红外光谱识别与解析
《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。
红外光谱在结构解析中的作用
红外光谱在结构解析中的作用红外光谱是一种物理现象，在有机和无机物质的谱学研究中发挥重要作用。
它的数据可以被用来用于结构解析，以确定物质的组成和性质，甚至建立一种新物质的结构。
它也可以用来识别有机分子修饰，如取代、功能团或母体等。
本文将介绍红外光谱在结构解析中的应用，探讨它的原理以及分析方法，并分析它与其他分子结构分析技术的优缺点。
红外光谱法是一种涉及到物质红外辐射的一种分子谱学技术，可以识别分子的结构。
它通过研究物质红外辐射的强度和位置来确定分子组成。
被分析的分子几乎总是不断升温和降温，使它们的谱线可以被检测和分析，从而得出它们的结构和组分的结果。
红外光谱的结构分析包括三个步骤：（1）获得一个完整的红外光谱；（2）通过观察红外谱线位置来确定分子中不同原子或分子式单元的存在；（3）通过观察红外谱线强度来解析它们的结构。
通过这三个步骤，可以在不改变原来的化学性质的情况下，揭示一种物质的结构，确定它的组成，并进行识别和鉴定。
红外光谱技术与其他结构分析技术相比有几个优点。
首先，它不需要破坏被分析样品，可以对许多不同类型的样品进行安全分析，比如细胞、病毒和细胞组织。
其次，它可以从微量样品中检测分子结构。
最后，它可以以最快的速度和最低的门槛，轻松快速地实现结构解析。
然而，红外光谱也有一些不足，比如可能检测不到某些个性化的分子，它的数据可能不太准确，需要考虑光谱中的噪声，以及较低的分辨率等。
因此，红外光谱仍然是当今最有效和重要的分析技术之一，它在物质分析和结构解析领域发挥着重要作用。
由于它的应用范围很广，因此它的研究水平不断提高，可以帮助我们更好地理解物质的组成和结构，从而构建一个全新的材料世界。
综上所述，红外光谱在结构解析中的作用不容忽视。
它的优点是它可以安全、有效地进行结构解析，而缺点是可能检测不到少数特殊的分子和低分辨率等。
随着研究的深入，红外光谱在分子结构、催化剂设计和新材料发现等领域的应用将越来越广泛。
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:
26
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
6
二、红外光区的划分
化学分析中的红外光谱技术
化学分析中的红外光谱技术红外光谱技术是一种重要的分析方法，广泛应用于化学领域。
它主要通过测定物质在红外光区域的吸收特性，从而获取有关物质结构和组成的信息。
以下是关于红外光谱技术的一些关键知识点：1.红外光谱的原理：红外光谱是利用物质对红外光的吸收作用，分析物质分子内部结构的一种技术。
红外光的波长范围在4000-400cm-1之间，不同类型的化学键和官能团在红外光区域有特定的吸收频率。
2.红外光谱仪：红外光谱仪是进行红外光谱分析的主要仪器设备。
它主要由光源、样品室、分光镜、检测器等部分组成。
样品通过红外光源照射，经过样品室后，由分光镜分离出不同波长的光，最后由检测器检测吸收的光强。
3.红外光谱图：红外光谱图是表示物质红外光谱吸收情况的图表。
横轴表示波数（cm-1），纵轴表示吸收强度。
红外光谱图可以用来分析物质的分子结构、化学键类型和官能团等信息。
4.红外光谱的应用：红外光谱技术在化学分析领域具有广泛的应用，可以用于定性分析、定量分析、结构分析、混合物分析等。
例如，通过红外光谱可以确定有机化合物的分子结构，分析高分子材料的组成等。
5.红外光谱的解析：红外光谱的解析主要包括峰的识别、峰的归属和峰的积分等步骤。
通过对红外光谱图中的吸收峰进行识别和归属，可以确定物质中的化学键类型和官能团，从而推断出物质的结构信息。
6.红外光谱的优点：红外光谱技术具有快速、简便、灵敏、准确等优点，是一种非常重要的分析方法。
它不仅适用于固体、液体样品，还可以用于气体和薄膜样品的研究。
7.红外光谱的局限性：虽然红外光谱技术具有很多优点，但也存在一定的局限性。
例如，红外光谱信号易受样品环境、化学计量比等因素的影响，因此在分析过程中需要注意样品的制备和测试条件的控制。
以上是关于化学分析中红外光谱技术的一些关键知识点，希望对您有所帮助。
习题及方法：1.习题：红外光谱图中，吸收峰的位置与哪个因素有关？解题思路：此题考查对红外光谱图的基本理解。
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(IR)的原理及其谱图的分析
υC=O 1715 cm-1
υC=O 1780 cm-1 υC=O 1650 cm-1
吸电子效应：高波数移动精；选课推件 电子效应：低波数移动
2.峰强 峰的强度取决于分子振动时偶极矩的变化。 偶极矩的变化越小，谱带强度越弱。
• 极性大的基团，吸收强度大。 C=O 比 C=C 强， CN 比 C C 强 使基团极性降低的诱导效应，吸收强度减小， 使基团极性增大的诱导效应，吸收强度增加。
2、电子效应
a. 诱导效应
b. 诱导效应使基团电荷分布发生变化，从而改变
了键的力常数，使振动频率发生变化.
O 例： R C X
X= R/
H
1715 1730
OR/ 1740
Cl
F
1800 1850
精选课件
O
RCX
X= R/
H
1715 1730
OR/ 1740
Cl
F
1800 1850
• 推电子基，C=O电荷中心向O移动，C=O极性增强， 双键性降低，低频移动； • 吸电子基， C=O电荷中心向几何中心靠近， C=O极 性降低，双键性增强，高频移动。
精选课件
H2O有3种振动形式，相应的呈现3个吸收谱带。
精选课件
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等，才 能发生振动能级跃迁，产生吸收吸收光谱。
2. 只有引起分子偶极矩发生变化的振动才能产生 红外吸收光谱。
精选课件
1.6 IR光谱得到的结构信息
1 峰位：吸收峰的位置（吸收频率） 2 峰强： 吸收峰的强度
化学 键
C―C
C＝C
C≡C
键长 （nm）
红外光谱分析方法
ν C O 1235 cm 1
该化合物为结构 2
练习
(书后P276题15) (书后P276题15)
ν φ H 3030
ν
as CH 3
ν C =(芳) 1588 , 和1471 1494 C
2925
as δ CH 3
s δ CH 3 1380 1442 ν C N 1303, 1268
γ φ H 748cm1 (单)
ν NH 3430 , (双) 3300
δ 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ν φ H
1588 , 和1471cm 1 1494 (三峰) 可能为ν C =(芳环) C 748cm 1 (单峰) 可能为γ φ H (双取代)
否定结构 4
续前
综上所述,峰归属如下 :
ν φ H 3060 ,3040 和3020 cm 1
1584 和 1493 cm 1 ν C =(芳环) 1600 , C
γ φ H (单取代) 756 和 702 cm 1 (双峰) ν CH 2 2938 ,2918 和 2860 cm 1 δ CH 2 1452 cm 1
图示
图示
二,IR光谱解析实例 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, 某化合物C ,其IR光谱主要吸收峰位为3080, 3040,2980,2920,1690( ),1600,1580,1500, 3040,2980,2920,1690(s),1600,1580,1500, 1370,1230,750,690cm1370,1230,750,690cm-1,试推断分子结构 解: U = 2 + 2 × 9 10 = 5 可能含有苯环 2 1 1690 cm 强吸收 为ν C =O 3080 ,3040 cm 1有吸收 可能为ν φ H
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C-O伸缩
1100~1000
CH2面内摇摆 730~720
COH面内弯曲 ~1430
CO2面外摇摆 ~550
红外光谱谱图的物质识别二
峰位比对法：利用已建立的物质特征峰图谱库与未知物质的红外谱图吸收峰进行峰高、 峰位比对，以确认未知物质。
这种方法简单、实用，特别适合于单一物质的判定。但对混合物质，由于各自物质的特
红外光谱的物质识别三
数值解析法：利用已知物质和未知物质的红外光谱图谱，通过建立数学模
型，识别未知物质。这种方法不仅对单一物质，尤其对混合物质的识别更为 有效。
数值解析式的红外光谱物质识别数学模型有很多种类，通常是以最小二乘 法为基础，根据所分析物质的种类，可衍生出多种数学模型。通过计算机进 行大量的数值统计计算，在已知的图谱库中，筛选出最有可能存在于未知物 中的物质。可以看出，数学模型建立的好坏，直接影响判断的准确性，如果 结合峰位法进行综合判断，那么准确性会大大提高。
征峰彼此叠加，导致所测吸收峰被掩盖或峰位偏离各自特征峰位，特别是混合物质各自含量 不同时，所测吸收峰位也会有所不同，为了拟补这一缺陷，人们常常针对不同峰位根据经验 采取权重处理，这种方法由于人为因素和随机性准确性不高，科学性差，不具有普遍规律。
在实际应用中，峰位法进行样品的物质判断被广泛使用。目前国内医院广泛使用的“人 体结石红外光谱自动分析系统”就是采 用这种方法。被测样品通常存在伴生物 等其他物质，出现误判时有发生。如人 体结石中碳酸磷灰石和六水磷酸铵镁混 合物（如右图蓝色谱线），用此方法很 难判断出含有碳酸磷灰石成分。
分子转动
反映分子基本结构 （常用）
中红外区功能划分
4000~1500cm-1 基团区，确定所属化合物类型
1500-400cm-1
指纹区，进一步确定基团的 结合方式
红外光谱的物质识别一
红外光谱的物质识别方法主要分为三类：分子振动特征峰法、峰位比对法、数值解析法
分子振动特征峰法：光子在红外光谱区域的吸收频率，反映了该物质构建分子的诸多原子之间
特征基团
OH伸缩
部分特征基团的振动频率
振动频率cm-1 特征基团
3800-3300
CH2扭曲振动
振动频率cm-1
~1300
=CH伸缩
3100~3000
P=O伸缩
~1250
这种方法专业性强，适合于单一物质的 判定。
C≡N伸缩 C=C伸缩 CH2变角振动
~2200 1760~1660 ~1465
C-O-C对称收缩 ~1100
数值解析法不但能够对未知物的定性判断，还能够进行定量分析。
物质确认方法比较
方法
内容
准确性
定
量
单一 混合
物质 物质
特点
1 特征峰 根据分子运动能量种类，不同原子及原子之间价键 高 低
法
在红外光谱区域的吸收特性---特征峰，以确认组成
该物质元素及分子结构
否 专业性强
2 峰位比 已知物质与被测物质红外光谱的峰高、峰位比对 高 低 对法
3 峰型比 根据已知物质与被测物质红外光谱的峰高、峰位、 高 低
对法
峰面积比对
4 数值解 利用已知物质与被测物质红外光谱吸光度进行相关 高 高
析法
性数学解析
否 简单、直 观
是 操作复杂、 通用性差00~4000cm-1），分子的振动频率分为基团频率和指纹频率，
通过观察在基团区域和指纹区域的吸收峰位，可确定组成该物质的分子构成。
在实际应用中，首先根据分子力学计算原子之间价键振动频率，建立特征基团的振动频
率数据库。将被测物质红外各吸收峰位与 数据库进行比对，以此确定该物质的分子 构。
物质的红外光谱识别概述
紫外区
红外光谱 （0.75~1000µm）
红外光谱范围
可见区
红外区
近红外光谱（泛频）
（0.75~2.5µm） （13158~4000cm-1）
（倍频）
中红外光谱
（2.5~25µm） （4000~400cm-1）
分子振动转动
远红外光谱（转动区）
（25~1000µm） （400~10cm-1）