红外光谱分析
红外光谱的分析实验报告
红外光谱的分析实验报告引言红外光谱分析是一种常用的分析技术，通过测量物质对红外辐射的吸收特性，可以获得物质的结构和组成信息。
本实验旨在通过红外光谱仪测量不同样品的红外光谱，并利用谱图进行分析和鉴定。
实验步骤1. 实验准备准备实验所需的设备和试剂，包括红外光谱仪、样品、红外透明片等。
2. 样品制备将待分析的样品制备成适合红外光谱测量的形式。
常见的制备方法包括固态压片法、涂布法等，根据样品的性质选择合适的制备方法。
3. 样品测量将制备好的样品放置在红外光谱仪的样品台上，调整仪器参数并启动测量程序。
确保样品与红外辐射充分接触，并保持稳定的测量条件。
4. 数据处理将测量得到的光谱数据导出，并进行必要的数据处理。
常见的处理方法包括基线校正、光谱峰位标定等。
5. 谱图分析根据处理后的数据，绘制红外光谱谱图。
观察谱图中的吸收峰位、强度等特征，并与已知谱图进行比对。
6. 结果与讨论根据谱图分析结果，对样品的结构和组成进行推测和讨论。
分析不同峰位的吸收特性，并与已有文献进行对比和验证。
实验结果1. 实验数据测量得到的红外光谱数据如下：波数（cm-1）吸光度1000 0.1231100 0.2341200 0.456……2. 谱图分析根据实验数据绘制得到的红外光谱谱图如下图所示：在此插入红外光谱谱图的Markdown代码3. 结果讨论根据谱图分析，样品中出现了多个吸收峰位，其中波数为1200 cm-1附近的吸收峰较为明显。
根据已有文献，该峰位与C-O键的振动有关，可以推测样品中含有羧酸基团。
此外，还观察到其他峰位，需要进一步分析和鉴定。
结论通过红外光谱分析实验，我们获得了样品的红外光谱谱图，并推测了样品中可能存在的功能基团。
进一步的实验和分析将有助于确认样品的结构和组成，为后续的研究工作提供基础数据。
参考文献[1] 张三, 李四. 红外光谱分析方法研究进展. 分析化学, 20XX, XX(XX): XX-XX.[2] 王五, 赵六. 红外光谱鉴定有机化合物的应用研究. 物理化学学报, 20XX,XX(XX): XX-XX.以上为红外光谱的分析实验报告，通过测量样品的红外光谱并进行谱图分析，我们可以获得样品的结构和组成信息，为进一步的研究提供重要参考。
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。
红外光谱分析
红外光谱分析红外光谱分析是一种用于物质表征和分析的重要技术方法。
它利用红外光波与物质相互作用的特性，通过测量物质对不同波长红外光的吸收、散射或透射行为，来了解物质的结构、组成和特性。
红外光谱分析在化学、生物、医药、农业、环保等领域得到广泛应用。
红外光谱分析是一种非破坏性的分析技术，可以对样品进行快速、准确的分析，而无需对样品进行特殊处理。
这使得红外光谱分析在实际应用中非常方便，特别适用于对大多数无机和有机化合物的分析。
在红外光谱分析中，主要利用了物质与红外光的相互作用。
红外光的频率范围通常被分为近红外区、中红外区和远红外区。
这些不同区域的红外光与样品分子之间的相互作用方式也不相同，因而可以提供不同的信息。
近红外区主要用于有机物的结构表征和定性分析，中红外区则用于有机物和无机物的定性和定量分析，而远红外区则常用于无机物的分析。
红外光谱仪是进行红外光谱分析的主要工具。
红外光谱仪的核心部分是一个光学系统，用于将红外光进行分光和检测。
光谱仪通过扫描不同波长的红外光，得到样品在不同波长下的吸收、散射或透射光强度的变化。
这些光谱数据可以表示为一个光谱图，通常是以波数（cm-1）作为横坐标，吸光度或透射率作为纵坐标。
红外光谱图是红外光谱分析的结果，它可以提供有关样品组成和结构的信息。
根据不同波数下的吸收峰位置和强度，可以推断样品中的官能团、键合情况、分子构型等信息。
通过与已知物质的红外光谱进行比对，还可以对未知物质进行鉴定和定性分析。
红外光谱分析在化学研究和工业实践中具有广泛的应用。
它可以用于药物开发中的药物结构表征和质量控制，可用于环境监测中的水质和空气质量分析，也可以用于食品和农产品的质量安全检测。
此外，红外光谱分析还可以用于病理学、生物学和生物医药等领域的研究。
红外光谱分析作为一种重要的分析方法，不仅可以为科学研究提供强有力的技术支持，也为工业生产和品质管理提供了有效的工具。
它不仅具有分析速度快、结果准确、操作简便的特点，还能够将样品准备工作降到最低，减少了对环境和样品的破坏。
红外光谱分析原理
红外光谱分析原理
红外光谱分析是一种常用的无损检测方法，用于确定化学物质的结构和组成。
其原理基于分子的光谱吸收特性，通过测量样品在不同波长红外辐射下的吸收光谱，来识别样品中的化学键和官能团。
红外光谱分析使用的是红外辐射，其波长范围为0.78至1000
微米，对应的频率范围为12800至10波数。
样品与红外辐射
相互作用后，会吸收一部分光谱，形成一个特定的吸收带。
每个分子都有一个独特的红外吸收谱图，因此通过比较样品的红外吸收谱和已知物质的红外谱图数据库，可以确定样品的成分。
红外光谱分析所测量的是样品对不同波长红外辐射的吸收强度。
红外辐射在与样品相互作用时，其能量与样品的分子振动模式相互转移。
不同官能团和化学键的振动会在红外光谱上表现出不同的吸收带，从而反映出样品的化学组成和结构信息。
常见的红外光谱吸收带包括相对于振动的拉伸、弯曲和扭转等模式。
一般来说，红外光谱的吸收带呈现为峰的形式，峰的位置和形状可以提供有关样品成分和结构的信息。
例如，C-H键的伸缩振动在波数范围2800至3000波数之间，C=O键的伸
缩振动在1650至1800波数之间。
红外光谱分析可以应用于各种领域，包括化学、制药、环境监测等。
它是一种快速、准确、无损的分析方法，能够对样品进行定性和定量分析。
此外，红外光谱仪的设备也逐渐变得便携化和小型化，使得红外光谱分析更加便捷和实用。
红外光谱分析法
例题: 由表中查知C=C键旳k=9.5 9.9 ,令其为 9.6, 计算波数值。
v 1 1 k 1307 k 1307 9.6 1650cm1
2c
12 / 2
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
只合用于双原子分子和影响原因小旳多原子分子，实 际旳分子构造中，基团与基团间、基团旳化学键之间 都会有影响而造成振动波数旳变化
例：计算C－C、C＝C、C≡C旳振动波数？ 已知键旳力常数分别为5、10、15N·cm-1
某些键旳伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型 力常数 峰位
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
4.5m
6.0 m
7.0 m
化学键键强越强（即键旳力常数K越大）原子折合质量 越小，化学键旳振动频率越大，吸收峰将出目前高波数区。
1、红外光谱旳区域划分 常见旳化学基团在4000－670 cm-1范围内有
特征吸收。常将该波数范围提成四个区域 （1）X－H伸缩振动区 4000－2500 cm-1 （2）叁键和积累双键区 2500－1900 cm-1 （3）双键伸缩振动区 1900－1200 cm-1 （4）X－Y伸缩振动及X－H变形振动区
特征吸收：指基团在特定旳区域有吸收，且其他 部分对此吸收位置旳影响较小，并有较强旳吸收谱带。
最有分析价值旳基团频率在4000 cm-1 ~ 1300 cm-1 之间， 这一区域称为基团频率区、官能团区或特征区。区内旳峰是由 伸缩振动产生旳吸收带，比较稀疏，轻易辨认，常用于鉴定官 能团。
在1300 cm-1 ~600 cm-1 区域内，除单键旳伸缩振动外，还 有多数基团因变形振动产生旳谱带。这种振动与整个分子旳构 造有关。当分子构造稍有不同步，该区旳吸收就有细微旳差别， 并显示出分子特征，称为指纹区。
红外光谱分析
2、双原子分子的振动
（1）谐振子的振动
将双原子看成质量为m1和m2的两个小球，把链 接它们的化学键看作质量可以忽略的弹簧，那么原 子在平衡位置附近的伸缩振动，可以近似看成一个 简谐振动。
μ——原子折合质量 k——弹性模量或键力常数，与键能和键长有关，单位 N/cm。
分子的振动能量（量子化）： E振=（υ+1/2）h， υ=0，1，2，3，… ；
光谱 电子光谱 振动光谱
转动能级 最小 0.001-0.05 远红外和微波区 转动光谱
电子光谱包括振－转动光谱，因此紫外可见光谱带最宽， 红外吸收谱带较宽，而转动光谱的吸收带较锐（近似线吸 收）； 分子红外吸收光谱主要为振－转动光谱，根据能量不同：
远红外区： 对应分子的转动吸收 中红外区： 对应分子的振动吸收 近红外区： 对应分子的倍频吸收（从基态－－第二或第三振动态）
但分子的转动是与振动有联系的。因此，分子的纯转动光 谱只有在气态时能观察到一系列精细的转动结构。对于液态、 固态分子，在红外分析图上观察不到一系列精细的转动光谱， 因而一般将红外光谱称为分子的振动光谱。
4、多原子分子的振动
（1）振动分类 ①伸缩振动：原子沿化学键的轴向方向的伸展和收缩（以υ表 示）。振动时，键长变化，键角不变。根据各原子的振动方向 不同，又可分为对称伸缩振动(υs)和不对称伸缩振动（υas).
中红外光谱区可分成两个区域： 4000cm-1-1600cm-1：基团频率区 1600cm-1－650cm-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。可进
一步分为三个区域。
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
红外光谱的分析实验报告
一、实验目的1. 了解红外光谱的基本原理和实验方法。
2. 掌握红外光谱仪的操作技能。
3. 通过红外光谱分析，鉴定样品的化学成分。
二、实验原理红外光谱分析是一种基于分子振动和转动能级跃迁的光谱分析方法。
当分子吸收红外光时，分子中的化学键发生振动和转动，从而产生特征的红外光谱。
红外光谱具有特征性强、灵敏度高、样品用量少等优点，广泛应用于化学、化工、生物、医药等领域。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：傅里叶变换红外光谱仪、样品制备仪、样品瓶、玻璃棒、酒精、丙酮等。
2. 试剂：待测样品、KBr、压片机、滤纸等。
四、实验步骤1. 样品制备：将待测样品研磨成粉末，用玻璃棒搅拌均匀，然后将粉末与KBr按一定比例混合，压制成薄片。
将薄片放置在样品室中。
2. 红外光谱扫描：打开红外光谱仪，预热仪器至规定温度。
将样品薄片放入样品室，进行红外光谱扫描。
扫描范围为4000～400cm-1，分辨率为4cm-1。
3. 数据处理：将扫描得到的数据输入计算机，进行数据处理和峰位定位。
4. 结果分析：根据红外光谱的特征峰，对照标准光谱图，对样品进行定性分析。
五、实验结果与分析1. 样品A：在红外光谱图中，出现以下特征峰：（1）3340cm-1：O-H伸缩振动峰，表明样品中含有羟基；（2）2920cm-1：C-H伸缩振动峰，表明样品中含有烷烃基；（3）1730cm-1：C=O伸缩振动峰，表明样品中含有羰基；（4）1450cm-1：C-H弯曲振动峰，表明样品中含有烷烃基。
综合以上特征峰，样品A为醇类化合物。
2. 样品B：在红外光谱图中，出现以下特征峰：（1）3420cm-1：N-H伸缩振动峰，表明样品中含有氨基；（2）2920cm-1：C-H伸缩振动峰，表明样品中含有烷烃基；（3）1730cm-1：C=O伸缩振动峰，表明样品中含有羰基；（4）1050cm-1：C-O伸缩振动峰，表明样品中含有醚键。
综合以上特征峰，样品B为酰胺类化合物。
六、实验讨论1. 实验过程中，样品制备是关键步骤，需确保样品均匀、无气泡。
5红外光谱分析
伸缩
3700-3500 3600-3000 1420-1350 1500-1340 1500-1200 1200-1010 1100-800
弯曲
1200-600 1650-1600 900-800 900-700 800-600 680-580 560-420
42
红外－拉曼
5 典型红外图谱（7）
化学键 -CH3 -CH-
16
红外－拉曼
4 红外分析方法（3）
17
4 红外分析方法（5）
红外光谱测定中的样品处理技术 1
液体样品 固体样品 气体样品
液膜法 溶液法 水溶液测定
压片法 调糊法(或重烃油法，Nujol法) 薄膜法 ATR法、显微红外、DR、PAS、RAS 气体池
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红外光谱测定中的样品处理技术 2
1液膜法
用组合窗板进行测定
（KBr从4000－250cm－1都是透明的，即 不产生红外吸收）
34
红外－拉曼
5 典型红外图谱（1）
3500 cm-1： O-H stretching vibrations. 1600 cm-1 ：O-H bending vibration band.
~1100 cm-1：Si-O-Si fundamental vibration.
➢Examination of materials that are not amenable to the film analysis method
➢Analysis of extremely thin films applies on the top surfaces
➢Sample in solution
12
红外－拉曼
3 红外吸收产生的原理（8）
红外光谱分析(FT-IR)
红外光谱分析（FT-IR）傅立叶变换红外光谱（FT-IR）是一种强大的技术，可用于获取吸收/排放固体、液体或气体的红外光谱。
当红外辐射穿过被测样品时，一部分红外辐射会被官能团的特定共价键吸收，另一部分红外辐射则直接穿透收集到的光谱代表了分子的吸收和传输，形成了用于化学鉴定的分子指纹。
这也使得红外光谱可用于多种类型的分析。
傅立叶变换红外光谱仪同时收集宽波长范围内的高分辨率光谱，这与色散光谱仪相比具有显著的优势，色散光谱仪一次只能测量相当窄波长范围内的峰值强度。
傅立叶变换红外光谱（FT-IR）分析。
傅立叶变换红外光谱仪可用于所有使用色散仪来提高灵敏度和速度的应用，能够优于红外光谱分析的色散法或滤光片法取决于其：1，非破坏性；2，无需外部校准；3，速度更快；4，灵敏度更高；5，光通量更高；6，操作更简单。
傅立叶变换红外光谱仪分析应用。
1.基于同质异性、同系物、几何和光学异构体的光谱差异进行化学鉴定；2.根据吸收的波长鉴定被测化学品中的官能团；3.通过研究潜在污染物的峰值进行纯度估算；4.通过比较特定官能团的峰跟踪化学反应过程；5.通过监测特定峰对化学物质进行定量分析。
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红外光谱测试分析
红外光谱测试分析引言：红外光谱测试是一种常用的实验技术，用于分析样品的化学结构、官能团及其化学环境。
它是通过观察和记录样品在红外区域（4000至400 cm^-1）的吸收、散射或透射红外辐射而得到的。
红外光谱测试广泛应用于有机、无机、生物、聚合物等领域。
本文将介绍红外光谱测试的原理、仪器、样品制备以及数据分析等内容。
一、红外光谱测试原理红外光谱测试基于物质与红外辐射的相互作用。
红外光谱仪将红外辐射通过样品，然后测量样品吸收、散射或透射的光强。
红外辐射包含许多波长，在红外区域中的每种波长都与特定的分子振动模式相对应。
当样品中的分子振动发生时，它们会吸收特定波长的红外光，从而产生特征峰。
根据这些特征峰的位置和强度可以推断样品的化学组成和结构。
二、红外光谱测试仪器红外光谱测试仪器主要由光源、样品盒、分光器和探测器等组成。
常见的红外光谱仪有傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和色散红外光谱仪（dispersive IR）。
其中，FTIR光谱仪具有高分辨率、高灵敏度和快速测量的优点，被广泛应用于科研和工业领域。
三、样品制备样品制备是红外光谱测试的关键步骤之一、样品可以是固体、液体或气体。
对于固体样品，常用的方法是将样品与适合的红外吸收剂混合，然后挤压成适当的片状样品。
对于液体样品，可以使用液态电池夹持装置保持样品在红外光束中。
对于气体样品，需要将气体置于透明的气室中，并对室内气体进行红外光谱的测量。
四、红外光谱数据分析红外光谱数据分析是针对测得的吸收谱进行的。
常见的红外光谱数据分析包括鉴定功能性团、质谱相关性分析和量子化学计算等。
鉴定功能性团是通过对比样品的吸收峰位置和精确峰位表进行的。
质谱相关性分析是利用红外光谱和质谱数据之间的相关性，为红外光谱的解释提供重要信息。
量子化学计算是通过计算得到的理论红外光谱与实际测量的红外光谱进行比对，以验证实验结果的准确性。
结论：红外光谱测试是一种重要的化学分析技术，广泛应用于化学、材料、药物和环境等领域。
红外光谱分析全解
分子的运动可分为平动、转动、振动和分子内电子的运动.每种运动状 态都属于一定的能级.因此,分子的总能量可以表示为：
E = E0 +Et + Er + Ev + Ee
E0是分子内在的能量,不随分子运动而改变,即所谓的 零点能.Et、Er、Ev和Ee分别表示分子的平动、转动、振 动和电子运动的能量.由于分子平动Et的能量只和温度的变 化直接相关,在分子平动时不会产生光谱.这样,与光谱有关 的能量变化主要是Er、Ev、Ee三者,每一种能量也都是量 子化的.
500
〔3谱带的强度：与样品的厚度、种类及其含 量有关,与偶极矩变化有关.IR可对某一基团定 量分析. 〔4谱带的形状：与结晶程度及相对含量有关. 结晶差说明晶体结构中键长与键角有差别,引 起振动频率有一定变化范围,每一谱带形状就 不稳定.可用半高宽表示〔width at half full
maximum, WHFM>.
电子的能级最大,从基态 到激发态的能级间隔Ee = 1~20eV；分子振动能级间隔 Ev = 0.05~1.0eV,分子转动能 级间隔Er =0.001~0.05eV.电 子跃迁所吸收的辐射是在可 见光、紫外和X射线区,分子 转动能级跃迁所吸收的辐射 是在远红外与微波区.分子的 振动能级跃迁所吸收的辐射 主要是在中红外区.
摇摆
：1306～1303cm-1 （w）
扭曲
：1250cm-1（w）
s：强吸收，m：中等强度吸收，w，弱吸收
上述每种振动形式都具有其特定的振动频率,也即
有相应的红外吸收谱带,其中伸缩振动的频率高于弯曲
振动.
高岭石{Al4[Si4O10]<OH>8 }红外吸收光谱
透 过 率 /%
红外光谱分析
红外光谱分析一．基本原理红外吸收光谱(Infrared Absorption Spectrum，IR)是利用物质的分子吸收了红外辐射后，并由其振动或转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，得到分子振动能级和转动能级变化产生的振动-转动光谱，因为出现在红外区，所以称之为红外光谱。
利用红外光谱进行定性、定量分析及测定分子结构的方法称为红外吸收光谱法。
当分子受到红外光的辐射，产生振动能级的跃迁，在振动时伴有偶极矩改变者就吸收红外光子，形成红外吸收光谱。
若用单色的可见光照射(今采用激光，能量介于紫外光和红外光之间)，入射光被样品散射，在入射光垂直面方向测到的散射光，构成拉曼光谱。
通常将红外光谱区按波长分为3个区域，即近红外区、中红外区、远红外区，如下表所示：1. 分子振动类型有机分子中诸原子通过各类化学键联结为一个整体，当它受到光的辐射时，发生转动和振动能级的跃迁。
简单的双原子化合物如A-B 的振动方式是A 和B 两个原子沿着键的方向作节奏性伸和缩的运动，可以形象地比作连着A、B 两个球的弹簧的谐振运动。
为此A-B 键伸缩振动的基频可用胡克定律推导的公式计算其近似值式中，f 是键的振动基频，单位为cm-1；c 是光速；k 是化学键力常数，相当于胡克弹簧常数，是各种化学键的属性，代表键伸缩和张合的难易程度，与原子质量无关；m 是原子的折合质量，即m=m1·m2/(m1+m2)。
上式表明键的振动基频与力常数成正比，力常数越大，振动的频率越高。
振动的基频与原子质量成反比，原子质量越轻，连接的键振动频率越高。
上述是双原子化合物。
多原子组成的非线型分子的振动方式就更多。
含有n 个原子就得用3n 个坐标描述分子的自由度，其中3 个为转动、3 个为平动、剩下3n-6 个为振动自由度。
每一种振动按理在红外光谱中都应该有其吸收峰，但是事实上只有在分子振动时有偶极矩的改变才会产生明显的吸收峰。
红外光谱分析
红外光谱分析简介红外光谱分析（Infrared Spectroscopy）是一种常用的分析技术，用于研究物质的结构和组成。
通过测量物质对红外辐射的吸收和散射情况，可以获取有关分子振动和结构的信息。
红外光谱分析广泛应用于有机化合物的鉴定和定量分析、材料分析、环境和食品安全监测等领域。
原理红外光谱分析基于物质分子的振动和转动产生的谱线。
大部分物质的振动频率位于红外光谱范围内，因此该技术可以用来研究物质的结构和组成。
红外光谱分析的原理可概括为以下几个方面：1.吸收谱线：物质分子在特定波长的红外辐射下，会吸收特定频率的红外光，产生吸收谱线。
不同官能团或结构单位的振动频率不同，因此吸收谱线可以用来识别物质的组成和结构。
2.波数：红外光谱中使用波数来表示振动频率。
波数与波长的倒数成正比，常用的单位是cm-1。
波数越大，振动频率越高。
3.力常数：物质分子中的振动频率受到分子内力的限制，可以通过量化力常数来描述。
力常数与振动能量相关，可以通过红外光谱数据计算得到。
4.傅里叶变换红外光谱（FTIR）：FTIR是一种常用的红外光谱仪器，利用傅里叶变换原理将红外辐射的吸收信号转换为频率谱线。
FTIR具有快速、高分辨率和高灵敏度的特点，适用于各种物质的分析。
实验步骤进行红外光谱分析通常需要以下步骤：1.样品制备：将待分析的样品制备成适当形式，如固体样品可以通过压片或混合胶制备成薄片，液体样品可以直接放置在红外吸收盒中。
在制备过程中需要注意去除杂质和保持样品的均匀性。
2.仪器校准：使用已知物质进行仪器校准，确保红外光谱仪的准确性和灵敏度。
校准样品通常是有明确红外光谱特征的化合物，如苯环等。
3.获取红外光谱：将样品放置在红外光谱仪中，启动仪器进行红外辐射的扫描。
扫描过程中，红外光谱仪会记录样品对吸收红外辐射的响应。
得到光谱数据后，可以进行后续的数据处理和分析。
4.数据处理和分析：利用软件工具对得到的光谱数据进行处理和分析。
红外光谱分析报告
红外光谱分析报告引言红外光谱分析是一种常用的无损检测技术，通过对物质吸收、发射、散射红外辐射的特性进行测量，可以得到样品的红外光谱图谱，从而了解样品的组成、结构、功能等信息。
本报告将以步骤思路，介绍红外光谱分析的基本原理、仪器设备、样品制备和数据处理方法。
步骤 1：基本原理红外光谱分析是基于物质分子的振动和转动特性进行的。
物质分子在吸收红外辐射时，分子中的化学键会发生振动、伸缩或弯曲，产生不同频率的红外吸收峰。
根据这些吸收峰的位置和强度，可以推断出物质的结构和成分。
步骤 2：仪器设备进行红外光谱分析需要使用红外光谱仪。
红外光谱仪由光源、样品室、光谱仪和检测器等组成。
光源发出红外光，经过样品室后被光谱仪分解成不同波长的光，并通过检测器进行信号转换和记录。
步骤 3：样品制备在进行红外光谱分析之前，需要对样品进行适当的制备。
通常情况下，样品需要制备成薄片或粉末状，并将其置于样品室中进行测量。
对于液体样品，可以直接将其滴在红外透明的盘片上进行测量。
步骤 4：数据处理红外光谱仪会输出一张红外光谱图谱，其中横轴表示波数（或波长），纵轴表示吸光度。
通过对红外光谱图谱的解读和分析，可以获得样品的结构和成分信息。
数据处理的方法包括：1.峰位解析：根据吸收峰的位置，判断样品中存在的官能团或化学键。
2.峰强度分析：根据吸收峰的强度，推断样品中不同官能团或化学键的含量。
3.峰形分析：观察吸收峰的形状，判断样品的结构和分子对称性。
步骤 5：应用领域红外光谱分析在许多领域有着广泛的应用。
以下是一些常见的应用领域：1.化学品鉴定：通过对未知化合物的红外光谱分析，可以确定其分子结构和成分，帮助进行化学品鉴定。
2.药物研究：红外光谱分析可以用于药物的质量控制、相似性比较和稳定性研究。
3.环境监测：红外光谱分析可以用于检测和监测环境中有害物质的存在和浓度。
4.食品安全：红外光谱分析可以用于食品中添加物的检测和鉴定，帮助维护食品的安全性。
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。
红外光谱分析
+
R
C
Cl
Cl
C
Cl
F
C
F
1 715cm-1
1 800cm-1
1 828cm-1
1 928cm-1
（ii）共轭效应（C效应）。共轭效应使共轭体系中的电子云 密度平均化，结果使原来的双键略有伸长（即电子云密度 降低），力常数减小，使其吸收频率往往向低波数方向移 动。例如酮的C=O，因与苯环共轭而使C=O的力常数减小， 振动频率降低。
（3）指纹区 a 作为化合物含有什么基团的旁证，指 纹区许多吸收峰都是特征区吸收峰的 相关峰。 b 确定化合物的细微结构
总的图谱解析可归纳为：先特征，后指纹；先最强 峰，后次强峰；先粗查，后细找；先否定，后肯定。一 抓一组相关峰。光谱解析先从特征区第一强峰入手，确 认可能的归属，然后找出与第一强峰相关的峰。第一强 峰确认后，再依次解析特征区第二强峰、第三强峰，方 法同上。对于简单的光谱，一般解析一、两组相关峰即 可确定未知物的分子结构。对于复杂化合物的光谱由于 官能团的相互影响，解析困难，可粗略解析后，查对标 准光谱或进行综合光谱解析。
在红外光谱区均产生一个吸收峰，但是实际 上峰数往往少于基本振动数目。其原因： i 当振动过程中分子不发生瞬间偶极矩变化时， 不引起红外吸收； ii 频率完全相同的振动彼此发生简并； iii 强宽峰往往要覆盖与它频率相近的弱而窄的吸 收峰； iv 吸收峰有时落在中红外区域以外； v 吸收强度太弱，以致无法测定。
υS
υ as
变形 振动 δ
面内变 形振动 δ 面内
面内摇摆 剪式振动
ρ δs
面外变 形振动 δ的大小为： as >
s
>
δ。
能级变化大的出峰在高频区，即波数值大；能级变化小 的出峰在低频区，即波数值小。
红外光谱分析
红外光谱分析一、引言红外光谱分析是一种广泛应用于化学、物理、生物等领域的分析技术。
通过对物质吸收、发射、散射红外光谱的研究，可以确定物质的分子结构、功能基团和化学键等信息。
本文将介绍红外光谱分析的原理、仪器设备和应用领域，并探讨其在不同领域的应用前景。
二、原理及仪器设备A. 红外光谱的原理红外光谱是指物质在红外辐射下的吸收、发射、散射谱。
红外光谱谱图中的吸收峰对应着物质的特定振动模式，通过与已知物质的吸收峰进行比对，可以确定待测物质的组成和结构。
B. 红外光谱仪的工作原理红外光谱仪主要由红外光源、样品室、光谱分析器和红外光谱仪操作系统组成。
红外光源发出红外辐射，经过样品室中的待测物质，被吸收部分将影响到传入光谱分析器的光线，分析器将光信号转换成电信号，并在计算机操作系统中显示光谱图。
C. 常用红外光谱仪的类型1. 红外线分光光度计2. 红外线显微镜3. 傅里叶红外光谱仪4. 近红外光谱仪三、应用领域A. 化学领域1. 有机化合物分析：红外光谱可以确定有机化合物的官能团和分子结构，用于鉴定化合物纯度、反应程度等。
2. 药物研发：通过红外光谱分析药物的活性成分、药效成分，提高药物研发的效率与质量。
B. 环境领域1. 空气污染监测：红外光谱可用于检测大气中的有害气体，如二氧化碳、一氧化碳等，对环境保护和监测具有重要意义。
2. 水质分析：利用红外光谱可以检测水中溶解的有机物和无机物，分析水质的污染程度。
C. 生物医学领域1. 蛋白质结构研究：红外光谱可以研究蛋白质的次级结构，帮助研究蛋白质的折叠、稳定性等关键问题。
2. 癌症诊断：通过对血液、尿液等样本的红外光谱分析，可以实现对肿瘤的早期检测与诊断。
四、红外光谱分析的前景与挑战A. 前景红外光谱分析作为一种非破坏性、快速、准确的分析方法，具有广泛的应用前景。
随着红外光谱仪器设备的不断更新，红外光谱分析技术在多个领域得到了广泛应用，并取得了一系列有益的成果。
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(2)、 变形振动，又称变角振动 是指基团键角发生变 化而键长不变的振动 面内变形
H H C
剪式振动δ s
H
H C
变 形 振 动
面外变形
平面摆动ρ
H
H C
非平面摇摆ω
H
H C
扭曲振动τ
产生红外吸收的进一步条件
红外吸收光谱的选择定律 必须满足
– 只有振动过程中，偶极矩发生变化的那种振动方式才能吸收 红外，在红外光谱中出现吸收谱带，这种振动方式成为红外 活性 – 经典力学的解释： 分子吸收电磁波如果能引起振动，则振动自己也能发出电磁波； 因此振动过程必须有周期性的正负电荷分离（机械能-静电势 能转换）。
C C C C (700-1500 cm-1) C (1600-1800 cm-1) C (2000-2500 cm-1)
同一键连接的原子质量愈轻，其振动频率愈高
O-H(3600cm-1), O-D(2630cm-1)
价键振动引起的偶极矩变化愈大，吸收峰的强度愈大
C-C吸收较弱, C =O 吸收较强
各个波段的吸收光谱以及用途
• 红外波段的吸收 - 光子能量（频率）与化学键（机械）振动所需 能量接近(共振) - 分子光谱 （不是电子的跃迁！） • 微波波段的吸收 - 光子能量与分子的转动能量接近 - 也是分子光谱
微波炉，红外加热的原理分别来自于这里。 为什么没有紫外炉？可见光加热炉子？
可见光谱的测量方法
3N=平动自由度 +转动自由度 +振动自由度 振动自由度= 3N -平动自由度 -转动自由度 ）
对于任意形状 分子的平动自 由度示意图(有 3个平动自由度)
z
(a) y
y (b) x z x
(c)
线性分子 的有两种 转动方式： 转动自由 度为2
x
这是自旋，不 是转动(如果把 分子简化为点， 则不存在自旋) 无效
一个光谱的例子
• 波长与透光度的关系 • 每一个吸收峰对应于一个振动模式
T1=0.9; T2=0.15
T1=0.99; T2=0.01
红外光谱原理
• 用一束红外光（连续波长）照射试样； • 若其频率相应的能量与某个分子的振动或转动 能量差相当时，就被分子吸收； ΔE=E’’-E’ =hv=hc/λ • 分子由低能态过渡到高能态，产生能级跃迁； • 出现红外分子吸收光谱 • 吸收谱带的强度
•- 醇的气体的吸收给出窄的羟 基吸收峰 醇的第二个特征：
1050-1260 的C-O伸缩振动（容 易与以他单键(C-C, C-N)混淆， 因此特征性相对差） 酚的C-O伸缩振动在1200附近
气体状态的醇中的OH吸收峰
• 气态甲基丁醇的红外光谱显示窄的-OH吸 收峰，而液态的该醇有典型的宽峰
如何解析红外光谱?
• 谱带的三个重要特征
– 最重要的因素：位置
• 表明某一基团存在的重要特征； • 分子内各种官能团的特征吸收峰只出现在红外光波谱的一定范围，如： c=o的伸缩振动一般在1700 cm-1左右。 • 许多不同的基团可能在相同的频率区 变宽
– 如：氢键和离子的官能团可以产生很宽的红外谱带；
C=O的区 间在这里 (如果在)
很遗憾
• 硝基和有可能C=C难以分开 • 比如这个例子。
因此红外是有很大局限的
• 红外光谱的局限来自于其原理 • 频率取决于化学键振动，但是 - 化学键是受到环境影响的 - 不可能选择性振动一个键不影响其 他键，因此键振动频率是一个范围，不 是一个固定值！
第二个重要的区域: 羟基/氨基
胶原蛋白质-磷酸钙陶 瓷复合材料的红外光 谱
• 有机分子（材料）中，C=O的吸收峰往
往是最强的吸收峰。
• 因此，红外（往往）可以很确定地告诉 你，未知物 中/无 C=O键。 • 可以大大缩小未知的范围。
• 乙酸乙酯（重要的溶剂)
高分子材料的例子
那个是聚乙 烯？
那个是 PET?
哪个是尼龙哪个是特氟龙？
O=C=O
其伸缩振动有两种方式：
如果两个相同（H）原子同时沿键轴；离开中心 （C）原子，则称为对称伸缩振动，用符号vs表示
如果一个（HⅠ ）原子移向中心（ C ）原子，
而另一个（HⅡ ）原子离开中心（C)原子， 则称为反对称伸缩振动，用符号vas表示 H C H H C H
vsCH2
vasCH2
伸缩振动
z
y
有效
有效
因此 线性分子的振动自由度为3N-5
非线性分子（H2O)有三种转动方式：转动 自由度=3
H
y
H
x
H
H
H
z
H
因此 非线性分子的振动自由度为3N-6
小结:
对于由N个原子组成的 分子,非线形者有3N-6个振 动自由度,线形者有3N-5个振动自由度。对于有M个自 由度的分子的振动状况，可认为是由M个互相独立的基 本振动方式所 组成 的，这些基本振动方式称为正则振 动方式。
例
分别求出H2O分子、乙炔分子的 振动自由度个数。
3N-6=9-6=3个振动自由度。
解：因为H2O分子是非线形三原子分子，故有
乙炔分子为线形四原子分子，故有3N-5=12-5=7 个振动自由度。
2. 振动的基本类型
(1) 伸缩振动
是指原子沿着价键方向；来回运动， 即振动时键长发生变化，键角不变
当两个相同原子和一个中心原子相连时 亚甲基 二氧化碳 C H H
（宽频率）光源
光栅
I0 检测器 样品
I1
检测器
光谱如何表示
• 透光度 (transmittance, T%) T=I1/I0 • 吸光度 (absorbance, A) A = log(1/T) • 引入A是因为A与样品的浓度成正比，因此很直 观！ • 一个样品的吸收光谱可以用A~λ和T~λ表示，二者 完全等价。 • 但二者各有优缺点。
官能区
指纹特征区
3500 3000 2500 2000
Wavenumbers
(cm-1)
1500
1000
如何解析红外光谱?
• 红外光谱区可分为
– 官能区
• 反映分子中特征基团的振动
– 指纹区
• 反映分子结构的细微变化
解析谱图时，可先从官能区开始，发现某基团 后，再根据指纹区的吸收谱来进一步证实该基 团与其它基团的结合方式
– 决定于偶极矩的变化大小
经典力学解释多原子分子的振动光谱
分子在哪些频率能产生振动吸收？ 分子有多少个振动模式，就有多少个（基本）吸收峰。
分子的总自由度 = 确定分子中个原子在空间的位置所需 坐标的总数。 一个由N个原子组成的分子，其自由度为3N，除去 平动自由度和转动自由度,剩下的就是振动自由度。即
经典力学可以帮助我们预测我们振动的频率
把一个化学键简化为两个刚性小球用弹簧连接在一起
弹簧的基本振动频率为：
影响一个化学键振动频率的因素： 原子的质量 化学键的力常数（键强度）
双键: 顺2-丁烯 和 反2-丁烯
C=C 双键吸收很弱
那个是羰基？那个是C=C双键？
哪个是聚顺丁二烯哪个是聚醋酸乙烯醇酯？
- 非常艰苦的工作
第二部分
如何解读红外光谱 （从光谱 猜测/判断 其分子结构）
如何解析红外光谱?
• 事实上
– – – – 分子结构复杂不象理论分析的那么简单 化学键并非 单独振动，而是相互影响 分子之间也会相互作用 会造成峰频率的移动，重叠 - 因此并非简单明了的一一对应关系
- 解读并不容易
红外光谱的整个范围可分成4000—1300 cm-1与1300—— 600 cm-1两个区域。
特征频率
• 而且，整个分子的红外吸收光谱与其分子结构有一一对应 关系 - 分子的身份证，指纹 • 特征吸收峰：代表基团存在并具有较强强度的吸收峰
这些特征频率是如何得到的？
• 理论计算 • 从大量的同类型物质进行对比总结 • 最有说服力的方法： 同位素替换实验
- 只改变一个分子中的一个键的一个原子，观察其整 个分子红外光谱的改变
材料的红外光谱分析
各个波段的吸收光谱以及用途
• 可见光波段 - 分光光度法（比色法） - 镍 + 丁二酮肟 = 深红色物质 - 深红的程度 ～ 镍浓度 - 可见光区域的”颜色“大多来源于电子能量变化 - 金属离子的电子能级分裂/跃迁 - Ni: 4s2 3d8 • 紫外光波段 - 紫外分光光度法 （UV） - 电子的能量变化 - 有大的共轭不饱和键 - 或者生物分子的高级结构
合成橡胶？
白乳胶？
尼古丁的红外光谱
C=N: 1677; C=C 1691 (这个例子已经很困难)
P=O对C=O的干扰
• P=O振动的频率与C=O振动的频率相差比 较大 • 那个高那个低？ - 键的强度? - 那个重那个轻？ • P=O 伸缩振动：~1100-1320 cm-1
这是什么？不知道
胶原蛋白质-磷酸钙陶 瓷复合材料的红外光 谱
那个是PMMA那个是PVA
海藻酸钠与高碘酸氧化后的海藻酸钠的 红外光谱图
谁有可能干扰C=O的判断？
• • • • 根据红外振动的力学模型。 其他双键或许有可能出现在这一区域。 最常见的 是 C=C双键 双键的种类不是很多 P=O，C=N双键也存在 • 因此，我们需要谨慎，说“往往”
非常幸运
• C=C, C=N 的吸收往往很弱。 • 红外吸收峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化， 振动时分子偶极矩的变化越小，谱带强度也就越弱。 一般说来，极性较强的基团(如c=o,c-x)振动，吸收强 度较大；极性较弱的基团(如c=c,n-c等)振动，吸收强 度较弱；红外吸收强度分别用很强(vs)、强(s)、中 (m)、弱(w)表示. • 你估计C=C和C=O的频率那个高那个低？ - 键的强度 （弹簧的倔强系数） - 原子的质量 （重的给出低频率还是高频率？） - 总体估计如何？