红外光谱的解析1
FTIR红外光谱原理及图谱解析完整版本课件 (一)
FTIR红外光谱原理及图谱解析完整版本课件(一)FTIR红外光谱原理及图谱解析完整版本课件简介FTIR红外光谱是一种常用的物质分析方法，广泛应用于化学、生物、环境等领域。
本文介绍FTIR红外光谱的原理和图谱解析方法。
一、红外光谱原理FTIR红外光谱的原理是基于物质分子振动的吸收和散射行为。
当分子中的化学键振动时，将会吸收红外光谱区域的能量，产生特定的吸收峰。
FTIR光谱分析仪通过红外光源和可变波长的光学器件将可见光波长转化为红外波长，使其能够与物质的振动共振。
经过物质样品后，经过红外光谱检测器，将该区域的光强度转换为物质光谱图。
二、FTIR光谱图谱解析方法1.波数和吸收峰FTIR光谱图中，横坐标为波数，纵坐标为吸收率或透过率。
不同物质的振动特性存在差异，因此所产生的吸收峰位置也不同。
FTIR光谱图分析可以通过峰的波数来推断物质中的官能团，并可定性或定量分析样品中成分的存在。
2.峰形及其宽度FTIR光谱图中峰形和宽度提供了有关振动模式和分子结构的信息。
当样品存在着两种或更多种不同类型的化学键时，产生的峰可能是峰形尖锐的或不对称的，而单一类型的化学键则产生峰形较为平缓的吸收峰。
3.吸收强度FTIR光谱中吸收强度是定量分析制备样品中成分存在的重要指标，吸收峰强度和峰的面积可用于计算样品中成分的含量。
吸收因素可能包括洗涤和处理的语句、溶剂效应、仪器信噪比等因素。
4.干扰峰物质在FTIR光谱测试过程中，可能会产生应力、化学作用、示谐频和空气湿度等干扰峰。
为了避免这些因素影响光谱数据，应采取适当的标准条件、仪器校准等措施来进行分析，避免由于干扰而得到错误的结果。
结语FTIR红外光谱分析是一种重要的化学分析技术。
理解FTIR红外光谱的原理和图谱解析方法，能够帮助我们准确、敏捷地进行样品分析。
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。
红外光谱解析
烯或芳香化合物则应解析指纹区 1000 ~ 650 cm1频区 以确定取代基个数和位置
(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
CH3CH2COOH
烯或芳香化合物则应解析指纹区
高于 3000 cm 1为不饱和碳 C-H 伸缩振动吸收
个键产生一个很强的红外信号时，对应的拉曼信号
1）不饱和度：(8 2 2 8) 2=5
1） 800 对位取代
芳环 1600,1580,1500,1450 cm 1
高于 3000 cm 1为不饱和碳 C-H 伸缩振动吸收
4）结合化合物的分子式 此化合物为间甲基苯甲醛
2）3000 cm1以上，不饱和 C-H 伸缩
CH 3
可能为烯，炔，芳香化合物
1600，1580 cm1，含有苯环
指纹区780，690 cm1，间位取代苯
CHO
例2 C3H4O 1）不饱和度： (3224)2=2 可能为烯，炔及含有羰基的化合物 2）3300 cm1 处宽带，羟基
O CH3 C NH2
例6 1) 不：3 2）2240， 3300(×), CN
3) 3100, 1620 , C=C 4) 975, 870 单取代烯
C2 H CH C N
例7 1）不：1 2）3008，1650 烯 3）990，910 单取代烯烃
CH 2 CH C6H13
例8: 1）不：4 2）3050；1600，1500
3) 分子式为C7H8O，除去苯环(-C6H5)，取代基为CH3O， 苯甲醚(?) 苯甲醇(?) 3300 cm1()，1250，1040 cm1() 芳香脂肪醚C-O的吸收 表明此化合物为苯甲醚
红外光谱基本原理与谱图解析
对于不对称分子而言，其分子振动必然能够带来偶极矩的变化，因此，其具有红外活性。
分子类型 同核双原子分子 非同核双原子对称性分子
O
C CH3
Q C=O
1663
O
C CH3
CH3 1693
(3) 偶极场效应 偶极场效应是互相靠近的基团之间通过空间起作用的，一般，基团之间的空间位置越靠 近，偶极场效应也越明显。
案例一
G-
G- O G-
Cl
Cl
C
H
H
HH
1755
G-
G- O
Cl
H
C
H
Cl
HH
1742
O
H
H
Байду номын сангаас
C
Cl
Cl
HH
1728
案例二
−CH3
−CH2
−CH = C − H Ph − H ≡ C − H
2960(νas);2870(νs) 2930(νas);2850(νs) 2850 3100 ∼ 3000 3030
3300
3.1.2 三键、累积三键伸缩振动区（2500 ∼ 1900 cm−1）
1、C ≡ C (1) RC ≡ CH : 2140 ∼ 2100 cm−1 (2) R1C ≡ CR2 : 2260 ∼ 2190 cm−1 R1 = R2 时，无红外活性。
通常，分子的跃迁方式和电磁波的能量相关，图 2所示的是分子在各光波区内的主要跃迁 方式：
红外光谱解析方法
红外光谱解析方法红外光谱解析方法是一种常用的分析化学方法，可以用于对化合物的结构进行研究和鉴定。
红外光谱解析方法主要利用化合物在红外光的作用下，不同官能团的振动与转动引起红外光吸收的特性来分析化合物的结构。
本文将介绍一些常用的红外光谱解析方法，并给出一些结构分析实例。
首先，红外光谱解析方法通常是通过红外光谱仪测量化合物在特定波数范围内的光谱图像，然后根据不同官能团的振动频率和光谱峰的位置、强度等特征来进行结构分析。
以下是一些常用的红外光谱解析方法：1. 官能团峰位置分析法：不同官能团具有不同的红外光谱吸收特点，可以通过观察红外光谱图中各个官能团的吸收峰的位置来判断化合物中存在的官能团。
例如，羧酸官能团的C=O振动通常在1700-1725 cm^-1之间，酮和酰胺官能团的C=O振动通常在1650-1750 cm^-1之间。
2.官能团峰强度分析法：通过观察红外光谱图中各个官能团的吸收峰的强度可以推测化合物中该官能团的相对含量。
例如，苯环的C-H伸缩振动通常表现为较强的峰，而取代基的C-H伸缩振动通常较弱。
3.官能团复合分析法：化合物通常由多个官能团组成，各个官能团的振动频率和位置可以相互影响。
通过综合分析化合物中多个官能团的吸收峰的位置、强度等特征，可以进一步确定化合物的结构。
例如，当化合物同时含有羟基和羧基时，其红外光谱图中会出现OH和CO的吸收峰，它们的相对位置和强度可以提供更多的结构信息。
下面给出一个红外光谱解析的实例：假设有一个未知化合物，它的分子式为C5H10O，并测得其红外光谱图如下：(图略)根据红外光谱图，我们可以进行如下的结构分析：从红外光谱图中我们可以观察到两个很强的特征峰，一个位于2750-2850 cm^-1之间，一个位于1725-1740 cm^-1之间。
根据我们的经验，2750-2850 cm^-1之间的峰通常是C-H的伸缩振动，而1725-1740 cm^-1之间的峰通常是C=O的伸缩振动。
红外光谱的解析
红外光谱解析步骤
准备工作 确定未知物的不饱和度
官能团分析
图谱解析
准备工作
1、了解样品的来源、外观和制样方法。 2、注意样品的纯度以及样品的元素分析及 其它物理常数的测定结果。
确定未知物的不饱和度
不饱和度是表示有机分子中碳原子的不 饱和程度。计算不饱和度UN的经验公式 为： UN=1+n4+(n3-n1)/2 式中n4、n3、n1分别为分子中所含的四价 （C、Si）、三价（N、P）和一价（H、F、 Cl、Br、I）元素原子的数目。 二价原子 如S、O等不参加计算。
注： 与标准谱图核对，主要是对指纹区谱带 的核对。在对照标准谱时，红外光谱的测试 条件最好与标准谱图一致。
红外谱图解析实例
某化合物的分子式C6H14，红外谱图如下， 试推测该化合物的结构。
解答
从谱图看，谱峰少，峰形尖锐，谱图相对简单，可能化合 物为对称结构。 从分子式可看出该化合物为烃类，不饱和度的计算： UN=（6×2+2-14）/2=0 表明该化合物为饱和烃类。由于1380cm-1的吸收峰为一单 峰，表明无偕二甲基存在。775cm-1 的峰表明亚甲基基团是独 立存在的。因此结构式应为：
Analysis: C8H8O
解答
IUPAC Name: acetophenone
Analysis: C3H10NO
解答
IUPAC Name: N-methylacetamide (N-methylethanamide)
Analysis: C4H8O2
C8H16O2
C7H6O2
某化合物的分子式C6H14，红外谱图如下，试推测该化合 物的结构。
图谱解析
图谱的解析一般程序是先官能团区， 后指纹区；先强峰后弱峰；先否定后肯定。 首先在官能团区搜寻特征伸缩振动， 再根据指纹区的吸收情况，进一步确认该 基团的存在以及与其它基团的结合方式。 最后再结合其它分析资料，综合判断分析 结果，提出最可能的结构式，然后用已知 样品或标准图谱对照，核对判断的结果是 否正确。
红外光谱详解课件
06
习题与思考题
基础概念题
题目1
简述红外光谱的基本原理
答案1
红外光谱是利用物质对红外光的吸收特性来研究物质分子结构和组成的一种方法。当红 外光与物质分子相互作用时，某些波长的光被吸收，形成特定的光谱图，通过分析这些
光谱图可以了解物质分子的振动和转动能级。
基础概念题
要点一
题目2
列举红外光谱中的主要吸收区域
要点二
答案2
红外光谱主要分为四个吸收区域，分别是近红外区（ 12500-4000 cm^-1）、中红外区（4000-400 cm^-1） 、远红外区（400-10 cm^-1）和超远红外区（10-5 cm^-1）。其中中红外区是研究分子振动和转动能级的主 要区域。
光谱解析题
题目3
根据给定的红外光谱图，分析可能的物质组 成
分子转动
02
分子除了振动外，还会发生转动，转动也会产生能量变化，从
而吸收特定波长的红外光。
分子振动和转动与红外光谱的关系
03
分子振动和转动产生的能量变化与红外光的能量相匹配时，光
子会被吸收，形成红外光谱。
分子振动与转动
振动模式
分子中的原子或分子的振动模式决定 了其吸收特定波长的红外光。不同化 学键或基团具有独特的振动模式，形 成了特征的红外光谱。
镜反射后相干叠加。
检测器
检测器用于检测干涉仪产生的相干 光束，将光信号转换为电信号。
光谱采集系统
光谱采集系统负责收集检测器输出 的电信号，并将其转换为光谱数据 。
傅里叶变换红外光谱技术
傅里叶变换
傅里叶变换是一种数学方法，用于将干涉图转换为光谱图 。通过傅里叶变换，可以获得样品的红外光谱。
分辨率
波谱分析-第二章 (红外光谱)(1)
v = 1303
5.1 (1 + 35.5) 1× 35.5
1/2 -1 cm = 2993
C—C C=C
k ~ 5 N· cm-1 k ~ 10 N· cm-1
= 1193 cm-1 = 1687 cm-1
C≡C
C—H
k ~ 15 N· cm-1
1/2
K (m1 + m2) 1 1/2 v = 1303 (K / u ) = m1m2 2πc
K:力常数，m1 和 m2 分别为二个振动质点的质量数
吸收频率随键的强度的增加而增加，随键连原子的质 量增加而减少。化学键力常数：单键—4~8 双键— 8~12 叁键—12~18 利用实验得到的键力常数和计算式，可以估算各种类 型的基频峰的波数
四
五 六
λ
10-8
10-6 10
10-4 400 800
10-2
100
102 cm nm um
γ射 线
X射 线
紫 外 光
可 见 光
红外光 IR 微波
无线电波
1 cm = 107nm
1cm = 104um
通常的红外光谱频率在4000～625cm-1之间，正是一般 有机化合物的基频振动频率范围，可以给出丰富的结构信息： 谱图中的特征基团频率可以指出分子中官能团的存在；全部 光谱图则反应整个分子的结构特征。除光学对映体外，任何 两个不同的化合物都具有不同的红外光谱。
（二）简偕振动
分子是由各种原子以化学键相互连接而生成。可以用 不同质量的小球代表原子，以不同强度的弹簧代表各种化
学键，它们以一定的次序互相连接，就成为分子的近似机 械模型。这样就可以根据力学定理来处理分子的振动。
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3）烷基
C- H 键振动的分界线是3000 cm-1。不饱和碳〈双键及苯环〉 的碳氢伸缩振动频率大于3000 cm-1。饱和碳〈三元环除外〉的 碳氢伸缩振动频率低于3000 cm-1. 三C-H 的吸收峰在约3300cm-1，峰很尖锐，易与OH 和NH 的 吸收区别. 由于吸收波数较高，很容易与其他不饱和碳氢区分. 烯氢和苯环氢的吸收位移大于3000 cm-1，但是它们的吸收强度 都比较低，往往以肩峰的形式存在. 饱和碳的碳氢伸缩振动一般可见四个吸收峰 . 其中 2960cm-1 、 2870cm-1， 属于CH3，2925cm-1、2850cm-1属于CH2. CH3或CH2与氧原子相连时，其吸收位移移向较低波数.
的结构是否相同）.
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5. 2 官能团的特征吸收频率
5.2. 1 红外光谱的基本公式 红外先谱的基本公式表示红外吸收波数和有关参数的关系，如 式(5 . 1)所示
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5.2.2 影响官能团红外吸收频率的因素
1. 电子效应 1 ) 诱导效应 如果脂肪酮羰基的一侧被卤素原子取代. 由于卤素原子吸电子，
(4)红外光谱谱图可以区分无机化合物和有机化合物，这是其他
有机分析仪器所不能或者不方便实现的.
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5. 1 红外谱图的基本知识
5. 1. 1 红外光谱谱图 红外图谱的横坐标是波数( cm-1)，常见红外光谱仪所测谱图的 范围〈中红外区域〉是400~ 4000cm –1. 红外谱图的纵坐标表 示红外吸收的强弱，常见的为透过率.
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5. 3 红外光谱分区讨论
从式(5.1)可容易理解红外光谱的吸收频率取决于官能团的折合 质量和键力常数；当官能团的折合质量小或键力常数大时红外 吸收的频率高，反之则低.
下面把红外谱图分为6 个区进行讨论，其中前面4 个区属于官
能团区.后面两个区属于指纹区.
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5.3.1 成氢键的影响 无论形成分子间氢键还是形成分子内氢键，都使形成氧键的原 化学键的键力常数降低，因此红外吸收频率移向低波数方向 . 但是由于形成氢键之后，振动时偶极矩的变化加大，因此吸收 强度增加.氨基的情况与羟基类似.
羧酸分子能形成强烈的氢键，使其红外吸收移至3000cm-1 附近， 其吸收尾部延伸到约2500cm-1，形成一个很宽的谱带， 这是羧酸红外谱图的明显特征. 4 质量效应 含氮基团的氢原子被氘取代后，基团的红外吸收频率移向低波 数，因为原来的折合质量加大了 .
1. 4000~2500cm-1 是X-H ( X 包括C,N,O,S 等)的伸缩振动区 1) 羟基 醇和酚的羟基吸收处于3200 - 3650 cm-1。未形成氢键时， 羟基的吸收处于上述范围的较高波数端( 3610-3640 cm-1)，且吸 收峰较尖锐 . 当形成分子间氢键或分子内氢键时，由于键力常 数的减小，吸收移向较低波数(3300cm-1附近) ，峰型宽而钝， 但其强度增加因而吸收比较强. 羧酸由于羟基和羰基的强烈缔合，其羟基的吸收位移移至 3000cm-1 以下，吸收峰的底部可延续到约 2500cm-1 ，形成一个 宽的吸收带.
第5 章 红外光谱的解析
红外光谱的作用不可忽视，其原因有下列几点: (1)红外光谱突出一些官能团〈特别是极性官能团〉的信息，且
对于解决未知物的结构问题常具有重要参考价值.
(2) 测定红外光谱最容易：固态、液态、气态均可进行测定，红 外光谱仪相对廉价，红外光谱的调定方便、快捷. (3) 对于商品类样品〈经常可能是混合物〉红外光谱最适合测定， 也易于与已知样品（包括商品样品）对比.
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3）共轭效应 当羰基与其他双键相连形成大的共轭体系时，其π 电子的离
域增大.双键键级下降，因此吸收频率下降. 相比于脂肪酮的 红外吸收1715 cm-1，， -不饱和酮的红外吸收为1675 cm-1， 芳香酮的红外吸收为1690cm-1是共轭效应的说明.
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2 空间效应
红外先谱中吸收峰的形状-般不尖锐，有的能扩展较宽，因此红
外吸收可称为吸收峰，也可称为吸收带.
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5. 1. 2 红外光谱的两大分区
红外光谱分为官能团区和指纹区两个大区.二者以1300 cm-1为分 界钱. 该分界线的较低波数区是指纹区，较高波数区为官能团区. 官能团区的吸收峰(带)反映样品中存在哪些官能团. 原则上讲， 官能团区的每个吸收峰(带)部对应一定的官能团. 指纹区与官能团区完全不同，虽然其中的一些吸收峰也启示某些 官能团的存在，但是很多吸收峰仅反映化合物的整体特征，因此 称为指纹区 . 由于每个有机化合物都有自己特殊的指纹吸收 . 因此红外光谱可以作为很好的同定方法 (证明选定的两个化合物
这将使羰基的双键性增加(可以理解为卤素使羰基不易往单键变 化) .因而酰卤羰基比酮羰基有更高的红外吸收频率.
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2）中介(共振)效应
共振效应可以说是一种思考方式，可以用共振效应解释一
些谱学现象 最典型的例子是酰胺的吸收. 按照共振效应，氨基
连接羰基则有
因此羰基的双键性降低，吸收频率移向低波数. 酰胺的红 外吸收频率都低于1690 cm-1.
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2 ) 氨基
氨基的红外吸收与羟基类似，游离氨基的红外吸收为33003500cm-1，缔合后吸收位移降低约100cm-1 .
伯氨有两个吸收峰. 因NH2有两个N- H 键，故有对称和反对称
伸缩振动，这使得它与羟基的吸收形成明显差别. 仲氨NH 只有一种伸缩振动，故只有个吸收峰，吸收峰的形状 比羟基的要尖锐. 叔氨因氮上无氢.在这个区域没有吸收.