光谱分析(1IR)
红外光谱(IR)分析
4. 空间效应： (1)环状化合物的环张力效应：环张力越大，羰 基C=O频率越高。 环张力 四元环 五元环 六元环 (2)空间位阻效应：空间位阻使羰基与双键之间 的共轭受限制，故使C=O频率增高。 5. 氢键效应：氢键的形成，通常可使伸缩振动 频 率向低波数方向移动。
6. 振动偶合效应：当两个基团靠得很近时，产 生振动相互作用，使吸收峰发生分裂。
第三章 红 外 吸 收 光 谱 法
Infrared Absorption Spectrometry
§1 关于红外光谱
红外光谱在可见光区域微波区之间,其波长范 围约为0.75～1000m。
分为三个区： ◆近红外区 0.75～2.5m； ◆中红外区 2.5～25 m； ◆远红外区 25～1000 m
若分子由N个原子组成，则 需3N个坐标(自由度)确定N个原子位置； 分子自由度总数＝平动、振动、转动自由度 总和 故 3N＝平动自由度＋转动自由度＋振动自由度 即 振动自由度＝3N－(平度自由度＋转动自由度) 问题：怎样确定一个分子的平动自由度和 转动自由度？
(1) 平动自由度：分子的质心可沿x、y、z三 个坐标轴方向移动，故平动自由度＝3。
2. 共轭效应(C效应)：该效应使共轭体系具有 共平面性，电子云密度平均化，造成双键略有 伸长，单键略有缩短。故双键的吸收峰频率向 低波数方向移动。
例. C=O C=O 1715 cm-1 1685～1665 cm-1
3. 中介效应(M效应)： 例. C=O 在1680cm-1附近。 若用诱导效应看，则电负性大的N原子应使 C=O键力常数增加，吸收峰位应大于1715cm-1； 但实际情况相反，这是因中介效应造成的。 即N原子上的孤对电子与C=O的电子发生重 叠(p- 共轭)，使电子云密度平均化，造成C=O 键力常数降低，故使吸收峰频率移向低波数。
光谱分析(1IR)
光谱分析(1IR)光谱分析（1IR）光谱分析是一种应用广泛的分析技术，其中红外光谱（IR）是非常重要的一种。
本文将介绍红外光谱分析的基本原理、仪器设备以及在不同领域的应用。
一、基本原理红外光谱分析基于物质分子的振动和转动引起的红外辐射吸收现象。
每个物质分子都有特定的振动和转动模式，而这些模式与特定波数的红外辐射相匹配。
通过观察物质在红外光谱范围内的吸收峰，可以确定物质的组成和结构。
红外光谱分析的主要原理包括以下几点：1. 物质分子的振动：红外光通过作用于物质分子上的对应光谱区域，使分子从低能级跃迁到高能级，从而被吸收；2. 传统的红外光谱区域：传统红外光谱范围为4000-400 cm-1，主要包括近红外、中红外和远红外；3. 可见于红外光谱中的吸收峰：吸收峰的位置和强度可以提供物质的结构信息；4. 红外光谱的解析：红外光谱可以通过谱图的解析，确定物质的成分与结构。
二、仪器设备红外光谱分析通常使用一台红外光谱仪器，该仪器包括以下主要部件：1. 光源：通常使用钨灯、硝酸纤维电炉或氨鉍灯作为红外辐射的光源；2. 分光器：将红外辐射耦合到样品中；3. 样品室：用于容纳样品，保持其稳定温度；4. 探测器：将经过样品的红外辐射转换成电信号；5. 计算机系统：用于采集、处理和解析红外光谱的数据。
三、应用领域红外光谱分析在许多领域都有广泛的应用，下面列举了几个典型的应用领域：1. 化学分析：红外光谱可以用于分析化学品的组成、结构和纯度，如有机化合物、聚合物和无机物质等；2. 药物研发：红外光谱分析可以用于药物的质量控制和结构鉴定；3. 食品检测：红外光谱可以用于食品中添加剂、污染物和成分的检测；4. 环境监测：红外光谱可用于检测空气中的污染物、水质分析和土壤分析等；5. 生命科学：红外光谱在生物医学、生物化学和生物物理学等领域中具有重要应用，如蛋白质结构分析、疾病诊断和基因组研究等。
结论红外光谱分析作为一种快速、非破坏性的分析技术，在科学研究和工业生产中有着广泛的应用。
红外光谱(一)
HN H O
H O O C H3C O-H 伸缩
1650-1620
OCH 3 2835
HO 3705-3125
4. 振动的耦合
若分子内的两个基团位置很近，振动频率也相近， 就可能发生振动耦合，使谱带分成两个，在原谱带高 频和低频一侧各出现一个谱带。例如乙酸酐的两个羰 基间隔一个氧原子，它们发生耦合。羰基的频率分裂 为1818和1750 cm-1。(预期如果没有耦合其羰基振动将 出现在约1760 cm-1)。 弯曲振动也能发生耦合。
5. 物态变化的影响
通常同种物质气态的特征频率较高，液态和固态 较低。例如丙酮vC=O(气)＝1738 cm-1， vC=O(液)＝1715 cm-1。溶剂也会影响吸收频率。
结论：
产生红外光谱的必要条件是：
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。 2. 必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ生红外吸收光谱。
3.2 分子振动方程式
1．双原子分子的简谐振动及其频率
化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧
分子的振动能级（量子化）： E振=（V+1/2）h
V ：化学键的 振动频率；
：振动量子数。
分子振动方程式
任意两个相邻的能级间的能量差为：
h E h 2 1 2c 1 k
k
-1
1644cm-1
影响峰位变化的因素
（２）空间效应：场效应；空间位阻；环张力 （３）氢键效应 (分子内氢键；分子间氢键)：对峰位，峰强产生极 明显影响，使伸缩振动频率向低波数方向移动。
O R
H NH R
C=O 伸缩 N-H
ir(红外光谱)的原理
ir(红外光谱)的原理
红外光谱法（IR）的原理是：分子能选择性吸收某些波长的红外线，而引起分子中振动能级和转动能级的跃迁，检测红外线被吸收的情况可得到物质的红外吸收光谱，又称分子振动光谱或振转光谱。
在红外线照射下，当辐射能量与分子振动、转动频率相一致时，被测物质分子会产生其特定的红外光谱，据此可鉴定出化合物中各种原子团。
IR具有测定快速、特征性强、试样用量少、操作简便等优点。
但是，红外光谱一般只提供物质分子中官能团的相关信息，而对于一些复杂化合物，特别是新化合物，单靠IR 检测技术并不能解决问题，需要与其他分析手段互相配合，才能确定分子结构。
如需了解更多关于IR的原理，建议查阅相关文献或咨询专业化学家。
IR光谱-1
属CH2
CH2和CH3 的比例
3000cm-1附近是否有吸收峰可 用于有机物和无机物的区分
2500-2000cm-1
叁键和累积双键的伸缩振动区，此区 域内任何小的吸收 峰都 应收起注意，它 们都能提供结构信息。
2000-1500cm-1
双键的伸缩振动，是红外谱图中很重 要的区域。 区域内最重要的是羰基的吸收。
能级跃迁的几率
样品的光度加大，跃迁几率增加，吸收峰增强。 ① 样品的光度加大，跃迁几率增加，吸收峰增强。 基频峰强于倍频峰。 ② 基频峰强于倍频峰。
红外谱图的峰位
分子的振动频率决定分子基团吸收的红外光频率， 分子的振动频率决定分子基团吸收的红外光频率， 即红外吸收位置。 即红外吸收位置。
1 ν= 2π
环己烷的红外光谱
烯烃
C-H伸缩振动吸收大于3000 cm-1 ， C=C键的伸缩振动在1600-1680 cm-1 。随 着双键碳上烷基的增加，强度减弱。烯烃 C-H键的平面外弯曲振动吸收可用于判断 双键碳上的烷基取代类型
烯烃C-H键的平面外弯曲振动频率 烯烃 键的平面外弯曲振动频率
R C H C H H
端乙 烯基 的C-H 弯曲 振动 强，说明CH2多
烯烃
1670 C=C伸缩 振动 900 =C-H 面外弯 曲振动 顺式2,2,5,5-四甲基己烯红外光谱
烯烃
完全对称的 反式化合物 无C=C伸缩 振动
反式2,2,5,5-四甲基己烯红外光谱
上述振动虽然不改变极性分子中正、 上述振动虽然不改变极性分子中正、 负电荷中心的电荷量，却改变着正、 负电荷中心的电荷量，却改变着正、负电 中心间的距离，导致分子偶极矩的变化。 中心间的距离，导致分子偶极矩的变化。 相应这种变化， 相应这种变化，分子中总是存在着不同的 振动状态，有着不同的振动频率， 振动状态，有着不同的振动频率，因而形 成不同的振动能级。 成不同的振动能级。能级间的能量差与红 外光子的能量相当。 外光子的能量相当。
红外光谱IR和拉曼光谱Raman课件
优缺点分析
IR光谱
优点是检测的分子类型广泛，可用于多种类型的化学分析；缺点是需要样品是固态或液态，且某些基团可能无法 检测。
Raman光谱
优点是无需样品制备，对气态、液态和固态样品都适用；缺点是检测灵敏度相对较低，可能需要更长的采集时间 和更强的光源。
选择与应用指南
选择
根据样品的类型和所需的化学信息，选择合适的分析方法。对于需要检测分子振动信息 的样品，IR光谱更为合适；而对于需要快速、非破坏性检测的样品，Raman光谱更为
领域的研究和应用。
04
CATALOGUE
红外光谱（IR）与拉曼光谱（ Raman）比较相似性与差异性Fra bibliotek相似性
两种光谱技术都利用光的散射效应来 检测物质分子结构和振动模式。
差异性
IR光谱主要检测分子中的伸缩振动， 而Raman光谱则主要检测分子的弯曲 振动。此外，IR光谱通常需要样品是 固态或液态，而Raman光谱对气态和 液态样品也适用。
拉曼散射是由于物质的分子振动或转动引起的，散射光的频率与入射光的频率不同 ，产生拉曼位移。
拉曼散射的强度与入射光的波长、物质的浓度和温度等因素有关。
拉曼活性与光谱强度
拉曼活性是指物质在拉曼散射中的表 现程度，与物质的分子结构和对称性 有关。
在拉曼光谱实验中，可以通过控制入 射光的波长和强度，以及选择适当的 实验条件来提高拉曼光谱的强度和分 辨率。
红外光谱解析
特征峰解析
根据红外光谱的特征峰位置和强 度，推断出分子中存在的特定振
动模式。
官能团鉴定
通过比较已知的红外光谱数据，可 以鉴定分子中的官能团或化学键。
结构推断
结合其他谱图数据（如核磁共振、 质谱等），可以推断分子的可能结 构。
红外光谱分析法
中红外区研究应用最广，是主要的研究对象
中红外光区吸收带（ 基本振动区， 中红外光区吸收带（2.5 ~ 25µm ）:基本振动区， 基本振动区 绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带， 绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带， 由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动， 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。 以该区最适于进行红外光谱的定性和定量分析。 远红外光区吸收带 （25 ~ 1000µm ）：转动区， 转动区， 分子转动和晶格振动产生的。 分子转动和晶格振动产生的。 近红外区吸收带（ ）：泛频区 泛频区， 近红外区吸收带（ 0.78~ 2.5µm ）：泛频区， O－H，N－H及C－H的倍频吸收 － ， － 及 － 的倍频吸收
6、空间效应 、 包括环状化合物的张力效应和位阻效应 ——张力效应： 张力效应： 张力效应
与环直接联结的双键的伸缩振动频率， 与环直接联结的双键的伸缩振动频率，环越小张力 越大，其频率越高。 越大，其频率越高。 环内双键，张力越大，伸缩振动频率越低。 环内双键，张力越大，伸缩振动频率越低。
——空间位阻效应 空间位阻效应
4.影响峰数减少的原因 4.影响峰数减少的原因
实际上， 实际上，绝大多数化合物在红外光谱图上出现 的峰数远小于理论上计算的振动数， 的峰数远小于理论上计算的振动数，这是由如下原 因引起的： 因引起的： （1）没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收； 没有偶极矩变化的振动，不产生红外吸收； （2）相同频率的振动吸收重叠，即简并； 相同频率的振动吸收重叠，即简并； （3）仪器不能区别频率十分接近的振动，或吸收带 仪器不能区别频率十分接近的振动， 很弱，仪器无法检测； 很弱，仪器无法检测； （4）有些吸收带落在仪器检测范围之外。 有些吸收带落在仪器检测范围之外。
Ir红外光谱分析的基本思想
Ir红外光谱分析的基本思想红外光谱（IR）分析是一种化学成分分析方法，基于物质吸收或发射特定波长的红外光的原理。
它的基本思想是应用外加的红外辐射引起样品内部振动，然后测量样品与红外光谱仪之间交互作用的结果。
在IR分析中，样品中的分子会吸收特定波长的红外光。
这些波长的光与分子的化学键振动相对应。
利用光强的变化,可以确定当特定波长的红外光通过样品时，分子化学键的振动模式。
这些模式是唯一的，并且，它们表明了样品中不同分子的数量和浓度。
红外光谱学可分为近红外、中红外和远红外三部分。
1近红外（IR）区工业界广泛用于质控领域，也逐渐应用于农业领域。
在较短的近红外光波段中，IR光的吸收程度受到的影响最小。
因此，它们能够穿透大多数样品，产生准确的数据。
近红外光能够确定氨基酸、蛋白质和DNA的含量，有助于测定药品含量以及指纹识别等。
2.中红外（MicMR）区应用广泛，这些光能够被许多化学物质吸收。
光和样品之间的相互作用是通过样品的光谱仪研究的。
在化学界，中红外光谱仪广泛用于测定有机分子的结构。
它可以确定分子中某些基团的存在机会，并确定它们的位置和数量。
这种信息可以用于确定分子之间的相互作用,并推断有机物的化学结构。
3.远红外（Far-IR）区的波长很长。
这些光谱仪主要用于研究固体材料的晶体结构。
可以通过观察样品的光谱或做出复杂运算，推导出其结构的信息。
在IR分析中，样品的特殊分子结构和化学键振动引起特定光的吸收。
通过比较未知样品与已知样品的光谱，可以确定化学特征和成分。
此外，IR分析还广泛应用于检测食品、药物、塑料、化妆品、石油和涂料等各种材料。