仪器分析红外光谱法
仪器分析3—红外吸收光谱法
傅立叶变换红外光谱仪
样品池
红外光源
摆动的 凹面镜
迈克尔逊 干扰仪
参比池
摆动的 凹面镜
检测器 干涉图谱 计算机 解析 还原
M1 II
同步摆动
I M2
红外谱图
BS
D
仪器组成
第五节 红外光谱法应用
红外光谱法由于操作简单，分析速度 快，样品用量少，不破坏样品，特征性 强等优点，在有机定性分析中应用广泛。 利用红外光谱可对化合物进行鉴定或结 构测定。 但由于吸收较复杂，在定量分析方面 应用受到一定限制。
第四章 红外吸收光谱分析法（IR）
Infrared Absorption Spectrometry
第一节
红外光谱基本知识
1、红外线波长范围： 光学光谱区域：10nm ～1000μm； 其中：10nm ～400nm为紫外光区 400nm ～760nm为可见光区， 760nm ～ 1000μm为红外光区。 为表示方便，红外光不用nm（纳米） 而用微米（ μm）表示其波长。
由原理图可见，红外分光光度计也主要 由光源、样品吸收池、单色器、检测器、 记录仪等部件构成。 1、光源:能斯特灯或硅碳棒
红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，用 电加热使之发射高强度的连续红外辐射。 常用的是Nernst灯或硅碳棒。 Nernst灯是用氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结而成的 中空棒和实心棒。工作温度约为1700℃，在此高温下导 电并发射红外线。但在室温下是非导体，因此，在工作 之前要预热。它的特点是发射强度高，使用寿命长，稳 定性较好。 硅碳棒是由碳化硅烧结而成，工作温度在1200-1500℃ 左右。
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)
仪器分析-红外吸收光谱法
第 6 章红外吸收光谱法6.1 内容提要6.1.1 基本概念红外吸收光谱——当用红外光照射物质时，物质分子的偶极矩发生变化而吸收红外光光能，有振动能级基态跃迁到激发态（同时伴随着转动能级跃迁），产生的透射率随着波长而变化的曲线。
红外吸收光谱法——利用红外分光光度计测量物质对红外光的吸收及所产生的红外光谱对物质的组成和结构进行分析测定的方法，称为红外吸收光谱法。
振动跃迁——分子中原子的位置发生相对运动的现象叫做分子振动。
不对称分子振动会引起分子偶极矩的变化，形成量子化的振动能级。
分子吸收红外光从振动能级基态到激发态的变化叫做振动跃迁。
转动跃迁——不对称的极性分子围绕其质量中心转动时，引起周期性的偶极矩变化，形成量子化的转动能级。
分子吸收辐射能（远红外光）从转动能级基态到激发态的变化叫做转动跃迁。
伸缩振动——原子沿化学键的轴线方向的伸展和收缩的振动。
弯曲振动——原子沿化学键轴线的垂直方向的振动，又称变形振动，这是键长不变，键角发生变化的振动。
红外活性振动——凡能产生红外吸收的振动，称为红外活性振动，不能产生红外吸收的振动则称为红外非活性振动。
诱导效应——当基团旁边连有电负性不同的原子或基团时，通过静电诱导作用会引起分子中电子云密度变化，从而引起键的力常熟的变化，使基团频率产生位移的现象。
共轭效应——分子中形成大键使共轭体系中的电子云密度平均化，双键力常数减小，使基团的吸收频率向低波数方向移动的现象。
氢键效应——氢键使参与形成氢键的原化学键力常数降低，吸收频率将向低波数方向移动的现象。
溶剂效应——由于溶剂（极性）影响，使得吸收频率产生位移现象。
基团频率——通常将基团由振动基态跃迁到第一振动激发态所产生的红外吸收频率称为基团频率，光谱上出现的相应的吸收峰称为基频吸收峰，简称基频峰。
振动偶合一一两个相邻基团的振动之间的相互作用称为振动偶合。
基团频率区一一红外吸收光谱中能反映和表征官能团（基团）存在的区域。
《仪器分析》--红外吸收光谱法习题集及答案
六、红外吸收光谱法(193题)一、选择题( 共61题)1. 2 分(1009)在红外光谱分析中，用 KBr制作为试样池，这是因为： ( )(1) KBr 晶体在 4000～400cm-1范围内不会散射红外光(2) KBr 在 4000～400 cm-1范围内有良好的红外光吸收特性(3) KBr 在 4000～400 cm-1范围内无红外光吸收(4) 在 4000～400 cm-1范围内，KBr 对红外无反射2. 2 分(1022)下面给出的是某物质的红外光谱（如图），已知可能为结构Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ，试问哪一结构与光谱是一致的？为什么？ ( )3. 2 分(1023)下面给出某物质的部分红外光谱（如图），已知结构Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ，试问哪一结构与光谱是一致的，为什么？4. 2 分(1068)一化合物出现下面的红外吸收谱图，可能具有结构Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ或Ⅳ，哪一结构与光谱最近于一致？5. 2 分(1072)1072羰基化合物中，C = O 伸缩振动频率出现最低者为 ( )(1) I (2) II (3) III (4) IV6. 2 分(1075)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7. 2 分(1088)并不是所有的分子振动形式其相应的红外谱带都能被观察到，这是因为 ( )(1) 分子既有振动运动，又有转动运动，太复杂(2) 分子中有些振动能量是简并的(3) 因为分子中有 C、H、O 以外的原子存在(4) 分子某些振动能量相互抵消了8. 2 分(1097)下列四组数据中，哪一组数据所涉及的红外光谱区能够包括CH3- CH2-CH = O的吸收带( )9. 2 分(1104)请回答下列化合物中哪个吸收峰的频率最高？ ( )10. 2 分(1114)在下列不同溶剂中，测定羧酸的红外光谱时，C＝O 伸缩振动频率出现最高者为( )(1) 气体 (2) 正构烷烃 (3) 乙醚 (4) 乙醇11. 2 分(1179)水分子有几个红外谱带，波数最高的谱带对应于何种振动 ? ( )(1) 2 个，不对称伸缩 (2) 4 个，弯曲(3) 3 个，不对称伸缩 (4) 2 个，对称伸缩12. 2 分(1180)CO2的如下振动中，何种属于非红外活性振动 ? ( )(1) ←→ (2) →←→ (3)↑↑ (4 )O＝C＝O O ＝ C ＝O O ＝ C ＝O O ＝ C ＝ O↓13. 2 分(1181)苯分子的振动自由度为 ( )(1) 18 (2) 12 (3) 30 (4) 3114. 2 分(1182)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 ( )15. 2 分(1183)任何两个振动能级间的能量差为 ( )(1) 1/2 h (2) 3/2 h (3) h (4) 2/3 h16. 2 分(1184)在以下三种分子式中 C＝C 双键的红外吸收哪一种最强? ( )(a) CH3- CH = CH2(b) CH3- CH = CH - CH3（顺式）(c) CH3- CH = CH - CH3（反式）(1) a 最强 (2) b 最强 (3) c 最强 (4) 强度相同17. 2 分(1206)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18. 2 分(1234)以下四种气体不吸收红外光的是 ( )(1)H2O (2)CO2 (3)HCl (4)N219. 2 分(1678)某化合物的相对分子质量M r=72,红外光谱指出,该化合物含羰基,则该化合物可能的分子式为 ( )(1) C4H8O (2) C3H4O2 (3) C3H6NO (4) (1)或(2)20. 2 分(1679)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21. 1 分(1680)乙炔分子振动自由度是 ( )(1) 5 (2) 6 (3) 7 (4) 822. 1 分(1681)甲烷分子振动自由度是 ( )(1) 5 (2) 6 (3) 9 (4) 1023. 1 分(1682)Cl2分子基本振动数目为 ( )(1) 0 (2) 1 (3) 2 (4) 324. 2 分(1683)Cl2分子在红外光谱图上基频吸收峰的数目为 ( )(1) 0 (2) 1 (3) 2 (4) 325. 2 分(1684)红外光谱法试样可以是 ( )(1) 水溶液 (2) 含游离水 (3) 含结晶水 (4) 不含水26. 2 分(1685)能与气相色谱仪联用的红外光谱仪为 ( )(1) 色散型红外分光光度计 (2) 双光束红外分光光度计(3) 傅里叶变换红外分光光度计 (4) 快扫描红外分光光度计27. 2 分(1686)下列化合物在红外光谱图上1675～1500cm-1处有吸收峰的是 ( )28. 2 分(1687)某化合物的红外光谱在3500～3100cm-1处有吸收谱带, 该化合物可能是 ( ) (1) CH3CH2CN(4) CH3CO-N(CH3)229. 2 分(1688)试比较同一周期内下列情况的伸缩振动(不考虑费米共振与生成氢键)产生的红外吸收峰, 频率最小的是 ( )(1) C-H (2) N-H (3) O-H (4) F-H30. 2 分(1689)已知下列单键伸缩振动中C-C C-N C-O键力常数k/(N·cm-1) 4.5 5.8 5.0吸收峰波长λ/μm 6 6.46 6.85问C-C, C-N, C-O键振动能级之差⊿E顺序为 ( )(1) C-C > C-N > C-O (2) C-N > C-O > C-C(3) C-C > C-O > C-N (4) C-O > C-N > C-C31. 2 分(1690)下列化合物中, C=O伸缩振动频率最高者为 ( )32. 2 分(1691)下列化合物中, 在稀溶液里, C=O伸缩振动频率最低者为 ( )33. 2 分(1692)羰基化合物中, C=O伸缩振动频率最高者为 ( )34. 2 分(1693)1693下列的几种醛中, C=O伸缩振动频率哪一个最低? ( )(1) RCHO(2) R-CH=CH-CHO(3) R-CH=CH-CH=CH-CHO35. 2 分(1694)丁二烯分子中C=C键伸缩振动如下:A. ←→←→CH2=CH-CH=CH2B. ←→→←CH2=CH-CH=CH2有红外活性的振动为 ( )(1) A (2) B (3) A, B都有 (4) A, B都没有36. 2 分(1695)下列有环外双键的烯烃中, C=C伸缩振动频率最高的是哪个? ( )37. 2 分(1696)一个含氧化合物的红外光谱图在3600～3200cm-1有吸收峰, 下列化合物最可能的是 ( )(1) CH3－CHO (2) CH3－CO-CH3(3) CH3－CHOH-CH3 (4) CH3－O-CH2-CH338. 2 分(1697)某化合物的红外光谱在3040－3010cm-1和1670－1620cm-1处有吸收带, 该化合物可能是 ( )39. 2 分(1698)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40. 2 分(1699)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41. 2 分(1700)试比较同一周期内下列情况的伸缩振动(不考虑费米共振与生成氢键)产生的红外吸收峰强度最大的是 ( )(1) C-H (2) N-H (3) O-H (4) F-H42. 2 分(1701)一个有机化合物的红外光谱图上在3000cm-1附近只有2930cm-1和2702cm-1处各有一个吸收峰, 可能的有机化合物是 ( )(2) CH3─CHO(4) CH2= CH-CHO43. 2 分(1702)羰基化合物中, C=O伸缩振动频率最低者是 ( )(1) CH3COCH344. 2 分(1703)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45. 2 分(1704)红外光谱仪光源使用 ( )(1) 空心阴级灯 (2) 能斯特灯(3) 氘灯 (4) 碘钨灯46. 2 分(1705)某物质能吸收红外光波, 产生红外吸收谱图, 其分子结构必然是 ( )(1) 具有不饱和键 (2) 具有共轭体系(3) 发生偶极矩的净变化 (4) 具有对称性47. 3 分(1714)下列化合物的红外谱中σ(C=O)从低波数到高波数的顺序应为 ( )(1) a b c d (2) d a b c (3) a d b c (4) c b a d48. 1 分(1715)对于含n个原子的非线性分子, 其红外谱 ( )(1) 有3n-6个基频峰 (2) 有3n-6个吸收峰(3) 有少于或等于3n-6个基频峰 (4) 有少于或等于3n-6个吸收峰49. 2 分(1725)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50. 2 分(1790)某一化合物以水或乙醇作溶剂, 在UV光区204nm处有一弱吸收带, 在红外光谱的官能团区有如下吸收峰:3300~2500cm-1(宽而强); 1710cm-1, 则该化合物可能是 ( )(1) 醛 (2) 酮 (3) 羧酸 (4) 酯51. 3 分(1791)某一化合物以水作溶剂, 在UV光区214nm处有一弱吸收带, 在红外光谱的官能团区有如下吸收峰:3540~3480cm-1和3420~3380cm-1双峰;1690cm-1强吸收。
仪器分析课件-第10章-红外光谱分析法
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红外光谱分析基本原理
三、 分子的振动形式
两类基本振动形式：变形振动和伸缩振动。以甲烷为例：变形振动
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红外光谱分析基本原理
五. 红外光谱峰的吸收强度 P297
这种方法适用于组分简单，样品厚度一定（一般在液体样品 池中进行），特征吸收谱带重叠较少，而浓度与吸光度不成线性 关系的样品。
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红外光谱的应用
3 ．吸收度比法 该发适用于厚度难以控制或不能准确测定其厚度的样品，例如厚度不均匀 的高分子膜，糊状法的样品等。这一方法要求各组分的特征吸收谱带相互 不重叠，且服从于郎伯 — 比尔定律。 如有二元组分 X 和 Y ，根据 朗伯 -比尔定律 ，应存在以下关系；
1.位置：由振动频率决定，化学键的力常数 K 越大，原子折合质量 m 越小， 键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低 波数区（高波长区）； 2.峰数：分子的基本振动理论峰数，可由振动自由度来计算，对于由 n 个原子 组成的分子，其自由度为3 n
3n= 平动自由度+振动自由度+转动自由度 分子的平动自由度为3，转动自由度为：非线性分子3，线性分子2
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红外光谱的应用
二、定性分析
定性分析大致可分为官能团定性和结构定性两个方面。 定性分析的一般过程： 1. 试样的分离和精制 2.了解与试样性质有关的其它方面的材料 3. 谱图的解析 4. 和标准谱图进行对照 5. 计算机红外光谱谱库及其检索系统 6. 确定分子的结构
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红外光谱的应用
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。
仪器分析方法比较
仪器分析方法比较常见的仪器分析方法包括原子吸收光谱法（AAS）、紫外可见光谱法（UV-Vis）、红外光谱法（IR）、质谱法（MS）和色谱法（GC、HPLC）。
下面对这些方法进行比较。
1.原子吸收光谱法（AAS）是一种常用的金属元素分析方法。
这种方法可以测定许多金属元素的浓度，具有高灵敏度和高选择性。
然而，AAS 只适用于金属元素的分析，不适用于其他类型的化学物质。
2. 紫外可见光谱法（UV-Vis）是一种非常常用的分析方法，用于测量物质的吸光度。
这种方法适用于有机化合物和无机化合物的分析，可以测量样品的浓度、化学键的结构和化合物的稳定性。
UV-Vis具有灵敏度高、分辨率好和操作简便等优点。
3.红外光谱法（IR）可以用来确定化学物质的功能基团和结构。
这种方法测量物质对红外辐射的吸收情况，因为每个化学物质都有特定的吸收峰，所以可以根据吸收峰的位置和强度来推断化合物的结构。
IR具有高灵敏度和高分辨率。
4.质谱法（MS）是目前最常用的分子结构分析方法之一、质谱仪可以测量化合物离子的质量和相对丰度，从而确定化学物质的分子量和分子结构。
质谱法适用于分析有机和无机化合物，具有高分辨率和高灵敏度。
5.色谱法（GC、HPLC）是一种广泛应用的分离和分析方法，用于分离复杂混合物中的化合物。
气相色谱法（GC）适用于分析气体和挥发性液体的化合物，液相色谱法（HPLC）适用于分析非挥发性化合物。
色谱法具有高分离效率、高分辨率和高灵敏度。
综上所述，不同的仪器分析方法具有不同的优点和适用范围。
在实际应用中，需要根据样品的性质和分析目的选择合适的方法。
例如，对于金属元素的分析，可以选择AAS；对于有机化合物的浓度测定，可以选择UV-Vis或HPLC；对于化合物结构的确定，可以选择IR或MS。
此外，对于复杂样品的分析，也可以采用多种方法的组合，以获得更准确的结果。
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
仪器分析红外光谱法
仪器分析红外光谱法红外光谱法是一种常用的仪器分析方法，可以用于分析物质的组成和结构。
本文将详细介绍红外光谱法的原理、仪器设备和应用领域，并对其中的一些关键技术进行探讨。
红外光谱法是一种基于化学键振动的分析技术。
通过测量样品在红外辐射下的吸收光谱，可以获得有关样品分子的信息。
红外辐射的波长范围为0.78-1000微米，对应的频率范围为12.82-3000THz。
在这个频率范围内，物质的分子会吸收特定波长的辐射能量，这些吸收峰对应着不同的化学键振动。
通过比较样品的吸收光谱和标准库中的光谱，可以确定样品的组分或结构。
红外光谱仪是进行红外光谱分析的关键设备。
它主要由光源、样品室、光谱分束系统和探测器组成。
常见的光源有红外灯、光纤波导和测量系统本体产生的光源，它们的特点是辐射能量可见、红外或拉曼光谱区域。
光谱分束系统可以将样品吸收的红外光谱分解为连续光的波长与光强分布的结果，常用的分束器有棱镜和光栅两种。
光谱分束系统将被分解的光聚集到一个探测器上进行测量，常见的探测器有热电偶、焦平面阵列、差分红外探测器等。
根据实际需要，还可以配备测光计、计算机等辅助设备，以提高测量的准确性和效率。
红外光谱法在实际应用中有广泛的用途。
它可以用于各种领域的研究和分析，如化学、材料科学、制药、食品科学等。
红外光谱法可以用于分析有机化合物、无机物质、生物大分子等类型的样品。
在有机化合物分析中，红外光谱法可以确定化学键的类型、鉴别不同的功能基团、判断化学结构等。
在材料科学中，红外光谱法可以用于表面分析、结构表征、聚合物反应动力学等研究。
在制药和食品科学中，红外光谱法可以用于药物质量控制、药物配方优化、食品成分分析等。
为了提高红外光谱法的测量精度和灵敏度，一些关键技术被引入到了仪器分析中。
其中，ATR技术（全反射红外光谱技术）是一种常用的技术。
它通过将样品直接置于晶体表面进行测量，避免了传统方法中液体制备和气体膜片制备的麻烦。
此外，荧光红外光谱技术也是一项重要的技术。
仪器分析 第4章 红外吸收光谱法
4.2 基本原理
4.2.3 多原子分子的振动类型(P56)
伸缩振动 (υ)：键长发生变化 1.简正振动基本形式 变形振动 (δ)：键角发生变化
伸缩振动（υ）
对称伸缩振动（υs）
不对称伸缩振动（υas）
变形振动（δ）
面内变形振动（β）
面外变形振动（γ）
亚甲基的各种振动形式
2. 基本振动的理论数（分子振动自由度）
4.4 试样的处理和制备
4.4 试样的处理和制备
4.4.1 红外光谱法对试样的要求 （1）单一组分纯物质，纯度 > 98%； （2）样品中不含游离水； （3）要选择合适的浓度和测试厚度， 使大多数吸收峰透射比处于10%～80%。
4.4 试样的处理和制备
4.4.2 制样方法 1.气体样品的制备 2.液体和溶液样品的制备 3.固体样品的制备
分子振动自由度：多原子分子的基本振动
数目，也就是基频吸收峰的数目。
基频吸收峰：分子吸收一定频率的红外光后，
其振动能级由基态跃迁到第一
激发态时所产生的吸收峰。
2. 基本振动的理论数
线型分子振动自由度 = 3N – 5(如CO2)
非线型分子振动自由度 = 3N – 6(如H2O)
图5.12 CO2分子的简正振 动形式
来指导谱图解析。
基本概念
基团频率区： 在4000～1300cm-1 范围内的吸收峰，有一 共同特点：既每一吸收峰都和一定的官能 团相对应，因此称为基团频率区。
在基团频率区，原则上每个吸收峰都可以找到归属。
基本概念
指纹区： 在1300～400cm-1范围内，虽然有些吸收也对应 着某些官能团，但大量吸收峰仅显示了化合物 的红外特征，犹如人的指纹，故称为指纹区。
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教学日历（2020 至2021 学年第一学期）
课程名称现代仪器分析课程性
质必修
总学时48 讲授40 实验8 上机0
授课班级环科18-1，18-2 学生人
数51
任课教师王广利职称副教授
开课学院地球科学学院系（教研室）盆地中心教材名称仪器分析（第四版）编/著者朱明华
出版单位高等教育出版社出版时
间2008
中国石油大学（北京）教务处制
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整理丨尼克
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仪器分析红外光谱法
一 官能团区和指纹区
官能团区：4000-1300 cm-1 (伸缩振动) 1) 4000-2500 cm-1 x-H伸缩振动(x: O, N, C, S)
O－H: 3700-3200 cm-1 COO－H: 3600-2500 cm-1 N－H: 3500-3300 cm-1
{ C－H >3000 cm-1, 不饱和，＝C－H或≡C－H <3000 cm-1, 饱和，－C－H
2. 影响吸收峰强度的因素
振动能级的跃迁几率 基态(v=0)至第一激发态(v=1)跃迁几率大， 基频吸收带较强
基态(v=0)至第二激发态(v=2)跃迁几率小， 倍频吸收带较弱
振动过程中偶极矩的变化
0
0
r•q
O C O 0
C、O电负性差别大, 伸缩振动时, 偶极矩变化大
CO强度 CC强度，
O=C=O反对称伸缩振动偶极矩发生变化 红外吸收。 O=C=O对称伸缩振动偶极矩无变化 无红外吸收峰产生
1: OH 2: CO
CC16 9155c4m 0 1
1640cm-1
1613cm-1
（二）外部因素
物质状态 溶剂
§5-4 红外光谱仪及制样方法
一 色散型红外分光光度计
1 基本组成
1) 光源
能斯特灯 稳定, 不需用水冷却。但需预热, 机械强度差。
硅碳棒 使用波数范围较宽, 坚固, 发光面积大。电极接
触部分需用水冷却。
1730
1800
.. O R C Cl
O RCF
1920
共轭效应I(M效应)
CO(cm1)
O RБайду номын сангаасC NH2
1680
O R C OR
仪器分析_红外光谱法
C
C
C
C
C
C
2220 cm-1
1667 cm-1
1430 cm-1
2 原子的折合质量 反映了基团质量特性，折合
质量越小，则基频峰波数越大。
39
C
C
C
N
C
O
1430 cm-1
1330 cm-1
1280 cm-1
利用实验得到的化学键力常数和计算式，可以 估算各种类型基团的基频吸收峰的波数。
由于各种有机化合物的结构不同。它 们的原子质量和化学健力常数各不相同， 红外吸收频率也不相同，因此，不同有 机化合物的红外光谱具有高度特征性。
（转动自由度）
29
2、振动自由度
设分子原子数目为 N 个，在空间确定一个原子的 位置，需要3个坐标（ x, y, z ），所以，N 个原子需要 3N个坐标或自由度，分子中N 个原子自由度总数：
3 N = 平动自由度 + 振动自由度 + 转动自由度
振动自由度数目： 振动自由度 = 3 N — 平动自由度— 转动自由度 显然，分子整体可以分别沿 x, y, z 三个方向移动， 所以，分子平动自由度为 3；
27
二、分子的振动自由度与红外吸收的理论峰数
理论上讲，分子的每一种振动形式都会产生一 个基频吸收峰，即对于一个多原子分子：
基频吸收峰的数目 = 分子所有的振动形式的数目
（振动自由度）
28
1、分子的运动形式
A 分子中各原子在其平衡位置附近的振动（振动自由度）
B 分子作整体的平动 （平动自由度）
C 分子围绕 x, y, z 轴的转动
第十章 红外吸收光谱分析 (红外吸收光谱法)
Infrared Spectrometry (IR)
仪器分析实验报告红外(3篇)
第1篇一、实验目的1. 掌握红外光谱仪的使用方法。
2. 学会利用红外光谱分析物质的结构和组成。
3. 熟悉红外光谱图的基本分析方法。
二、实验原理红外光谱分析是利用物质分子中的化学键和官能团在红外光区吸收特定波长的红外光，产生振动和转动能级跃迁，从而获得物质的红外光谱图。
红外光谱图中的吸收峰可以提供有关物质结构的信息，如官能团、化学键、分子构型等。
三、实验仪器与试剂1. 仪器：红外光谱仪、样品池、电子天平、移液器、烘箱等。
2. 试剂：待测样品、溶剂、干燥剂等。
四、实验步骤1. 样品制备：将待测样品用电子天平称量，移入样品池中，并加入适量溶剂，使样品充分溶解。
将样品池放入烘箱中，在规定温度下烘干，直至样品池中的溶剂完全挥发。
2. 样品池清洗：将烘干的样品池用去离子水冲洗，并用干燥剂干燥。
3. 红外光谱扫描：将干燥后的样品池放入红外光谱仪中，进行红外光谱扫描。
设置合适的扫描范围、分辨率和扫描次数。
4. 数据处理：将扫描得到的红外光谱图导入数据处理软件，进行基线校正、平滑处理、峰位和峰强分析等。
五、实验结果与分析1. 红外光谱图：在红外光谱图中，可以看到多个吸收峰。
根据峰位和峰强，可以初步判断待测样品的官能团和化学键。
2. 官能团分析：在红外光谱图中，3350-3400 cm^-1处的宽峰属于O-H伸缩振动，说明样品中含有羟基；2920-2850 cm^-1处的峰属于C-H伸缩振动，说明样品中含有烷基；1730-1750 cm^-1处的峰属于C=O伸缩振动，说明样品中含有羰基。
3. 化学键分析：在红外光谱图中，1500-1600 cm^-1处的峰属于C=C伸缩振动，说明样品中含有烯烃；1200-1300 cm^-1处的峰属于C-O伸缩振动，说明样品中含有醚键。
4. 分子构型分析：根据红外光谱图中的峰位和峰强，可以初步判断待测样品的分子构型。
六、实验讨论1. 实验过程中，应注意样品池的清洗和烘干，以保证实验结果的准确性。
红外光谱分析法-仪器分析实验
CHO
红外光谱的应用
（2）未知物的鉴定 是红外光谱法定性分析的一个重 要用途， 涉及到图谱的解析。
首先应了解样品的来源、用途、制备方法、分离方法、 理化性质、元素组成及其它光谱分析数据如UV、NMR、 MS等有助于对样品结构信息的归属和辨认。
红外光谱的应用
２. 定量分析
定量依据是Lambert-Beer 定律，定量时吸光度的测定常 用基线法。如图所示,图中I与 I0之比就是透射比。
1000
500
样品加少了
样品加多了
样品制备技术（固体样品）
样品制备技术（液体样品）
Fourier变换红外光谱仪(FTIR仪)
Small cover Detector Beamsplitter
Large cover
(Rear)
Source
红外光谱仪基本原理
红外光源
软件使用界面
OPUS NT Software 使用界面 clicking
样品制备技术
(3)特殊样品的制备—薄膜法: a. 熔融法: 对熔点低，在熔融时不发生分解、升华和其它化学变
化的物质，用熔融法制备。可将样品直接用红外灯或电吹风加热熔融后涂制 成膜。
b. 热压成膜法: 对于某些聚合物可把它们放在两块具有抛光面的
金属块间加热，样品熔融后立即用油压机加压，冷却后揭下薄膜夹在夹具中 直接测试。
Window List
Display
红外光谱实验
一、实验目的 二、实验原理 三、实验步骤 a.样品制备 (视频） b.仪器操作 c. 谱图解析 四、实验报告
设计实验（电子版） e-mail:hwq@
祝大家学习进步，心想事成！
基线的画法
红外光谱的应用
仪器分析第十三章红外吸收光谱法
振动形式：伸缩（ ）：对称 对称（ 振动形式：伸缩（ ν ）：对称（νs） 不对称（ 不对称（ νas ） 弯曲：面内弯曲（ 简动（ 弯曲：面内弯曲（β）：简动（δ） 摇摆（ρ） 摇摆（ 面外弯曲（ 面外弯曲（γ）：摇摆（ω） 摇摆（ 扭曲（ 扭曲（ τ） 变形：对称（ 变形：对称（ δs ） 不对称（ 不对称（ δas ）
Hale Waihona Puke 基频峰和泛频峰基频峰 振动能级由基态（ 振动能级由基态（V＝0）跃迁至第一激发 所产生的吸收峰。 态（V＝1）所产生的吸收峰。νL=ν，强 度一般比较大，容易识别。 度一般比较大，容易识别。 泛频峰 倍频峰、合频峰、差频峰等。强度较弱， 倍频峰、合频峰、差频峰等。强度较弱， 可能观察不到。 可能观察不到。
O R-C-R' O R-C-OR' O R-C-Cl O R-C-F
1715cm-1 1735cm-1
1800cm-1 1870cm-1
影响峰位的因素
1.分子内部结构因素 （1）电子效应 共轭效应（conjugative effect, +C, +M）： 使吸收峰向低频方向移动
O R-C-R'
O R-C
红外光谱区划
区域 近红外区 中红外区 远红外区 波长 波数 -1） 能级跃迁类型 λ（ m ） σ（cm 0.76~2.5 2.5~50 50~500 13158~4000 倍频吸收区 4000~200 振动 伴转动 振动,伴转动 200~20 转动
苯酰胺的红外光谱
红外光谱与紫外光谱的区别
红外光谱 起源 应用 范围 特征性 紫外光谱
教学目标
熟悉红外光谱的基本原理与应用。
了解红外分光光度计的主要部件和制 样方法。 了解几类化合物红外光谱的主要特征 及光谱解析的一般步骤。
红外光谱法(仪器分析课件)
z
目录
Contents
1 红外光谱法基本原理 2 红外光谱仪 3 红外光谱实验技术 4 红外光谱仪虚拟仿真训练 5 红外光谱法在结构分析中的应用
红外光谱法
能力目标
• 能够熟练的操作傅立叶红外光谱仪； • 能够根据样品的状态、性质选择合适
的样品处理方法； • 能够根据谱图确定常见有机化合物的
—NH2，—NH（游离） —NH2，—NH（缔合）
—SH
C—H伸缩振动
一
不饱和C—H
≡C—H（叁键） ═C—H（双键） 苯环中C—H
区
饱和C—H
域
—CH3 —CH3
—CH2
—CH2
吸收频率 （cm-1）
3650—3580 3400—3200 3500—3300 3400—3100 2600—2500
近红外、中红外、远红外区域。
概述
红外谱图的表示法
样品的红外吸收曲线称为红外吸收光谱，多用百分透射比与波数或百分透
射比与波长曲线来描述。
纵坐标为吸收强度，横坐标为波长λ （μm）和波数1/λ，单位：cm-1
有机化合物的结构解析；定性（基团的特征吸收频率）；定量（特征峰的强度）
红外光谱法原理 红外吸收光谱产生的条件
C=O、C=C、C=N、NO2、苯环等的伸缩振动
1500~400cm-1
C－C、C－O、C－N、C－X等的伸缩振动及含氢基团的弯曲振动
• 基团特征频率区的特点和用途
• 吸收峰数目较少，但特征性强。不同化合物中的同种基团振动吸收 总是出现在一个比较窄的波数范围内。
• 主要用于确定官能团。
• 指纹区的特点和用途
振动形式
伸缩 伸缩 伸缩 伸缩 伸缩
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k
伸
1 E v ( v )h 振动能量： 2 v : 振动量子数，v 0,1,2,3 : 振动频率
基频吸收带：基态(v=0)至第一激发态(v=1)的跃迁
1 1 h a E1 E0 (1 )h h h 2 2
a
a : 吸收的电磁辐射频率
{溶液法—液体池
KBr压片法 石蜡糊法 薄膜法
液膜法—难挥发液体（沸点>80C） 常用溶剂： CCl4 ，CS2
3)固体
{
• 1、红外光谱法对样品的要求 • 红外光谱的样品可以是液体、固体或气体， 一般应要求： • （1）样品应该是单一的纯物质。 • （2）样品中不应含有游离水。 • （3）样品中被测组分的浓度和测量厚度要 合适，使吸收强度适中，一般要使谱图中 大多数吸收峰的透射率处于15%-75%之间。
甲基变形振动 CH 3
δ s1380 cm-1 δ
-1 1460 cm as
CH2 δ s1465
H C C H3 C H3 1385-1380cm-1 1372-1368cm-1 1405-1385cm-1 1372-1365cm-1
cm-1
s
重叠
CH3 δ
C—C骨架振动 1155cm-1 1170cm-1
3080-3030 cm-1
3000
cm-1
2900-2800 cm-1
=C-H 变形振动: 1000～650 cm-1
辛烯-1的红外谱图
3）炔烃
≡C-H 伸缩振动: 3300 ～ 3200 cm-1 C≡C 伸缩振动: 2300 ～ 2100 cm-1(尖细, 弱)
端基炔烃有两个主要特征吸收峰： 一是叁键上不饱和C-H伸缩振动C-H约在3300cm1处产生一个中强的尖锐峰 二是CC伸缩振动C-C吸收峰在2140 ~2100cm1。 若CC位于碳链中间则只有C-C在2200cm-1左右 一个尖峰，强度较弱。如果在对称结构中，则该峰不出 现。
3515cm-1
2895 cm-1 0．01M 0．1M 0．25M 1．0M
2950cm-1
3640cm-1 3350cm-1
乙醇在四氯化碳中不同浓度的IR图
分子内氢键
H O O C CH3 OCH3
羟基 4 甲氧基苯乙酮
分子间和分子内氢键的区别: 溶液浓度的影响不同
3. 振动耦合
振动过程中偶极矩的变化
0
0
r q
OCO
0
C、O电负性差别大, 伸缩振动时, 偶极矩变化大
CO强度 CC强度，
O=C=O反对称伸缩振动偶极矩发生变化 红外吸收。 O=C=O对称伸缩振动偶极矩无变化 无红外吸收峰产生 振动过程中偶极矩的变化越大，吸收峰强度越大
1-辛炔的红外光谱图
4） C=C伸缩振动: 1650～1450 cm-1 芳烃 2至4个中到强吸收峰
=C-H 伸缩振动: 3100 ～ 3000 cm-1 较弱 =C-H 变形振动: 1000～650 cm-1 强
770-730 cm-1
710-690 cm-1
甲苯的红外谱图
甲苯的红外光谱图
• 3、制备样品时应注意：
• （1）样品的浓度和测试厚度应选择适当。 • （2）样品应该是单一组分的纯物质。否则 各组分 • 光谱互相重叠,会使图谱无法解析。 • （3）样品中不应含有游离水。
§5-5 红外光谱法的应用
一 定性分析
（一） 已知物的鉴定和纯度检验 比较谱图： 各吸收峰的位置
形状
峰的相对强度
相邻氢数 5 690 4 1，3 2
取代情况 单取代 邻位二取代 间位二取代 对位二取代
＝C－H频率(cm-1) 770～730，710～ 770～735 810～750，725～680 860～780
例1：某化合物为挥发性液体，化学式为C8H14， 红外光谱如图所示，试推导其结构。
X－Y伸缩振动: C－O, C－N, C－X, N－O等 X－H变形振动: C－H, O－H等 例：烯烃取代程度及构型的判断
RCH
R C H
R C H C H
CH2
H C R'
R'
两个强吸收峰：990和910 cm-1 反式构型吸收峰：990-970 cm-1 顺式构型吸收峰：～690 cm-1
例：苯环取代类型的确定 675 cm-1 770-730 cm-1, 710-690 cm-1 770-730 cm-1 810-750 cm-1, 725-680 cm-1 860-800 cm-1
红外光谱图上的峰数≤基本振动理论数
三 影响吸收峰强度的因素
1. 吸收峰强弱的划分
摩尔吸光系数
峰强度
>100
非常强(vs) 强(s)
中强(m)
<100 10< <20 1< <10
20<
弱(w)
2. 影响吸收峰强度的因素
振动能级的跃迁几率 基态(v=0)至第一激发态(v=1)跃迁几率大， 基频吸收带较强 基态(v=0)至第二激发态(v=2)跃迁几率小， 倍频吸收带较弱
四 产生红外吸收的条件
1. 辐射能量与产生振动跃迁所需的能量相等。
2. 振动时Δµ ≠0。
§5-3 基团频率和特征吸收峰
与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现 的化学键振动频率——基团频率（特征峰）
O－H, C＝C,
N－H, C≡C,
C－H, C＝O
一 官能团区和指纹区
官能团区：4000-1300 cm-1 (伸缩振动)
1:1
C H3 C C H3 C H3
1:2 1250 cmቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1
亚甲基面外变形振动
(CH2)n
n4
720 cm-1附近出现较稳定的弱吸收峰
正庚烷的红外光谱
CH3(CH2)5
H C CH3 CH3
2-甲基辛烷
2）烯烃
C=C伸缩振动:1700～1600 cm-1 =C-H 伸缩振动:
3300 ～ 3095 cm-1
双光束；单色器在样品池后面；扫描速率慢
二 傅里叶变换红外分光光度计
1 基本原理
迈克尔逊干涉仪示意图
1
2
多色光干涉时域谱
2 傅里叶变换红外光谱仪优点
1)谱图的信噪比高。 2) 波长(数)精度高(0.01 ±cm-1)，重现性好。
3) 分辨率高。
4) 扫描速度快。
三 制样方法
1)气体——气体池 2)液体
2) 2500-2000 cm-1 三键和累积双键区
－C≡C－, －C≡N－:伸缩振动
C＝C＝C, C＝C＝O,: 反对称伸缩振动
3) 2000-1500 cm-1 双键伸缩振动区
C＝O: 1870-1600 cm-1 C＝C, C＝N, N＝O: 1675-1500 cm-1
指纹区：1300-600 cm-1
O
CO (cm 1 )
1680
O R C OR
R C
SR
I>M
M>I
CO (cm 1 ) 1735
1690
共轭效应II
O R C CH2
O CH C C CH2
CO (cm 1 )
1715
1685-1665
2. 氢键的影响
分子间氢键
O C OH O HO C
O－H键吸收峰频率减小 C＝O键吸收峰频率也减小
P235
二 影响基团频率的因素
（一）内部因素
1. 电子效应 诱导效应(I效应)
O R C R'
O R C H
O R C Cl
O R C F
CO (cm 1 ) 1715
1730
1800
1920
.. O R C Cl
共轭效应I(M效应)
O R C NH2
O R C R'
1715
2. 变形振动
振动时键角发生变化，键长不变。
（二）基本振动的理论数
组成分子的原子个数 分子的总自由度 振动自由度 (基频吸收带数目)
N 3N
3N-5 线性分子 非线性分子 3N-6
线性分子转动 分子平移示意图
非线性分子转动
例：水分子的振动自由度＝3×3－6＝3
例：CO2分子的振动自由度＝3×3－5＝4
窗片材料: NaCl, KBr, CsI, KRS-5 (TlI58%-TlBr42%)
3) 单色器
光栅, 狭缝，准直镜
4) 检测器
热检测器：真空热电偶 热电检测器：TGS ((NH2CH2COOH)3· H2SO4) 光电导检测器：MCT (Hg-Cd-Te)
2 双光束红外分光光度计
1) 4000-2500 cm-1 x-H伸缩振动(x: O, N, C, S) O－H: 3700-3200 cm-1
COO－H: 3600-2500 cm-1
N－H: 3500-3300 cm-1
C－ H
{
>3000 cm-1, 不饱和，＝C－H或≡C－H <3000 cm-1, 饱和，－C－H
2：制样方法
• （1）、液体样品 • a．液膜法 液膜法是定性分析中常用的简便方法。尤其 对沸点较高,不易清洗的液体样品采用此法更为方便。在 可拆池两窗之间,滴上1～2滴液体样品,形成一薄膜。液膜 厚度可借助于池架上的固紧螺丝作微小调节。低沸点易挥 发的样品不宜采用此法。 • b．液体池法 液体样品可注入液体吸收池内测定。吸收 池的两侧是用NaCI或KBr等品片作成的窗片。常用的液 体吸收池有两种：固定式吸收池和可拆式吸收池。 • c、水溶液的简易测定法。在金属管上铺一层聚乙烯薄膜， 其上压入一橡胶圈。滴下水溶液后，再盖上一层聚乙烯薄 膜，用另一橡胶圈固定后测定。