红外吸收光谱分析
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。
红外光谱分析的原理
红外光谱分析的原理
红外光谱分析是一种常用的分析技术，它基于物质对红外辐射的吸收特性。
红外辐射波长范围一般在1-1000微米，对应的
频率范围为300 GHz至300 THz。
分析样品时，将红外光束引
入样品，并测量透射或散射光谱。
根据样品中不同成分对红外辐射的吸收特性，可以获取到特定的红外吸收谱图。
红外光谱分析的原理主要是基于分子振动的特性。
红外光用于激发样品中的化学键或分子组成，导致分子进行不同振动模式，如对称伸缩、非对称伸缩、弯曲、扭转等。
不同的分子振动模式对应不同的红外光谱带。
通过分析样品中不同谱带的强度和位置，可以确定样品中的化学功能团和它们的相对含量。
红外光谱分析技术包括四种主要类型：吸收光谱、透射光谱、反射光谱和散射光谱。
吸收光谱通过测量样品对红外光吸收的强度来分析样品的成分和它们之间的相对含量。
透射光谱利用测量穿过样品的透射光强度来分析样品的组成和结构。
反射光谱通过照射样品表面并测量反射光的强度来分析样品的特性。
散射光谱通过测量样品中散射的红外光来获得有关样品粒子大小和形状的信息。
红外光谱分析在许多领域中得到广泛应用，特别是在有机化学、生化分析、材料科学和环境监测等领域。
通过对红外吸收谱的解析和比对，可以快速准确地识别和鉴定样品中的化合物。
此外，红外光谱分析技术还具有非破坏性、实时性和高灵敏度的优点，因此成为许多科学研究和工业应用中不可或缺的分析手段。
红外吸收光谱的测定及结构分析
红外吸收光谱的测定及结构分析红外光是电磁波谱中的一种，其波长范围为780纳米到1毫米。
红外光具有适当的能量，可以使样品中的分子、原子或离子发生振动，而红外吸收光谱就是通过检测样品对红外光的吸收程度来分析样品的化学成分及结构。
红外光谱仪通常由光源、样品室、光路系统和检测装置组成。
测定红外吸收光谱首先需要准备红外吸收样品，样品通常以固体、液体或气体的形式存在。
对于固体样品，可以将样品制成光学透明的薄膜或固体块，并将其放置在样品室中。
对于液体样品，可以将样品直接放置在透明的光学池中。
对于气体样品，可以通过将气体注入到气体池中进行分析。
在测量红外光谱之前，需要校准红外光谱仪，确保光学路径正确，并进行背景扣除操作，以消除仪器及其他环境因素对测试结果的干扰。
在样品测量之前，还需要检查仪器的分辨率和灵敏度，以确保测量结果的准确性和可靠性。
测量红外吸收光谱时，红外光通过样品后，进入到检测装置中进行检测。
样品对不同波长的红外光有不同的吸收能力，这是由样品的分子结构所决定的。
不同类型的化学结构会导致特定的红外吸收峰出现在光谱中。
通过分析红外光谱，可以推断样品中的化学键类型、官能团以及化学结构。
通常，红外光谱可以显示在一张谱图上，横轴表示波数（或波长），纵轴表示吸收强度。
红外光谱的特征峰通常以波数的单位表示，波数越大，对应的振动频率越高。
根据不同官能团的红外吸收特征，可以利用红外光谱推断样品中的化学结构。
结构分析是利用红外光谱进行的一种定性或定量的分析方法。
这种方法的核心思想是，根据已知化合物的红外光谱标准，与待测样品的红外光谱进行比对，从而推断样品的化学结构。
结构分析还可以结合其他的分析方法，如质谱、核磁共振等，以提高结构鉴定的准确性和可靠性。
总结起来，红外吸收光谱是一种非破坏性、准确可靠的分析方法，广泛用于化学、材料科学、生物化学等领域。
通过测定红外吸收光谱并进行结构分析，可以推断样品的化学结构，并为进一步的研究提供基础。
红外吸收光谱分析法
红外吸收光谱分析法
一、红外吸收光谱分析法概述
红外吸收光谱分析法是一种利用物质的红外光吸收能力来探测它们的物质组成的技术。
它特别适用于有机化合物和无机化合物的光谱分析。
通过分析红外吸收光谱，可以检测物质中的有机键、C-H键、C-O键或N-H 键的存在和位置，从而鉴定出物质的化学结构和性质。
红外光吸收法的原理是，物质中的分子、晶体或其他结构会在不同的波长处吸收光，产生光谱，这些吸收光谱是物质的独特特征，反映出物质的特性。
根据这种特性，分析用不同波长的光照射样品，并从所得到的光谱中提取出电子激发、分子振动等信息，从而得到物质的结构和性质。
二、红外吸收光谱分析法基本原理
红外吸收光谱分析法的原理是，当物质受到红外幅射的照射时，它的分子会产生振动和旋转，这些振动和旋转的能量会转化为更高能量的电子跃迁。
这些电子跃迁会引起物质材料吸收一些具有特定波长的红外光，从而产生在不同波长的吸收光谱，通过分析这些吸收光谱，就可以求取物质分子的结构和性质。
红外吸收光谱分析
基团吸收带数据
Ｏ－Ｈ
３６３０
基团吸收
活 泼 氢
Ｎ－Ｈ Ｐ－Ｈ
３３５０ ２４００
伸 缩
带数据
能级跃迁类型
近红外 0.76~2.5
1358~400 0
OH、NH、CH及SH倍频 吸收区
中红外
2.5~25
4000~400
分子振动-转动 （基本振动区）
远红外 25~1000 400~10 纯转动
第二节 红外吸收基本理 论
一、红外光谱产生的条件
(1) 辐射能应具有能满足物质产生振动跃迁所 需的能量；
3、炔烃
炔烃的特征吸收主要是C≡C伸缩振 动（2250～2100cm-1) 和炔烃 C-H伸缩振动（3300cm-1附近)
4、芳烃
芳烃的特征吸收分散在3个小频区：
（1600～1450cm-1)为C=C骨架振动， （2000～1667cm-1) 区域出现C-H 面外弯曲振动的泛频峰，虽然强度很弱， 但吸收峰形状和数目与芳环的取代类型 有关。利用该区的吸收峰与900～ 650cm-1区域苯环的C-H面外弯曲振动， 可确定苯环的取代类型。
(3)1900 1200 cm-1 双键伸缩振动区
(4)1200 670 cm-1 X—Y伸缩， X—H变形振动区
1． X—H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ）
（1）—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；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
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
最常见的溶剂效应：极性基团的伸缩振动频率随溶剂极
性的增大而向低波数方向位移—红移，吸收峰往往增强， 原因：极性基团和极性溶剂分子之间形成氢键。 消除溶剂效应方法：采用非极性溶剂，如CCl4,CS2 等， 并以稀溶液来获得红外吸收光谱。
（四）红外光谱仪
色散型IR谱仪：利用单色器作为色散元件 傅立叶IR谱仪：利用光的干涉作用进行测定， 没有色散元件 1.色散型IR谱仪
• •
光电导检测器
• •
•
•
碲镉汞检测器（ HgTe－CdTe ， MCT) 等 材料:光电导检测器采用半导体材料薄膜， 如Hg-Cd-Te或PbS或InSb，将其置于非 导电的玻璃表面密闭于真空舱内。 原理:吸收辐射后,非导电性的价电子跃迁 至高能量的导电带，从而降低半导体的 电阻，产生信号。 应用: 比热电检测器灵敏，在FT-IR及 GC/F400附近
中强
中强
④
⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨
700附近
2247 3090附近 1639 990 909
弱
中强 弱 中强 中强 中强
影响谱带位置（位移）的因素
①内部因素
(1)诱导效应：力常数变大时，吸收峰发生紫移。
(2)共轭效应：由于分子中形成大Π键所引起的效应， 称为共轭效应。它使电子云密度平均化，造成双键略 有伸长，键的力常数变小，吸收峰红移。 (3)空间效应：张力大伸缩频率高。
C-H键的倍频吸收 分子中原子的 振动及分子转动 分子转动
晶格振动
如果波长以μm为单位，而1μm＝10-4cm，波长与波数的 关系为： 4 1
/ cm
1 10 / cm / m
波数是波长的倒数，常用单位是cm-1，它表示1cm的距离 内光波的数目。 例如λ＝50μm的红外光，用波数表示为：
红外吸收光谱分析
第三章红外吸收光谱分析3.1概述3.1.1红外吸收光谱的基本原理红外吸收光谱法又称为分子振动转动光谱，属于分子光谱的范畴，是有机物 结构分析的重要方法之一。
当一定频率的红外光照射分子时，若分子中某个基团 的振动频率和红外辐射的频率一致， 两者产生共振，光的能量通过分子偶极矩的 变化传递给分子，该基团就吸收了这个频率的红外光， 产生振动能级跃迁；如果 红外辐射的频率和分子中各基团的振动能级不一致，该频率的红外光将不被吸 收。
如果用频率连续变化的红外光照射某试样， 分子将吸收某些频率的辐射，引 起对应区域辐射强度的减弱，用仪器以吸收曲线的形式记录下来， 就得到该试样 的红外吸收光谱，稀溶液谱带的吸光度遵守 Lambert-Beer 定律。
图3-1为正辛烷的红外吸收光谱。
红外谱图中的纵坐标为吸收强度，通常用 透过率或吸光度表示，横坐标以波数或波长表示，两者互为倒数。
图中的各个吸 收谱带表示相应基团的振动频率。
各种化合物分子结构不同，分子中各个基团的 振动频率不同。
其红外吸收光谱也不同，利用这一特性，可进行有机化合物的结 构分析、定性鉴定和定量分析。
图3-1正辛烷的红外光谱图几乎所有的有机和无机化合物在红外光谱区均有吸收。
除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及一些同系物外，结构不同的两个化合物，它们的红外光谱 一定不会相同。
吸收谱带出现的频率位置是由分子振动能级决定， 可以用经典力 学（牛顿力学）的简正振动理论来说明。
吸收谱带的强度则主要取决于振动过程中 偶极矩的变化和能级跃迁的概率。
也就是说，红外光谱中，吸收谱带的位置、形 状和强度反映了分子结构的特点，而吸收谱带的吸收强度和分子组成或官能团的 含量有关。
因此，红外吸收光谱在化学领域中的应用，大体上可分为两个方面，即分子 结构的基础研究和用于化学组成的分析。
首先，红外光谱可以研究分子的结构和化学键。
利用红外光谱法测定分子的 键长和键角， 以此推断出分子的立体构型； 利用红外光谱法测定分子的力常数和 分子对称性等，CH 何沁阴巩匚出匚昭內 4t02960根据所得的力常数就可以知道化学键的强弱；由简正频率来计算热力学函数等等。
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
红外吸收光谱分析
红外吸收光谱分析红外吸收光谱是一种非破坏性测试方法，可以直接测定在不同波长下，不同物质对入射光的吸收情况，从而获得样品的红外吸收光谱图。
这个光谱图展示了不同波长下物质的吸收峰，这些峰对应于样品中不同的官能团或化学键。
通过对红外光谱的解析和比对，可以确定不同官能团的存在和相对浓度。
红外光谱相对于其他光谱分析方法的优点之一是它的灵敏度和准确性。
由于不同官能团具有不同的振动频率和吸收峰位置，红外光谱对分子结构和化学键的识别能力非常强。
通过准确地测定吸收强度和峰形，可以用于定量分析和质量控制。
红外光谱的应用非常广泛。
在有机化学中，红外光谱可以用于鉴定化合物的结构和官能团，包括醛、酮、羧酸、醚、醇、胺等。
同时，红外光谱还可以用于研究溶剂效应、反应动力学和热力学等方面的研究。
除了有机化合物，红外光谱还可以用于无机化学和材料科学领域。
可以通过红外光谱来研究晶体结构、晶格震动、晶格缺陷等。
此外，红外光谱还可以用于表征薄膜的厚度和碳纳米管等纳米材料的结构。
在红外光谱分析中，需要红外光源、样品和检测器。
常用的红外光源包括热辐射、光纤和拉曼激光等。
样品可以是固体、液体或气体。
吸收光谱仪是一种特殊的光谱仪，可以通过测量入射和传出光的差异来获得样品的吸收光谱。
常见的红外吸收光谱仪有傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和分散式红外光谱仪（DI-IR）。
在进行红外光谱分析时，需要注意一些实验技巧和仪器参数。
例如，在FTIR仪器中，需要校准仪器的基线、测量样品的透射率和应用波数范围。
而对于DI-IR仪器，需要注意调整样品的几何位置和光路的聚焦调整。
总而言之，红外吸收光谱分析是一种非常有用和常见的分析手段。
它可以用于鉴定化学物质、研究分子结构和官能团，同时在有机化学、无机化学和材料科学等领域发挥着重要的作用。
在实际应用中，我们需要合理选择光谱仪器，并且熟练掌握实验技巧和仪器操作，以获得准确和可靠的红外吸收光谱数据。
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
吸收峰位置σ(cm-1) 1429 1667 2222
2920
§4 分子振动的形式
多原子中基团的振动形式极为复杂，振动形式的总 数可如下计算
非直线型分形 子式 的 3原 ＝ 总子 振 6数 动 直线型分子式 的3＝ 总 原振 子 5动 数形
非直线型分子以水分子为例
直线型分子以CO2为例
二、多原子分子的振动
合物
位置
1715 1805
1735 ~1740
1740 ~1770
~1680
1775
~1700
1710
1750
1750～ 1800
羧酸、酰卤、酸酐、 酰亚胺
羧酸与羧酸盐： 2700～3300、双峰 (1550～ 1620)+(1330～1420)
酰卤：
向高频移动
RCOF：1850 RCOCl：1795
900～600cm－1
应用：
1 (CH2)n：n≥4，722；n减小，吸收峰红移； 2 烯烃
RCH＝CH2 890(较强)
RHC＝CHR
顺式
反式
690(弱)
970(强)
CH3
3 C C H 3 ：(1370～1380)+(1380~1385)双峰
4 苯环取代情况 苯环：1600、1580、1500cm-1处、两 到三个峰
当C＝C与C＝O共轭时，吸收强度较低； 苯环取代情况主要看700～900(强)和
1660～2000cm－1(弱) 单取代：～710和～750双强峰 四个相邻氢：770～735强峰 三个相邻氢：810～750强峰 两个相邻氢：860～800强峰 单独的氢 ：900～800弱峰
C＝N：1630～1690，强度不定 硝基化合物：～1350 与 ～1560 两强峰 C－O键(1070~1150，强)判断醚、醇、
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
红外吸收光谱定性分析
红外汲取光谱定性分析红外汲取光谱定性分析[目的要求]把握溶液试样红外光谱图的测绘方法，利用红外光谱图进行化合物的鉴定。
[基本原理]在红外光谱分析中，固体试样和液体试样都可采纳合适的溶剂制成溶液，置于光程为0.01—1mm的液槽中进行测定。
当液体试样量很小或没有合适的溶剂时，就可直接测定其纯液体的光谱。
通常是将一滴纯液体夹在两块盐片之间以得到一层液膜，然后放入光路中进行测定，这种方法适用于定性分析。
制作溶液试样时常用的溶剂有CCl4（适用于高频范围）、CS2、（适用于低频范围）、CHCl3等，对于高聚物则多采纳四氢呋喃（适用于氢键讨论）、甲乙酮、乙醚、二甲亚砜、氯苯等。
一般选择溶剂时应做到：（1）要注意溶剂—溶质间的相互作用，以及由此引起的特征谱带的位移和强度的变化，例如在测定含羟基及氨基的化合物时，要注意配成稀溶液，以避开分子间的缔和；（2）由于溶剂本身存在着汲取，所以选择时要注意溶剂的光谱，通常其透光率小于35%的范围内将会有干扰，大于70%的范围内则认为是透亮的；（3）使用的溶剂必需干燥，以除去水的强汲取带，防止损伤槽盐片；（4）有些溶剂由于易挥发、易燃且有毒性，使用时必需当心。
进行红外光谱定性分析，通常有两种方法：（1）用标准物质对比在相同的制样和测定条件下（包括仪器条件、浓度、压力、湿度等），分别测绘被分析化合物（要保证试样的纯度）和标准的纯化合物的红外光谱图。
若两者汲取峰的频率、数目和强度完全一致，则可认为两者是相同的化合物。
（2）查阅标准光谱图标准的红外谱图集，常见的有萨特勒（Sadtler）红外谱图集，“API”红外光谱图，“DMS”周边缺口光谱卡片。
上述的定性分析方法，一般是验证被分析的化合物是否为所期望的化合物的一种鉴定方法。
假如要用红外光谱定性未知物的结构，则必需结合其他分析手段进行谱图解析。
假如解析结果是前人鉴定过的化合物，则可连续采纳上述方法进行鉴定。
如是未知物，就需得到其他方面的数据（如核磁共振谱、质谱、紫外光谱等），以提出*可能的结构式。
红外吸收光谱分析-PPT
波长多用μm做单位; 波数:以σ表示,定义为波长得倒数,单位cm-1,其
物理意义就是每厘米长光波中波得数目。 σ=1/λ(cm)=104/λ(μm)=υ/c 用波数表示频率得好处就是比用频率要方便,
且数值小。 一般用透光率-波数曲线或透光度-波长曲线来
第三章 红外吸收光谱分析
3、2 基本原理 3、2、2 双原子分子得振动
红外光谱就是由于分子振动能级得跃迁(同时伴有转动能级跃迁) 而产生,即分子中得原子以平衡位置为中心作周期性振动,其振幅非 常小。这种分子得振动通常想象为一根弹簧联接得两个小球体系, 称为谐振子模型。这就是最简单得双原子分子情况,如下图所示。
基频峰、倍频峰和泛频峰
分子吸收红外辐射后,由基态振动能级(V=0)跃迁至 第一振动激发态(V=1)时,所产生得吸收峰称为基频 峰。因为△V=1时, L= ,所以 基频峰得位置等于 分子得振动频率。
在红外吸收光谱上除基频峰外,还有振动能级由基态 ( V =0)跃迁至第二激发态( V =2)、第三激发态( V =3),所产生得吸收峰称为倍频峰。
在室温时,分子处于基态( V = 0): EV= 1/2h ,此时,伸缩振动得频率很小。
条件一:辐射光子得能量应与振动跃 迁所需能量相等
当有红外辐射照射到分子时,若红 外辐射得光子(L)所具有得能量(EL) 恰好等于分子振动能级得能量差 (△EV)时,则分子将吸收红外辐射而跃
迁至激发态,导致振幅增大。
多原子分子振动
多原子分子由于原子数目增多,组成分子得键 或基团和空间结构不同,其振动光谱比双原子 分子要复杂。但就是可以把她们得振动分解 成许多简单得基本振动,即简正振动。
简正振动:简正振动得振动状态就是分子质 心保持不变,整体不转动,每个原子都在其平 衡位置附近做简谐振动。
第十章 红外吸收光谱分析
五、红外光谱法的应用
紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机 物，特别是具有共轭体系的有机化合物，而红 外光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化 的化合物。因此，除了单原子和同核分子如Ne、 He、O2、H2等之外，几乎所有的有机化合物在 红外光谱区均有吸收。
红外吸收带的波数位置、波峰的数目以及吸收谱 带的强度反映了分子结构上的特点，可以用来鉴 定未知物的结构组成或确定其化学基团；
基团键角发生周期变化而键长不变的振动称为变形振动， 用符号表示。 变形振动又分为面内变形和面外变形振动。 面内变形振动又分为剪式（以表示）和平面摇摆振 动（以表示）。 面外变形振动又分为非平面摇摆（以表示）和扭 曲振动（以表示）。
⒊基本振动的理论数
简正振动的数目称为振动自由度，每个振动自由度 相当于红外光谱图上一个基频吸收带。
四、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，而偶极矩与分子结构的对称性有关。 振动的对称性越高，振动中分子偶极矩变化 越小，谱带强度也就越弱。一般地，极性较强的 基团（如C=0，C-X等）振动，吸收强度较大； 极性较弱的基团（如C=C、C-C、N=N等）振动， 吸收较弱。
红外光谱的吸收强度一般定性地用很强（vs）、
在1800 cm-1 （1300 cm-1 ）~600 cm-1 区域内，
除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生的 谱带。这种振动与整个分子的结构有关。
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基团的旁证。
基团频率区可分为三个区域：
（1）4000 ~2500 cm-1 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 cm-1 范 围内，它可以作为判断有无醇类、酚类和有机 酸类的重要依据。
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很弱的吸收带和频率很接近的吸收带不能被仪器检
测； 吸收带落在跃迁检测范围之外。
以CO2为例 理论振动数3×3－5＝4；分别对应于下列振动：
现 代 仪 器 分 析
在红外光谱图上仅有667cm－1和2349cm－1两个吸收峰。
C=O > C=C (如反对称伸缩振动吸收峰比对称伸缩振动吸收峰强)
其他外在因素
18
W C G
§6 红外光谱的特征性，基团频率
概念
现 代 仪 器 分 析
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。实验表明，组成分子的各种基团，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。通常把这种能代表基团存 在，并有较高强度的吸收谱带称为基团频率。 其所在位置一般又称为特征吸收峰。
23
W C G
(5)酸：
2500-2700，强而宽(如在1715附近有羰基峰，可确定为酸) 2250-2700强峰
(6)铵盐：
酸与铵盐的区别：羰基吸收峰
现 代 仪 器 分 析
24
W C G
第二组： 1900～2300
(1)炔氢
R
C
C
R
C
C
H ：2100～2140 R' ：2190～2260(弱)
化 合 物 位 置 六、七、 八元环的 酮 1710
O
O
O
～1800
～1775
1750～ 1740
现 代 仪 器 分 析
28
W C G
(4)酮、酯、酰胺的区分 与－R 比较， －NR 、－OR的电负性增加，故酮、酯、酰胺的羰基吸收峰分别在 1710、1710～1735、1680～1710 双键、苯环与环的大小对羰基吸收峰的影响： 化 合物
一级醇：1050 与 1350～1260 二级醇：1100 与 1350～1260
三级醇：1100 与 1310～1410
33
W C G
§7 影响基团频率的因素
一 内部因素
1 电子效应(electrical effects)
A 诱导效应(I, inductive effect)
辐射与物质间有耦合作用
现 代 仪 器 分 析
4
W C G
§3 分子振动方程式
分子中化学键的振动可以类比于简谐振动(对称伸缩振动)
按虎克定律
1 2
k 1 m 2C 1 m1m2 ) m1 m2
k 1 m 2C
k
(
现 代 仪 器 分 析
在红外光谱分析中，不同类型化学键的力常数
现 代 仪 器 分 析
C=C=C C=C=O C=N=N
O=C=O
RN=C=O
2349
2275~2250
26
W C G
第三组(羰基)：1600-1800 (1)基本位置(丙酮)：1710-1720 C=O:1700; C-C:1100 (2)当羰基与双键共振时，单键成分增加，向低波数移动
19
W C G
二、红外光谱的分区
红外光谱的整个范围可分成4000～1300cm1(官能团区)与1300～600cm-1(指纹区)两个区域。 官能团区
频率范围：4000～1300cm－1
现 代 仪 器 分 析
波 长 范 围
3750 ～ 3000
O-H N-H
3300～ 2900
3000～ 2700
8
面外摇摆振动：
W C G
(1)分子的振动方式
现 代 仪 器 分 析
伸 缩 振 动 改 变 键 长
对称伸缩振动
9
W C G
现 代 仪 器 分 析
不对称伸缩振动
伸 缩 振 动 改 变 键 长
10
W C G
现 代 仪 器 分 析
弯 曲 振 动 改 变 键 角
平面箭式弯曲振动
11
W C G
O
化 合 物 位 置
CH CH3
O
3
O
CH
3
O
CH
3
C CH
3
CH
3
CH
3
CH
3
1686
1693
16801700
1710
现 代 仪 器 分 析
当碳碳双键或苯环与羰基共轭时，羰基吸收峰频率比丙酮低30～35
27
W C G
(3)环大小的影响(从三原环(1800)起，环上每增加 一个碳原子，波数降低30～35)
现 代 仪 器 分 析
7
W C G
二、多原子分子的振动
振动的基本类型
伸缩振动：原子沿价键方向 的来回运动、键长改变键角不变； 对称伸缩振动νs 反对称伸缩振动νas 变形振动：基团键角改变而 键长不变 面内摇摆振动：
现 代 仪 器 分 析
剪式振动δs 平面摇摆振动ρ
面外变形振动ω 扭曲振动η
3
W C G
§2 红外吸收光谱的产生
物质对电磁辐射的吸收必须满足的两个条件
辐射能具有刚好能满足物质跃迁时所需要的能量
只有与分子中某个基团的振动频率一致的红外辐射方可被物质 吸收 红外辐射的能量是通过辐射与物质间有耦合作用传递给物质的。 基团的振动类似于偶极子的振动，只有发生偶极矩变化的振动 才能引起可观测的红外吸收谱带；这种振动称为红外活性
17
W C G
§5 红外光谱的吸收强度
强度等级的划分(ε为摩尔吸光系数）
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)
影响吸收峰强度的因素 振动的跃迁几率大小
现 代 仪 器 分 析
基频吸收峰>倍频吸收峰
振动中偶极矩改变的大小 化学键两端原子的电负性差别越大，吸收峰越强； 分子的对称性越差，吸收峰越强。
15
W C 峰与某基频吸收峰相近时， 会发生相互作用，使原来很弱的倍频或组合频吸收 峰增强。 如苯甲酰氯的C-Cl伸缩振动在874，其倍频在1730， 正好在C＝O附近，发生Fermi共振使倍频吸收增强。
现 代 仪 器 分 析
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W C G
化合物的吸收峰数目远小于理论数的原因：
R
C
C
R ：无峰
现 代 仪 器 分 析
H2O 羧基 苯环氢
O 2N C C COOH
25
炔基
W C G
(2)腈基(-CN)
RCN:2260-2240 ArCN:2240-2220
(3)Z=X=Y:
化合物 RN=C=NR R=N=N=N
吸收峰位置 2155~2130 2120~2160 ~1950 2150 ~2100
W C G
第三章 红外吸收光谱分析
2016-5-26
W C G
§1 红外吸收光谱分析概述
红外吸收光谱又称为分子的振转光谱，在化学领域，主要 用于
分子结构的研究(键长、键角) 化学组成的分析(根据红外吸收峰的位置和强度推测为织物结 构)
现 代 仪 器 分 析
虽然分子的转动能级低于振动能级，但两者相差不大，一 般伴随出现，所形成的吸收相互连接形成谱带而不是谱线 红外光谱分析中一般以波数表示光的频率
现 代 仪 器 分 析
RCOF：1850 RCOCl：1795 RCOBr：1810)
酸酐：向高频移动； 双峰
30
W C G
第四组：1550～1680 烯烃 1620～1680 双取代反式不明显 苯环 1600、1580、1500有两～三个中等强 度峰
现 代 仪 器 分 析
由基态跃迁到第二、第三等激发态时所产生的吸收峰； 它不是基频的整数倍，发生的几率也小微弱峰。 组合频 一种频率的红外光被两个振动吸收； 倍频与组合频统称泛频。 振动耦合 当两个基团相邻、且振动频率相近，会发生振动耦合裂分，使吸收 频率偏离基频，一个向高频移动、一个向低频移动。 如当两个甲基连接在一个碳原子上时，其基频1380会消失，而在 1385和1375附近各出现一个吸收峰:
4 1 10 / cm1 / cm / m
2
W C G
红外光谱的分区
近红外区 波长 范围 0.78~2.5 (μm) 中红外区 2.5~25 (μm) 远红外区 25~300 (μm)
现 代 仪 器 分 析
特 点
1 绝大多数无机及 1 低能电子跃迁 有机化合物的基频吸 1 气体分子的纯转动 2 含H基团伸缩 收 振动的倍频吸收 2 最成熟、最强、 跃迁、变角振动、骨架 3 研究稀土和其 最有用、资料最全、 振动、晶格振动 他过渡与金属离子 应用最广泛 2 研究异构体、氢键等 的化合物 3 可进行定性和定 量分析
CH3－ －CH2 －
C
C H
2400 ～ 2100
C C C
1900 ～ 1650
1675 ～ 1500
1475 ～ 1300
1000 ～650
C
C H
功 能 基
H C
Ar
C
H