红外光谱与核磁的分析原理及应用

红外光谱与核磁的分析原理及应用

姓名:贾姸妍 ,学号:201120679,专业:材料化学

摘要红外光谱主要是由于分子振动的非谐振性使分子振动从基态向高能级跃迁时产生的，记录的主要是含氢基团X-H（X=C、N、O）振动的倍频和合频吸收。不同基团（如甲基、亚甲基、苯环等）或同一基团在不同化学环境中的近红外吸收波长与强度都有明显差别，NIR光谱具有丰富的结构和组成信息，非常适合用于碳氢有机物质的组成与性质的测量。核磁共振是指原子核在外加恒力磁场作用下产生能级分裂，从而对特定的电磁波发生共振吸收的现象。因而通过测定和分析受测物质对电磁波的吸收情况就可以判定它含有哪种原子，以及原子之间的距离多大，并据此分析出它的三维结构。本文主要介绍了红外光谱和核磁的分析原理及应用，还对其发展做了展望！

关键词红外光谱核磁共振原理应用展望

一、红外光谱

1.1 红外光谱概述

物质分子吸收红外线（中红外区、即基本振动-转动区）产生吸收光谱,主要是由于振动和转动能级跃迁引起的，因此红外吸收光谱又称振转光谱。

1.2 红外光谱的表示方法

纵坐标为吸收强度，透过率（T %）或吸光度（A），横坐标为吸收峰的位置，用波长λ（m ）或波数1/λ单位：cm-1，可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。

应用：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。

1.3 红外吸收光谱产生的条件

1. 红外辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能满足分子振动能级跃迁所需的能量，而产生吸收光谱。△E=E激 - E基 = △V ×h ×v，△V =±1，△V 是振动光谱的跃迁选率，IR主要观察的是 V=0→ V=1的吸收峰，其振动频率等于红外辐射的频率，称为基频峰。

2. 振动过程中必须是能引起分子偶极矩变化的分子才能产生红外吸收光谱。对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。如：N2、O2、Cl2 等。非对称分子：有偶极矩，红外活性。

值得注意的是：不是所有的振动都能引起红外吸收，只有偶极矩(μ)发生变化的，才能有红外吸收。

1.4 红外光谱图的分析步骤

（1）首先依据谱图推出化合物碳架类型：根据分子式计算不饱和度，公式：

不饱和度Ω＝n

4+1+(n

3

-n

1

)/2其中：

n

4

：化合价为4价的原子个数（主要是C原子），

n

3

：化合价为3价的原子个数（主要是N原子），

n

1

：化合价为1价的原子个数（主要是H,X原子）

（2）分析3300~2800 cm-1区域C-H伸缩振动吸收；以3000 cm-1为界：高于3000 cm-1为不饱和碳C-H伸缩振动吸收，有可能为烯，炔，芳香化合物，而低于3000 cm-1一般为饱和C-H伸缩振动吸收；

（3）若在稍高于3000 cm-1有吸收,则应在 2250~1450 cm-1频区，分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰，其中：

炔 2200~2100 cm-1

烯 1680~1640 cm-1

芳环 1600,1580,1500,1450 cm-1

若已确定为烯或芳香化合物，则应进一步解析指纹区，即1000~650 cm-1的频区，以确定取代基个数和位置（顺反，邻、间、对）；

（4）碳骨架类型确定后,再依据其他官能团，如 C=O, O-H, C-N 等特征吸收来判定化合物的官能团；

（5）解析时应注意把描述各官能团的相关峰联系起来，以准确判定官能团的存在,如2820，2720和1750~1700 cm-1的三个峰，说明醛基的存在。

1.5 常见的键值

1.烷烃：C-H伸缩振动（3000-2850cm-1）C-H弯曲振动（1465-1340cm-1）

一般饱和烃C-H伸缩均在3000cm-1以下，接近3000cm-1的频率吸收。

2.烯烃：烯烃C-H伸缩（3100~3010cm-1），C=C伸缩(1675~1640 cm-1)，烯烃C-H 面外弯曲振动（1000~675cm-1）。

3.炔烃：炔烃C-H伸缩振动（3300cm-1附近），三键伸缩振动（2250~2100cm-1）。

4.芳烃：芳环上C-H伸缩振动3100~3000cm-1, C=C 骨架振动1600~1450cm-1, C-H 面外弯曲振动880~680cm-1。芳烃重要特征：在1600，1580，1500和1450cm-1可能出现强度不等的4个峰。C-H面外弯曲振动吸收880~680cm-1，依苯环上取代基个数和位置不同而发生变化，在芳香化合物红外谱图分析中，常用判别异构体。

5.醇和酚：主要特征吸收是O-H和C-O的伸缩振动吸收，

自由羟基O-H的伸缩振动：3650~3600cm-1,为尖锐的吸收峰，

分子间氢键O-H伸缩振动：3500~3200cm-1，为宽的吸收峰；

C-O 伸缩振动：1300~1000cm-1,O-H 面外弯曲：769-659cm-1

6. 醚特征吸收：1300~1000cm-1 的伸缩振动，

脂肪醚：1150~1060cm-1 一个强的吸收峰

芳香醚：1270~1230cm-1（为Ar-O伸缩），1050~1000cm-1（为R-O伸缩）

7.醛和酮：

醛的特征吸收：1750~1700cm-1（C=O伸缩），2820，2720cm-1（醛基C-H伸缩）脂肪酮：1715cm-1，强的C=O伸缩振动吸收，如果羰基与烯键或芳环共轭会使吸收频率降低

8.羧酸：羧酸二聚体：3300~2500cm-1 宽而强的O-H伸缩吸收

1720~1706cm-1 C=O伸缩吸收

1320~1210cm-1 C-O伸缩吸收，

920cm-1 成键的O-H键的面外弯曲振动

9.酯：饱和脂肪酸酯(除甲酸酯外)的C=O 吸收谱带：1750~1735cm-1区域