经典红外光谱解析
006 红外光谱分析
第一节
概述
波长与波数之间的关系为： 波数/ cm-1 =104 /（ / µ ） 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
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第二节 基本原理
基团键角发生周期变化而键长不变的振动称为变形振 动，用符号表示。变形振动又分为面内变形和面外变形 振动。面内变形振动又分为剪式（以表示）和平面摇摆 振动（以表示）。面外变形振动又分为非平面摇摆（以 表示）和扭曲振动（以表示）。 教材P.57图3.3 表示甲基、亚甲基的各种振动形式。 由于变形振动的力常数比伸缩振动的小，因此，同一基 团的变形振动都在其伸缩振动的低频端出现。 3 . 基本振动的理论数 简正振动的数目称为振动自由度，每个振动自由度
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第二节 基本原理
根据小球的质量和相对原子质量之间的关系 波数 = 1302（k /Ar）1/2 Ar为折合相对原子质量 影响基本振动频率的直接原因是相对原子质量和化学 键的力常数。化学键的力常数k越大，折合相对原子质量 Ar越小，则化学键的振动频率越高，吸收峰将出现在高 波数区；反之，则出现在低数区，例如C-C、 CC、 CC三种碳碳键的质量相同，键力常数的顺序是三键> 双键>单键。因此在红外光谱中， CC的吸收峰出现在 2222 cm-1，而CC约在1667 cm-1 ，C-C在1429 cm-1
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第二节 基本原理
红外吸收光谱的解析.
红外吸收光谱法第一节概述一、红外光谱测定的优点20世纪50年代初期，红外光谱仪问世，揭开了有机物结构鉴定的新篇章。
到了50年代末期，已经积累了大量的红外光谱数据，到70年代中期，红外光谱法成为了有机结构鉴定的重要方法。
红外光谱测定的优点：1、任何气态、液态、固态样品都可以进行红外光谱的测定，这是核磁、质谱、紫外等仪器所不及的。
2、每种化合物均有红外吸收，又有机化合物的红外光谱可以获得丰富的信息。
3、常规红外光谱仪价格低廉，易于购置。
4、样品用量小。
二、红外波段的划分δ=104/λ（λnm δcm -1）红外波段范围又可以进一步分为远红外、中红外、近红外波段波长nm 波数cm -1近红外 0.75~2.5 13300~4000中红外 2.5~15.4 4000~650远红外 15.4~830 650~12三、红外光谱的表示方法红外光谱图多以波长λ（nm ）或波数δ（cm -1）为横坐标，表示吸收峰的位置，多以透光率T%为纵坐标，表示吸收强度，此时图谱中的吸收―峰‖，其实是向下的―谷‖。
一般吸收峰的强弱均以很强（ε大于200）、强（ε在75-200）、中（ε在25-75）、弱（ε在5-25）、很弱（ε小于5），这里的ε为表观摩尔吸收系数红外光谱中吸收峰的强度可以用吸光度（A ）或透过率T%表示。
峰的强度遵守朗伯-比耳定律。
吸光度与透过率关系为所以在红外光谱中―谷‖越深（T%小），吸光度越大，吸收强度越强。
第二节红外吸收光谱的基本原理一、分子的振动与红外吸收任何物质的分子都是由原子通过化学键联结起来而组成的。
分子中的原子与化学键都处于不断的运动中。
它们的运动，除了原子外层价电子跃迁以外，还有分子中原子的振动和分子本身的转动。
这些运动形式都可能吸收外界能量而引起能级的跃迁，每一个振动能级常包含有很多转动分能级，因此在分子发生振动能级跃迁时，不可避免的发生转动能级的跃迁，因此无法测得纯振动光谱，故通常所测得的光谱实际上是振动-转动光谱，简称振转光谱。
红外光谱_2
大
振动能 小
能级差 (eV) 1－20
0.05-1
吸收的辐射能 光谱
可见光和紫外 电子光 谱
11 中红外区
振动光
三、红外吸收产生的原理
辐射 分子振动能级跃迁 红外光谱 官能团 分子结构 分子的振动所需的能量远大于分子的转动所需的 能量，因此对应的红外吸收频率也有差异：
远红外区：波长长，能量低，对应分子的转动吸收
一个整体,其运动状态可分为平动、 f总＝f振+f平+f转＝3N
转动、振动三类。分子总自由度应
该等于平动、转动和振动自由度的 f振＝3N －f平－f转
总和，即:
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三、红外吸收产生的原理
每一种振动形式都会产生一个基频峰，即一个 多原子分子所产生的基频峰的数目应该等于分子所 具有的振动形式的数目。无论是线形分子还是非线 形分子其平动的自由度都等于3。
2
dx 则 m d t2 = - kx（1）
c c
1k
v = 2π m
（3）
x = A cos (2π v t + Ф) （2） 1k
用波数表示 = 2πc m
（波数）与K成 正比； 与原子质量成反比
对双原子分子来说，约合质量
m1 m2 μ=
代替m： =
m1+m2
1 2πc
k μ
发生振动能级跃迁需要的能量的大小取决于键两端原
样品吸收红外辐射的主要原因是： 分子中的化学键
因此, IR可用于鉴别化合物中的化学键类型，可 对分子结构进行推测。既适用于结晶质物质，也 适用于非晶质物质。 应用：有机化合物的结构解析 定性：基团的特征吸收频率 定理：特征峰的强度
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二、红外光区的划分
常见高分子红外光谱谱图解析
1085、1015 cm－1 830 cm－1
>C=O 伸缩振动 苯环－C＝C－ 弯曲振动
－C(CH3)2 弯曲振动 －C－O－C－ 伸缩振动 苯环－C＝C－ 弯曲振动 对位取代苯环 ＝CH 面内变形 对位取代苯环 ＝CH 面外变形
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13.聚对苯二甲酸乙二醇酯
3055 cm－1 2969 cm－1 2908 cm－1 1717 cm－1 1614、1579、1506、1454 cm－1 1472 cm－1 1265、1130 cm－1 1600、1582、1492、1452 cm－1 1021 cm－1 973 cm－1
1736 cm－1 1448 cm－1 1379 cm－1 1255、1165 cm－1 1026 cm－1 854 cm－1
18.聚甲基丙烯酸酯
手把手教你红外光谱谱图解析
手把手教你红外光谱谱图解析一、红外光谱的原理[1]1. 原理样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，是振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构2.红外光谱特点红外吸收只有振-转跃迁，能量低；除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；特征性强，可定性分析，红外光谱的波数位置、波峰数目及强度可以确定分子结构；定量分析；固、液、气态样均可，用量少，不破坏样品；分析速度快；与色谱联用定性功能强大。
3.分子中振动能级的基本振动形式红外光谱中存在两类基本振动形式：伸缩振动和弯曲振动。
图一伸缩振动图二弯曲振动二、解析红外光谱图1.振动自由度振动自由度是分子独立的振动数目。
N个原子组成分子，每个原子在空间上具有三个自由度，分子振动自由度F=3N-6(非线性分子)；F=3N-5(线性分子)。
为什么计算振动自由度很重要，因为它反映了吸收峰的数量，谱带简并或发生红外非活性振动使吸收峰的数量会少于振动自由度。
U=0→无双键或环状结构U=1→一个双键或一个环状结构U=2→两个双键，两个换，双键+环，一个三键U=4→分子中可能含有苯环U=5→分子中可能含一个苯环+一个双键2.红外光谱峰的类型基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰，基频峰的峰位等于分子或者基团的振动频率，强度大，是红外的主要吸收峰。
泛频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动激发态等高能态时产生的吸收峰，此类峰强度弱，难辨认，却增加了光谱的特征性。
特征峰和指纹峰：特征峰是可用于鉴别官能团存在的吸收峰，对应于分子中某化学键或基团的振动形式，同一基团的振动频率总是出现在一定区域；而指纹区吸收峰特征性强，对分子结构的变化高度敏感，能够区分不同化合物结构上的微小差异。
如何解析红外光谱图
如何解析红外光谱图——红外识谱歌红外光谱分析可用于研究分子的结构和化学键，也可以作为表征和鉴别化学物种的方法。
红外光谱具有高度特征性，利用化学键的特征波数来鉴别化合物的类型，并可用于定量测定。
解析红外光谱的时候，我们可以采用与标准化合物的红外光谱对比的方法来做分析鉴定。
但很多时候我们手边并没有化合物的标准红外光谱或红外光谱谱图库，这时候就需要自己对红外谱图进行解析。
解析红外谱图最重要的是确定化合物的官能团。
要想快速分辨官能团，需要知道红外谱图中常见官能团的峰位置和峰形。
下面分享一些红外谱图歌，方便大家快速解析红外谱图。
红外谱图歌2960、2870是甲基，2930、2850亚甲峰。
1470碳氢弯，1380甲基显。
二个甲基同一碳，1380分二半。
面内摇摆720，长链亚甲亦可辨。
烯氢伸展过三千，排除倍频和卤烃。
末端烯烃此峰强，只有一氢不明显。
化合物，又键偏，～1650会出现。
烯氢面外易变形，1000以下有强峰。
910端基氢，再有一氢990。
顺式二氢690，反式移至970; 单氢出峰820，干扰顺式难确定。
炔氢伸展三千三，峰强峰形大而尖。
三键伸展二千二，炔氢摇摆六百八。
芳烃呼吸很特别，1600～1430，1650～2000，取代方式区分明。
900～650，面外弯曲定芳氢。
五氢吸收有两峰，700和750; 四氢只有750，二氢相邻830;间二取代出三峰，700、780，880处孤立氢醇酚羟基易缔合，三千三处有强峰。
C-O伸展吸收大，伯仲叔基易区别。
1050伯醇显，1100乃是仲，1150叔醇在，1230才是酚。
1110醚链伸，注意排除酯酸醇。
若与π键紧相连，二个吸收要看准，1050对称峰，1250反对称。
苯环若有甲氧基，碳氢伸展2820。
次甲基二氧连苯环，930处有强峰，环氧乙烷有三峰，1260环振动，九百上下反对称，八百左右最特征。
缩醛酮，特殊醚，1110非缩酮。
酸酐也有C-O键，开链环酐有区别，开链峰宽一千一，环酐移至1250。
红外光谱谱图解析实例
各种官能团的吸收频率范围
C—O
C—O—C
四 —CH3，—CH2
—CH3
区 —NH2 C—F C—Cl C—Br
域 C—I =CH2 —（CH2）n—,n>4
1300— 1000
900—1150
1460±10
1370— 1380 1650— 1560 1400— 1000 800—600 600—500 500—200 910—890 720
各种官能团的吸收频率范围
从第一区域到第四区域，4000cm-1到400cm-1各种官能团的特征吸收频 率范围。
区 域
基团
—OH（游离）
—OH（缔合）
—NH2，—NH（游离）
第—NH2ຫໍສະໝຸດ —NH（缔合） —SHC—H伸缩振动
不饱和C—H
一 ≡C—H（叁键）
═C—H（双键） 苯环中C—H
饱和C—H
区
根据特征吸收的位置，判断可能存在的特征官能团
图谱解析训练1
图谱解析训练2
图谱解析训练3
图谱解析训练4
伸缩 伸缩 伸缩
反对称伸缩 对称伸缩 反对称伸缩 对称伸缩
吸 收 强 度
m， sh s，b m s，b
s s s
s s s s
说明
判断有无醇类、酚类和有机酸的重 要依据
不饱和C—H伸缩振动出现在3000cm1以上 末端═C—H2出现在3085cm-1附近 强度上比饱和C—H稍弱，但谱带较 尖锐 饱和C—H伸缩振动出现在3000cm-1 以 下 （ 3000—2800cm-1 ） ， 取 代 基 影响较小
区，判断官能团的种类，最后查看指纹区，判断其精细结构，确 定结构式
注意：在解析过程中，要把注意力集中到主要基团的相关峰上，避免孤 立解析。
第10章红外吸收光谱
V
h 2π
κ μ
当△V =1时，0→ 1振动能级的跃迁，称为基本振动频率 或基频吸收带。
由双原子分子振动方程式可以看出，折合质量和键力常 数是影响基本振动频率的直接因素。
K 越大，μ越小，化学键的振动频率越高，吸收峰将出
现在高波数区；反之，则出现在低波数区。
11
例1: 由表中查知 C=C 键的 k= 9.5 ～9.9 (N/cm) ,令其为9.6, 计
分子振动不会引起偶极矩的变化。 19
（2）物质与红外辐射间应能相互作用，这种相互作用 称为振动耦合。具有偶极矩变化的分子才有可能发生振 动耦合，吸收红外辐射。
电 场
无偶极矩变化
无红外吸收
磁
场
红外吸收
交变磁场 分子固有振动
偶极矩变化 （能级跃迁）
a
20
没有偶极矩变化的振动跃迁，无红外活性：
如：单原子分子、同核分子：He、Ne、N2、O2、Cl2、H2 等。 没有红外活性 。
如：对称性分子的非对称性振动，有偶极矩变化的振动跃迁， 有红外活性。
如：非对称分子，有偶极矩，红外活性。
电 场
无偶极矩变化
无红外吸收
磁
场
红外吸收
交变磁场
分子固有振动 a
偶极矩变化 （能级跃迁）
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2、红外光谱的振动形式
一般把分子的振动形式分为两大类：化学键的伸缩 振动和弯曲振动。
伸缩振动：指成键原子沿着价键的方向来回地相对运动。
第十章 红外吸收光谱法
§10-1 §10-2 §10-3 §10-4 §10-5 §10-6 §10-7
试题
红外吸收光谱法的基本原理 经典红外谱带吸收范围 红外光谱解析实例 红外光谱仪 试样的处理 红外光谱法的应用 激光拉曼光谱法简介