红外吸收光谱法
红外吸收光谱法
红外吸收光谱法
红外吸收光谱法简称红外光谱法。
当一定频率（能量）的红外光照射分子时，如果分子中某个基团的振动频率和外界红外辐射频率一致时，光的能量通过分子偶极矩的变化而传递给分子，这个基团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁。
将分子吸收红外光的情况用仪器记录就得到该试样的红外吸收光谱图，利用光谱图中吸收峰的波长、强度和形状来判断分子中的基团，对分子进行结构分析。
常用于中药化学成分的结构分析。
红外光谱法，又称“红外分光光度分析法”，是分子吸收光谱的一种。
根据不同物质会有选择性的吸收红外光区的电磁辐射来进行结构分析；对各种吸收红外光的化合物的定量和定性分析的一种方法。
物质是由不断振动的状态的原子构成，这些原子振动频率与红外光的振动频率相当。
用红外光照射有机物时，分子吸收红外光会发生振动能级跃迁，不同的化学键或官能团吸收频率不同，每个有机物分子只吸收与其分子振动、转动频率相一致的红外光谱，所得到的吸收光谱通常称为红外吸收光谱，简称红外光谱“IR”，对红外光谱进行分析，可对物质进行定性分析。
各个物质的含量也将反映在红外吸收光谱上，可根据峰位置、吸收强度进行定量分析。
红外吸收光谱法
不饱和度：U=1/2（ 2+2n4+n3-n1 ） ① 链状饱和脂肪化合物的U=0 ②一个双键或一个饱和环状结 构的U=1 ③一个三键的U=2 ④一个苯环的U=4
解析方法 一般原则：先特征，后指纹；先最 强，后次强；先粗查，后细找；先 否定，后肯定。 解析三要素：峰位、峰强、峰形。 原则：一组相关峰确认一个官能团。
所以非线性分子振动自由度=3N-6 线性分子振动自由度=3N-5
意义
用振动自由度可以估计分子的基本 振动频率所产生的吸收峰的数目。
不能用官能团所含的原子数估计官能团的 基本振动频率所产生的吸收峰的数目。
基本原理（二）
IR产生的条件和吸收峰强度 1、条件：①红外辐射的能量必须等于分子的振动 能级差②分子振动的过程中偶极矩必须发生变化。 分子振动的过程中偶极矩发生变化的振动称 为红外活性振动。
示例（1）
已知分子式C6H10O推断分子结构。
示例（2）
已知分子式C10H10O4推断分子结构。
特征吸收峰 （简称特征峰 ） 可用于鉴别官能团 存在的吸收峰。 相关峰（简称相关峰） 由一个官能团产生的一 组相互具有依存关系的吸收峰。
有机化合物的典型光谱
脂肪烃类 芳香烃类 醇、酚、醚 羰基化合物 含氮化合物
脂肪烃类
芳香烃类
醇、酚、醚
羰基化合物
含氮化合物
红外光谱仪
特征区、指纹区
特征区 红外光谱4000~1300cm -1区域。 吸收峰稀疏、易辨认、与官能团一一对应。 确定官能团的存在、化合物的类型。 指纹区 红外光谱1300~400cm -1区域。 吸收峰密集、多变复杂，体现化合物的光谱 特征性如人的指纹一样强。 查找相关吸收峰，进一步确定官能团的存在。
红外吸收光谱法
）．未知物结构的测定 （ 2 ）．未知物结构的测定
基本方法： 基本方法：图谱解析 测绘样品的红外谱图 分析吸收峰的位置、形状、强度等要素 分析吸收峰的位置、形状、 确定分子中所含的基团或化学键 推断分子的结构
步骤1 步骤1： 准备工作 了解样品的来源、制备过程、外观、 了解样品的来源、制备过程、外观、 纯度、 纯度、经元素分析后确定的化学式以及熔 沸点、溶解性质等物理性质， 点、沸点、溶解性质等物理性质，取得对 样品有个初步的认识或判断
特点 光谱来源：分子振动和转动； 光谱来源：分子振动和转动； 样品：气态、液态、固态样品； 样品：气态、液态、固态样品； 应用：结构分析。 应用：结构分析。
一、
红外吸收光谱法的基本原理
1、红外光谱(IR)的产生 、红外光谱 的产生 样品受到的红外光照 射时， 射时，分子吸收其中 一些频率的辐射， 一些频率的辐射，发 生振-转能级的跃迁, 生振-转能级的跃迁, 分子的偶极矩发生变 即得红外光谱。 化，即得红外光谱。
3. 单色器
组成：色散元件、准直镜和狭缝。 组成：色散元件、准直镜和狭缝。 棱镜： 单晶。 棱镜：LiF、CaF2、NaF、KBr单晶。 、 、 单晶 光栅：可用几个光栅组合。 光栅：可用几个光栅组合。
三、
红外光谱法的应用
1
）．已知物的鉴定 （ 1 ）．已知物的鉴定 ）．未知物结构的测定 （ 2 ）．未知物结构的测定
二、色散型红外光谱仪
与紫外可见分光光度计对比 基本组成部件相似： 均有光源、吸收池、 基本组成部件相似： 均有光源、吸收池、单 相似 色器、检测器等。 色器、检测器等。 每个部件的结构、材料和性能不同： 每个部件的结构、材料和性能不同： 不同 如光源、吸收池等。 如光源、吸收池等。
红外吸收光谱分析法FTIR
光谱解析难度大
红外光谱的复杂性较高，需要专业的 知识和技能进行解析，对分析人员的 要求较高。
仪器成本高
FTIR仪器的制造成本较高，使得其普 及和应用受到一定限制。
测试时间较长
与一些其他分析方法相比，FTIR的测 试时间可能较长，需要更多的时间来 完成分析。
未来发展前景
提高检测灵敏度和分辨率 通过改进仪器性能和技术，提高 FTIR的检测灵敏度和分辨率，使 其能够更好地应用于微量样品和 高精度分析。
环境监测
FT-IR可以用于环境监测领域， 如气体分析、水质分析、土壤
分析等。
02 ftir仪器组成
光源
光源是红外傅里叶变换红外光 谱仪（ftir）中的重要组成部分， 负责提供足够能量和合适波长 的红外辐射。
常见光源有硅碳棒、陶瓷气体 放电灯、远红外激光等。
光源的选择直接影响ftir的灵敏 度和分辨率，因此需要根据实 验需求选择合适的光源。
小型化和便携化 为了方便现场快速检测和实时监 测，FTIR仪器的小型化和便携化 成为一个重要的发展方向。
拓展应用领域 随着FTIR技术的不断成熟和普及， 其应用领域将会进一步拓展，包 括生物医学、环境监测、食品安 全等领域。
智能化和自动化 通过引入人工智能和自动化技术， 实现FTIR分析的智能化和自动化， 提高分析效率和准确性。
基频峰
分子振动能级跃迁产生的谱线，是红外光谱中最 强的峰。
特征峰
与分子中特定化学键或振动模式对应的峰，可用 于鉴定化合物结构。
谱图解析方法
峰位置分析
通过分析峰的位置，确定特定化学键或基团的存在。
峰强度分析
通过分析峰的强度，了解分子中特定化学键或基团的相对含量。
峰形分析
红外吸收光谱法的应用原理
红外吸收光谱法的应用原理1. 红外吸收光谱的基本原理红外吸收光谱法（Infrared Absorption Spectroscopy）是一种用于分析物质的方法，它基于物质对红外辐射的吸收特性。
红外光谱法广泛应用于药物分析、材料表征、环境监测等领域。
红外光谱法的基本原理是当物质处于特定的分子振动状态时，它会吸收特定的红外辐射，这些吸收发生在物质的红外光谱区域。
红外光谱法通过测量物质对红外辐射的吸收程度，从而得到物质的红外吸收光谱图。
2. 红外吸收光谱法的仪器原理红外吸收光谱法的仪器主要包括红外光源、样品室、光路系统、检测器和数据处理部分。
2.1 红外光源红外光源产生红外辐射，常用的红外光源包括红外线灯和红外线激光器。
红外线灯产生的辐射广谱而连续，适用于一般的红外光谱分析。
而红外线激光器产生的辐射则是单一波长的单色辐射，适用于高分辨率和高精确度的红外光谱分析。
2.2 样品室样品室用于容纳待测样品。
在样品室中，样品与红外辐射发生相互作用，然后通过光路系统送入检测器进行接收。
2.3 光路系统光路系统由多个光学元件组成，包括光源耦合、样品室与检测器间的光传输路径。
光路系统的设计对于保证测量的准确性和灵敏度至关重要。
2.4 检测器检测器用于接收样品室中的红外辐射，并将其转换为电信号。
常见的红外光谱检测器包括晶体检测器、半导体检测器和热电偶检测器。
不同的检测器具有不同的灵敏度和响应时间。
2.5 数据处理数据处理部分负责接收、处理和呈现红外光谱的数据。
主要的数据处理方法包括谱图的平滑、峰识别和定量分析等。
3. 红外吸收光谱法的应用红外吸收光谱法广泛应用于各个领域的分析和检测中，包括但不限于：•药物分析：红外光谱法可以用于药物的结构鉴定、纯度检验和含量测定等。
•材料表征：红外光谱法可以用于材料的组成分析、结构表征和质量控制等。
•环境监测：红外光谱法可以用于大气中气体的监测和水中污染物的鉴定等。
此外，红外光谱法还可以与其他分析技术相结合，如气相色谱（Gas Chromatography, GC）、质谱（Mass Spectrometry, MS）等，以提高分析的灵敏度和准确性。
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。
红外吸收光谱法
ωCH2 ~ 1300cm
−1
2）蜷曲τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的 ）蜷曲τ：一个X原子在面上，一个X 振动
AX 2型分子
τCH2 ~ 1250cm
−1
续前
3．变形振动： 1）对称的变形振动δs：三个AX键与轴线的夹角同时 对称的变形振动δ ：三个AX键与轴线的夹角同时 变大
AX3型分子
δ
s CH3
~ 1375cm
−1
2）不对称的变形振动δas：三个AX键与轴线的夹角不 不对称的变形振动δ ：三个AX键与轴线的夹角不 同时变大或减小
AX3型分子
as δCH3 ~ 1450cm−1
图示
as νCH3 ~ 2960cm−1
ν ν
as −1 CH2 ~ 2925cm s −1 CH3 ~ 2870cm
λmax ,σ max 或ν max
1．基本振动频率
1 ν= 2π K m折
K ⇒σ =1302 m折
m1 ⋅ m2 其中 m折 = m1 + m2
注：σ 与K 和m折有关
讨论： 讨论：
1） 相近， K m折 ↑⇒σ ↓，ν ↓ （光谱区右端） 例：ν C−H >ν C−C >ν C−O 2） 同类原子： 折一定， ↑⇒σ ↑，ν ↑，（光谱区左端） m K
3） 同一基团的振动形式不 ⇒峰位不同 同
as s νCH >νCH
续前
2．基频峰分布图
（二）影响吸收峰位的因素
1．内部因素： （1）诱导效应（吸电效应）： 诱导效应（吸电效应） 使振动频率移向高波数区
吸电性 ↑，双键性 ↑，K ↑⇒ν ↑
续前
（2）共轭效应： 使振动频率移向低波数区
仪器分析第十五章红外吸收光谱法
苯的衍生物在2000－1650cm-1区域出现C－H面外弯曲变 形振动的倍频或者组合频吸收，但因为强度较弱，只有在加 大样品浓度时才呈现出来。可以根据该区的吸收情况，判断 苯环的取代情况。
影响基团频率位移的因素－外部因素和内部因素
（1）电子效应－包括诱导效应、共轭效应和中介 效应，是由于化学键的电子分布不均匀引起的。
诱导效应（I效应）－由于取代基的不同的电负性， 通过静电诱导作用，引起分子中的电子分布的变化， 改变了键的力常数，使特征频率发生位移。例如有 电负性较强的元素如Cl与羰基相连时，由于诱导效 应，发生氧上电子转移，使C=O的力常数变大，吸 收向高波数移动。元素电负性越强，移动越厉害。
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。
对谐振子，倍频、组频均为禁阻跃迁。
但由于真实分子的非谐性，倍频、组频跃迁几 率并不为零。但强度都很弱。
分子的振动自由度
每个原子在空间的位置必须有三个坐标来确定， 则由N个原子组成的分子就有了3N个坐标，或称为 有3N个运动自由度。分子本身作为一个整体，有三 个平动自由度和三个转动自由度。
线性分子只有两个转动自由度，因为总有一个 轴心于双原子分子的键轴重合，原子在空间的 坐标并不改变。线性分子的振动自由度为3N-5， 非线性为3N－6。
例如苯分子的振动自由度为3×12-6＝30，即30 种简正振动。任何一个分子的振动，都可看成 3N－6或者3N－5个简正振动的叠加而成。
红外吸收光谱法课件
红外吸收光谱法
在倍频峰中，二倍频峰还比较强，三倍频峰以上。因跃迁的几率很小。一般都很弱，常常观测不到。 4000～400cm-1间主要测基频峰，既使有倍频峰也很弱。 还有 合频峰（v1＋v2 , 2 v1 ＋ v2 ….) 差频峰（ v1 - v2 , 2v1 -v2 …….） 很弱，不易辨认。 倍频峰，合频峰，差频峰通称泛频峰，分 子振动并不是严格的简谐振动。
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红外吸收光谱法
（2）倍频峰： 在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态（υ =0），跃迁至第二振动激发态（υ＝2），第三振动激发态（ υ＝3）…..等等，所产生的吸收峰。这些吸收峰称为倍频峰。 二倍频峰： υ0→2 νL=△u·v＝(2－0) ·v ＝2 v 三倍频峰: υ0→3 νL =△ u·v =(3-0) ·v =3v
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红外吸收光谱法
4.基频峰数目减少的原因 (1)△μ=0 (2)o=c=o (3)仪器分辨率低 对一些频率很近的吸收峰分不开，一些 弱峰仪器灵敏度低，未捡出。 (4)波长超过了仪器的可测范围。 如 CO2只有两个峰。
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红外吸收光谱法
图6-6二氧化碳的红外光谱图
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红外吸收光谱法
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红外吸收光谱法
2. 产生红外吸收的第二个条件 分子在振动，转动过程中必须有偶极矩 的净变化。即偶极矩的变化△μ≠0
图6～2：偶极子在交变电场中的作用示意图
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红外吸收光谱法
（1）红外活性 分子振动引起偶极矩的变化，从而产生红外吸收的性质，称为红外活性。其分子称为红外活性分子。相关的振动称为红外活性振动。如H2O ，HCl ，CO为红外活性分子。 （2）非红外活性 若△μ＝0，分子振动和转动时，不引起偶极矩变化。不能吸收红外辐射。即为非红外活性。其分子称为红外非活性分子。如 H2 ，O2 ，N2 ，Cl2….相应的振动称为红外非活性振动。
红外吸收光谱法
凭借红外光谱的这些差异特征,即“红外宏观指纹性”， 并对原红外光谱进行导数计算和相关系数计算等计算机 辅助技术可以用来识别奶粉的厂家间的区别和质量优劣。
这种对奶粉原红外光谱的指纹特征提取和二阶导数分辨 率增强法等计算机辅助技术鉴定法定义为“红外宏观指 纹法”。
红外吸收光谱法
红外光谱图的另一种划分法是依据基团的频率将其分为四个 部分： A、X－H 伸缩振动区，4000－2500 cm-1 B、叁键和累积双键区，2500－1900 cm-1 C、双键伸缩振动区， 1900－1200 cm-1 D、X-Y伸缩振动及X-H变形振动区（单键区），<1650cm-1，包
能斯特灯：由混合的稀土金属（锆、钍、铈）氧化 物制成，工作温度在1750℃。使用寿命长，稳定性好， 在短波范围使用比硅碳棒有利，但其价格较贵，操作不 如硅碳棒方便。
红外吸收光谱法
(2)吸收池（样品池） 分析气体时用气体池；分析液体使用液体池；分析固
体用固体支架。各类吸收池都有岩盐窗片。最常用的是 KBr，因为KBr在4000－400cm-1光区不产生吸收，因此可绘 制全波段光谱图。使用中要注意防潮。
1160 1150～1030
800~1000
722 700左右
基团 次甲基-CH2 次甲基-CH2
羰基C=O 羰基C=O 主要为N-H 主要为C-N
C-O C-O 糖环
-（CH2）n酰氨的N-H等
振动方式 反对称伸缩
对称伸缩 伸缩 伸缩
面内弯曲 伸缩 伸缩 伸缩
环振动
平面摇摆 面外弯曲
归属 主要是油脂 主要是油脂
红外吸收光谱法
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
红外吸收法
红外吸收法红外吸收法，又称作傅里叶红外光谱法，简称FTIR。
它是一种常用于物质组成分析的技术手段，也是近年来生物医药研究领域越来越受关注的技术手段之一。
那么什么是红外吸收法呢？以下是一些相关参考内容。
一、原理简介红外吸收法是一种光谱学方法，它利用吸收红外辐射的物质的特点来分析样品，从而推断出样品的化学组成和结构。
当样品吸收红外光时，分子的化学键会发生振动、弯曲和拉伸，这些振动会发出独特的红外辐射。
通过检测这些辐射，可以获取样品的红外光谱图，从而推断出样品的组成和结构。
二、仪器构成红外吸收法的实现需要红外吸收光谱仪，它通常由光源、样品室、光学元件、检测器和数据处理系统五部分组成。
其中，光源提供可见到红外的连续谱线辐射，样品室用于存放样品，光学元件用于对样品中的光进行分析和转换，检测器则将样品吸收后的光信号转换为电信号，最后数据处理系统会将电信号转换为图形输出。
三、应用领域红外吸收法广泛应用于化学、制药、食品、材料等领域的组成分析和质量控制。
在生物医药领域，红外吸收法也得到越来越多的应用。
例如，用于分析药物的结构和纯度，检测细胞和组织的成分，以及测定蛋白质、核酸和多糖等生物大分子的结构等。
四、优缺点红外吸收法具有灵敏度高、非破坏性、无需处理或加工样品等优点，能够同时分析多组分样品，并可以检测样品中的微量成分。
但同时也存在如对水分敏感等问题，需要进行正确保养和维护。
总体来说，红外吸收法是一种十分有用的分析技术，可以广泛应用于工业和科研领域。
随着其应用范围的不断扩大，红外吸收法的研究也在不断深入，相信在不久的将来，红外吸收法会在更多方面得到应用和推广。
红外吸收光谱法
光区。
由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，所以该区最适于进行定性分析。
在20世纪80年代以后，随着红外光谱仪由光栅色散转变成干涉分光以来，明显地改善了红外光谱仪的信噪比和检测限，使中红外光谱的测定由基于吸收对有机物及生物质的定性分析及结构分析，逐渐开始通过吸收和发射中红外光谱对复杂试样进行定量分析。
随着傅里叶变换技术的出现，该光谱区的应用也开始用于表面的显微分析，通过衰减全发射、漫反射以及光声测定法等对固体试样进行分析。
由于中红外吸收光谱（mid-infrared absorption spectrum，IR），特别是在4000~670cm-1（2.5~15μm）范围内，最为成熟、简单，而且目前已积累了该区大量的数据资料，因此它是红外光区应用最为广泛的光谱方法，通常简称为红外吸收光谱法。
它是本章介绍的主要内容。
远红外光区金属-有机键的吸收频率主要取决于金属原子和有机基团的类型。
由于参与金属-配位体振动的原子质量比较大或由于振动力常数比较低，使金属原子与无机及有机配体之间的伸缩振动和弯曲振动的吸收出现在<200 cm-1的波长范围，故该区特别适合研究无机化合物。
对无机固体物质可提供晶格能及半导体材料的跃迁能量。
对仅由轻原子组成的分子，如果它们的骨架弯曲模式除氢原子外还包含有两个以上的其它原子，其振动吸收也出现在该区，如苯的衍生物，通常在该光区出现几个特征吸收峰。
由于气体的纯转动吸收也出现在该光区，故能提供如H2O、O3、HCl和AsH3等气体分子的永久偶极矩。
过去，由于该光区能量弱，而在使用上受到限制。
因此除非在其它波长区间内没有合适的分析谱带，一般不在此范围内进行分析。
然而随着傅里叶变换仪器的出现，具有高的输出，在很大程度上缓解了这个问题，使得化学家们又较多的注意这个区域的研究。
二、红外吸收光谱法的特点紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机化物，特别是具有共轭体系的有机化合物，而红外吸收光谱法主要研究在振动中伴随有偶极矩变化的化合物（没有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）。
红外吸收光谱法课件PPT
02 红外吸收光谱仪的组成与 操作
红外吸收光谱仪的组成
01
02
03
04
光源
发射特定波长的红外光，为样 品提供能量。
干涉仪
将红外光分成两束，分别经过 样品和参比，再合并形成干涉
。
检测器
检测干涉后的红外光，转换为 电信号。
数据处理系统
处理检测器输出的电信号，生 成红外吸收光谱。
红外吸收光谱仪的操作流程
多光谱融合
将红外光谱与其他光谱技 术进行融合，实现多维度、 多角度的物质成分和结构 分析。
云平台与大数据
利用云平台和大数据技术， 实现红外光谱数据的共享、 挖掘和分析，推动科研合 作与成果转化。
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THANKS
检查部件
定期检查仪器各部件是否正常 工作，如光源、干涉仪、检测 器等。
定期校准
为保证测试结果的准确性，应 定期对仪器进行校准。
数据备份
对测试结果进行备份，以防数 据丢失。
03 红外吸收光谱法的实验技 术
样品的制备与处理
样品制备
将待测物质研磨成粉末，以便更 好地分散在测试介质中。
样品处理
根据实验需求，对样品进行纯化 、干燥等预处理，以消除干扰因 素。
用于检测大气和水体中 的污染物，如挥发性有 机化合物、重金属等。
用于研究生物大分子的 结构和功能，如蛋白质、
核酸等。
红外吸收光谱法的历史与发展
历史
红外吸收光谱法自19世纪中叶被发现以来，经历了多个发展阶段，不断完善和 改进。
发展
随着仪器的改进和计算机技术的发展，红外吸收光谱法的应用范围不断扩大， 分析精度和灵敏度也不断提高。未来，红外吸收光谱法将继续在各个领域发挥 重要作用。
红外吸收光谱法原理
红外吸收光谱法原理
红外吸收光谱法是一种常见的分析技术，其原理是通过测量样品吸收红外辐射的能力来获得关于样品分子结构和化学性质的信息。
红外辐射是电磁波的一种，具有较长的波长，处于可见光和微波之间的频率范围。
红外吸收光谱法基于分子在红外辐射下的振动和旋转转换而产生的谱带。
分子的振动可以分为两种类型：拉伸振动和弯曲振动。
拉伸振动是指分子中化学键的伸缩运动，而弯曲振动是指分子中非线性结构的原子发生弯曲运动。
不同类型的振动将具有特定的频率和能量。
当红外辐射通过样品时，其中的特定波长将与样品中分子的振动频率相匹配，导致分子吸收光能量。
测量仪器将记录样品吸收的红外辐射强度，并以谱图的形式表现出来。
在谱图上，吸收强度以峰值的形式呈现，每个峰代表特定类型的化学键或功能基团。
通过与已知化合物的红外光谱进行比较，可以确定未知样品中存在的功能基团和化学键类型。
因此，红外吸收光谱法被广泛应用于有机化学、材料科学、环境分析等领域，用于物质的鉴定、定量分析以及结构表征。
总之，红外吸收光谱法利用分子对特定波长的红外辐射的吸收能力，探测样品中的振动和旋转转换过程，从而揭示样品分子结构和化学性质的信息。
红外吸收光谱法的原理
红外吸收光谱法的原理红外吸收光谱法（Infrared absorption spectroscopy）是一种常用的分析方法，通过测量物质对红外辐射的吸收来研究物质的结构和组成。
其原理基于物质分子的振动和转动，当红外辐射通过样品时，与样品分子相互作用并导致红外辐射被吸收或散射。
进一步，通过测量样品吸收的红外辐射强度，可以得到关于样品内部分子结构和组成的信息。
红外辐射是电磁波的一部分，具有比可见光更长的波长。
红外吸收光谱法利用这种波长特性，通过对样品在红外区域的吸收进行定量或定性分析。
红外吸收光谱法可以用于有机物、无机物、聚合物以及生物分子等各种类型的样品分析。
在红外吸收光谱法中，仪器设备包括一个红外光源、分光器、样品室和检测器。
红外光源产生宽频谱的红外辐射，经过分光器将红外辐射按波长分成多个特定范围。
样品室是一个透明的容器，用于容纳样品。
样品与红外辐射相互作用后，部分辐射被吸收，其余的辐射经过样品，最后被检测器接收。
检测器将接收到的辐射转化为电信号，并通过放大和处理，能够得到样品在各个波长下的吸收谱图。
红外吸收光谱图谱展示了样品在红外区域的吸收峰，峰的位置和强度可以提供关于样品中的化学键、官能团以及分子结构的信息。
每个官能团和化学键都有具有特定的频率和振动模式，当红外辐射与样品分子振动模式相吻合时，就会发生吸收。
因此，通过观察吸收峰的位置和形状，可以推断出样品中存在的官能团和化学键的类型。
总之，红外吸收光谱法利用物质对红外辐射的吸收特性，通过测量红外辐射在样品中的吸收程度，可以获得关于样品的结构和组成的信息。
这种分析方法广泛应用于化学、材料科学、生物科学等领域，为研究和分析各种样品提供了有力的工具。
红外吸收光谱法
4.1 色散型红外光谱仪的主要部件
⑴ 光源。 常用的有能斯特灯和硅碳棒。 ⑵ 吸收池。 一般用盐类的单晶制作，这些单晶很容易吸湿，吸湿 后会引起吸收池窗口模糊。因此红外分光光度要求在特定 的恒湿环境中工作。同时为了防止和减少吸收池窗片的侵 蚀，被测试样应力求干燥。
⑶ 单色器。 单色器的作用是把通过试样池和参比池的复合光色散 成单色光，再射到检测器上加以检测。 色散元件有棱镜和光栅两种类型。目前生产的红外谱 仪都用平面反射式闪耀光栅作色散元件。 优点：是分辨率高，色散率高且近似线性，不被水侵 蚀，不需要恒温、恒湿设备，而且价格低。 缺点：光栅光谱存在次级间的重叠，因此需要在光栅 前加一滤光器，将不需要的其他次级的干扰光分离掉。 ⑷ 检测器。 可分为三类：真空热电偶、热电检测器和光电导检测 器。其中，真空热电偶是色散型红外光谱仪中最常用的一 种检测器。
4.2.1 迈克尔逊干涉仪工作原理图
4.2.3 傅里叶变换红外光谱仪的优点
光学部件简单，只有一个动镜在实验中转动，不宜磨损。 测量范围宽，其波数范围可达到10000~10cm-1 精度高，光通量大，所有频率同时测量，检测灵敏度高。 扫描速度快，可作快速反应动力学研究，并可与气相色谱 GC、液相色谱LC联用。 e 杂散光不影响检测。 f 对湿度要求不高。 a b c d
2.3.3 分子的振动自由度
双原子分子只有一种振动形式（伸缩振动），组成分 子的原子的原子很多，基本振动的数目就愈多。基本振动 的数目称为振动自由度。 每个振动自由度相应于红外光谱图上一个基频吸收峰。 每个原子在空间都有三个自由度，如果分子由n 个原子组 成，其运动自由度就有3n 个，这3n个运动自由度中，包 括3个分子整体平动自由度，3个分子整体转动自由度，剩 下的是分子的振动自由度。对于非线性分子振动自由度为 3n－6， 但对于线性分子，其振动自由度是3n－5。例如 水分子是非线性分子，其振动自由度=3×3－6=3.
红外吸收光谱法
2024/7/18
3
由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动， 所以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。 同时，由于中红外光谱仪最为成熟、简单，而且目 前已积累了该区大量的数据资料，因此它是应用极 为广泛的光谱区。通常，中红外光谱法又简称为红 外光谱法。
例１ 水分子
2、峰数 ：理论值为 3n-6(3n-5)
2024/7/18 实际峰数不等于此值。(原因？）
18
在红外吸收光谱上除基频峰外，振动能级由基态
（ =0）跃迁至第二激发态（ =2）、第三激发态（ =3），所产生的吸收峰称为倍频峰
由=0跃迁至=2时， △=2，则L=2，产生的 吸收峰称为二倍频峰。
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表 几种红外检测器
红外检测器 原理
构成
特点
热电偶
温 差 热 电 涂黑金箔（接受面）连接金属（热接 光谱响应宽且一致性
效应
点）与导线（冷接端）形成温差。 好、灵敏度高、受热噪 音影响大
涂黑金箔（接受面）作为惠斯顿电桥 稳定、中等灵敏度、较
测热辐射计 电桥平衡 的一臂，当接受面温度改变，电阻改 宽线性范围、受热噪音
由度相当于红外光谱图上一个基频吸收带。设分子 由n个原子组成，每个原子在空间都有3个自由度， 原子在空间的位置可以用直角坐标中的3个坐标x、y 、z表示，因此，n个原子组成的分子总共应有3n个 自由度，即3n种运动状态。
但在这3n种运动状态中，包括3个整个分子的质
心沿x、y、z方向平移运动和3个整个分子绕x、y、z
红外吸收光谱法
IR法基本原理小结
红外吸收峰的产生：1.分子振动能级的跃迁 Ev=(v+1/2)h 基频峰：v=0 v=1 泛频峰 ： v=0 v=2，3 2. 分子偶极矩的变化 红外吸收峰的数目：振动自由度 3N-6 (非线性） 3N-5 (线性） 只有产生偶极矩变化的振动才能产生红外吸收， 又由于简并现象，故分子实际基频峰数一般小 于分子基本振动数。
O
O
O
O C NH2
νC=O 1715cm-1
1690cm-1
1685cm-1 1680cm-1
影响峰位的因素
1.分子内部结构因素 （3）空间效应(steric effect)
O C CH3
H3C CH3 O C CH3
νC=O 1663cm-1
1693cm-1
影响峰位的因素
1.分子内部结构因素 （4）环张力效应：环张力增加，环外双键 振动频率升高，环内双键振动频率降低。
特征区与指纹区
特征区：4000～1300cm-1,有机化合物主要官 能团的特征吸收峰多在此区域。该区吸收峰 较稀疏，容易辨认。通过该区域特征峰的查 找，判断是否有某官能团存在。 指纹区：1300～400cm-1，该区域内吸收峰密 集，多变复杂，犹如人的指纹。通过在该区 域查找相关吸收峰，进一步确定官能团的存 在。
1650cm-1
O
影响峰位的因素
1.分子内部结构因素 （6）氢键效应 使伸缩振动的频率降低，吸收强度增强， 峰变宽。 分子内的氢键对峰位有极明显的影响，但 它不受浓度影响。 分子间的氢键对峰位的影响受浓度影响。
影响峰位的因素
1.分子内部结构因素 （7）费米共振（Fermi resonance) 当一振动的倍频与另一振动的基频接 近时（2νA=νB），二者相互作用使泛频峰 的强度增加或发生裂分的现象。如苯甲醛 的νCH(O) 2850cm-1和2750cm-1 是由νC-H 2800cm-1 与 C-H 1390cm-1的倍频峰2780cm-1 之间发生费米共振引起的。
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红外吸收光谱法
第六章红外吸收光谱法
一、选择题
1.在含羰基的分子中，增加羰基的极性会使分子中该键的红外吸收带 ( )
(1) 向高波数方向移动 (2) 向低波数方向移动
(3) 不移动 (4) 稍有振动
2. 红外吸收光谱的产生是由于 ( )
(1) 分子外层电子、振动、转动能级的跃迁
(2) 原子外层电子、振动、转动能级的跃迁
(3) 分子振动-转动能级的跃迁
(4) 分子外层电子的能级跃迁
3. 色散型红外分光光度计检测器多用 ( )
(1) 电子倍增器 (2) 光电倍增管
(3) 高真空热电偶 (4) 无线电线圈
4.一种能作为色散型红外光谱仪色散元件的材料为 ( )
(1) 玻璃 (2) 石英 (3) 卤化物晶体 (4) 有机玻璃
-15.一个含氧化合物的红外光谱图在3600,3200cm有吸收峰, 下列化合物最可能
的是 ( )
(1) CH,CHO (2) CH,CO-CH 333
(3) CH,CHOH-CH (4) CH,O-CH-CH 33 323
6. Cl分子在红外光谱图上基频吸收峰的数目为 ( ) 2
(1) 0 (2) 1 (3) 2 (4) 3 7. 下列关于分子振动的红外活性的叙述中正确的是 ( )
(1)凡极性分子的各种振动都是红外活性的, 非极性分子的各种振动都不是红外活性的
(2) 极性键的伸缩和变形振动都是红外活性的
(3) 分子的偶极矩在振动时周期地变化, 即为红外活性振动
(4) 分子的偶极矩的大小在振动时周期地变化, 必为红外活性振动, 反之则不是
8. 羰基化合物中, C=O伸缩振动频率最高者为 ( )
O
RC) R(1
O
C) R F(2
O
C) R Cl(3
O C) R Br(4
9.用红外吸收光谱法测定有机物结构时, 试样应该是 ( )
(1) 单质 (2) 纯物质
(3) 混合物 (4) 任何试样
10 以下四种气体不吸收红外光的是 ( )
(1)HO (2)CO (3)HCl (4)N 222
11. 红外光谱法, 试样状态可以是 ( )
(1) 气体状态 (2) 固体状态
(3) 固体, 液体状态 (4) 气体, 液体, 固体状态都可以 12. 双原子分子在如下转动情况下 (如图)，转动不形成转动自由度的是 ( )
-2313.若C=C键的力常数是1.0×10N/cm, 则该键的振动频率是(,=1.0×10g) ( ) C=C1313 (1)10.2×10H (2) 7.7×10HZZ 1313 (3) 5.1×10H (4) 2.6×10HZZ
二、填空题 ( 共 5题 25分 )
1. 用488.0nm波长的激光照射一化合物, 观察到529.4nm和45
2.7nm的一对
拉曼线. 前者是__________线, 强度较_____; 后者是__________线, 强度较
______. 计算的拉曼位移
-1是____________cm.
2. 在分子的红外光谱实验中, 并非每一种振动都能产生一种红外吸收带, 常
常是实际吸收
带比预期的要少得多。
其原因是(1)_______; (2)________; (3)_______; (4)______。
3.在苯的红外吸收光谱图中
-1 (1) 3300,3000cm处, 由________________________振动引起的吸收峰
-1 (2) 1675,1400cm处, 由________________________振动引起的吸收峰
-1 (3) 1000,650cm处, 由________________________振动引起的吸收峰 4.乳化剂OP-10的化学名称为:烷基酚聚氧乙烯醚,
化学式: CHOCHCHOH81722
10
,R谱图中标记峰的归属:a_____, b____, c______, d____。
O
5.化合物的红外光谱图的主要振动吸收带应为:
N
-1 (1)3500,3100 cm处, 有 ___________________ 振动吸收峰
-1 (2)3000,2700 cm处, 有 ___________________ 振动吸收峰
-1 (3)1900,1650 cm处, 有 ___________________ 振动吸收峰
-1 (4)1475,1300 cm处, 有 ___________________ 振动吸收峰
三、计算题
1. 计算乙酰氯中C=O和C-Cl键伸缩振动的基本振动频率(波数)各是多少? 已知化学键力常数分别为1
2.1 N/cm.和
3.4N/cm.。
2. 在烷烃中 C,C、C,C、C?C 各自伸缩振动吸收谱带范围如下，请以它们的最高值为例，计算一下单键、双键、三键力常数 k 之比。
-1 C,C 1200,800 cm
-1 C,C 1667,1640 cm
-1 C?C 2660,2100 cm
3.已知醇分子中 O,H 伸缩振动峰位于 2.77,m，试计算 O,H 伸缩振动的力常数。
CO,14. 在环戊酮分子中，由于的振动，在1750cm有一个强吸收带，假定该吸收带是
CO-23基频带，计算环戊酮中的力常数(,,1.2×10g)。
C,O
四、问答题 ( 共 4题 20分 )
1. 某化合物的红外谱图如下。
试推测该化合物是否含有羰基 (C,O)，苯环及双键
(,C,C,),为什么,
OH2.邻硝基苯酚在1.0mol/L溶液与0.5mol/L溶液中OH伸缩振动频率发生什么变
NO2
化?为什么?
3. 简单说明下列化合物的红外吸收光谱有何不同?
A. CH-COO-CO-CH 33
B. CH-COO-CH 33
C. CH-CO-N(CH) 332
4. 有一经验式为 CHO 的液体，其红外光谱图如下，试分析可能是哪种结构的化合物。
36。