武汉大学仪器分析05-2.红外识谱法
《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
武汉大学第五版仪器分析-----红外
距相比）作周期性“简谐”振动，其振动可用经典刚性振动描述：
1 ( 频率 ) 2
1 .......... 或 ( 波数 ) ....... 2c
k
k
k为化学键的力常数（N/cm = mdyn/Å），为双原子折合质量
吸收光子的能量（ha ）要与该能量差相等，即a= V时，才可 能发生振转跃迁。例如当分子从基态（V=0）跃迁到第一激发态 （V=1），此时V=1，即a=
条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用
电场
无偶极矩变化
磁场
无红外吸收
红外吸收
偶极矩变化
交变磁场
分子固有振动
a
（能级跃迁）
2. 分子振动
C CH3
C CH 3 CH 3
O
C=O=1663cm-1
C=O=1686cm-1
空间效应的另一种情况是张力效应：四元环>五元环>六元 环。随环张力增加，红外峰向高波数移动。
6）物质状态及制样方法 通常，物质由固态向气态变化，其波数将增加。如丙酮在液 态时， C=O=1718cm-1; 气态时 C=O=1742cm-1 ，因此在查阅标准 红外图谱时，应注意试样状态和制样方法。
依存、相互佐证。通过一系列的峰才能准确确定一个基团
的存在。
常见基团的红外吸收带
=C-H O-H CC C=C C=O C-C，C-N，C-O N-O N-N C-F C=N C-H，N-H，O-H C-X
C-H
O-H（氢键）
S-H P-H CN
N-H
3500
3000
2500
2000
红外光谱分析法-58页文档资料
亚甲基
伸 缩 振 动
变 形 振 动
CO2分子 水分子
多原子分子振动总结
对同一基团，不对称伸缩振动频率稍高于对称 伸缩振动
变形振动的力常数比伸缩振动小，因此同一基 团的变形振动比伸缩振铎小
简正振动数目=振动自由度≠基频吸收峰数 每个振动自由度相应于红外光谱上一个基频吸收峰
分子由n个原子组成， 分子具有3n个自由度
I0：红外光入射强度；I： 红外光的透过强度。
4. 分子的吸收光谱。 分子的电子能级跃迁－－UV-Vis 分子的振动－转动跃迁－－IR
5. 偶极子和偶极矩
偶极子：分子由于构成它的各原子的电负性的不同而 显示不同的极性，称为偶极子。
偶极矩μ：描述分子极性的大小，它也可以用来判断 分子的空间构型。例如，同属于AB2型分子，CO2的 μ=0，可以判断它是直线型的；H2S的μ≠0，可判断它 是折线型的。
2. 波长 & 波数： 波长就是红外光区的波长范围，即0.78 mm ~ 1000 mm (780 nm~1000000 nm);
波数即波长的倒数。 (cm1 ) 10000 ( m)
3. 透过率（T%） & 吸光度（A）
T% I 100
…………………….(1)
I0
AlgI0 lg1lgT..……………….(2) IT
1429
双键 1667
叁键 大
2222
K (力常数)基本相同
公式
C–C
折合质量顺序
峰位置 （cm-1)
小 1430
C–O 大
1330
多原子分子的振动
简正振动 —— 分子质心保持不变，整体不转动，每
个原子都在其平衡位置作简谐振动，其振动频率和相 位相同，振幅不同。
仪器分析化学课件红外吸收光谱法
13000 ~4000 4000~200 200~10
4000~400
OH NHCHSH键
倍频吸收区 振动,转动
转动
绝大多数有机物和无机离子 的化学键基频吸收都出现在中红 外区。通常说的红外光谱实指中 红外光谱区。
IR与UV的区别
IR
UV
起源 分子振动能级伴随转动能级跃迁 分子外层价电子能级跃迁
—CC — > —C =C — > —C — C —
15 17 9.5 9.9
4.5 5.6
4.5m
6.0 m
7.0 m
化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量 越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。
例题: 由表中查知C=C键的k=9.5 9.9 ,令其为9.6, 计算波数值
E h h k 2
1 1 k 1307 k
2c
K化学键的力常数，与键能和键长有关，
为双原子的折合质量 =m1m2/（m1+m2）
发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的 折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。
表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）
键类型: 力常数: 峰位:
—— 共轭体系中， C=C 向低波数方向移动，强度 增大，对称性越差，吸收峰越强，完全对称，不出 现吸收峰
• =CH =C-H弯曲振动 1000~650cm-1 处有强吸收 峰
——鉴定烯烃取代基类型最特征的峰
RCH=RCH 强峰
反式
顺式
990~970 690
RCH=CH2 990、910两个
1-辛烯红外谱图
• C=O ：C=O伸缩振动 1850 ~1600 cm-1 非常强的
武汉大学化学系仪器分析课后习题答案
仪器分析-绪论习题解答1、解：以分析信号对质量浓度作图，可得校正曲线X的质量浓度c i/μg·mL-1分析信号的平均值S i0.000.0312.000.1736.000.42210.000.70214.000.95618.00 1.248由最小二乘法线性拟合公式：将上面表格数据代入，可计算得到斜率m＝0.0670 mL·μg –1也可以由Origin作图软件作图，线性拟合，如上面右图所示，得线性方程为，线性相关系数R＝0.99978。
（1）根据IUPAC的规定，灵敏度的定量定义是校正灵敏度，它是指在测定范围中校正曲线的斜率。
因此，校正灵敏度为0.0670 mL·μg –1。
（2）检出限是指能以适当的置信概率被检出的组分的最小量或最小浓度，公式, 式中s bl是在测定试样相同条件下对空白试样进行足够多次测定的标准偏差，m为直线斜率，将已知数据代入，可得检出限c m＝3×0.0079/0.0670=0.35μg·mL -12、解：设Cu 2+浓度为，则依题意信号正比于分析物的浓度，可得：（1）（2）（1）、（2）式联立可得：3、解：标准苯巴比妥溶液体积V/mL分析信号S 0.0003.260.5004.801.006.411.508.022.009.56以分析信号S 对体积V作图，得线性方程为，由标准加入法计算公式可得未知物浓度。
设最小二乘方程为，则依题意可得：(1)(2)(3)(4)(5)设（6）令（7）则可由数学推导计算得a=3.16 b= 3.25把a=3.16分别代入(1)、（2）、(3)、(4)、（5）式分别得: b1=3.26， b2=3.22， b3=3.25， b4=3.28， b5=3.24标准偏差计算公式，其中，将数据代入可计算得到，因此可得最小二乘方程为同理，由最小二乘方程可计算苯巴比妥浓度，其标准偏差为：或。
{具体详细数学推导可见《分析化学》第五版教材P69，的推导式为：光谱分析导论习题解答1、解：（1）（2）（3）（4）2、解：由计算公式以及各能级跃迁所处的波长范围可得能量范围分别如下：跃迁类型波长范围能量范围/eV 原子内层电子跃迁10-3nm~10nm 1.26×106~1.2×102原子外层电子跃迁200nm~750nm6~1.7分子的电子跃迁200nm~750nm6~1.7分子振动能级的跃迁 2.5νm~50νm0.5~0.02分子转动能级的跃迁50νm~100cm2×10-2~4×10-7由上表可以看出分子电子能级跃迁1~20eV 分子振动能级跃迁0.05~1eV 分子转动能级跃迁<0.05eV ，其电子光谱，振动光谱以及转动光谱所对应的波长范围分别在紫外-可见区，红外区和远红外微波区。
红外光谱法
2. 分子振动类型和振动简并
伸缩振动 ( ν )： 沿着键轴方向伸、缩的振动， 只改变键长，不改变
弯曲振动(δ)： 垂直于键轴方向的振动，只 改变键角而不影响键长。
例如、水（H2O）分子的三种振动形式：
对称伸缩振动
不对称伸缩振动
弯曲振动
动画
动画
动画
CO2 分子的四种振动形式
振动简并
对称伸缩振动
B. 振动能级及其跃迁
谐振动能级的能量：
1 1 h E h 2 2 2 k
相邻振动能级的能量差：
h E = Ev+1 — Ev = 2 k
h 2 k
谐振子能级跃迁的选律：
⊿v = ± 1
= 红外
2. 非谐振子模型
非谐性振动能级的能量：
1 1 E h 2 2
基频 倍频
2
非谐振子的跃迁选律：
v = ± 1，± 2，± 3，…
2.1.2 多原子分子的振动 分子的运动
平动
非线形分子 线形分子 3n
转动
— —
振动
振动自由度 3 = 3n — 6 个 = 3n — 5 个
1600 (m), 1497 (s), 1453 (s), 749 (s), 700 (s)
§2.1.3 红外光谱的基பைடு நூலகம்原理
红外光谱 分子的振动
红外光光子的能量与分子振动能级
的能量差相当，物质分子吸收红外光导
致振动能级发生跃迁，产生红外光谱。
所以，红外光谱又叫做振动光谱。
E振动 = h红外
2.1.3.1 双原子分子的振动 X——Y
1725 cm-1
红外吸收光谱分析
第五章红外吸收光谱分析§5-1概述红外光谱分析是现代仪器分析中历史悠久并且还在不断发展的分析技术，对于未知物的定性、定量以及结构分析都是一种非常重要的手段，广泛应用于药物、染料、香料、农药、感光材料、橡胶、高分子合成材料、环境监测、法医鉴定等领域。
近年来，由于红外光谱技术的不断发展，红外光谱仪的不断完善，红外光谱和色谱、核磁共振、质谱的连用使红外光谱的应用开辟了更为广阔的途径。
红外吸收光谱又称为分子振动光谱。
这是因为分子振动、转动能级跃迁所吸收的电磁波谱正好处于红外区。
一、红外吸收光谱红外吸收光谱：记录物质对红外光的吸收程度与波长或波数关系图。
用T-λ曲线或T-σ曲线来表示。
波数（σ）每cm长光波中波的数目，用CM-1表示。
红外光谱图的利用，可提供三方面信息：①吸收峰的数目②吸收峰的位置（σ）③吸收峰强度（透光率）三、红外光谱的优点与缺点1、优点①使用围 g、s、l 无机、有机大分子②操作方便③样品用量少④不破坏样品⑤重现性好2、缺点①定量时灵敏度低，准确性差②谱带复杂§5-2 红外光谱分析基本原理（同系物难区别，只可判断出属于哪种物质）一、产生红外吸收的条件1、能量相等条件：振动或转动能级跃迁的能量与红外辐射光子能量相等。
即△E=-△vhυ△E L =hυL△E=△E LυL=△vυ2、偶合作用（能量传递条件）二、双原子分子的振动振动方程式：库克定律式中：C－光速（2. 998×10cm·s-1）K－化学键力常数（N·cm-1）μ－折合质量（g）μ=m1m2/(m1+m2)σ=1300由上式可知：（1）对于具有相同折合相对原子量的原子基团而言σ∝单键 K＝4～6 N·cm-1双键 K＝8～12 叁键 K＝12～18（2）对于化学键相同的基团σ∝例： C-H K＝5 M＝12×1/（12＋1）≈1 σ＝2920C－2H K＝5 M＝12×2/(12+2)=1.7 σ＝2240三、多原子分子振动形式的表示符号（一）伸缩振动：原子沿价键方向来回运动用V表示1、对称伸縮振动 Vs2、反对称 Vas（二）弯曲振动用（δ表示）1．面弯曲振动2．面外弯曲振动四、影响吸收强度的因素极性强，对称性差偶极矩大，吸收强此外溶剂，振动形式、浓度氢键均有影响。
红外光谱分析技术(05)
第二节红外光谱分析技术红外光谱（Infrared Spectrometry，IR）是一种选择性吸收光谱，通常是指有机物分子在一定波长红外线的照射下，选择性地吸收其中某些频率的光能后，用红外光谱仪记录所得到的吸收谱带。
红外光谱分析是研究物质分子结构与红外吸收间关系的一种重要手段，可有效地应用于分子结构的分析，它在高聚物结构测定方面得到越来越来广泛的应用，是高聚物表征和结构性能研究的基本手段之一。
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。
除了单原子和同核分子之外，几乎所有的有机化合物在红外光区均有吸收。
红外吸收带的波长位置与吸收谱带的强度，反映了分子结构上的特点，可以用来鉴定未知物的结构或确定其化学基团；而吸收谱带的吸收强度与分子组成或化学基团的含量有关，可用以进行定量分析和纯度鉴定。
由于红外光谱分析特征性强，对气体、液体、固体试样都可测定，并具有试样量少，分析速度快，不破坏试样的特点，因此，红外光谱法常用于鉴定化合物和测定分子结构，并进行定性和定量分析。
一、红外吸收光谱基本原理（一）基本原理红外光谱波数范围约为12800-10cm-1，或按波长的不同，将红外线分为近红外（0.75~2.5μm），中红外（2.5~25μm）与远红外(25~1000μm)三个区域，其中，近红外线处于可见光区到中红外光区之间，该光区的吸收带主要是由低能电子跃迁、含氢原子团伸缩振动的倍频及组合频吸收产生，近红外辐射最重要的用途是对某些物质进行定量分析，它的测量准确度及精密度与紫外、可见吸收光谱相当。
中红外线与分子内部的物理过程及结构关系最为密切，绝大多数有机化合物和无机离子的基频吸收带出现在中红外光区，由于基频振动是红外光谱中吸收最强的振动，对于解决分子结构和化学组成中的各种问题最为有效，因而中红外区是红外光谱中应用最广泛的部分，常用于分子结构的研究与化学组成的分析。
根据量子学说的观点，物质在入射光的照射下，分子吸收光能量时，其能量的增加是跳跃的。
武汉大学仪器分析05-2.红外识谱法
红外光谱识谱法
面 内 摇 摆 720
烯基
烯氢伸展过三千， 排除倍频和卤 烷。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
炔氢伸 展三千 三，峰 强很大 峰形尖。 三键伸 展二千 二，炔 氢摇摆 六百八。
烃
芳 烃
芳烃呼吸很特征， 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
红外可分远中近，中红特征指纹区， 红外可分远中近，中红特征指纹区， 1300来分界 注意横轴划分异。 来分界， 1300来分界，注意横轴划分异。 看图要知红外仪，弄清物态液固气， 看图要知红外仪，弄清物态液固气， 样品来源制样法，物化性能多联系。 样品来源制样法，物化性能多联系。
甲基
• 识图先学饱 和烃，三千 以下看峰形。 2960、2870 是甲基， 2930、2850 亚甲峰。 • 1470碳氢弯，Байду номын сангаас1380甲基显。 二个甲基同 一碳，1380 分二半。
羧
二千五到三千三， 二千五到三千三， 羧酸氢键峰 形宽， 形宽，920， ， 钝峰显， 钝峰显，羧 基可定二聚 酸、 酸酐千八来偶合， 酸酐千八来偶合， 双峰60严相 双峰 严相 隔，链状酸 酐高频强， 酐高频强， 环状酸酐高 频弱。 频弱。 羧酸盐，偶合生， 羧酸盐，偶合生， 羰基伸缩出 双峰， 双峰，1600 反对称， 反对称， 1400对称峰。 对称峰。 对称峰
武大仪器分析知识点总结考研,期末复习
第一部分：AES，AAS,AFSAES原子发射光谱法是根据待测元素的激发态原子所辐射的特征谱线的波长和强度，对元素进行定性和定量测定的分析方法。
特点：1．灵敏度和准确度较高2．选择性好，分析速度快3．试样用量少，测定元素范围广4．局限性（1）样品的组成对分析结果的影响比较显著。
因此，进行定量分析时，常常需要配制一套与试样组成相仿的标准样品，这就限制了该分析方法的灵敏度、准确度和分析速度等的提高。
（2）发射光谱法，一般只用于元素分析,而不能用来确定元素在样品中存在的化合物状态，更不能用来测定有机化合物的基团；对一些非金属，如惰性气体、卤素等元素几乎无法分析。
（3）仪器设备比较复杂、昂贵.术语:自吸自蚀•击穿电压：使电极间击穿而发生自持放电的最小电压.•自持放电:电极间的气体被击穿后,即使没有外界的电离作用，仍能继续保持电离，使放电持续.•燃烧电压：自持放电发生后，为了维持放电所必需的电压。
由激发态直接跃迁至基态所辐射的谱线称为共振线。
由较低级的激发态（第一激发态)直接跃迁至基态的谱线称为第一共振线，一般也是元素的最灵敏线。
当该元素在被测物质里降低到一定含量时,出现的最后一条谱线，这是最后线，也是最灵敏线。
用来测量该元素的谱线称分析线。
仪器：光源的作用: 蒸发、解离、原子化、激发、跃迁.光源的影响：检出限、精密度和准确度。
光源的类型:直流电弧交流电弧电火花电感耦合等离子体(ICP）光源蒸发温度激发温度/K 放电稳定性应用范围直流电弧高4000～7000 较差定性分析，矿物、纯物质、难挥发元素的定量分析交流电弧中4000～7000 较好试样中低含量组分的定量分析火花低瞬间10000 好金属与合金、难激发元素的定量分析ICP 很高6000～8000 最好溶液的定量分析ICP原理当高频发生器接通电源后，高频电流I通过感应线圈产生交变磁场(绿色).开始时，管内为Ar气，不导电，需要用高压电火花触发，使气体电离后，在高频交流电场的作用下，带电粒子高速运动，碰撞，形成“雪崩”式放电，产生等离子体气流。
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甲基
• 识图先学饱 和烃，三千 以下看峰形。 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。
基
酯 基
1740酯羰基， 何酸可看碳 氧展。 1180甲酸 酯，1190 是丙酸， 1220乙酸酯， 1250芳香 酸。1600 兔耳峰，常 为邻苯二甲 酸。
胺 基
氮氢伸展三千 四，每氢一 峰很分明。 羰基伸展酰 胺I，1660有 强峰； N－H变形酰胺 II，1600分伯 仲。伯胺频 高易重叠， 仲酰固态 1550； 八百左右面内 摇，确定最 好变成盐。
羧
二千五到三千三， 二千五到三千三， 羧酸氢键峰 形宽， 形宽，920， ， 钝峰显， 钝峰显，羧 基可定二聚 酸、 酸酐千八来偶合， 酸酐千八来偶合， 双峰60严相 双峰 严相 隔，链状酸 酐高频强， 酐高频强， 环状酸酐高 频弱。 频弱。 羧酸盐，偶合生， 羧酸盐，偶合生， 羰基伸缩出 双峰， 双峰，1600 反对称， 反对称， 1400对称峰。 对称峰。 对称峰
红外光谱识谱法
面 内 摇 摆 720
烯基
烯氢伸展过三千， 排除倍频和卤 烷。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
炔氢伸 展三千 三，峰 强很大 峰形尖。 三键伸 展二千 二，炔 氢摇摆 六百八。
烃
芳 烃
芳烃呼吸很特征， 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
醇羟基
醇酚羟基 易缔合， 三千三处 有强峰。C －O伸展吸 收大，伯 仲叔醇位 不同。 1050伯醇 显，1100 乃是仲， 1150叔醇 在，1230 才是酚。
醛酮 基
1740酯羰基，何 酸可看碳氧展。 118பைடு நூலகம்甲酸酯， 1190是丙酸， 1220乙酸酯， 1250芳香酸。 1600兔耳峰， 常为邻苯二甲 酸。