红外光谱分析(1)

红外－ 红外－拉曼
5 红外谱图解析（12）
4.
1500-1300 cm-1
这个区主要提供了C-H弯曲振动的信息。 弯曲振动的信息。 这个区主要提供了 弯曲振动的信息
附近同时有吸收， 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 的对称弯曲振动和反对称弯曲振动。 对应于 的对称弯曲振动和反对称弯曲振动 者当甲基与其它碳原子相连时吸收峰位几乎不变， 者当甲基与其它碳原子相连时吸收峰位几乎不变， 吸收强度大于1450cm-1的反对称弯曲振动和 2 的反对称弯曲振动和CH 吸收强度大于 的剪式弯曲振动。 的吸收峰一般与CH 的剪式弯曲振动。1450cm-1的吸收峰一般与 2 的剪式弯曲振动峰重合。但戊酮-3的两组峰区分 的剪式弯曲振动峰重合。但戊酮 的两组峰区分 得很好，这是由于CH 与羰基相连， 得很好，这是由于 2与羰基相连，其剪式弯曲吸 收带移向1439-1399cm-1的低波数并且强度增大 收带移向 之故。 的剪式弯曲振动出现在1465cm-1，吸 之故。CH2的剪式弯曲振动出现在 收峰位几乎不变。 收峰位几乎不变。
红外吸收产生的条件：
3 红外吸收产生的原理（8）
（B）偶极矩的变化： 分子在振动过程中，由于键长和键角的 变化，而引起分子的偶极矩的变化，结果产 生交变的电场，这个交变电场会与红外光的 电磁辐射相互作用，从而产生红外吸收。 而多数非极性的双原子分子（H2, N2, O2)，虽然也会振动，但振动中没有偶极矩 的变化，因此不产生交变电场，不会与红外 光发生作用，不吸收红外辐射。称之为非红 外活性。 19
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2 红外光区的划分（1）
红外光区介于可见光与微波之间，波 长范围约为0.76-1000µm，为了便于描 述，引入一个新的概念——波数。 波数： υ ，波长的倒数，每厘米的波长 个数，单位 cm－1 υ ＝1/λ（cm） ＝ 104/ λ（µm）
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2 红外光区的划分（2）
2500-2000 cm-1
这是叁键和累积双键的伸缩振动区。 这是叁键和累积双键的伸缩振动区。此区间包 以及C=C=C等的吸收。CO2的吸 等的吸收。 含CC、CN以及 、 以及 等的吸收 收在2300cm-1左右。除此之外，此区间的 左右。除此之外， 收在 任何小的吸收峰都提供了结构信息。 任何小的吸收峰都提供了结构信息。
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分子振动的类型
双原子分子伸缩振动
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3 红外吸收产生的原理（4）
分子振动的类型
A）伸缩振动 分子沿成键的键轴方向振动，键的长度发生伸、缩 变化。分对称伸缩υs和不对称伸缩υsa。
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3 红外吸收产生的原理（5）
一些化学键的伸缩振动对应的红外波数 键 H-F H-Cl H-Br H-O H-O C-C 分子 波数 cm－1 HF 3958 HCl 2885 HBr 2559 H2O(结构水)（羟基） 3640 H2O(结晶水) 3200-3250 单键 1195 双键 1685 三键 2070
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5 红外谱图解析（9）
1.
4000-2500cm-1
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。
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5 红外谱图解析（10）
2.
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4 红外分析方法（1）
红外辐射光源： a）能斯特灯：氧化锆、氧化钍、氧化钇 的混和物 b）硅碳棒：由合成的SiC加压而成 c）氧化铝棒：中间放置铂－铑加热丝的 氧化铝管棒 辐射源在加热1500－2000k时，会 发射出红外辐射光。
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4 红外分析方法（2）
从光源发射的红外辐射，被均分为两 路，一路通过标准参比物质（无明显红 外吸收），一路通过试样。当两路光的 某一波数到达检测器的强度有差异时， 即说明试样吸收了某一波数的红外光。
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4 红外分析方法（3）
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4 红外分析方法（4）
样品的制备： a）粉末法样品： 样品研磨成2微米左右，使之悬浮 于容易挥发的液体中，把含有试样的悬 浮液涂成层状，待溶剂挥发后，即形成 薄层状的样品。
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4 红外分析方法（5）
样品的制备：
近红外：0.76―2.5µ，13158―4000cm-1 主要为OH，NH，CH的倍频吸收 中红外：2.5―25µ，4000―400cm-1 主要为分子振动，伴随振动吸收 远红外：25―1000µ，400―10cm-1 主要为分子的转动吸收 其中，中红外区是研究的最多、最深的区 域，一般所说的红外光谱就是指中红外区的红 7 外吸收光谱。
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3 红外吸收产生的原理（6）
B）弯曲振动 亦称变形振动。记为δ。
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3 红外吸收产生的原理（7）
一些化学键的弯曲振动对应的红外波数 键 XOH H2O NO3 CO3 BO3 SO4 SiO4 波数 cm－1 1200－600 1650－1600 900－800 900－700 800－600 680－580 560－420
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3 红外吸收产生的原理（2）
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3 红外吸收产生的原理（3）
分子的振动所需的能量远大于分子的转动所需的 能量，因此对应的红外吸收频率也有差异： 远红外区：波长长，能量低，对应分子的转动吸收 中红外区：波长短，能量高，对应分子的振动吸收 近红外区：能量更高，对应分子的倍频吸收（从基 态－－第二或第三振动态）
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5 红外谱图解析（7）
1.
4000-2500cm-1
这是X-H(X=C, N, O, S等)的伸缩振动区。 的伸缩振动区。 这是 等 的伸缩振动区
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。
第四部分 红外光谱分析 激光拉曼光谱分析
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第一章 红外光谱 1 概述 2 红外光区的划分 3 红外吸收产生的原理 4 红外分析方法 5 红外图谱解析 6 基团特征频率 7 典型红外图谱 8 红外分析的步骤
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1 概述（1）
红外光谱属于分子振动光谱。 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，并使得这些吸收区域 的透射光强度减弱。 记录红外光的百分透射比与波长关系的曲线， 即为红外光谱，所以又称之为红外吸收光谱。
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5 红外谱图解析（3）

不饱和的C-H伸缩振动出现在3000 cm-1以上，以此 来判别化合物中是否含有不饱和的C-H键。 如： 苯环的C-H：3030附近。 不饱和的双键=C-H：3010~3040；末端= CH2 的吸 收出现在3085附近。 Ξ键上CH的C-H伸缩振动出现在更高的区域（3300 ） 附近。
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例：水分子的红外吸收
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例2：CO2分子的红外吸收
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3 红外吸收产生的原理（8）
红外吸收产生的条件：
（A) 振动的频率与红外光波段的某频率 相等。 即分子吸收了这一波段的光，可以 把自身的能级从基态提高到某一激发态。 这是产生红外吸收的必要条件。
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5 红外谱图解析（6）
（2）指纹区 （A）1800~ 900是C-O、C-N、C-F、C-P、 C-S、 P-O、Si-O等单键的伸缩振动和C=S、 S=O、P=O等双键的伸缩振动吸收。 其中C-H对称弯曲振动：1375，（鉴别甲基） C-O的伸缩振动：1300~1000。 （B）900 ~ 650 cm-1区域的某些吸收峰可用 来确认化合物的顺反构型。 如确定苯环的取代类型等。
b）压片法 （固体样品最常用的制样方法） 称量样品0.3-3mg，与约200mg的KBr共同研 磨，并混和均匀，用15MPa的压力压成片状。 （KBr从4000－250cm－1都是透明的，即不产 生红外吸收）
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5 红外谱图解析（1）
中红外光谱区可分成两个区域：
4000cm-1 ~1800cm-1(1300cm-1)：基团频率区 1800cm-1 ~ 600cm-1：为指纹区 基团频率区为官能团的伸缩振动吸收带，容易辨认。 指纹区内除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产 生的谱带。当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有 细微的差异。指纹区对于指认结构类似的化合物很有 帮助，而且可以作为化合物存在某种化学键的旁证。
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5 红外谱图解析（2）
（1）基团频率区：可进一步分为三个区域： （A）4000 ~2500：X-H伸缩振动区，X可以是O、 N、C或S等原子。 O-H基的伸缩振动出现在3650 ~3200，它可以作为 判断有无醇类、酚类和有机酸类的重要依据。 C-H的伸缩振动可分为饱和与不饱和两种： 饱和的C-H约3000~2800 cm-1 。 如-CH3： 2960和2876； R2CH2：2930和2850； R3CH： 2890。