红外光谱解析方法(含结构分析实例)
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《红外光谱解析方法》课件
确定分子结构 鉴别化合物
反应机理研究 生物大分子研究
红外光谱能够提供分子中官能团 和化学键的信息，有助于确定分 子的结构。
红外光谱可以用于研究化学反应 机理，通过分析反应前后红外光 谱的变化可以推断出反应过程和 机理。
02
红外光谱解析方法分类
Chapter
基线校正法
基线校正法是一种常用的红外光谱解析方法，主要用 于消除基线漂移和噪声干扰，提高光谱的准确性和可
傅里叶变换法
傅里叶变换法是一种通过傅里 叶变换将时域信号转换为频域 信号，从而解析红外光谱的方
法。
傅里叶变换法能够将复杂的光 谱信号分解为多个简单的正弦 波和余弦波的叠加，便于解析
和识别各种成分的特征峰。
傅里叶变换法需要高精度的光 谱仪和计算机硬件，因此成本 较高。
傅里叶变换法的优点是能够准 确解析各种成分的特征峰，适 用于复杂混合物和生物样品的 分析。
《红外光谱解析方法》ppt课件
目录
• 红外光谱解析方法简介 • 红外光谱解析方法分类 • 红外光谱解析步骤 • 红外光谱解析实例 • 红外光谱解析的未来发展
01
红外光谱解析方法简介
Chapter
红外光谱的基本原理
红外光谱的产生
红外光谱是由于分子振动和转动能级跃迁而产生的 ，不同物质具有不同的能级分布，因此红外光谱具 有特征性。
生物大分子的红外光谱解析在研究其结构和功能方面具有 重要作用。通过分析生物大分子的红外光谱，可以了解其 分子结构和分子间的相互作用，进而研究其在生命过程中 的功能和作用机制。例如，在蛋白质的红外光谱中，可以 观察到蛋白质二级结构的信息，这对于研究蛋白质的结构 和功能具有重要意义。
05
红外光谱解析的未来发展
红外光谱(最全-最详细明了)
1. 收集谱图数据
通过红外光谱仪获取样品的光 谱数据。
3. 峰识别与标记
识别谱图中的特征峰，并对其 进行标记。
5. 结果输出
得出样品成分的红外光谱解析 结果。
谱图解析技巧
1. 峰归属参考
查阅相关资料，了解常见官能团或分子结构 的红外光谱峰归属。
3. 多谱图比对
将待测样品谱图与标准样品谱图进行比对， 提高解析准确性。
红外光谱与其他谱学的联用技术
红外光谱与拉曼光谱联用
拉曼光谱可以提供分子振动信息，与红外光 谱结合，可更全面地解析分子结构和化学组 成。
红外光谱与核磁共振谱联用
核磁共振谱可以提供分子内部结构的详细信息，与 红外光谱结合，有助于深入理解分子结构和化学键 。
红外光谱与质谱联用
质谱可以提供分子质量和结构信息，与红外 光谱结合，有助于对复杂化合物进行鉴定和 分析。
红外光谱在大数据与人工智能领域的应用
红外光谱数据的处理与分析
利用大数据技术对大量红外光谱数据进行处理、分析和挖掘，提取有用的化学和物理信息 。
人工智能在红外光谱中的应用
利用人工智能技术对红外光谱数据进行模式识别和预测，提高红外光谱的解析能力和应用 范围。
红外光谱数据库的建立与完善
建立和完善红外光谱数据库，为科研和工业界提供方便、快捷的红外光谱查询和服务。
分子振动与转动能级
1 2
分子振动
分子中的原子或分子的振动，产生振动能级间的 跃迁。
转动能级
分子整体的转动，产生转动能级间的跃迁。
3
振动与转动能级间的耦合
某些特定的振动模式会导致分子的转动能级发生 跃迁。
红外光谱的吸收峰与跃迁类型
吸收峰
由于分子振动或转动能级间的跃迁，导致光谱上出现暗线或 暗带。
红外光谱谱图解析完整版
双键伸缩振动区 (4)1500 670 cm-1
X—Y伸缩， X—H变形振动区
2020/4/1
2、确定分子官能团和基团的吸收峰
（1） X—H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ） ① —O—H 3650 3200 cm-1 确定 醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强吸收；
中红外区： 远红外区：纯转动能 级跃迁，变角、骨架 振动；异构体、金属 有机物、氢键
2020/4/1
一、认识红外光谱图
2020/4/1
1、红外光谱图
峰强：Vs（Very strong）： 很强；s（strong）：强； m（medium）：中强； w（weak）：弱。 峰形：表示形状的为宽峰、尖峰 、肩峰、双峰等类型
变形振动 亚甲基
2020/4/1
甲基的振动形式
伸缩振动 甲基：
对称 υs(CH3) 2870 ㎝-1
变形振动 甲基
2020/4/1
对称δs(CH3)1380㎝-1
不对称 υas(CH3) 2960㎝-1
不对称δas(CH3)1460㎝-1
二、解析红外光谱图
2020/4/1
一个未知化合物仅用红外光谱解析结构是十分困难的。一般在光谱解析
前，要做未知物的初步分析 红外光谱谱图的解析更带有经验性、灵活性。 解析主要是在掌握影响振动频率的因素及各类化合物的红外特征吸收谱
带的基础上，按峰区分析，指认某谱带的可能归属，结合其他峰区的相关 峰，确定其归属。
在此基础上，再仔细归属指纹区的有关谱带，综合分析，提出化合物的 可能结构。
必要时查阅标图谱或与其他谱（1H NMR，13C NMR，MS）配合， 确证其结构。
2020/4/1
X—Y伸缩， X—H变形振动区
2020/4/1
2、确定分子官能团和基团的吸收峰
（1） X—H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ） ① —O—H 3650 3200 cm-1 确定 醇、酚、酸 在非极性溶剂中，浓度较小（稀溶液）时，峰形尖锐，强吸收；
中红外区： 远红外区：纯转动能 级跃迁，变角、骨架 振动；异构体、金属 有机物、氢键
2020/4/1
一、认识红外光谱图
2020/4/1
1、红外光谱图
峰强：Vs（Very strong）： 很强；s（strong）：强； m（medium）：中强； w（weak）：弱。 峰形：表示形状的为宽峰、尖峰 、肩峰、双峰等类型
变形振动 亚甲基
2020/4/1
甲基的振动形式
伸缩振动 甲基：
对称 υs(CH3) 2870 ㎝-1
变形振动 甲基
2020/4/1
对称δs(CH3)1380㎝-1
不对称 υas(CH3) 2960㎝-1
不对称δas(CH3)1460㎝-1
二、解析红外光谱图
2020/4/1
一个未知化合物仅用红外光谱解析结构是十分困难的。一般在光谱解析
前，要做未知物的初步分析 红外光谱谱图的解析更带有经验性、灵活性。 解析主要是在掌握影响振动频率的因素及各类化合物的红外特征吸收谱
带的基础上，按峰区分析，指认某谱带的可能归属，结合其他峰区的相关 峰，确定其归属。
在此基础上，再仔细归属指纹区的有关谱带，综合分析，提出化合物的 可能结构。
必要时查阅标图谱或与其他谱（1H NMR，13C NMR，MS）配合， 确证其结构。
2020/4/1
红外吸收光谱分析法FTIR
光谱解析难度大
红外光谱的复杂性较高，需要专业的 知识和技能进行解析，对分析人员的 要求较高。
仪器成本高
FTIR仪器的制造成本较高，使得其普 及和应用受到一定限制。
测试时间较长
与一些其他分析方法相比，FTIR的测 试时间可能较长，需要更多的时间来 完成分析。
未来发展前景
提高检测灵敏度和分辨率 通过改进仪器性能和技术，提高 FTIR的检测灵敏度和分辨率，使 其能够更好地应用于微量样品和 高精度分析。
环境监测
FT-IR可以用于环境监测领域， 如气体分析、水质分析、土壤
分析等。
02 ftir仪器组成
光源
光源是红外傅里叶变换红外光 谱仪（ftir）中的重要组成部分， 负责提供足够能量和合适波长 的红外辐射。
常见光源有硅碳棒、陶瓷气体 放电灯、远红外激光等。
光源的选择直接影响ftir的灵敏 度和分辨率，因此需要根据实 验需求选择合适的光源。
小型化和便携化 为了方便现场快速检测和实时监 测，FTIR仪器的小型化和便携化 成为一个重要的发展方向。
拓展应用领域 随着FTIR技术的不断成熟和普及， 其应用领域将会进一步拓展，包 括生物医学、环境监测、食品安 全等领域。
智能化和自动化 通过引入人工智能和自动化技术， 实现FTIR分析的智能化和自动化， 提高分析效率和准确性。
基频峰
分子振动能级跃迁产生的谱线，是红外光谱中最 强的峰。
特征峰
与分子中特定化学键或振动模式对应的峰，可用 于鉴定化合物结构。
谱图解析方法
峰位置分析
通过分析峰的位置，确定特定化学键或基团的存在。
峰强度分析
通过分析峰的强度，了解分子中特定化学键或基团的相对含量。
峰形分析
精品现代材料分析-红外吸收光谱介绍PPT课件
H
R1 C
H
H 3040~3010
C R2
R2 3040~3010
C H
1420~1410 1420~1410
895~885
990 910 840~800
965
730~675
1658~1698 1645~1640 1675~1665 1675~1665 1665~1650
（3）炔烃
末端炔烃的C-H伸缩振动一般在3300 cm-1处 出现强的尖吸收带。
对于伸缩振动来说，氢键越强，谱带越宽，吸收强度越 大，而且向低波数方向位移也越大。
对于弯曲振动来说，氢键则引起谱带变窄，同时向高波 数方向位移。
O H NH 游离
R
R
HN H O 氢键
C=O 伸缩 N-H 伸缩 N-H 变形
1690
3500
1620-1590
1650
3400
1650-1620
HO O
苯环取代类型在2000~1667cm-1和 900~650cm-1的图形
邻、间及对位二甲苯的红外光谱
（5）醇和酚
在稀溶液中，O-H键的特征吸收带位于3650～3600 cm-1；在纯液体或固体中，由于分子间氢键的关系， 使这个吸收带变宽，并向低波数方向移动，在 3500～3200 cm-1处出现吸收带。
~17ห้องสมุดไป่ตู้0
~1760（游离态）
（5）芳环、C=C、C=N伸缩振动区 1675~1500cm-1
① RC=CR′ 1620 1680 cm-1 强度弱， R=R′（对称）时，无红外活性。
② 芳环骨架振动在1600～1450 cm-1有二到四 个中等强度的峰，是判断芳环存在的重要标 志之一。
R1 C
H
H 3040~3010
C R2
R2 3040~3010
C H
1420~1410 1420~1410
895~885
990 910 840~800
965
730~675
1658~1698 1645~1640 1675~1665 1675~1665 1665~1650
（3）炔烃
末端炔烃的C-H伸缩振动一般在3300 cm-1处 出现强的尖吸收带。
对于伸缩振动来说，氢键越强，谱带越宽，吸收强度越 大，而且向低波数方向位移也越大。
对于弯曲振动来说，氢键则引起谱带变窄，同时向高波 数方向位移。
O H NH 游离
R
R
HN H O 氢键
C=O 伸缩 N-H 伸缩 N-H 变形
1690
3500
1620-1590
1650
3400
1650-1620
HO O
苯环取代类型在2000~1667cm-1和 900~650cm-1的图形
邻、间及对位二甲苯的红外光谱
（5）醇和酚
在稀溶液中，O-H键的特征吸收带位于3650～3600 cm-1；在纯液体或固体中，由于分子间氢键的关系， 使这个吸收带变宽，并向低波数方向移动，在 3500～3200 cm-1处出现吸收带。
~17ห้องสมุดไป่ตู้0
~1760（游离态）
（5）芳环、C=C、C=N伸缩振动区 1675~1500cm-1
① RC=CR′ 1620 1680 cm-1 强度弱， R=R′（对称）时，无红外活性。
② 芳环骨架振动在1600～1450 cm-1有二到四 个中等强度的峰，是判断芳环存在的重要标 志之一。
红外光谱、核磁和质谱解析方法
红外光谱解析方法1、分子式不饱和度的计算:Ω不饱和度就是分子结构中达到饱和所缺的一价原子的“对”数，N4、N3、N1分别为分子式中四价、三价及一价元素的数目 2、例4：计算黄酮化合物（C16H10O2）的不饱和度分子结构因为双键为9个。
环数为3，所以不饱和度为12。
例1 某无色或淡黄色液体，具有刺激味，沸点为145.5℃，分子式为C8H8，其红外光谱如图14-29，试判断其结构解：（1）Ω=（2+2×8-8）/2=5，可能有苯环（2）特征区第一强峰1500cm-1粗查：1500~1675cm-1，为νC=C振动区1500cm-1可能为苯环的骨架振动特征峰。
细找：按基团查附录、芳香烃类栏，根据该表所提供的数据找到未知的光谱上取代苯的五种相关峰。
①νФ-H3090、3060及3030cm-1②泛频峰2000-1667cm-1的峰形为单取代峰形③νC=C苯环骨架振动1600、1575、1500及1450cm-1共振环④δф-H1250-1000cm-1出现弱峰⑤γф-H 780及690cm-1（双峰）单取代苯（3）特征区第二强峰1630cm-1粗查：该峰可能起源于νC=C，因苯环已确定，故初步指认为烯烃。
细查：查附录一：（二）烯烃类栏，同样找到烯烃的四种相关峰。
①ν=CH3090、3060及3030cm-1②νC=C1630m-1③δ=CH1430-1290cm-1，出现中强峰④γ=CH990及905cm-1（双峰）落在单取代范围内第二强峰归属：乙烯基单取代。
未知物可能结构，苯乙烯。
4、查标准光谱与Sadtler光谱的81K苯乙烯的光谱完全一致。
结论：未知物为苯乙烯。
核磁共振氢谱的解析核磁共振谱能提供的参数主要是化学位移,原子核的裂分峰数,偶合常数以及各组峰的峰面积积分高度等.一、峰面积与氢核数目的关系（一）峰面积1.概念：在1H-NMR，各吸收峰覆盖的面积。
2.决定因素：峰面积与引起该吸收的氢核数目成正比。
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。
4-3红外光谱解析
面外变形（=C-H） 1000-700 cm-1 （有价值）
（=C-H）
R1
H
CC
970 cm-1（强）
H
R2
R1
R3 CC
790-840 cm-1
R2
H （820 cm-1）
R1
R2 （=C-H）
H
CC H
800-650 cm-1 （690 cm-1）
R1 C C H 990 cm-1
H
H 910 cm-1 （强）
1195 cm-1
C H3 C C H3 CH
3
1405-1385cm-1 1372-1365cm-1
1:2 1250 cm-1
c) CH2面外变形振动—(CH2)n—，证明长碳链的存在。 n=1 770~785 cm-1 （中 ） n=2 740 ~ 750 cm-1 （中 ）
n=3 730 ~740 cm-1 （中 ） n≥ 720 cm-1 （中强 ）
1300cm-1 ~ 910 cm-1区域是C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、 P-O、Si-O等单键的伸缩振动、C=S、S=O、P=O等双键 的伸缩振动、部分含氢基团的变形振动吸收。
910 ~ 650 cm-1区域是烯烃、芳烃的C-H的面外弯曲振动吸 收位置，对结构敏感，吸收峰可用来确认化合物的顺反构 型或苯环的取代类型。
第三节 红外光谱解析
一、官能团区和指纹区
红外光谱
官能团区：4000~1300cm-1（1350） 2.5~7.7μm
指纹区：1300~600cm-1（1350~650） 7.7~16.7μm
官能团区：X-H的伸缩振动以及各种双键、叁键的伸缩 振动吸收峰出现的区域，此区域内峰较稀疏，是鉴定 工作最有价值的区域。
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U 2 分子中可能含两个双键 ，或一个双键 环，或一个叁键
续前
例1：苯甲醛（C7H6O）不饱和度的计算
2 27 6 U 5 2
续前
2．红外光谱解析程序
•
•
•
先特征、后指纹；先强峰，后次强峰；先粗查，后 细找；先否定，后肯定;寻找有关一组相关峰→佐证 先识别特征区的第一强峰，找出其相关峰，并进行 峰归属 再识别特征区的第二强峰，找出其相关峰，并进行 峰归属
第五节
红外光谱解析方法
一、IR光谱解析方法 二、IR光谱解析实例
一、IR光谱解析方法
1．已知分子式计算不饱和度
2 2n4 n3 n1 U 2
不饱和度意义：
U 0 分子中无双键或环状结 构 U 1 分子中可能含一个双键 或一个环 U 4 分子中可能含苯环 U 5 分子中可能含苯环 一个双键
续前
峰归属如下：
NH 3270 cm1 C O 1638 cm1 NH 1533 cm1 C N 1323 cm1
含酰胺结构 C 0 NH
CH 3300 cm1 C C 2100 cm1 CH 1268 cm1
含 — C CH
该化合物为结构 2
练习 （书后P276题15）
H 3030
as CH 3
C （芳） 1588 ， 1494 和1471 C
2925
as CH 3
s CH 1380 3 1442 C N 1303， 1268
1 H 748cm （单）
NH 3430 ， 3300 （双）
1 690 和 750 cm （双峰） 可能为 H （单取代） as 2980 cm 1可能为 CH 3
1600 ， 1580 和 1500 cm 1三处吸收 可能为 C （芳环） C
s 2920 cm 1可能为 CH 可能结构为 C 6 H 5 CO C 2 H 5 2 s 1370 cm 1为 CH 3
图示
图示
二、IR光谱解析实例
练习 : 某化合物C9H10O，其IR光谱主要吸收峰位为3080， 3040，2980，2920，1690（s），1600，1580，1500， 1370，1230，750，690cm-1，试推断分子结构 解: U 2 2 9 10 5 可能含有苯环 2 1690 cm1强吸收 为 C O 3080 ，3040 cm 1有吸收 可能为 H
续前 故峰的归属如下：
H 3030 cm 1
含邻二 1 C （芳环骨架） 1588 ， 1494 和 1471 cm （三峰） C 取代苯环 1 H 748cm （单峰）
1 NH 2 3430 cm1， 3300 cm （双峰）
NH 2 1622 cm1 C N 1303cm1， 1268 cm1
NH 2 1622
续前
解： U 2 2 7 1 9 4 推测可能含苯环 2 3030 cm 1 可能为 H
1 1588 ， 1494 和1471cm （三峰） 可能为 C （芳环） C 1 748cm （单峰） 可能为 H （双取代）源自示例 CH 3300
NH 3270 H 3030 C C 2100
C （芳环） 1597 ， 1495 ， 1445 C
NH 1533 C N 1323
C O 1638
CH 1268
H 763 ， 694 （双峰）
续前
2 2 9 1 7 7 可能含有苯环 解： U 2 1638 cm1强吸收 为 C O 3270 cm 1有吸收 NH
as 1 CH 2925 cm （较强） 3 as 1 CH 1442 cm 3 s 1 CH 1380 cm 3
为伯胺
为 CH 3
续前
结构为
1 756 和 702 cm （双峰） 为芳环 H （单取代形式）
续前
3600 ~ 3200 cm 1 无 OH 吸收， 否定结构 2 且结构2没有芳环特征吸收
3500 ~ 3200 cm 1 无 NH 吸收 2240 ~ 2220 cm 1 无 C N 吸收 ~ 1375 cm
CH 2 2938 ，2918 和 2860 cm 1 CH 2 1452 cm 1
该化合物为结构 5
练习
（书后P276题14）
OH 3360
as CH 2970 3
as CH 1476 3
C O 1235
s CH 2874 3
s C 1363 （双） (CH 3 )3 1395和
H 3030 cm1
1 含单取代苯 C （芳环骨架） 1597 ， 1495 和 1445 cm C 1 H 763 ， 694 cm （双峰）
续前
结构式应为
示例
H 3000
C （芳） 1600 , 1584 和 1493 C
H 756 , 702 （双）
1533 cm 1吸收 NH 1323 cm 1 C N
1 3300 cm （强） 含 CH 1 2100 cm （强） 含 C C
1268 cm1 CH
3030 cm1 为 H
1 1597 ， 1495 和 1445 cm （三峰） 为 C （芳环） C 1 763 和 694 cm （双峰） 为 H （单取代）
CH 2 2938 ， 2918 和 2860
CH 2 1452
续前
解: 此题五个化合物有四个 含有苯环， 其中三个还分别具有 C N ， NH 和C O；
只有化合物2无苯环，但具有 OH
图上可见芳香化合物的 一系列特征吸收 3060 ，3040 和3020 cm 1有吸收 为芳环 H 1600 ， 1584 和 1493cm 1三处吸收 为芳环 C C
综上，峰归属如下：
否定结构 1
OH 3360 cm 1
as 1 s 1 CH 2970 cm ， 2874 cm CH 3 3 as 1 s 1 CH 1476 cm ， 1395 和 1363 cm （双峰） C ( CH 3 ) 3 3
C O 1235 cm 1
1 3430 cm 1， 3300 cm （双峰） 可能为 NH 2
1622 cm 1 可能为 NH 2 1303cm 1， 1268 cm 1 可能为 C N
1 as 2925 cm （较强）可能为 CH 3 as s 1442 cm 1和1380 cm 1分别为 CH 和 CH 3 3
1
无 CH 3 吸收
否定结构 1 和 3
且无芳环对位取代特征吸收
1680 ~ 1630 cm1 无 C O吸收
否定结构 4
续前
综上所述，峰归属如下 ：
H 3060 ，3040 和3020 cm 1
1 C （芳环） 1600 ， 1584 和 1493 cm C 1 H （单取代） 756 和 702 cm （双峰）
续前
此题三个化合物均具有 OH 解： 其中 1个含C C， 1个含 C (CH 3 ) 3， 1个为直链饱和醇
3100 ~ 3000 cm 1 无 CH 吸收 ~ 1650 cm 1 无 C C 吸收
否定结构 3
s 结构 1不具有 1395和1363cm1双峰 C (CH 3 )3 特征吸收