行分析，因此可以对样品进行非破坏性的检测。
2. 快速性：红外光谱是一种实时检测技术，可以在几秒钟内获得结果，提高了分析的效率。
3. 定性和定量分析：通过比较待测物质的红外光谱与标准物质的光谱，可以确定物质的成分和结构。
同时，红外光谱还可以通过测量吸光度来实现定量分析。
4. 广泛的应用范围：红外光谱可用于有机物、无机物、生物分子和聚合物等各种类型的样品分析。
它在化学、生物、医药、环境等领域都有广泛的应用。
红外光谱的主要限制在于分辨率和灵敏度。
分辨率取决于光谱仪器的性能和样品的吸收峰宽度，而灵敏度则受到样品浓度的影响。
此外，红外光谱还可能受到水汽和二氧化碳等大气成分的干扰，需要在实验条件中进行相应的控制和校正。
【课件】红外光谱(IR)的原理及其谱图的分析
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
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
红外光谱
一、基本原理 二、红外光谱仪及样品制备技术 三、影响振动频率的因素 四、各类有机化合物的红外特征吸收 五、红外谱图解析及应用
一、 基本原理
1.1 近红外、中红外和远红外
波段名称 波长 μ
波数（cm-1）
近红外 0.75—2.5
13300－4000
中红外 2.5－25
4000－400
远红外
25－1000
2.制样方法
(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2μm，在油压机上压成透明薄片， 即可用于测定。
b.糊状法: 研细的固体粉末和石蜡油调成糊状，涂在两盐 窗上，进行测试，此法可消除水峰的干扰。
液体石蜡本身有红外吸收，此法不能用来研究 饱和烷烃的红外吸收。
3000-3600cm-1
μ：12/13=0.92
14/15=0.93 16/17=0.94
X-H键伸缩振动频率（cm-1）
C-H 2900 Si-H 2150 Ge-H 2070 Sn-H 1850
红外光谱原理及解析
红外光谱原理及解析红外光谱（Infrared Spectroscopy）是一种常见的分析技术，通过检测物质在红外辐射下发生的振动、转动和伸缩等分子的运动引起的能级跃迁，来获取物质的结构信息和化学特性。
红外光谱广泛应用于化学、生物、药物、材料等领域，为科学研究和工业生产提供了有力的工具。
红外光谱的原理主要基于分子吸收红外辐射的现象。
分子由原子通过共价键连接而成，光谱的测量是根据分子中一些特定键的振动模式对入射光的吸收。
利用红外光谱仪，通过在样品中通过红外光或者红外辐射，使样品中的分子以不同的方式振动，然后测量样品中被吸收或反射的红外光强度的变化。
红外光谱通常使用波数（cm-1）作为横坐标，波数是以光的频率而非波长为单位的。
不同的分子和它们的化学键具有不同的振动频率和振动强度，这些不同的频率和强度表现为光谱上不同的峰和强度。
红外光谱可以分为三个区域：近红外区（4000-1400 cm-1）、中红外区（4000-400 cm-1）和远红外区（400-10 cm-1）。
在这三个区域，最常用的是中红外区域，因为大多数有机化合物和无机物的振动吸收位于该区域。
中红外光谱主要包括振动伸缩、弯曲、转动和振转结合等谱带。
振动伸缩谱带主要来自于有机分子中的C-H、O-H、N-H和C-O键等的振动。
弯曲谱带来自于烷基、芳香和杂环等分子中的键角弯曲振动。
转动谱带来自于小分子和气体的转动运动。
而振转结合谱带是指一些具有较高分子对称性的物质在红外光谱中表现出的特殊谱带。
红外光谱的解析和分析可以通过比对红外光谱仪测得的光谱图和对应的标准谱图库进行。
这些标准谱图库包括已知物质的红外光谱图，可以通过比对谱带的位置和强度与标准样品进行鉴定和分析。
此外，红外光谱还可用于物质浓度测定、物质含量定量、反应动力学研究等。
在实际应用中，红外光谱常常与其他技术结合使用，如液相色谱（HPLC）、气相色谱（GC）等。
通过与这些技术结合，可以实现对混合物中不同组分的定性和定量分析，提高分析能力和准确性。
第1章红外光谱详解
一、 红外光谱基本原理
1.1 红外光：波长介于可见光与微波之间的光。 中红外光区
x紫外光区
近红外光区 可见光区 远红外光区
0.005 nm 0.1nm
4nm 400nm760nm
2.5µ m
25µ m
1000µ m
13000cm-14000cm-1 400cm-1 25cm-1
d. 费米共振：基频和它自己或与之相连的另一 化学键的某种振动的倍频或合频的偶合。
e. 振动偶合：当分子中两个或两个以上相同的 基团与同一原子连接时，其振动发生分裂， 形成双峰，有伸缩振动偶合，弯曲振动偶合， 伸缩与弯曲振动偶合。
举例：
苯甲酰氯（
O C Cl
）的吸收谱带上有两个1773 cm-1和1736
振动。
(1). O－H
醇与酚：游离态－－3640～3610cm-1，峰形尖锐中等强度
缔合－－3300cm-1附近，峰形宽而钝 羧 酸：3300～2500cm-1，中心约3000cm-1,谱带宽
S，对应醇、酚、羧酸、胺、亚胺、炔烃、烯烃、
(2) . N－H
胺类： 游离：3500～3300cm-1, 缔合—吸收位置降低约100cm-1
面内弯曲振动的频率>面外弯曲振动的频率
甲基的振动形式
伸缩振动 甲基： 对称 υs(CH3) 2870 ㎝-1 不对称 υas(CH3) 2960㎝-1
弯曲振动
甲基：
对称δs(CH3)1380㎝-1 不对称δas(CH3)1460㎝-1
1.5 小结
红外振动分为伸缩振动和弯曲振动， 伸缩振动频率高于弯曲振动，对称振 动频率低于不对称振动频率，只有偶 极距变化的振动才有红外吸收，反之 则无。键的振动频率与键常数、折合 质量有关。
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摩尔吸光系数（ε）
强度
＞200
很强
75~200
强
25~75
中等
5~25
弱
0~5
很弱
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符号
VS S M W VW
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瞬间偶极矩变化越大，吸收峰越强； 能级跃迁的几率越大，吸收峰也越强。 基态第一激发态，产生一个强吸收峰（基峰）； 基态第二激发态，产生一个弱的吸收峰（倍频峰）
结构对称性：对称分子偶极矩为零；
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3.1.3) 峰形
• 吸收峰的形状决定于官能团的种类，可以 辅助判断官能团
• 例如：缔合羟基，和炔氢，它们的吸收峰 位置只略有差别，但主要差别在于峰形：
• --缔合羟基峰宽，圆滑 • --炔氢则显示尖锐的峰形
宽峰
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影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化学键力 常数k 和原子质量。
k大，化学键的振动波数高，如 kCC(2222cm-1) > kC=C(1667cm-1) > kC-C(1429cm-1)（质量相近）
质量m大，化学键的振动波数低，如 mC-C(1430cm-1) < mC-N(1330cm-1) < mC-O(1280cm-1) (力常数相近）
尖峰
肩峰
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双峰
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3.1.4)．影响吸收频率的因素(峰位)
1 1 k 1 c 2c 2c
c: 光速, 3×1010cm/s
k( 1 1 ) 1307 k( 1 1 )
第三章 红外吸收光谱
【基本内容】 红外光谱的基本知识、重要吸收区段以及在结构
研究中的应用。
【基本要求】 掌握：红外光谱提供的信息与化合物结构间的相
互关系以及重要吸收区段。 熟悉：红外光谱在化合物结构解析中的应用。
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1
一、概述
1.1.红外光谱的发展
1) 1947年，第一代双光束红外光谱，棱镜 2) 20世纪60年代，第二代，光栅 3) 70年代后期，第三代，干涉型傅里叶变换红外光谱仪 4) 近年来，第四代激光红外分光光度计。
m1 m2
K: 化学键的力常数, N·m-1
µ:化学键的折合质量, kg
m1、m2: 化学键连结的两个原子核的质量,kg
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吸收频率用波数（ν）表示
1 1 k c 2c
11 1307 k( )
M1 M 2
c: 光速, 3×1010cm/s K: N·m-1 µ:原子折合质量 kg
已知C=O键 k=12,
v 求 C=O
12+16 v 1307 12×16 1725 cm－1
键类型: 力常数: 峰位:
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—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
4.5m
6.0 m
7.0 m
有机波谱解析2015-1
学键的电子云分布变化, 而改变力常数
化合物 ν C=O /cm-1
O
R C R'
~1715
O R CH
~1730
O R C Cl
~1800
O RCF
~1920
O F CF
~1928
δ+ δ-
C=O
强极性键
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C=O
双键性 质加强
X(吸电子基)
极性降低
X (推电子基有)机波谱解析2015-1
远红外(转动区) (25-1000 m)
分区及波长范围
分子转动
价键转动、晶格转动
跃迁类型
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3
二.化学键的振动
2.1.化学建的振动
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱
电子激发态
4
转动跃迁
3
2 振动跃迁
1
电 子 跃 迁
电子基态
平动能Et: 能级差小, 近似地看成能量变化是连续的
4000－400cm-1） • 吸收强度太弱，无法显示出吸收峰
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（3.1.2）峰强
(一) 峰强的表示方法 红外光谱中用透光百分率（T）表示吸收峰强度
T%=(I/I0)×100% I0：入射光强度 I：透射光强度 T%越小，吸收峰越强
红外光谱中吸收峰的绝对强度可用摩尔吸光系数表示：
经典力学导出的波数计算式为近似式。因为振 动能量变化是量子化的，分子中各基团之间、化学 键之间会相互影响，即分子振动的波数与分子结构 （内因）和所处的化学环境（外因） 有关。
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3. IR光谱表示方法
红外光谱表示方法：常用坐标曲线表示法.
横坐标:表示吸收峰的位置, 用波数ν(cm-1, 4000~400cm-1)或波 长λ(m, 2.5~ 25m)作量度.
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2.5 分子振动方程式
双原子分子的振动方式: 伸缩振动.
如果把双原子分子粗略地 看成弹簧谐振子, 那么化学键 的伸缩振动就是两个原子核在 键轴方向上的简谐振动.
K
m1
m2
双原子分子伸缩振动示意图
根据虎克定律
1 K 2
m1 m2
C-H伸缩振动
(力常数较大) ~3000
C-H弯曲振动
(力常数较小) ~1340
c: 杂化状态的影响
键类型
CH
杂化状态 ν /cm-1
sp 3300
CH
sp2 3100
CH
sp3 2900
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d: 诱导效应的影响（I效应） 电负性原子或基团通过静电诱导作用, 引起分子中化
力常数 增加
吸收向 高波数移动
吸收向
低波数移动
28
e: 共轭效应的影响（c效应） 共轭效应使共轭体系中电子云密度平均化, 双键的键
略变长, 单键的键长略变短, 从而改变力常数.
化合物 ν C=C /cm-1
化合物
CC
~1650
O
R C R'
C CC C
~1630
O RC
ν C=O /cm-1
~1715
转动能Er: 能级差(3.5×10-3~ 5×10-2eV)
振动能Eν: 能级差(5×10-2~ 1eV)
电子能Ee: 能级差(1~ 20eV)
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有机波谱解析2015-1
能量变化 -量子化
4
2. 吸收光谱
强相 用频率连续变化的单色光 度 对
照射
光谱
ν1
ν
仪器记录
吸收 有机物分子
透过
m1 m2
m1 m2
K: N·m-1
µ:原子折合质量
影响吸收频率的因素
(1). 键的力常数K的影响. 化学键键能越大↑ 力常数越大↑ 振动频率↑
a: 成键方式的影响
键类型
CC
CC
力常数
2019/6/1ν5 /cm-1
2150有机波谱解析201156-150
CC
1200
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b: 振动类型的影响
振动类型 ν /cm-1
双原子分子 N = 2，振动自由度 = 3×2-5 = 1 三原子分子 N = 3，振动自由度 = 3×3-6 = 3 －非线性
N = 3，振动自由度 = 3×3-5 = 4 －线性
分子振动自由度数目越大，红外光谱中峰的数目越多。
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2
1.3. 红外光区划分
红外光谱 (0.75~1000m)
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近红外(泛频） (0.75~2.5 m)
中红外(振动区) (2.5~25 m)
用于研究单键的倍频、组频 吸收,（如0-H,N-H,C-H键。 ）这个区域的吸收很弱
绝大多数基团的基频振动吸收 分子振动转动
物质吸收辐射实质上是外界辐射转移它的能量到分子中去，而 这种能量的转移是通过偶极矩的变化来实现的。
偶极矩变化越大，活性越强，吸收强度越大。
某些极性键如CO2在振动时可以产生瞬间偶极矩的变化，也 会产生红外吸收。
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（3.1.1）峰数
峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极矩变化时，无 红外吸收。
CO2分子
2349
667
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峰数减少的原因：
• 分子振动过程中如不发生瞬间偶极矩变化则不会
引 起红外吸收(对称性的分子) • 频率相同的振动发生简并 • 强的宽峰将附近弱而窄的吸收峰覆盖 • 吸收频率在测定区域以外,常用为中红外区域（
与碳原子相连的原子质量增加, 振动频率相应减小