红外光谱分析
红外光谱分析
序言
二十世纪初叶，Coblentz发表了一百多个有机化合物的红外光谱图，给有机化学家提供了鉴别未知化合物的有力手段。到四十年代红外光谱技术得到了广泛的研究和应用。当今红外光谱仪的分辨率越来
-1
越高，检测范围扩展到10000-200cm,样品量少至微克级。红外光谱提供的某些信息简捷可靠，检测样品中有无按基及属于哪一类（酸酹、酯、酮或醛）是其他光谱技术难以替代的。因此，对从事有机化合物为研究对象的化学工作者来说，红外光谱学是必需熟悉和掌握的一门重要光谱知识。
一、基本原理
1、基本知识
光是一种电磁波。可根据电磁波的波长范围分成不同类型的光谱，它们各自反映出物质的不同类型的运动形式。表1列出这些电磁波的波长，其所在区域的光谱名称，以及对应的运动形式。
表1常用的有机光谱及对应的微观运动
红外光谱研究的内容涉及的是分子运动，因此称之为分子光谱。通常红外光谱系指2-25 Li之间的吸收光谱，常用的为中红外区
•1
4000-650cm 或4000-400cm。
这段波长范El反映岀分子中原子间的振动和变角振动，分子在振
动运动的同时还存在转动运动。在红外光谱区实际所测得的图谱是分子的振动与转动运动的加合表现，即所谓振转光谱。
每一化合物都有其特有的光谱，因此使我们有可能通过红外光谱对化合物作岀鉴别。
-1
红外光谱所用的单位波长u,波数cm o光学中的一个基本公式是入U = C,式中入为波长，u为频率，C为光速(3 X 1O1o cm/s) o设U 为波数，其含义是单位长度(1cm)中所含的波的个数，并应具有以下关系: 波数(crrr1) =104/波长(卩) 波长和波数都被用于表示红外光谱的吸收位置，即红外光谱图的横坐标。目前倾向于普遍采用波数为单位，而在图谱上方标以对应的波长值。红外光谱
图的纵坐标反映的是吸收强度，一般以透过率(T%) 表示。
2、红外光谱的几种振动形式
主要的基本可以分为两大类：伸缩振动和弯曲振动。
(1) 伸缩振动(u)
沿着键轴方向伸或缩的振动，存在对称与非对称两种类型。它的吸收频率相对在高波数区。
⑵弯曲振动(6)
包括面内、面外弯曲振动，变角振动，摇摆振动等。它的吸收频率相对在低波数区。
4000cm '1(高) _________ m 」(低)
3、红外光谱吸收峰主要的几种类型
(1) 基频峰：伸缩振动，弯曲振动产生的吸收峰均为基频峰。
(2) 倍频峰：出现在基频峰波数二倍处。如基频为900cm,倍频为
-1
1800cm o
4红外光谱吸收峰的强度
红外吸收强度取决于振动时偶极矩变化的大小。因此，分子中含有杂原子时，其红外吸收一般都较强；反之，两端取代基差别不大的碳一碳键的红外吸收则较弱。基团的极性越大，吸收峰越强。如拨基特征峰在整个图谱中一般总是最强峰之一。
二、红外光谱吸收频率与分子结构的关系
伸缩振动和弯曲振动都是基团内部原子间化学键的振动。键的振动波数又与原子的质量成反比，与键的刚度成正比。例如，C-H基的折合质量比C-C 基小，因此C-H伸缩振动波数高于C-C的伸缩振动波数。键的刚度即力常数的大小取决于键的性质。
3 5
单键（C-H, SP杂化）的力常数：〜5X10达因/厘米
2 5
双键（=C-H, SP杂化）的力常数：〜
10 X10达因/厘米
三键（=C-H, SP杂化）的力常数：〜15X105达因/厘米
因此当原子折合质量相同时，键的伸缩振动波数随力常数增大而（即S成份增多而增加）增加：U三CH > U =CH > U _CH,
U c=o > U c-o
弯曲振动与伸缩振动的方向性是不相同的。同一种化学键二者振动所需能量大小刚好相反，故弯曲振动波数大小的顺序与伸缩振动波数相反：8 -CH> 8 =CH > 8 =CH
三、影响官能团红外光谱吸收频率的因素
1、电子效应
（1）诱导效应
推电子诱导效应（+I）,烷基为推电子基团。吸电子诱导效应（・|）
6 C-H〜1450 〜970 700〜600
氧基和氟为吸电子基团。
z . CHC」_OCH N 它
CH2_
1751cm
--
II
例：32 2 5
-1
u =o 1728cm C OC2H5~R C~ F
-1
〜1869cm
推电子基团使得拨基氧原子上电子云密度增加，偶极增大，振动
能量下降，按基吸收峰往低波数移动；吸电子基团使得拨基氧原子上
电子云密度降低，振动能量升高，拨基峰波数往高波数移动。
诱导效应是沿化学键直接起作用的，它与分子的几何形状无关。
(2) 中介效应
氧、氮和硫等原子有孤电子对，能与相邻的不饱和基团共辘，为了与双健的n电子云共辘相区分，称其为中介效应(M)。此种效应使不饱和基团的振动波数降低，而自身连接的化学键振动波数升高。最典型的例子是酰胺的按基吸收。
O O-
II I +
R (T N H2 A— RCNH2
酰胺分子由于中介效应降低了拨基的双键性，吸收频率移向低波
-1
数。一般酰胺拨基的振动频率不超过1690cm。N-H键变成=N-H,伸缩振动波数升高。酰胺胺基的振动频率比一般胺基的振动频率要高。
(3) 共辘效应
拨基与双键共辘，H电子离域增大，使其双键性降低，亦振动频率
-1
降低，向低波数移动。酮炭基的吸收频率一般为1715cmo a、B不饱
-1
和酮的拨基吸收频率一般为1675cm ,芳酮拨基的吸收频率一般为
1690cm ,均低于1715cm o
电子效应是一个很复杂的因素，因而判断官能团的吸收频率应该
是几种效应的综合结果。前面举例的卤代酮分子中，诱导效应大于中
介效应，即诱导效应起主导作用；酰胺分子中则是共辘效应大于诱导
效应，即共辘效应起主导作用。
2、空间效应 (1)环的张力
环状化合物由于碳的键角发生变化而使键长发生改变，从而使键的 振动波数升高或降低。一般而言，环的张力加大时，环上基团的吸收 频率上升。
u -CH 2925cm III 3050cm _1
环的张力对环外双键的影响：因为环的键角越小，环外双键碳的S 成分增多，使双键伸缩振动所需能量增加，吸收频率升高。
O
咋 Q =CH2 ◊呼 > =CH2
uc=c
1650cm
1660cm
1680cm
1750cm
环的张力对环内双键的影响：环变小，张力增大，环内双键P 成 分增
加，键长变长，振动波数减小。而环外的=C-H 键由于s 成分增加, 键长变短，振动波数增加。
或共辘体系的共平面性被偏离或被破坏时，振动波数发生变化。
III - COCH 3
COCH 3
f|]—COCH 3
3
CH 3
( I) (【I) ( HI) u c
=o1663cm _11686cm 11693cm 1
I 为典型的 a 、B 不饱 和酮，III 的邻位均被立体位阻大的甲基取
-1
代，拨与双键的共辘体系被破坏，拨基的振动频率升至1693cm, II 介 于I 和III 之间。
⑶氢键的影响
无论是分子间或分子内形成氢键，均使化学键的力常数降低，吸
□-H
u c =c
1639cm _1
1623cm
u =CH 3017cnr 1
3040cm
(2)空间障碍
分子中的大基团在空间的位阻作用，
1566cm '1
3060cm
1
迫使邻近基团间的键角变小 H
H
-1 -1
收频率向低波数移动。
u -0H 3610-3640cm-13500-3600cm 1
3200-3400cm '
四、红外光谱的应用
用红外光谱鉴定化合物，其优点是简便，快速，用量少，气体、
固体、液体均可检测。
1、化合物的鉴定 (1)同质异晶体
化学结构完全相同而晶形不同的化合物，由于分子在不同晶体的 晶格中排列方式不一样，因此对光的散射和折射不同，致使同质异晶体 的固相红外光谱有差异。
(2) 几何异构体
对称反式异构体中的双键处于分子对称中心，在分子振动中键的偶 极矩变化极小，因此在光谱中不出现双键吸收峰，顺式异构体无对称中 心，偶极矩有改变，故有明显的双键特征峰，以此可区分顺、反异构体。
(3) 构象异构体
同一种化学键在不同的构象异构体中的振动频率是不一样的，以构 象固定的六元环上的C-Y 键为例，平展的C —Y 键伸缩振动频率高于 直立键，原因在于直立的C —Y 键垂直于环的平面，其伸缩振动作用于 碳上的复位力小；平展的C-Y 键伸缩振动使环扩张，复位力大，故振 动频率高。
(4) 互变异构体
有机化学中经常碰到互变异构现象, 二种，红外光谱可区分。
酮式 uc=o1730cm 烯醇式 uC 650cm
2、定量分析
醇羟基： 游离态 二聚体
多聚体
如B —双酮有酮式和烯醇式 00
-1
-1
H
当入射光照射样品时，样品分子会选择性地吸收某些入射光，使透射光（或反射光）强度变弱，这是红外光谱所以能形成的依据。红外定量分析是研究样品的量（包括浓度和厚度）与吸收入射光之间的联系。利用红外光谱的谱峰强度（或面积），可计算出被测样品的含量，对一些难于用溶剂溶解的固体样品，特别是许多不溶不熔的高分子材料，红外光谱具有它的独特之处。
红外光谱仪
光源 -►样品►干涉仪一检测器I—H数据处理
五、红外光谱图解析
1、红外吸收波段
红外谱图按波数可分为以下六个区，结合最常见的基团讨论如下：
-1
（1）4000-2500cm
这是X-H（X包括C、N、O、S等）伸缩振动区。
a、羟基（醇和酚的轻基）
疑基的吸收于3200-3650cm范围。疑基可形成分子间或分子内氢键，而氢键所引起的缔合对红外吸收的位置、形状、强度都有重要影响。游离（无缔合）羟基仅存在于气态或低浓度的非极性溶剂的溶液中，其红外吸收在较高波数（3610-3640cm-1），峰形尖锐，当轻基在分子间缔合时，形成以氢键相连的多聚体，键力常数k值下降，因而红外吸收位置移向较低波数
（3300cm附近），峰形宽而钝。轻基在分子内也可
形成氢键，使轻基红外吸收移向低波数，竣酸内由于拨基和瓮基的强
—1
烈缔合，吸收峰的底部可延续到〜2500cm ,形成一个很宽的吸收带。
•1当样品或澳化钾晶体含有微量水分时，会在〜3300cm附近岀现吸收峰，如含水量较大，谱图上在〜1630cm处也有吸收峰（疑基无此峰），若要鉴别微量水与疑基，可观察指纹区内是否有轻基的吸收峰，或将干燥后的样品用石蜡油调糊作图，或将样品溶于溶剂中，以溶液样品作图，从而排除微量水的干扰。游离疑基的吸收因在较高波数（〜-1
3600cm）,且峰形尖锐，因而不会与水的吸收混淆。
b^胺基
•1胺基的红外吸收与轻基类似，游离胺基的红外吸在3300—3500cm
-1
范围，缔合后吸收位置降低约100cm。
伯胺有两个吸收峰，因NFL有两个N-H键，它有对称和非对称两种伸缩振动，这使得它与轻基形成明显区别，其吸收强度比疑基弱，脂肪族伯胺更是这样。
仲胺只有一种伸缩振动，只有一个吸收峰，其吸收峰比轻基的要尖锐些。芳香仲胺的吸收峰比相应的脂肪仲胺波数偏高，强度较大。
叔胺因氮上无氢，在这个区域没有吸收。
c、炷基
C-H键振动的分界线是3000cmo不饱和碳（双键及苯环）的碳氢伸
缩扌辰动频率大于饱禾□碳（除二元环外）的碳氢彳申缩扌辰动频率
彳氐
-1
壬aaocm」这困金桩灌图掘重要亠不饱和碳的碳氢伸缩振动吸收峰强
-1
度较低，往往大于3000cm,以饱和碳的碳氢吸收峰的小肩峰形式存在。
C=C-H的吸收峰在〜3300cm,由于它的峰很尖锐，不易与其它不饱和碳氢吸收峰混淆。
饱和碳的碳氢伸缩振动一般可见四个吸收峰，其中两个属CHa:〜2960( U as)、〜2870( U s)；两个属CFk：〜2925( u as)、〜2850( u J。由这两组峰的强度可大致判断CFk和CH3的比例。
CH 3或CFk由与氧原子相连时，其吸收位置都移向较低波数。
当进行未知物的鉴定时，看其红外谱图3000cm附近很重要，该处是否有吸收峰，可用于有机物和无机物的区分(无机物无吸收)。
■*1
(2) 2500-2000cm
这是畚键和累积双键(・C三C・、・C三N、＞C = C = Cv、一N =
C=O、-N=C=S等)的伸缩振动区。在这个区域内，除有时作图未能全扣除空气背景中的二氧化碳(uc°2〜2365、2335cm)的吸收之外，此区间内任何小的吸收峰都应引起注意，它们都能提供结构信息。
2700-2200cm 1之间还有一重要信息：镀盐。其特征为2700-2200
之间有一群峰，归属为U NH+, UNH2+。药物中的此类化学结构所占比例不低。
(3) 2000-1500cm
是双键的伸缩振动区，这是红外谱图中很重要的区域。
这个区域内最重要的是按基的吸收，大部分碳基化合物集中于1650 -
1900cm。除去竣酸盐等少数情况外，拨基峰都尖锐或稍宽，其强度都较大，
在按基化合物的红外谱图中拨基的吸收一般为最强峰或次强峰。
按基化合物：
U as000-1615-1540（
强），u s
coo-1420-1300 （稍弱）。
-1
碳=碳双键的吸收出现在1600・1670cm 范围，强度中等或较低。 烯基碳氢面外弯曲振动的倍频可能出现在这一区域。
-1
苯环的骨架振动在〜1450、〜1500、〜1580、〜1600cm□〜1450cm 的吸收与CH“ Cf 的吸收很靠近，因此特征不明显。后三处的吸收则表 明苯环的存在。虽然这三处的吸收不一定同时存在，但只要在1500或
1600 cm'1附近有吸收，原则上即可知有苯环（或杂芳环）的存在。
杂芳环和苯环有相似之处，如咲喃在〜1600、〜1500、〜1400 cm
酸酉干
1850cm -1740cm
酰卤 〜1800cm
酯
〜1740cm
-1
五元环内酯1780-1750 cm
四元环I
醛 ・1
〜1730cm
酮 -1 〜1715cm
酰胺
酰胺I
1670-1620cm 「 伯酰胺
U c=o
1680-1630cm 1
仲酰胺
酰胺II
1650-1610cm 「
伯酰胺
6 NH + u
ON
1570-1430cm-1
仲酰胺
叔酰胺u
-1
c=o
〜1650cm
-1
1885-1820 cm
_ 4
— J
R C O -
FT ： ° ]
O 有不对称和对称两种伸缩振动
o
-1
-1
竣酸盐在光谱中没有游离的拨基峰，代之以二个等价的 2°键,
三处均有吸收谱带，毗噪在〜1600、〜1570、〜1500、〜1435cm处有吸收。
这个区域除上述碳=氧、碳=碳双键吸收之外，尚有 C = N、N = O 等基团的吸收。含-NO2基团的化合物（包括硝基化合物、硝酸酯等），因两个氧原子连在同一氮原子上因此具有对称、非对称两种伸缩振动，但只有反对称伸缩振动出现在这一区域。
硝基基团在红外光谱中具有很特征的吸收：
u asN02 〜1565cm（强、宽），u SNO2〜1360cm（稍弱）
-1
（4） 1500-1300cm
-1
除前面已讲到苯环（其中〜1450、〜1500cm的红外吸收可进入此区）、杂芳环（其吸收位置与苯环相近）、硝基的u s等的吸收可能进入此区之外，该区域主要提供了C-H弯曲振动的信息。
甲基在〜1380、〜1460cm同时有吸收，当前一吸收峰发生分叉时表示
偕二甲基（二甲基连在同一碳原子上）的存在，这在核磁氢谱尚未广泛应用之前，对判断偕二甲基起过重要作用，现在也可以作为一个鉴定偕二甲基的辅助手段。偕三甲基的红外吸收与偕二甲基相似。
-1
CH 2仅在〜1470cm处有吸收。
-1
（5） 1300-910cm
所有单键的伸缩振动频率、分子骨架振动频率都在这个区域。部分含氢
基团的一些弯曲振动和一些含重原子的双键（P=O, P=S等）的伸缩振动频率也在这个区域。弯曲振动的键力常数k是小的，但含氢基团的折合质量u也
小，因此某些含氢官能团弯曲振动频率出现在此区
域。虽然双键的键力常数k大，但两个重原子组成的基团的折合质量
U也大，所以使其振动频率也出现在这个区域。由于上述诸原因，这个区域的红外吸收频率信息十分丰富。
酯
-1 u c-o 〜
1200cm
醇
-1 u c-o 〜
1100cm
酚
-1 u c-o 〜
1230cm
脂肪醯
-1 j u c-o-c 1150cm -1060cm
芳香醸u=c-oc
1280cm -1220cm 芳香部分，强吸收
■1 -1
1055cm -1000cm 脂肪部分，强度略逊
砚(SO) u 窗2爲强
2 as
u s1160-1120cm1强
亚砚(SO) u 1000-1100cm
磺酸及盐U as SO2 U a SO2
RSOa - OH (无水)
RSO2• OH • HQ CHSOOH
1350-1342cm」
1230-1120cm
1190 1050
1165-1150cm d
-1
1080-1010cm
有机磷化合物U p=o U p-o-c (RO)2(R)P=O1265-1230cm-1
1050-1030cm (RO)aP=O1286-1258cm 1-1
1050-950cm
5 610-525cm 强度略逊
（6） 910cm 以下
苯环因取代而产生的吸收（900-650cnr 1
）是这个区域很重要的内
容。这是判断苯环取代位置的主要依据（吸收源于苯环C-H 的弯曲振 动）,当苯环上有强极性基团的取代时，常常不能由这一段的吸收判断 取代情况。
芳环四个相邻氢（5 =CH ）在770-735cm 出现强吸收。
芳环五个相邻氢（s =CH ）在〜750和〜690cm 同时出现强吸收。
-1
烯的碳氢弯曲振动频率处于本区及前一区（1300—900cm ）。
2、指纹区和官能团区
芳环二个相邻氢（6
=C H
860-750(s)
810-750(s) 芳环三个相邻氢（5 =
CH
790(s)
从前面六个区的讨论我们可以看到，由第1-4区（即从4000到-1
1300cm范围）的吸收都有一个共同点：每一红外吸收峰都和一定的官能团相对应。因此，就这个特点而言，我们称这个大区为官能团区。
第5和第6区与官能团区不同。虽然在这个区域内的一些吸收也对应着某些官能团，但大量的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。
官能团区指纹区的存在是容易理解的。含氢的官能团由于折合质量小；含双键或三键的官能团因其键力常数大；这些官能团的振动受其分子剩余部分影响小，它们的振动频率较高.因而易于与该分子中的其它振动相区别。这个高波数区域中的每一个吸收，都和某一含氢官能团或含双键、三键的官能团相对应，因此形成了官能团区。另一方面，分子中不连氢原子的单键的伸缩振动及各种键的弯曲振动由于折合质量大或键力常数小，这些振动的频率相对于含氢官能团的伸缩振动及部分弯曲振动频率或相对于含双键、三键的官能团的伸缩振动频率都处于低波数范围，且这些振动的频率差别不大；其次是在指纹区内各种吸收频率的数目多；再则是在该区内各基团间的相互连接易产生各种振动间较强的相互耦合作用；第四是化合物分子存在骨架振动。基于上述诸多原因，因此在指纹区内产生了大量的吸收峰，且结构上的细微变化都可导致谱图的变化，即形成了该化合物的指纹吸收。
由上述可知，红外吸收的六个波段归纳为指纹区和官能团区。存在着这两个大区，既有上述的理论解释，也是实验数据的概括：波数大于
-1 -1
1300cm的区域为官能团区，波数小于1300cm的区域是指纹区。官能-
团区的每个吸收峰表示某官能团的存在（强度和峰形），原则上每个吸
收峰均可找到归属。指纹区的吸收峰数目较多,往往其中的大部分不能找到归属，但这大量的吸收峰表示了有机化合物分子的具体特征，犹如人的指纹。虽然有上述情况，某些同系物的指纹吸收可能相似，不同的制样条件也可能引起指纹区吸收的变化，这两点都是需要注意的。
-1
指纹区中650-910cm区域又称为苯环取代区，苯环的不同取代位置会在这个区域内有所反映。
指纹区和官能团区的不同功用对红外谱图的解析很理想。从官能
团区可找出该化合物存在的官能团；指纹区的吸收则宜于用来与标准谱图（或已知物谱图）进行比较，得出未知物与已知物结构相同或不同的确切结论。官能团区和指纹区的功用正好相互补充。
3、红外谱解析要点及注意事项
（1）红外吸收谱的三要素（位置、强度、峰形）
在解析红外谱时，要同时注意红外吸收峰的位置、强度和峰形。吸收峰的位置（即吸收峰的波数值）无疑是红外吸收最重要的特点，因此各红外专著都充分地强调了这点。然而，在确定化合物分子结构时，必须将吸收峰位置辅以吸收峰强度和峰形来综合分析，可是这后两个要素往往则未得到应有的重视。
每种有机化合物均显示若干红外吸收峰，因而易于对各吸收峰强度进行相互比较。从大量的红外谱图可归纳出各种官能团红外吸收的强度变化范围。所以，只有当吸收峰的位置及强度都处于一定范围时才能准确地推断出某官能团
的存在。以按基为例，拨基的吸收是比较强的，
红外光谱图解析方法大全
红外光谱图解析大全 一、预备知识 （1）根据分子式计算不饱和度公式： 不饱和度Ω＝n4+1+(n3-n1)/2其中： n4：化合价为4价的原子个数（主要是C原子）， n3：化合价为3价的原子个数（主要是N原子）， n1：化合价为1价的原子个数（主要是H,X原子） （2）分析3300~2800cm-1区域C-H伸缩振动吸收；以3000 cm-1为界：高于3000cm-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3000cm-1一般为饱和C-H伸缩振动吸收； （3）若在稍高于3000cm-1有吸收,则应在2250~1450cm-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1000~650cm-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,再依据官能团特征吸收，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1750~1700cm-1的三个峰，说明醛基的存在。 二、熟记健值 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，
红外光谱分析
红外光谱分析 序言 二十世纪初叶，Coblentz发表了一百多个有机化合物的红外光谱图，给有机化学家提供了鉴别未知化合物的有力手段。到四十年代红外光谱技术得到了广泛的研究和应用。当今红外光谱仪的分辨率越来 -1 越高，检测范围扩展到10000-200cm,样品量少至微克级。红外光谱提供的某些信息简捷可靠，检测样品中有无按基及属于哪一类（酸酹、酯、酮或醛）是其他光谱技术难以替代的。因此，对从事有机化合物为研究对象的化学工作者来说，红外光谱学是必需熟悉和掌握的一门重要光谱知识。 一、基本原理 1、基本知识 光是一种电磁波。可根据电磁波的波长范围分成不同类型的光谱，它们各自反映出物质的不同类型的运动形式。表1列出这些电磁波的波长，其所在区域的光谱名称，以及对应的运动形式。 表1常用的有机光谱及对应的微观运动 红外光谱研究的内容涉及的是分子运动，因此称之为分子光谱。通常红外光谱系指2-25 Li之间的吸收光谱，常用的为中红外区 •1 4000-650cm 或4000-400cm。 这段波长范El反映岀分子中原子间的振动和变角振动，分子在振
动运动的同时还存在转动运动。在红外光谱区实际所测得的图谱是分子的振动与转动运动的加合表现，即所谓振转光谱。 每一化合物都有其特有的光谱，因此使我们有可能通过红外光谱对化合物作岀鉴别。 -1 红外光谱所用的单位波长u,波数cm o光学中的一个基本公式是入U = C,式中入为波长，u为频率，C为光速(3 X 1O1o cm/s) o设U 为波数，其含义是单位长度(1cm)中所含的波的个数，并应具有以下关系: 波数(crrr1) =104/波长(卩) 波长和波数都被用于表示红外光谱的吸收位置，即红外光谱图的横坐标。目前倾向于普遍采用波数为单位，而在图谱上方标以对应的波长值。红外光谱 图的纵坐标反映的是吸收强度，一般以透过率(T%) 表示。 2、红外光谱的几种振动形式 主要的基本可以分为两大类：伸缩振动和弯曲振动。 (1) 伸缩振动(u) 沿着键轴方向伸或缩的振动，存在对称与非对称两种类型。它的吸收频率相对在高波数区。 ⑵弯曲振动(6) 包括面内、面外弯曲振动，变角振动，摇摆振动等。它的吸收频率相对在低波数区。 4000cm '1(高) _________ m 」(低) 3、红外光谱吸收峰主要的几种类型 (1) 基频峰：伸缩振动，弯曲振动产生的吸收峰均为基频峰。 (2) 倍频峰：出现在基频峰波数二倍处。如基频为900cm,倍频为 -1 1800cm o 4红外光谱吸收峰的强度
红外光谱分析
红外光谱分析 红外光谱与分子的结构密切相关，是研究表征分子结构的一种有效手段，与其它方法相比较，红外光谱由于对样品没有任何限制，它是公认的一种重要分析工具。在分子构型和构象研究、化学化工、物理、能源、材料、天文、气象、遥感、环境、地质、生物、医学、药物、农业、食品、法庭鉴定和工业过程控制等多方面的分析测定中都有十分广泛的应用。 红外光谱可以研究分子的结构和化学键，如力常数的测定和分子对称性等，利用红外光谱方法可测定分子的键长和键角，并由此推测分子的立体构型。根据所得的力常数可推知化学键的强弱，由简正频率计算热力学函数等。分子中的某些基团或化学键在不同化合物中所对应的谱带波数基本上是固定的或只在小波段范围内变化，因此许多有机官能团例如甲基、亚甲基、羰基，氰基，羟基，胺基等等在红外光谱中都有特征吸收，通过红外光谱测定，人们就可以判定未知样品中存在哪些有机官能团，这为最终确定未知物的化学结构奠定了基础。 由于分子内和分子间相互作用，有机官能团的特征频率会由于官能团所处的化学环境不同而发生微细变化，这为研究表征分子内、分子间相互作用创造了条件。 分子在低波数区的许多简正振动往往涉及分子中全部原子，不同的分子的振动方式彼此不同，这使得红外光谱具有像指纹一样高度的特征性，称为指纹区。利用这一特点，人们采集了成千上万种已知化合物的红外光谱，并把它们存入计算机中，编成红外光谱标准谱图库，人们只需把测得未知物的红外光谱与标准库中的光谱进行比对，就可以迅速判定未知化合物的成份。 下面将对红外光谱分析的基本原理做一个简单的介绍。 红外吸收光谱是物质的分子吸收了红外辐射后，引起分子的振动-转动能级的跃迁而形成的光谱，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的方法称之为红外吸收光谱法。 红外辐射是在 1800年由英国的威廉.赫谢(Willian Hersher) 尔发现的。一直到了1903年，才有人研究了纯物质的红外吸收光谱。二次世界大战期间，由于对合成橡胶的迫切需求，红外光谱才引起了化学家的重视和研究，并因此而迅速发展。随着计算机的发展，以及红外光谱仪与其它大型仪器的联用，使得红外光谱在结构分析、化学反应机理研究以及生产实践中发挥着极其重要的作用，是“四大波谱”中应用最多、理论最为成熟的一种方法。 红外光谱法的特点： 1•气态、液态和固态样品均可进行红外光谱测定；
二、红外光谱分析法简介
红外吸收光谱法 基本要点： 1. 红外光谱分析基本原理； 2. 红外光谱与有机化合物结构 3. 各类化合物的特征基团频率； 4. 红外光谱的应用； 5. 红外光谱仪. 学时安排：3学时 第一节 分子的振动能量比转动能量大，当发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随有转动能级的跃迁，所以无法测量纯粹的振动光谱，而只能得到分子的振动-转动光谱，这种光谱称为红外吸收光谱。 红外吸收光谱也是一种分子吸收光谱。 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运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,使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。 一、红外光区的划分 红外光谱在可见光区和微波光区之间，波长范围约为0. 75 ~ 1000叩，根据仪器技术和应用不同，习惯上又将红外光区分为三个区：近红外光区（0.75 ~ 2.5 叩），中红外光区（2.5 ~ 25卩m ），远红外光区（25 ~ 1 OOO^m ）。 近红外光区（0.7 5 ~ 2.5叩） 近红外光区的吸收带主要是由低能电子跃迁、含氢原子团（如O —H、N —H、C —H ）伸缩振动的倍频吸收等产生的。该区的光谱可用来研究稀土和其它过渡金属离子的化合物，并适用于水、醇、某些高分子化合物以及含氢原子团化合物的定量分析。 中红外光区（2.5 ~ 25叩） 绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在该光区。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。远红外光区（25〜10 00叩）该区的吸收带主要是由气体分子中的纯转动跃迁、 振动-转动跃迁、液体和固体中重原子的伸缩振动、某些变角振动、骨架振动以及晶体中的晶格振动所引起的。由于低频骨架振动能很灵敏地反映出结构变化，所以对异构体的研究特别方便。此外，还能用于金属有机化合物（包括络合物）、氢键、吸附现象的研究。但由于该光区能量弱，除非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。 红外吸收光谱一般用T〜•曲线或T〜波数曲线表示。纵坐标为百分透射比T%，因而吸收峰向下，向上则为谷；横坐标是波长■（单位为叩），或波数（单位为cm-1）。 波长，与波数之间的关系为： 1 4 波数/ cm- =10 / （■ / ^m ） 中红外区的波数范围是4000〜400 cm-1。 二、红外光谱法的特点 紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具有共轭体系的有机化合物，而红外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）。因此，除了单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等之外，几乎所有的有机化合物在红外光谱区均有吸收。除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有微小差异的化合物外，凡是具有结构不同的两个化合物，一定不会有相同的红外光谱。通常红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构组成或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯度鉴定。由于红外光谱分析特征性强，气体、液体、固体样品都可测定，并具有用量少，分析速度快，不破坏样品的特点。因此，红外光谱法不仅与其它许多分析方法一样，能进行定性和定量分析，而且该法是鉴定化合物和测定分子结构的最有用方法之一。 一、产生红外吸收的条件
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。 百泰派克生物科技BTP基于CNAS/ISO9001双重质量认证体系建立七大检测平台，采用Thermo公司Nicolet系列仪器建立FT-IR分析平台，测定样品中蛋白和多肽的红外光谱，并进行后续的基线校正、Gaussian去卷积、二阶导数拟合，最终根据峰面积确定样品中蛋白和多肽的二级结构信息。联系我们，免费项目咨询。 百泰派克生物科技生物制品表征服务内容。 FT-IR分析一站式服务。 您只需下单-寄送样品。 百泰派克生物科技一站式服务完成：样品处理-上机分析-数据分析-项目报告。
红外光谱解析方法
红外光谱解析方法 红外光谱解析是一种常用的分析方法，通过测量样品在红外辐射下吸收或散射的光谱信息，来获取样品的结构和化学成分。以下是几种常见的红外光谱解析方法： 1.峰位分析 峰位分析是最常用的红外光谱解析方法之一。它通过观察和分析红外光谱图中各个峰的位置，来推断样品中存在的基团或化学键。不同功能基团或化学键的振动频率和强度在红外光谱上表现出不同的峰位和峰型，可以根据这些特征进行定性和定量分析。 2.强度比较 强度比较是一种简单而有效的红外光谱解析方法。它通过比较不同峰的吸收峰值强度，来判断样品中不同基团或化学键的相对含量。通常情况下，吸收峰的强度与样品中相应基团或化学键的浓度成正比关系，因此可以通过计算峰的积分面积或峰高来确定各个组分的相对含量。 3.区域积分 区域积分是一种基于峰下面积的红外光谱解析方法。它通过选择特定的波数范围，在该范围内计算吸收峰的积分面积，来确定样品中某个组分的含量。这种方法常用于定量分析和比较不同样品之间的差异。 4.傅里叶变换 傅里叶变换是一种在红外光谱解析中广泛应用的数学方法。它可以将时域信号转换为频域信号，通过分析不同频率的成分来获取样品的结构和化学成分。傅里叶
变换可用于去除背景干扰、峰形修正、谱图平滑等处理，从而提高红外光谱的质量和解析度。 5.拉曼光谱 拉曼光谱是一种与红外光谱密切相关的分析技术。它通过测量样品散射的光谱信息，来研究样品的振动和转动模式。与红外光谱相比，拉曼光谱能够提供更多关于分子结构和化学键的信息，尤其对于非极性物质的分析具有重要意义。 综上所述，红外光谱解析方法包括峰位分析、强度比较、区域积分、傅里叶变换和拉曼光谱等。这些方法可以单独使用或结合起来，用于对样品进行定性和定量分析，推断其化学成分和结构特征，从而在化学、材料科学、生物医学等领域中发挥重要作用。
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。如顺式二氯乙烯在1580 cm-1处有双键振动的强吸收峰。高度对称的化学键，如反式二氯乙烯分子中的双键，由于分子振动前后的偶极矩没有改变，此种双键在红外光谱中无吸收峰(1665 cm-1处的弱吸收峰是845cm-1和825 cm-1的合频)。由于对称双键极化度发生改变，因此在拉曼光谱中1580 cm-1 处有强吸收峰。 如3-甲基-l,2-丙二烯的红外光谱在2000～1925 cm-1处有丙二 烯基团(C= C= C)的特征峰。同样含有该基团的4-甲基-1,2-丙二烯，由于分子对称，在振动中无偶极矩变化而无此吸收峰。 3-甲基-1，2-丙二烯4-甲基-1，2-丙二烯非线型分子中各基团有两种振动：伸缩振动用符号“ν”表示；弯曲振动用符号“δ”表示。前者是沿原子间化学键的轴作节奏性伸和缩的振动。当两个化学键在同一平面内均等地同时向外或向内伸缩振动为对称伸缩振动(νs)(见下图a)。若是一个向外伸展，另一个向内收缩为不对称伸缩振动(νas )(见下图b)。在正常振动中引起键角改变的振动称弯曲振动。向内弯曲的振动为剪动(δ)(见
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。可以进行谱图解析、峰归属、谱峰定量 分析等，以获取更详细的信息。 应用领域 红外光谱分析在各个领域都有广泛的应用，包括但不限于： 1.有机化合物鉴定：红外光谱分析可以用来确定有机 化合物的官能团组成和分子结构。根据红外光谱上的吸收 谱线特征，可以推测化合物中有哪些化学键和官能团。 2.药物研究：红外光谱分析可用于药物的质量控制和 分析。可以通过光谱特征来确定药物的纯度、药效成分的 含量等。
红外图谱分析方法大全
红外图谱分析是光谱分析技术中的一种，它利用红外光作为光源，检测样品的吸收、反射、散射等特性，从而得到样品的分子结构和化学组成。下面是红外图谱分析方法的详细步骤： 一、准备工作 在进行红外图谱分析之前，需要准备好相应的仪器和样品。红外光谱仪通常由光源、光阑、干涉仪、样品室、检测器等部分组成。在采集样品红外光谱时，需要使用专门的样品制备技术，如样品压制、样品溶液制备等。 二、样品制备 样品制备是红外图谱分析中非常重要的一步，因为只有样品中的分子在红外光的作用下产生吸收、反射、散射等特性，才能得到样品的分子结构和化学组成。样品制备需要根据样品的性质和所用光谱仪的类型来选择不同的制备方法，如固体样品需要进行研磨和压片，液体样品需要进行溶液制备等。 三、谱图解析 在采集到样品的红外光谱后，需要通过谱图解析来得到样品的分子结构和化学组成。谱图解析需要掌握一定的方法技巧，例如： 1. 确定光谱类型：根据光谱中出现的特征峰，确定光谱的类型。例如，如果是伸缩振动，则可以判断出样品的分子结构中存在这种键。 2. 确定基团：根据特征峰的位置和形状，确定样品中存在的基团。例如，如果出现了苯环的振动吸收峰，则可以判断出样品中含有苯环结构。 3. 确定分子结构：通过确定基团和键的类型，可以得到样品的分子结构。例如，如果一个化合物的红外光谱中出现了C-H键的振动吸收峰，则可以判断出这个化合物的分子结构中存在C-H键。 四、定量分析 除了定性分析外，红外光谱还可以用于定量分析。通过测量特征峰的强度和宽度等参数，可以计算出样品中某种物质的含量。例如，可以利用红外光谱技术测定高聚物中某种单体的含量。 五、应用领域 红外光谱在多个领域都有广泛的应用，例如：
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
红外光谱分析全解
红外光谱分析全解 1.原理： 2.仪器设备： 红外光谱仪是进行红外光谱分析的主要仪器设备。它包含光源、样品室、光路、检测器等主要部件。常见的红外光谱仪有紫外-可见光谱仪、傅里叶变换红外光谱仪等。 3.分析方法： 红外光谱分析有多种方法，常见的有透射法、反射法和散射法。透射法是将样品放置于红外光路中，测量经过样品后的光强，通过光的吸收程度来推断样品的组成和结构。反射法是将样品放置在反射表面上，通过测量反射光的强度来分析样品。散射法是通过散射光的特征来确定物质的类型和性质。 4.特点与优势： -非破坏性：红外光谱分析不会对样品造成任何破坏，样品可以保持原样，并且可以进行多次测量。 -快速准确：红外光谱分析可以在短时间内获得准确的结果，对于合成化合物或未知化合物的鉴定非常有用。 -无需标准样品：红外光谱分析可以在没有标准样品的情况下进行定性和定量分析，比如混合物的组分分析和其中一成分的含量测定。 -多样性：红外光谱分析可以应用于各种物质的鉴定和分析，包括有机物、无机物、生物大分子等。
5.应用领域： -药物研发：红外光谱可以用于新药的结构鉴定和药物质量控制。 -食品质检：红外光谱可以用于食品成分和质量的分析，包括检测食品中的添加剂、污染物等。 -环境监测：红外光谱可以用于大气污染物的检测和分析，包括颗粒物、有毒气体等。 -工业化学：红外光谱可以用于工业化学过程中的原料监测、反应过程监测和产物分析。 -生物医学：红外光谱可以用于生物体内分子的结构和组成分析，对于疾病的早期诊断具有重要意义。 综上所述，红外光谱分析作为一种非破坏性的、快速准确的化学分析方法，在许多领域都有广泛的应用。它通过测量物质对红外辐射能量的吸收和散射来鉴定物质的类型、结构和性质，为化学研究和应用开辟了新的途径。
红外光谱分析原理
红外光谱分析原理 1. 引言 红外光谱分析是一项用于检测和分析物质组成和结构的无损分析方法。通过测量物质在红外光谱区域的吸收与辐射能量之间的关系，可以获取关于样品组成和化学结构的信息。本文将介绍红外光谱分析的原理和常见应用。 2. 原理 红外光谱分析基于物质分子的振动和转动能级的变化。红外光谱区域位于可见光谱和微波光谱之间，对应频率范围为1.3×10^13 Hz至4.3×10^13 Hz。在红外光谱区域，分子在特定频率的红外辐射下会发生振动，不同的分子具有不同的振动频率和振动模式。 一般来说，红外光谱分析可分为三个主要区域：近红外区（2.5μm-25μm）、中红外区（2.5μm-50μm）和远红外区（50μm-1000μm）。其中，中红外区是最常用的。 在红外光谱分析中，常用的仪器是红外光谱仪。该仪器工作原理基于被测物质对红外光的吸收。红外光谱仪将红外光通过样品，
测量通过样品的光强与未经样品的光强之间的差异。这个差异信息被转换为光谱图，显示样品在红外光谱区域的吸收特征。 3. 应用 红外光谱分析在许多领域和行业中广泛应用。 3.1 有机化学 红外光谱分析在有机化学中被用于推断有机分子的结构和功能基团。通过测量样品在红外光谱区域的吸收峰，可以确定有机化合物中的氢键、羧基、酮基等功能基团。 3.2 食品工业 在食品工业中，红外光谱分析可用于检测食品中的脂肪、蛋白质、糖类等成分。通过与已知成分的红外光谱进行比对，可以快速准确地确定食品中各种成分的含量。 3.3 环境监测 红外光谱分析在环境监测中可用于检测大气中的污染物和水体中的有机物。通过分析红外光谱图，可以确定样品中的有机化合物种类和含量，从而评估环境的污染程度。
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
红外光谱分析方法
红外光谱分析方法 红外光谱分析是一种常见的化学分析方法，它通过测量样品在红外光谱区域的吸收和散射来获取样品的结构信息和化学组成。红外光谱分析方法的原理基于分子与红外光的相互作用，当样品中的化学键振动或分子转动产生能量变化时，会吸收相应波长的红外光。通过分析吸收峰的位置、相对强度和形状，可以确定样品中的官能团、键的类型和化学结构。 1.样品制备：将待分析的样品制备成均匀的固体、液体或气体样品。固体样品可以直接放置在红外光谱仪的样品夹中，液体样品则可以放置在透明的红外吸收池中。 2.光谱采集：根据样品状态的不同，选择合适的红外光源和检测器。红外光源产生的光经过一个干涉仪，分为参考光束和样品光束。参考光束和样品光束分别通过样品和参考样品后，进入探测器中进行测量。测量得到的数据会被转换成光谱图形。 3.光谱解析：通过分析光谱图形，确定各吸收峰的位置、相对强度和形状，以确定样品中包含的官能团和化学键的类型。常用的解析方法包括查找标准库、峰指认和功能组对比。 4.数据分析：对光谱数据进行进一步的处理和分析，可以使用数据分析软件进行峰面积计算、定量分析和比较分析。此外，还可以进行谱图拟合、降噪处理和谱图修正等。 红外光谱分析方法广泛应用于有机化学、无机化学、生物化学和材料科学等领域。它可以用于测定物质的纯度、鉴别不同化合物、判断化学键的类型和确定结构等。例如，在有机化学中，红外光谱可以用于确定醇、
酮、醛、羧酸等不同官能团的存在和位置；在无机化学中，红外光谱可以用于研究配位化合物的配位方式和金属氧化态等。 总之，红外光谱分析方法是一种简便、快速、无损的化学分析方法，通过测量样品在红外光谱区域的吸收和散射来获取化学信息和结构信息。它在化学研究、材料分析和质量控制等方面具有重要的应用价值。
红外光谱分析
1 概述 历史 1800年，英国物理学家W.Herschel在研究太阳光谱时发现了红外光 1892年，科学家发现凡含甲基的物质在3.4微米处均有一吸收带 1905年，科学家Coblentz系统研究了上百种化合物的红外吸收光谱，并总结了物质分子基团与其红外吸收带间的关系 1930年，光的二象性和量子力学理论的提出，使红外吸收光谱法的研究更深入发展。 红外光谱机理 红外吸收光谱又称为分子振动转动光谱，是一种分子吸收光谱。当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，产生分子振动和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系的曲线，就可以得到红外吸收光谱。 红外光谱用途 定性鉴别、结构分析及定量分析。以前2者为主。 （1）分子结构的基础研究：应用红外光谱可以测定分子的键长、键角，以此推断出分子的立体构型、晶体结构，根据所得的力学常数可以知道化学键的强弱；由频率来计算热力学函数，等等。 （2）红外光谱用于化合物的定性分析具有鲜明的特征，根据化合物的红外光谱的特征基团频率、形状和强度来鉴定物质含有哪些基团，从而确定有关化合物的类别、组分含量测定。 利用红外光谱进行定性、定量、结构分析的方法称为红外光谱法或红外分光光度法（Infrared spectrophotometry, IR） 红外光谱优点 对研究的对象无限制，气、液、固都可以；特征性强，被称为“分子指纹”；操作简便、分析快速、样品用量少、破坏小；具有大量标准谱图可以对照。
局限性 （1）有些物质不产生红外光谱，如原子、单原子离子，同质双原子分子，有些物质不能用红外光谱法鉴别：如光学异构、不同分子量的同种高聚物； （2）有些复杂吸收带无法解释，特别是指纹区。有时必须与拉曼光谱、核磁、质谱等方法结合才能得出最后鉴定； （3）用于定量分析的准确度和灵敏度低于可见、紫外光谱法。 1.1 红外光区的划分 波长大于0.75 μm，小于500 μm（或1000 μm）的电磁波称为红外线（Infrared 中红外光区是研究最多的区域，本章主要讨论中红外光区吸收光谱。 红外吸收光谱一般用T-σ曲线表示。纵坐标为百分透过比（单位为%），因而吸收峰向下，向上则为谷。横坐标是波数σ（单位为cm-1） 波长λ与波数σ的关系为σ/ cm-1=104(λ/μm)-1。因此，中红外光区的波数范围是4000 cm-1-400 cm-1。用波数描述吸收谱带较为简单，且便于与拉曼光谱进行比较。 1.2 红外吸收光谱与紫外吸收光谱的区别 （1）机理不同 紫外吸收光谱由电子能级跃迁跃迁引起紫外线波长短、频率高、光子能量大，能引起分子外层电子的能级跃迁。电子跃迁虽然伴随着振动及转动能级跃迁，但因后者能级差小，常被紫外吸收曲线所淹没。除某些化合物（如苯等）蒸气的紫外吸收光谱会显现振动能级跃迁外，一般不显现。因此，紫外吸收光谱属电子光谱，光谱简单。 中红外吸收光谱由振-转能级跃迁引起红外线的波长比紫外线长，光子能量比紫外线小得多，只能引起分子的振动能级并伴随转动能级的跃迁，因此，中红外光谱是振动-转动光谱，光谱复杂。 （2）适用范围不同
红外光谱图分析
红外光谱图分析 简介 红外光谱图分析是一种常见的分析方法，广泛应用于化学、生物、材料等领域。通过测量样品在红外光谱范围内的光吸收，可以获得关于样品中分子结构和化学键的信息。本文将简要介绍红外光谱图的基本原理、数据处理和常见应用。 基本原理 红外光谱图是由红外光谱仪测量得到的，其原理基于分子 吸收特性。在红外光谱范围内，分子会吸收特定波长的红外光，这些波长对应于分子振动和转动。通常，红外光谱图的横坐标为波数（cm^-1），纵坐标为吸光度或透射率。 数据处理 对于红外光谱图的数据处理，通常需要进行以下几个步骤： 1.基线校正：红外光谱中可能存在噪声或基线漂移， 需要通过基线校正来消除这些干扰。一种常见的方法是使 用多项式函数拟合基线。
import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt # 生成示例数据 x = np.linspace(4000, 400, 1000) y = np.random.normal(0, 0.1, size=1000) + np.exp (-0.01 * x) # 多项式拟合 coefficients = np.polyfit(x, y, 3) baseline = np.polyval(coefficients, x) # 绘制结果 plt.plot(x, y, label='Original Spectrum') plt.plot(x, baseline, label='Baseline') plt.legend() plt.xlabel('Wavenumber (cm$^{-1}$)') plt.ylabel('Absorbance') plt.title('Baseline Correction') plt.show() 2.峰提取：在光谱图中，各个峰代表了样品中不同的 化学键和功能团。通过峰提取可以定量分析样品中的各个成分。 import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from scipy.signal import find_peaks # 生成示例数据 x = np.linspace(4000, 400, 1000)