红外光谱峰值分析的方法

傅里叶红外光谱分析

第一节一般原理

电子能级跃迁所产生的吸收光谱，主要在近紫外区和可见区，称为可见-紫外光谱；键振动能级跃迁所产生的吸收光谱，主要在中红外区，称为红外光谱；自旋的原子核在外加磁场中可吸收无线电波而引起能级的跃迁，所产生的吸收光谱称为核磁共振谱。

第二节紫外光谱

一、紫外光谱的基本原理

用波长围200 nm～800 nm的光照射含有共轭体系的的不饱和化合物的稀溶液时，部分波长的光被吸收，被吸收光的波长和强度取决于不饱和化合物的结构。以波长l为横座标，吸收度A为纵座标作图，得紫外光谱，或称电子光谱。

是化合物紫外光谱的特征常数。

紫外光谱中化合物的最大吸收波长λ

max

可见－紫外光谱适用于分析分子中具有π键不饱和结构的化合物。

二、紫外光谱在有机结构分析中的应用

随着共轭体系的延长，紫外吸收向长波方向移动，且强度增大(π→π*)，因此可判断分子中共轭的程度。

利用紫外光谱可以测定化合物的纯度或含量。

第三节红外光谱

一、红外光谱的基本原理

用不断改变波长的红外光照射样品，当某一波长的频率刚好与分子中某一化学键的振动频率相同时，分子就会吸收红外光，产生吸收峰。用波长（λ）或波长的倒数—波数（cm-1）为横坐标，百分透光率（T％）或吸收度（A）为纵坐标做图，得到红外吸收光谱图（IR）。分子振动所需能量对应波数围在400 cm-1～4000 cm-1。

二、红外吸收峰的位置和强度

分子中的一个化学键可有几种不同的振动形式，而产生不同的红外吸收峰，键的振动分为两大类。

伸缩振动，用n表示，原子间沿键轴方向伸长或缩短。

弯曲振动用δ表示，形成化学键的两个原子之一与键轴垂直方向作上下或左右弯曲。

组成化学键的原子的质量越小，键能越高，键长越短，振动所需能量越大，吸收峰所在的波数就越高。

红外光谱的吸收峰分为两大区域：

4000 cm－1～1330 cm－1区域：特征谱带区，是红外光谱分析的主要依据。

1330 cm-1～650 cm-1区域：指纹区。每一化合物在指纹区都有它自己的特征光谱，对分子结构的鉴定能提供重要信息。

（很强）；s（强）；m（中强）；w（弱）；红外吸收峰的强弱用下列符号表示：v

s

v

（很弱）；b（宽峰）。

w

凡能使键增强的因素，引起峰位向高波数方向移动，反之，则向低波数方向移动。

三、各类化合物的红外光谱举例

（一）烃类化合物

注：烷烃，即饱和烃，是只有碳碳单键和碳氢键的链烃。烷烃的通式为CnH2n+2。

烯烃是指含有C=C键（碳-碳双键）（烯键）的碳氢化合物，单链烯烃分子通式为CnH2n 炔烃，为分子中含有碳碳三键的碳氢化合物的总称，其官能团为碳-碳三键（C≡C），分子通式为CnH2n-2

烯烃的C=C伸缩振动n（C=C）吸收峰在1640 cm-1～1680 cm-1处；

炔烃的C≡C伸缩振动n（C≡C）吸收峰在2100 cm-1～2200 cm-1处。但当取代烯烃或炔烃相当对称时，n（C=C）或n（C≡C）不会引起偶极矩的变化而不出现吸收峰。

C-H键伸缩振动所产生的吸收峰在光谱的高频区。烷烃中n（C

sp3

-H）在2800 cm-1～

3000 cm-1，烯烃的n（C

sp2-H）在3000 cm-1～3100 cm-1，而炔烃的n（C

sp

-H）在

3300 cm-1，据此可区别饱和和不饱和烃。各种C-H键的弯曲振动所产生的吸收峰

在光谱的低频区，烷烃中-CH

3的δC-H约1450cm-1(m)和1380cm-1(w),-CH

2

的δC-H

约为1450cm-1(m),如果约在1380cm-1出现等强的双峰，表明有异丙基存在。烯烃的δC-H有面和面外两种，烯烃的结构不同，吸收峰的位置存在差别，这对烯烃异构体的鉴别，可提供有价值的信息。

芳环的C-H键伸缩振动n（C-H）在3000 cm-1～3100 cm-1（m）；C-C键的伸缩振动n（C=C）在1500 cm-1～1600 cm-1，芳烃的骨架振动一般在1500 cm-1和1600 cm-1处，最多可能出现强度不等的4个峰，这是区别于烯烃n（C=C）的重要特征；芳烃C-H键的面外弯曲在680 cm-1～880 cm-1。这些吸收峰根据苯环上取代基的个数和位置不同而发生变化。因此，该区域可作为判别取代苯异构体的依据。

取代苯的弯曲振动特征吸收频率

(二)含氧化合物

醇类或酚类化合物的红外特征吸收峰是在3300 cm-1左右有一个宽而强的n

O-H

吸收带，可作为区别醇、酚与醚的重要依据。

醛和酮的C=O特征吸收峰在1725 cm-1左右。醛C=O上的C-H的伸缩振动在2810 cm-1—2715 cm-1。

羧酸通常以二聚体形式存在，C=O伸缩振动在1720 cm-1左右，而O-H的吸收在3300 cm-1～2500 cm-1间有一个相当宽的峰，中心位于3000 cm-1，因此C-H 的伸缩振动吸收峰常被覆盖。

（三）胺类化合物

胺类化合物的特征吸收峰是在3200 cm-1～3500cm-1围有N-H的伸缩振动，伯胺有两个吸收峰，仲胺有一个吸收峰，而叔胺在此围无吸收峰。

四、红外光谱的解析

利用红外图谱解析有机化合物的结构，首先根据官能团区域中的特征吸收峰的位置，判别可能存在什么官能团；然后找出该官能团的相关峰，以确证该官能团的存在；最后，将所测图谱与标准图谱对照。

第四节核磁共振谱

一、核磁共振基本原理

当外界提供的能量等于两种自旋取向的能级差（△E）时，核从低能级自旋状态向高能级自旋状态跃迁，即发生核磁共振（NMR）。广泛研究的是1H和13C的核磁共振谱即1HNMR和13CNMR。

二、化学位移

（一）屏蔽作用

核外的电子云密度越高，则受到的屏蔽作用就越强，共振时所需的外加磁场强度也越高，其信号必然在较高磁场出现。反之，核外的电子云密度越低，信号必然在较低磁场出现。