分析化学红外吸收光谱法
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
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光谱法在分析化学中的应用
光谱法在分析化学中的应用光谱法是一种利用物质对光的吸收、散射和发射等现象来分析物质组成和结构的方法。
它广泛应用于分析化学中，被称为“分析化学的眼睛”。
本文将详细介绍光谱法在分析化学中的应用。
一、紫外可见吸收光谱法紫外可见吸收光谱法是一种基于物质分子对可见光和紫外光的吸收而建立的分析技术。
它是一种快速、简便、灵敏的分析方法，广泛应用于物质分析、化学研究、药物研究等领域。
紫外光谱法可以用于定量和定性分析。
定性分析主要通过物质的吸收光谱特征来判断其种类，而定量分析则是根据吸光度与物质浓度之间的线性关系，确定物质的含量。
二、荧光光谱法荧光光谱法是一种广泛应用于药物研究、生物化学和环境科学等领域的分析技术。
它是基于物质分子的激发态和荧光发射的原理建立的。
荧光光谱法对于研究荧光素材料（荧光染料）的荧光性质具有较高的选择性和灵敏性。
荧光光谱法能够提供物质在激发和发射时的信息，从而可以得出其分子结构、化学性质和组成等信息。
同时，荧光光谱法还具有优良的灵敏度、选择性和准确性等优点。
三、红外吸收光谱法红外吸收光谱法是一种广泛应用于化学和生物学等领域的分析技术。
它是基于物质分子与红外辐射作用而建立的。
红外光谱法可以区分不同化学基团和功能基团，因此可以确定物质的分子结构和组成。
红外光谱法是一种非破坏性的分析方法，因此可以用于分析微量和无损材料。
它还可以用于检测药物中的假药、控制食品和药品中的成分以及检测环境中污染物。
四、拉曼光谱法拉曼光谱法是一种基于拉曼散射原理的光谱分析技术。
它广泛应用于化学、生物学、材料科学、环境科学等领域。
拉曼光谱法可以通过物质分子散射光谱的特征来确定物质的分子结构和组成。
它具有需要样品很少、无需预处理、无需使用标准品、灵敏度高等优点。
同时，它还可以用于定性和定量分析，例如研究肿瘤红色素在血红蛋白中的作用、化学反应中的中间体和产物等。
总之，光谱法在分析化学中的应用十分广泛，涵盖了多个领域。
不同的光谱法能够确定不同的分子特性，这些特性可以用于确定物质的组成、结构和性质。
红外光谱法原理
红外光谱法原理
红外光谱法原理是一种常用的分析方法，它基于物质的红外吸收谱图来确定样品的组成和结构。
在红外光谱法中，通过对物质暴露在红外辐射下并测量样品吸收或散射的光的强度，我们可以获取有关样品中化学键和功能团的信息。
红外辐射是一种能够穿透大多数透明物质的电磁波辐射。
当红外辐射与样品中的化学键相互作用时，它会产生特定波长的吸收。
此吸收产生的谱图被称为红外吸收谱，常以波数（cm-1）为单位表示。
红外光谱法通过记录样品吸收的红外辐射的强度，然后制作一个波数与吸收强度之间的图谱。
这个谱图可以提供许多有用的信息，例如化学键的类型，功能团的存在以及样品的结构。
在红外光谱法中，吸收峰的位置和形状可以用来确定样品中不同的化学键。
每种化学键都有特定的红外吸收峰，因此通过比较样品谱图的峰位置和已知化合物的谱图，可以确定样品中的化学键种类。
此外，红外光谱法还可以用于定量分析。
通过比较不同样品的吸收峰强度，可以确定样品中化学物质的含量。
总而言之，红外光谱法利用样品对红外辐射的吸收特性来获得样品的组成和结构信息。
通过研究样品的红外吸收谱图，我们可以确定化学键的类型、功能团的存在以及样品的结构。
这项技术在化学、物理、生物、药学等领域中得到了广泛应用。
红外吸收光谱分析法FTIR
红外吸收光谱分析法FTIR傅里叶红外吸收光谱分析法（Fourier Transform Infrared Spectroscopy，简称 FTIR），是一种应用傅里叶变换技术对物质的红外辐射进行光谱分析的方法。
该方法以红外辐射的吸收强度和波数为特征，可以用来分析和识别有机物和无机物的结构和成分。
在分析化学、有机合成、材料科学等领域得到广泛的应用。
FTIR技术的主要原理是利用傅里叶变换将周期性信号（红外辐射）分解成一系列连续谱线，进而可以通过测量这些谱线的强度和频率来确定物质的结构和成分。
在实验中，样品被置于红外光束之中，以吸收或透射的方式与红外辐射相互作用。
被吸收的辐射与未被吸收的辐射之间的差异被转化为干涉信号，并通过光谱仪进行检测和测量。
这些信号被送入傅里叶变换，产生包含有关样品吸收能力和频率的信息。
FTIR技术具有以下优点：首先，它是一种非破坏性的分析方法，可以在不破坏样品的情况下获取有关物质结构和成分的信息。
其次，该方法对样品的数量要求非常低，可以在毫克或微克级别的样品上进行分析。
此外，FTIR技术不会对环境产生污染，也不需要使用有害的试剂。
最后，该方法可以快速获取光谱数据，并且具有高灵敏度和高分辨能力。
在实际应用中，FTIR技术可用于许多领域的研究和分析。
在有机化学领域，FTIR技术可以用于表征和鉴定有机物的结构和功能团。
例如，它可以用于区分不同类别的有机物，如醇、酮、酸等，并通过比较它们的红外光谱图谱来进行鉴定。
此外，FTIR技术还可用于监测化学反应的进程和过程。
研究人员可以通过观察吸收峰的变化来判断反应的进行和产物的生成情况。
在材料科学中，FTIR技术可以用于表征材料的结构和性质。
例如，它可以用于研究材料的晶体结构、分子排列和化学键强度。
此外，该技术还可用于分析材料的表面性质和界面反应。
研究人员可以利用反射红外（ATR）技术直接将样品放置在光学晶体上进行测量，从而避免样品的制备和处理过程。
红外光谱法英文缩写
红外光谱法英文缩写红外光谱法（Infrared Spectroscopy，IR）是一种广泛应用于分析化学和材料科学领域的分析方法。
在工业、生物化学、环境科学、药学等领域，利用IR可以快速、准确地鉴定物质。
下面将从红外光谱法的原理、装置和应用等方面进行详细介绍。
一、原理红外光谱法基于物质吸收、反射或透射红外辐射的特性。
在红外光谱图上，不同波长的红外光对应着不同分子结构的振动。
由于不同化学键（如C-H键、C-O键、O-H键等）会在特定波长范围内发生不同频率的振动，因此可以通过红外光谱图鉴定物质的分子结构和化学键。
二、装置红外光谱法的原理是基于物质的吸收、反射或透射红外光的特性，需要借助红外光谱仪进行测试。
红外光谱仪主要包括样品室、光源、分光器、检测器等部分。
在测试过程中，样品放置在样品室中，被红外光照射后产生吸收、反射或透射现象，这些现象通过分光器分离成不同波长的光，再通过检测器进行测量和记录。
最终得出红外光谱图。
三、应用红外光谱法具有广泛的应用价值和意义。
具体来说，红外光谱法主要应用于以下领域：1. 成分分析红外光谱法可以快速、准确地鉴定物质的分子组成，识别物质中的化学键类型和功能官能团等。
这种技术在食品加工、医药制品和化妆品等领域中的应用非常广泛。
2. 生化检测红外光谱法在生物医药领域中也有着重要的应用，例如可以用来分析生物分子结构、蛋白质结构和乙醛含量等。
3. 环境监测红外光谱法用来检测环境中污染物的浓度及带有官能团的化合物，例如水和空气中的有机物。
4. 金属材料分析红外光谱法可以检测具有功能官能团的金属材料的表面性质，从而研究材料的腐蚀、稳定性等性质。
总之，红外光谱法是一种极具应用价值的分析技术，其应用范围广泛，可以帮助科研人员和工程师更好地分析和测试各种物质的结构和性质。
红外分析法
5、双键伸缩振动区（1690—1500cm-1） 主要包括 C=C ， C=N ， N=N ， N=O 等伸缩振动以及苯 环的骨架振动（υC=C）。各类双键伸缩振动见表3-7,P56 。 一般情况下，υC=C比较弱，甚至观察不到。分子 几何对称性增大，吸收强度减弱，不对称性增强时， 吸收峰较强。 共轭作用将使υC=C吸收强度提高，同时由于共轭 降低了C=C键的力常数，因此将引起吸收峰向低波数
1450cm-1的吸收峰常被取代基-CH3的弯曲或剪式振动所
重叠。1600 cm-1和1500 cm-1附近的这两个峰是鉴别
芳核存在的重要标志之一。
各种稠环芳烃的υC=C吸收位置的变化范围要宽一 些，一般在1650—1600 cm-1和1525—1450 cm-1处出现 吸收峰。 NO2有对称和不对称伸缩振动,对称的υN=O为1358— 1255 cm-1,不对称的υN=O为1655—1510 cm-1，这两个 峰非常强，很容易分辨。 脂肪族硝基化合物的这两个峰分别位于1560 cm-1
叔铵盐：2700—2500 cm-1 VS
再根据1600—1500cm-1区的N-H弯曲振动吸收，则
可区分仲铵盐和叔铵盐(叔铵盐在该区无吸收)。
作为取代基时-NH2称氨基，作为官能团时称胺，N
上带正电荷时称铵；例如：CH3NH-甲氨基；CH3NH2甲
胺；CH3N+H3Cl-氯化甲（基）铵。
羧酸中的OH基形成氢键能力强,一般以二聚存在
CH3CH2CH2 O C NH2
为了避免干扰，常通过化学反应，将胺变成铵盐， 然后测铵盐的 IR谱。方法：在惰性溶剂中通入干燥的 HCl气体，使胺生成氯化铵盐。 铵盐的 IR谱特征：吸收峰位置向低波数一端移动，且 具有强的宽吸收带。 一般， 伯铵盐：3000—2500 cm-1 VS 仲铵盐：2700—2500 cm-1 VS
红外光谱解析方法
红外光谱解析方法红外光谱解析方法是一种常用的分析化学方法，可以用于对化合物的结构进行研究和鉴定。
红外光谱解析方法主要利用化合物在红外光的作用下，不同官能团的振动与转动引起红外光吸收的特性来分析化合物的结构。
本文将介绍一些常用的红外光谱解析方法，并给出一些结构分析实例。
首先，红外光谱解析方法通常是通过红外光谱仪测量化合物在特定波数范围内的光谱图像，然后根据不同官能团的振动频率和光谱峰的位置、强度等特征来进行结构分析。
以下是一些常用的红外光谱解析方法：1. 官能团峰位置分析法：不同官能团具有不同的红外光谱吸收特点，可以通过观察红外光谱图中各个官能团的吸收峰的位置来判断化合物中存在的官能团。
例如，羧酸官能团的C=O振动通常在1700-1725 cm^-1之间，酮和酰胺官能团的C=O振动通常在1650-1750 cm^-1之间。
2.官能团峰强度分析法：通过观察红外光谱图中各个官能团的吸收峰的强度可以推测化合物中该官能团的相对含量。
例如，苯环的C-H伸缩振动通常表现为较强的峰，而取代基的C-H伸缩振动通常较弱。
3.官能团复合分析法：化合物通常由多个官能团组成，各个官能团的振动频率和位置可以相互影响。
通过综合分析化合物中多个官能团的吸收峰的位置、强度等特征，可以进一步确定化合物的结构。
例如，当化合物同时含有羟基和羧基时，其红外光谱图中会出现OH和CO的吸收峰，它们的相对位置和强度可以提供更多的结构信息。
下面给出一个红外光谱解析的实例：假设有一个未知化合物，它的分子式为C5H10O，并测得其红外光谱图如下：(图略)根据红外光谱图，我们可以进行如下的结构分析：从红外光谱图中我们可以观察到两个很强的特征峰，一个位于2750-2850 cm^-1之间，一个位于1725-1740 cm^-1之间。
根据我们的经验，2750-2850 cm^-1之间的峰通常是C-H的伸缩振动，而1725-1740 cm^-1之间的峰通常是C=O的伸缩振动。
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第10章 红外吸收光谱法10-1 试说明影响红外吸收峰强度的主要因素。
答：影响红外吸收峰强度的主要因素有两方面：振动能级跃迁几率及分子振动时偶极矩变化的大小。
（1）跃迁几率越大，吸收越强。
从基态向第一激发态跃迁，即从＝0跃迁至υ＝1，跃迁的几率大，因此，基频吸收带一般较强。
υ（2）振动时偶极矩变化越大，吸收越强。
偶极矩变化的大小与分子结构和对称性有关。
化学键两端所连接的原子电负性差别越大，分子的对称性越差，振动时偶极矩的变化就越大，吸收就越强。
一般说来，伸缩振动的吸收强于变形振动，非对称振动的吸收强于对称振动。
10-2 HF 中键的力常数约为9N/cm 。
（1）计算HF的振动吸收峰频率；（2）计算DF 的振动吸收峰频率。
解：根据胡克定律：，。
其中σ为波数（cm －1），c 为真空中光速（3×1010cm s －1），k为化学键力常数⋅（N cm －1），因此⋅（1）HF 的振动吸收峰频率为（2）DF的振动吸收峰频率为10-3 分别在950g/L乙醇和正己烷中测定2-戊酮的红外吸收光谱，试预计νC＝O吸收带在哪一溶剂中出现的频率较高？为什么？υ答：（1）C＝O吸收带在正己烷中出现的频率较高。
（2）因为吸收带出现的频率和溶剂与待测物的分子间的作用有关。
2-戊酮的最强吸υ收带是羰基的伸缩振动（C＝O），在乙醇中，醇羟基可与C＝O形成分子间氢键，使羰基的伸缩振动频率向低波数方向移动，而正己烷不能与戊酮形成分子间氢键，因此在此溶液中的频率较高。
10-4 分子在振动过程中，有偶极矩的改变才有红外吸收。
有红外吸收的称为红外活性；相反，称为非红外活件。
指出下列振动是否有红外活性。
答：乙烯的正常振动模式如下：由红外活性的定义可知，有偶极矩的改变才有红外吸收，因此有红外活性的为②③⑤。
10-5 CS2是线性分子，试画出它的基本振动类型，并指出哪些振动是红外活性的？答：对于CS2分子，3n－5＝4，即有4种振动类型。
分析化学(仪器分析)第四章-仪器分析(IR)
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第二节 红外吸收基本理论
振动过程中偶极矩发生变化（△≠0） 的分子振动能引起可观测的红外吸收光谱， 称之为红外活性的。 振动过程中偶极矩不发生变化（△=0） 的分子振动不能产生红外吸收光谱，称为非 红外活性的。
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第二节 红外吸收基本理论
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； （4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。
33
第二节 红外吸收基本理论
(二）吸收谱带的强度
红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩 的变化，红外光谱的强度与分子振动时偶极矩变 化的平方成正比。 偶极矩的变化与分子的极性以及分子结构的对 称性，也就是固有偶极矩有关。极性较强的基团 （如C=O，C-X等）吸收强度较大，极性较弱的 基团（如C=C、C-C、N=N等）吸收较弱。分子 的对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱 带强度也就越弱。
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第二节 红外吸收基本理论
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，一般都很弱，常常不能测到。 除此之外，还有合频峰（1+2，21+2， ），差频峰（ 1-2，21-2， ）等，这些 峰多数很弱，一般不容易辨认。倍频峰、合频峰和 差频峰统称为泛频峰，泛频峰一般都很弱。
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第二节 红外吸收基本理论
根据Hooke定律，分子 简谐振动的频率的计算 公式为
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第二节 红外吸收基本理论
式中k为化学键的力常数，定义为将两原子由 平衡位置伸长单位长度时的恢复力（单位为Ncm -1）单键、双键和三键的力常数分别近似为 5、 1 0和15 Ncm-1；c为光速（2.9981010cm s-1）， 为折合质量，单位为g，且 影响分子振动频率的直接原因是原子质量和 化学键的力常数。
《分析化学》第十二章 红外吸收光谱法
第十二章红外吸收光谱法- 经典习题1．下列叙述不正确的是（D）A．共轭效应使红外吸收峰向低波数方向移动B．氢键作用使红外吸收峰向低波数方向移动C．诱导效应使红外吸收峰向高波数方向移动D．氢键作用使红外吸收峰向高波数方向移动2．在红外光谱上νC-H发生在（高波数）区间，大体以（3000cm-1）为界，νC-H（>3000cm-1）时，连接氢的碳原子是不饱和的；νC-H（<3000cm-1）时，连接氢的碳原子是饱和的。
烷烃、烯烃、炔烃νC-H峰位由高到低的顺序为（ν≡C-H >ν=C-H>νC-H）。
3．某化合物在4000～600cm-1区间的红外吸收光谱如下图，试推断其为下列化合物中的哪一个？为什么？（A）CH3(CH2)5OH （B）（C）（D）（E）解：此题为已知范围的未知物，故不需按光谱解析程序解析。
（1）3060、3040、3020cm-1为芳香族的ν=C-H峰；1600、1584、1493cm-1为芳香族νC=C 峰；756、702cm-1为芳香族γ=C-H峰，A、B无上述峰。
否定A、B。
（2）图中无～2200cm-1峰，否定D。
（3）图中无～3300cm-1峰，否定C。
应为E。
综上所述，其峰归属：3060cm-1、3040cm-1、3020cm-1（苯环ν=C-H）、1600cm-1、1584cm-1、1493cm-1（苯环νC=C ）、756cm-1、702cm-1（单取代苯γ=C-H）、2938cm-1、2918cm-1、2860cm-1（亚甲基νCH ）、1452cm-1（亚甲基δCH2）。
4．某未知化合物的分子式为C14H14，测得其红外光谱如下图，试通过光谱解析推断其分子结构式。
解：（1）计算不饱和度：u=(2+2×14-14)/2=8，说明可能含有两个苯环、或一个苯环及两个叁键、或一个苯环及四个双键。
但由上图显示，2400～2100cm-1区间没有吸收峰，即结构中不含-C≡C-及-C≡N键；分子式中不含氧原子，1700cm-1左右也没有νC=O峰，即结构式中也不含C=O基。
分析化学第十二章红外光谱法.
O‖ R—C—R′
1715cm-1
O‖ R—C—OR′
1735cm-1
O‖ R—C—Cl
1800cm-1
O‖ R—C—F
1870cm-1
⑵共轭效应： 共轭效应引起双键的极性增加，双键性降低，
力常数减小，因而其伸缩振动频率下降。 A.π-π共轭体系
由于共轭分子电子云平均化使共轭双键的双 键性下降。原来双键键长增加，力常数减小，振动 频率下降。
⒋红外吸收光谱产生必须满足的条件：
①νL = ⊿V﹒ν
②⊿≠0
⒌实际峰数小于理论计算峰数的原因：
① ⊿=0，不产生红外吸收；
②简并； ③仪器不能区别那些频率十分接近或吸收带很弱的振动， 仪器检测不出； ④吸收峰落在仪器检测范围之外。
㈡吸收峰的强度
⒈强弱的划分
红外光谱法中，一般是按摩尔吸光系数ε的
大小来划分吸收带的强弱。
O HH
O HH
O HH
s OH
3652cm -1
as OH
3756cm -1
OH1595cm-1
OCO
s C=O
1340cm 1
OCO
as C=O
2350cm
1
O C=O
C=O 666cm 1
++
OCO
C=O666cm1
二、红外吸收光谱产生的条件和吸收峰强度
㈠红外吸收光谱产生的条件 ⒈红外活性振动：
使分子偶极矩发生变化的振动方式，才会吸收特 定的红外辐射，这种振动方式称为具有红外活性。 ⒉红外非活性振动：
不能引起偶极矩的变化的振动。 分子是否显示红外活性，与分子是否有永久偶极 矩无关。只有同核双原子分子（H2、N2）才显红 外非活性。
第3章红外光谱法
Rayleigh散射：
激发虚态
弹性碰撞；无能
E1 + h0
h(0 - )
量交换，仅改变方向
Raman散射：
h0
非弹性碰撞；方
向改变且有能量交换 E1
E0 + h0
h0 h0 V=1
h0 +
E0
V=0
Rayleigh散射
Raman散射
h
E0基态， E1振动激发态； E0 + h0 ， E1 + h0 激发虚态；
发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子 的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。
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分析化学研究所
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分子中基团的基本振动形式
1．两类基本振动形式
伸缩振动
弯曲振动
亚甲基
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亚甲基
分析化学研究所
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伸缩振动
甲基的振动形式
弯曲振动
对称 υ s(CH3) 2870 ㎝-1
频峰
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官能团区和指纹区
• 官能团区 4000~1300cm-1是基团伸缩振动出现的区域，对鉴定 基团很有价值
• 指纹区 1300~600cm-1是单键振动和因变形振动产生的复杂光 谱区，当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微 的差异，对于区别结构类似的化合物很有帮助。
共轭效应：使共轭体系中的电子云密度平均化，使双键略有伸 长，因此，双键的吸收频率向低波数方向位移。
中介效应:当含有孤对电子的原子（如：O, N, S等）与具有多 重键的原子相连时，也可起类似的共轭作用，使吸收频率向低 波数方向位移。
光谱法分为下列几大类
光谱法分类光谱法是分析化学中常用的一种分析技术，它基于物质与电磁辐射之间的相互作用关系，通过测量样品对辐射的吸收、发射、散射等现象来获得有关样品成分和性质的信息。
根据不同的原理和应用领域，光谱法可以分为下列几大类：1.紫外-可见吸收光谱法（UV-Vis Spectroscopy）：紫外-可见吸收光谱法是测量样品对紫外光和可见光的吸收情况，利用物质分子电子跃迁的特性获取信息。
通过测量样品在特定波长范围内的吸收强度，可以推断样品的物质成分、浓度、反应动力学等。
2.红外光谱法（Infrared Spectroscopy）：红外光谱法通过测量样品对红外光的吸收及散射行为来获得信息。
红外光谱主要用于研究物质的分子结构和化学键的类型、官能团的存在与否、样品的组成等。
3.核磁共振光谱法（Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy，NMR）：核磁共振光谱法是利用样品中的核自旋与外加强磁场相互作用的原理。
通过测量核磁共振信号的频率和强度，可以确定样品的结构、物质的构象、体系的动力学行为等。
4.质谱法（Mass Spectrometry）：质谱法通过将样品中的分子或原子离子化并分离，然后根据它们的质荷比通过质谱仪进行检测和测量。
质谱法广泛应用于物质的组成分析、结构鉴定、分子质量测定、代谢产物的研究等。
5.荧光光谱法（Fluorescence Spectroscopy）：荧光光谱法利用样品吸收光能后再辐射出较长波长的荧光光，测量荧光的强度和发射光谱，从而研究样品的性质和活性。
荧光光谱法在药物分析、生物分析、环境检测等领域具有重要的应用价值。
除了上述主要的光谱法，还有许多其他类型的光谱法，如原子吸收光谱法（Atomic Absorption Spectroscopy）、拉曼光谱法（Raman Spectroscopy）、电子自旋共振光谱法（Electron Spin Resonance Spectroscopy）等。
红外吸收光谱法IR-A
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二、红外吸收过程
UV——分子外层价电子能级的跃迁 （电子光谱）
IR——分子振动和转动能级的跃迁 （振转光谱）
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三、红外光谱的作用
1．可以确定化合物的类别（芳香类） 2．确定官能团： ✓ 例：—CO—，—C＝C—，—C≡C— 3．推测分子结构（简单化合物） 4．定量分析
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红外分光光度法——研究物质结构与红外光谱之间关系 红外光谱——由吸收峰位置和吸收峰强度共同描述
一、红外吸收光谱的产生 二、振动形式 三、振动的自由度（峰数） 四、特征峰与相关峰 五、吸收峰位置（峰位） 六、吸收峰强度（峰强）
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一、红外吸收光谱的产生
1．振动能级
E 振 0 .0 ~ 1 5 .0 E V E 转 0 .0~ 0 0 .0 V 05 1
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一、红外光的区划 红外线：波长在0.76~500μm (1000μm) 范围内的电磁波
波数σ和波长λ的关系
(cm1)104 (m)
红外光谱区
近红外区 中红外区 远红外区
(m) 0.76 ~ 2.5 2.5 ~ 50 50 ~ 1000
(cm-1) 13158 ~ 4000 4000 ~ 200
键角发生周期性的变化伸缩振动弯曲振动对称伸缩振动变形振动剪式振动完整版课件ppt21一ax变形振动完整版课件ppt22二ax变形振动完整版课件ppt23对称伸缩不对称伸剪式振动面内摇摆面外弯曲面外摇摆弯曲振动变形振动对称变形振动不对称变形振动完整版课件ppt24图示201465cmchcmch完整版课件ppt25吸收峰数常少于振动自由度数指分子独立的振动数目或基本的振动数目振动自由度转动自由度平动自由度分子自由度转动自由度平动自由度分子振动自由度个原子组成分子每个原子在空间具个原子组成分子每个原子在空间具个运动自个运动自由度分子总的运动自由度为由度分子总的运动自由度为3n3n完整版课件ppt26示例完整版课件ppt27示例分子线性分子红外非活性振动完整版课件ppt28绝大多数化合物ir吸收峰数小于理论计算振动自由度其原因有
化学中分子结构分析的多种方法及优缺点
化学中分子结构分析的多种方法及优缺点化学是一门基础学科，其研究对象是物质及其变化规律。
分析物质分子结构的方法对于化学研究和工业生产具有重要意义。
本文将介绍几种化学分析分子结构的方法，并探讨其优缺点。
一、元素分析法元素分析法是分析有机物中元素种类和个数的方法，其原理是利用化学反应将物质分解为各种元素，然后用各种方法从中分离出各元素。
具体的分析方法有元素化学分析和元素比色法。
优点：该方法可以准确地确定有机物的元素组成，是确定化合物结构的基本方法之一。
缺点：该方法只能确定元素种类和个数，不能确定分子结构。
二、红外光谱法红外光谱法是通过测量物质在红外区的吸收光谱来确定化合物的结构的方法。
化合物吸收红外辐射的能量与其分子的振动相联系，因此通过分析它们的吸收光谱可以确定有机物中的化学键信息。
优点：该方法可以快速地确定有机物的化学键信息，适用于大多数有机化合物。
缺点：红外光谱法只能确定分子中存在哪些基团，但不能确定它们在分子中的排列方式。
三、质谱法质谱法是一种利用物质分子在电子轰击下释放出的离子进行分析的方法。
通过将分子中的离子进行质量分析，可以确定分子的质量及其中的各基团的质量分数，从而推断化学结构。
优点：该方法可以准确地确定分子中各个原子的位置和种类，能够对分子进行全面的分析。
缺点：该方法需要高精度的仪器，成本较高，工作原理复杂，数据处理难度较大。
四、核磁共振法核磁共振法是通过核磁共振现象来获得原子核在磁场中的行为信息，探测分子中原子的空间位置和构象信息的方法。
化学物质中由不同原子构成的杂化体系受核磁共振的影响不同，通过测量分子中原子核的信号频率、强度和相位，可以推断分子的构象和化学结构。
优点：该方法可以对化合物进行高度准确的结构分析，能够同时分析化学物质中的几种成分。
缺点：该方法需要高精度的仪器和配套的计算机程序，技术要求严格，成本相对较高。
五、X射线晶体学X射线晶体学是采用物质分子中的晶体结构分析方法之一。
第六章 红外吸收光谱法
m1m 2
(m1 m 2 )
分子振动的能量与振动频率之间的关系 E=（ +1/2）h=（ +1/2）hc 为振动量子数=0, 1, 2, 3
E振 h 2 k 1 （ ） 2
=0 → =1跃迁, 基态 → 第一激发态 即△ =1 振动能级跃迁的能量差为:
振动自由度= 3N-平动自由度-转动自由度
= 3N-6
= 3N-5
非线性分子
线性分子（所有分子在一条直线上）
如：H2O振动自由度 3×3 – 6 = 3三种基本振动形式
实际上红外谱图上峰的数目比理论值少得多
影响吸收峰数目的因素 (1)没有偶极矩变化的振动不产生红外吸收； (2)吸收频率相同，简并为一个吸收峰； (3)有时频率十分接近，仪器分辨不出，表现为一个吸收峰 (4)有些吸收程 度太弱，仪器检测不出
一、官能团区和指纹区
红外吸收光谱为了便于解析划分为两个区：
4000~1300cm-1 区域：是由伸缩振动产生的吸收
带，为化学键和基团的特征吸收峰，吸收峰较
稀疏，鉴定基团存在的主要区域——官能团区
1300~600cm-1 区域：吸收光谱较复杂，除单键
的伸缩振动外，还有变形振动。能反映分子结
构的细微变化——指纹区
§6-3 基团频率和特征吸收峰
基团的特征吸收峰——基团频率
• 组成分子的基团如：O-H、C=C、C=O等都有自 己特定的红外吸收区域，分子的其它部分对其吸收 位置影响较小。
• 通常把能代表某基团存在，并有较高强度的吸收 峰，称为特征吸收峰，所在的频率位置称为基团频 率。 • 基团频率——主要是一些伸缩振动引起的，用于 鉴定某官能团是否存在。基团不同，基团频率不同。
光谱学方法在分析化学中的应用
光谱学方法在分析化学中的应用分析化学是对物质成分的定性和定量分析，其方法多种多样。
其中，光谱学是一种非常重要的分析方法，在物质的识别、鉴定、定量以及性质研究等方面都有着广泛的应用。
本文将介绍几种主要的光谱学方法在分析化学领域中的应用。
一、红外光谱法红外光谱法是一种利用分子吸收红外辐射与其分子结构相联系的分析方法。
通常情况下，分子实施振动与旋转运动时，能量的作用下，吸收、发射或散射电磁波，其辐射能量正好与分子振动能量匹配。
而吸收的红外辐射波长，与分子结构有关。
在分析化学中，红外光谱法可以快速、准确地鉴定有机物和无机物中的成分和结构。
例如，在医药制品中，可以通过红外光谱鉴定药物的纯度和组成；在石油化工产业中，各种炼油产品和化学品都可以使用红外光谱法进行分析和检测。
二、紫外-可见光谱法紫外-可见光谱法是一种利用物质分子在紫外或可见光范围内的吸收和散射光波进行分析的方法。
该方法亦常用于分析物的定量分析和鉴定。
在分析化学中，紫外-可见光谱法通常用于检测无机盐和有机物中的成分；检测环境中的水质、土质等方面也有一定的应用。
例如，在食品生产中，可以使用紫外-可见光谱分析色素和抗氧化剂等添加剂的组成。
三、质谱法质谱法是一种分析方法，通过将气态或溶液态的分析物子层解离，测定离子的质荷比，从而得出其分子式或分子量。
这种方法通过测量质谱仪各种谱线能量与吸收强度来测定分子量。
在化学分析中，质谱法可以用来确定有机物、无机物等的化学结构，也可用于进行药物研发和检测；在环境检测中，有机物和无机物中的化学成分都可以通过质谱法测定。
四、原子吸收光谱法原子吸收光谱法是通过吸收气态原子或离子外的电子，来进行分析的一种方法。
通过测量进入样品的光束在经过样品后被吸收的光的强度，确定样品中特定元素的浓度，并由此推算出化学式。
应用领域广泛，包括矿产检测、环境污染和食品质量检测等领域。
总之，光谱学方法在分析化学领域中的应用十分广泛，可以用于各种物质的分析和鉴定，对于分析化学领域的研究和实践都有重要的意义。
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（2）吸收池
• 玻璃、石英等对红外光均有吸收 • 红外吸收池窗口，一般用一些盐类的单晶制作： 如KBr 或 NaCl 等（它们极易吸湿，吸湿后会引 起吸收池窗口模糊。要求恒湿环境 • 可测定固、液、气态样品 气态：将气态样品注入抽成真空的气体样品池 液态：液体样品可滴在可拆池两窗之间形成薄的 液膜；一般将液体样品注入液体吸收池中 固态：1~2mg 固体样品+100~200 mg KBr 研磨混匀 后 压成 1mm 厚的薄片 • 用于测定红外光谱的样品有较高的纯度（>98%）， 样品中不应含有水分
此区域的光谱较复杂 : 主要包括 C-H 和 O-H 的弯曲振 动；C-N、C-C、P-O、N-O 和 N-H 等的伸缩振动。1000-650 cm-1 区域的某些吸收峰可用来确定烯烃和苯环的取代类型。
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• 二、常见化合物的特征吸收峰
烷烃类
• 烯烃类 • 炔烃类 • 芳香类 • 羰基化合物 • 羟基化合物
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二、色散型红外吸收光谱仪
工作原理
光源
样品池 单色器 检测器
参比池
光谱 记录
带动笔和光 楔的装置
放大器
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三、傅里叶变换红外光谱仪
• 傅里叶变换红外光谱仪是20世纪70年代问世的第 三代红外光谱仪 • 主要区别：用干涉计取代了单色器
干涉计 试样 检测器 电子计算机
光源
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• •
•
•
• •
• •
• 而偶极矩变化与成键两原子的电负性差及分子结构的对称 性有关：电负性差↑，即键的极性↑，强度 ↑；分子的对称 性↑强度↓
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第二节 红外吸收光谱仪 • 一、红外光谱主要部件：
• 光源、样品池、单色器、检测器、放大记 录系统
• 根据红外吸收光谱仪的结构和工作原理不 同可分为： 色散型红外吸收光谱仪 傅立叶变换红外吸收光谱仪（FI-IR）
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（3）单，再射到检测器上加以检测
• 类别：光栅与棱镜
• 光栅——光栅单色器不仅对恒温恒湿要求不高， 而且具有线性色散，分辨率高和能量损失小等优 点
• 棱镜——早期的红外光谱仪使用一些能透过红外 光的无机盐如NaCl、KBr 等晶体制作棱镜；易吸 湿，需恒温、恒湿；近年来已被淘汰
第八章 红外吸收光谱法和Raman光谱法 第一节 红外吸收光谱的基本原理 第二节 红外光谱与和Raman光谱仪器及制样 第三节 基团振动频率及影响因素 第四节 红外光谱和Raman光谱的主要应用
1
概 述
1、方法定义：
•
基于物质分子对红外辐射的吸收所产生的红外吸收光谱， 对物质的组成、结构及含量进行分析测定的方法叫红外吸 收光谱分析法。 2、分子振动光谱的特点： 1）特征性高。 就像人的指纹一样，每一种化合物都有自己的特征红外 光谱，所以把红外光谱分析形象的称为物质分子的“指 纹”分析。 与分子组成、化学键、官能团及空间分布密切相关； 2）是无损分析；用样量少，分析速度快，不破坏样品。 3）应用广泛。从气体、液体到固体，从无机化合物到有机 化合物，从高分子到低分子都可用红外光谱法进行分析。
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（3）2000-1500 cm-1 区域 称为双键伸缩振动区，主要包括 C=N、C=C、 N=N、N=O 和 C=O 等的伸缩振动。 伸缩振动
1600-1690 cm-1
伸缩振动
苯环的骨架振动 （4）1500-670 cm-1 区域
1500-1900 cm-1
1600-1450 cm-1
NH2 剪式振动及芳香化合物的倍频区域
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（一）基频区——4000～1350cm-1
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基团频率和红外光谱的分区 （1） 4000-2500 cm-1 区域 称为氢键伸缩振动区，包括 O-H、 N-H、C-H 和 S-H 等的伸缩振动。 （2） 2500-2000 cm-1 区域 称为叁键和累计双键伸缩振动区， 主要包括等的伸缩振动。
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振动方式分 为两类：伸缩振动；弯曲振动
对称伸缩振动νs
+ +
反对称伸缩振动
+
面内弯曲振动（剪切振动）
+
面外弯曲振动（面外摇摆） 面外弯曲振动（扭曲）
面内弯曲振动（面内摇摆 10 )
以亚甲基为例
• 伸缩振动
H
C
H
H C
H
对称伸缩振动
反对称伸缩振动 H H C
同向
• 弯曲振动
H C H
相向
+ H C
异丙基 CH3-CH叔丁基 CH3-CCH3
两峰高 度相近
CH3
两峰高度 一高一矮
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例如：
O=C=O
O=C=O
O=C=O
O=C=O
对称伸缩 无吸收峰
面内弯曲 面外弯曲 简并为一个吸收峰
反对称伸缩 吸收峰
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（2）吸收峰增多的原因
① 倍频、组合频
倍频峰和组频峰又称为泛频峰。 ② 振动偶合 当相同的两个基团在分子中靠得很近时，其相应 的特征峰常发生分裂，形成两个峰。 ③ 费米共振 泛频峰与邻近的强的基频峰之间的偶合，称为费 米共振，往往裂分为两个峰。
吸收峰 基频峰 （强） 泛频峰
（弱）
倍频峰 合频峰 组频峰 差频峰
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2、分子的振动形式
• 简正振动：分子质心保持不变，整体不转动，
• 说明：每个原子都在其平衡位置附近作简谐振动，其振动 频率和位相都相同，即每个原子都在同一瞬间经过自己的 平衡位置，而且都同时达到各自的最大位移。
• 振动的基本类型 1）伸缩振动：表示 原子沿着化学键的方向来回振动 涉及化学键键长改变，键角不变； 2）弯曲振动： 表示 原子沿着化学键的垂直方向振动，又称变形振 动，涉及键角及键的方向改变，键长不变。
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（二）吸收峰强度及影响因素
• 1、 强度：吸收峰强度比紫外可见弱得多
• • • • • •
红外 κ﹥100 20~100 10~20 1~10 ﹤1
非常强 较强 中强 弱 非常弱
紫外 104~105 103~104 102~103 ﹤102
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2、影响因素
（1）振动能级的跃迁概率 • 由 0 1跃迁概率大，峰较强 • 由 0 2 、3 跃迁概率小，峰较弱 （2）偶极矩的变化 ：与偶极矩变化平方成正比 • 偶极矩变化越大，对应的峰越强 一般极性基团如：O-H，C=O，N-H 峰较强 非极性基团如：C-C，C=C 峰较弱
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（4）检测器
• 作用：是将照射在它上面的红外光变成电信号。 • 红外区光子能量低，不能使用紫外可见吸收光谱 仪上的光电管或光电倍增管 • 常用：真空热电偶、测辐射热计、热电检测器
（5）记录器
• 由检测器产生的微弱电信号经电子放大器放大后， 由记录笔自动记录下来
• 新型的仪器配有微处理机以控制仪器操作、谱图 检查等
为原子的折合质量
• （2）公式意义： ①分子振动的频率与化学键力常数k1/2（键强）成正比； ②分子振动的频率与折合质量1/2成反比
m1m2 (m1 m2 )
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几个术语
基频峰：=0 → =1 产生的吸收谱带称基本谱带，最强； 倍频峰： =0 → =2，3产生的吸收谱带，弱； 合频峰：当光子能量等于同一分子两种基团的基频跃迁能量 总和时，则可能同时受激产生两种频率之和的谱带； 差频峰（*）当光子能量等于同一分子两种基团的基频跃迁 能量之差时，则可能同时受激产生两种频率之差的 带，实际是一种由基态到激发态，同时另一种由激发 态到基态；
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1. 烷烃
—CH3
CH2
• C-H C-H伸缩振动 < 3000 cm-1 3000 ~2800 cm-1 强吸收峰 • C-H C-H弯曲振动 < 1500 cm-1 ~1460 cm-1 有一强吸收峰 • —CH3： C-H ~1380 cm-1附近有强吸收峰，受取代基影响较小， 可作为有无甲基存在的依据 当两个或三个—CH3连在一个C上时， —CH3 的1380 cm-1 峰会分 CH3 裂:
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• 3、历史： • 1800年英国天文学家Hershl用实验证明了红外光的存在；20 世纪初人们进一步系统地了解了不同官能团有不同红外 吸收频率； • 1950年以后出现了自动记录式红外分光光度计； • 1970年以后出现了傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)； • 此后，红外测定技术，如全反射红外、显微红外、光声光 谱以及红外联机技术不断发展和完善，使红外光谱法得到 了广泛应用。 • 4、光谱表示方法 • ①线性波长表示法：T～ • ②线性波数表示法：T～
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1. 光源——能够发射高强度连续红外辐射的物质
通常采用惰性固体作光源 • 能斯特灯—由锆、钇、铈或钍的氧化物 特点：发射强度大，尤其在高于1000cm-1的区域 稳定性较好；机械强度较差，价格较贵 • 硅碳棒—由碳化硅烧结而成 特点：在低波数区发射较强，波数范围宽，400 ~4000cm-1；坚固、寿命长，发光面积大， 用的较多
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5、与紫外可见吸收光谱法的比较
不同点 光 源 起 源 研究 紫外可见吸收光谱 紫外可见光 电子能级跃迁 不饱和有机化合物 红外吸收光谱 红外光 振动能级跃迁 具有活性振动的化合 物（包括有机物和无 机物）
范围 特 色
共轭双键、芳香族等
反映发色团、助色团的情 反映各个基团的振动 况 及转动特性
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第一节 红外吸收基本原理
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一、基本原理 （一）分子的振动
1、谐振子—说明与k及µ 的关系
m1 伸 缩 m2 伸
将两原子看成是质量为m1与m2的两个小球，把连接它 们的化学键质量忽略，看作为弹簧，原子在平衡位置作伸 缩振动，近似看成简谐振动。
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• （1）分子振动的频率计算公式
1 k 1 k 或 2 2c k 是化学键的力常数，单位：N· cm-1