红外光谱分析法x
红外光谱分析法
第一节 基本理论
一、红外吸收光谱的测定与表示法
1. 测定方法 红外光谱测定时所需样品极少，一般为1～5mg。 *固体样品有三种处理方法：
1）配成溶液， 2）与饱和烃如医用石蜡油研成胡状 3）与粉状溴化钾压片，一般用1～2mg样品，与200mg溴化 钾压制成片，可避免溶剂干扰。 *液体样品处理方法： 若不配成溶液，一小滴就够，可直接放在两片吸收池窗板中 间进行测定，叫液膜法。
图2-5正辛烷的红外光谱 （Ⅰ）：2960～2850cm-1； （Ⅱ）－CH2－的剪式振动：1465cm-1； （Ⅲ）δ －CH3 (对称)：1380cm-1； （Ⅳ）的平面摇摆振动：～725cm-1
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CH3
（21）375CcHm-1两CH个3：强度当接分近子的中吸出收现带异，丙基时，甲基的1380cm-1带分裂为1385、 （3） －C(CH3)3：叔丁基与异丙基相似，也使1380cm-1带发生分裂，
另一部分光透过，若将其透过的光用单色器进行色散，就可以得到
一带暗条的谱带。若以波长或波数为横坐标，以百分吸收率为纵坐
标，把这谱带记录下来，就得到了该样品的红外吸收光谱图,获得红
外振动信息。
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红外吸收光谱的图谱多以波长（或波数 ）为横坐标，以表示吸收峰的位置；若 用吸收百分率（adsorption%)表示吸收 强度时，吸收峰向上，但是通常以透射 百分率（transmittance％）表示。
振动或称伸张振动），常用符号“S”或
“ν”表示。
H
H
H
H
C
C
对称伸缩振动（νSCH2）
非对称伸缩振动（νasCH2）
2、弯曲振动：
面内弯曲振动 面外弯曲振动 （1）面内弯曲振动：分为剪式和平面摇摆弯曲振动两种。
红外吸收光谱分析法
红外吸收光谱分析法
一、红外吸收光谱分析法概述
红外吸收光谱分析法是一种利用物质的红外光吸收能力来探测它们的物质组成的技术。
它特别适用于有机化合物和无机化合物的光谱分析。
通过分析红外吸收光谱，可以检测物质中的有机键、C-H键、C-O键或N-H 键的存在和位置，从而鉴定出物质的化学结构和性质。
红外光吸收法的原理是，物质中的分子、晶体或其他结构会在不同的波长处吸收光，产生光谱，这些吸收光谱是物质的独特特征，反映出物质的特性。
根据这种特性，分析用不同波长的光照射样品，并从所得到的光谱中提取出电子激发、分子振动等信息，从而得到物质的结构和性质。
二、红外吸收光谱分析法基本原理
红外吸收光谱分析法的原理是，当物质受到红外幅射的照射时，它的分子会产生振动和旋转，这些振动和旋转的能量会转化为更高能量的电子跃迁。
这些电子跃迁会引起物质材料吸收一些具有特定波长的红外光，从而产生在不同波长的吸收光谱，通过分析这些吸收光谱，就可以求取物质分子的结构和性质。
红外光谱分析法
理论振动数( 峰数) 理论振动数 ( 峰数 )
设分子的原子数为n, 设分子的原子数为 , 对非线型分子,理 对非线型分子 理 论振动数=3n-6 论振动数 分子, 如H2O分子,其振 分子 动数为3 动数为 ×3-6=3 对线型分子, 对线型分子,理论 振动数=3n-5 振动数 分子, 如CO2分子,其理 论振动数为3 论振动数为 ×3-5=4
4000~400/cm-1
分子振动转动 (常用区) 常用区)
远红外(转动区 远红外 转动区) 转动区 (25-1000 m)
400~10/cm-1
分子转动
分区及波长范围
跃迁类型
3. 红外光谱特点 1)红外吸收只有振-转跃迁,能量低; )红外吸收只有振 转跃迁 能量低; 转跃迁, 2)应用范围广:除单原子分子及单核分子外,几乎所有有 )应用范围广:除单原子分子及单核分子外, 机物均有红外吸收; 机物均有红外吸收; 3)分子结构更为精细的表征:通过 谱的波数位置,波峰 )分子结构更为精细的表征:通过IR谱的波数位置 谱的波数位置, 数目及强度确定分子基团,分子结构; 数目及强度确定分子基团,分子结构; 4)定量分析; )定量分析; 5)固,液,气态样均可用,且用量少,不破坏样品; ) 气态样均可用,且用量少,不破坏样品; 6)分析速度快. )分析速度快. 7)与色谱等联用(GC-FTIR)具有强大的定性功能. ) 具有强大的定性功能.
2)多原子分子 ) 多原子分子的振动更为复杂 ,但可将其分解为多个简 但可将其分解为多个简 正振动来研究. 正振动来研究. 简正振动基本形式 伸缩振动ν 原子沿键轴方向伸缩, 伸缩振动ν:原子沿键轴方向伸缩,键长变化但键角不变 的振动. 的振动. 变形振动δ 基团键角发生周期性变化, 变形振动δ:基团键角发生周期性变化,但键长不变的振 弯曲振动或变角振动. 动.又称 弯曲振动或变角振动. 下图给出了各种可能的振动形式( 下图给出了各种可能的振动形式 ( 以甲基和亚甲基为 例).
仪器分析 第四章--红外吸收光谱法
章节重点：
分子振动基本形式及自由度计算；
红外吸收的产生2个条件；
各类基团特征红外振动频率；
影响红外吸收峰位变化的因素。
第八章 红外吸收光谱分 析法
第三节 红外分光光度计
1. 仪器类型与结构
2. 制样方法
3. 联用技术
1. 仪器类型与结构
两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）
弯曲振动：
1.4 振动自由度
多原子分子振动形式的多少用振动自由度标示。
三维空间中，每个原子都能沿x、y、z三个坐标方向独 立运动，n个原子组成的分子则有3n个独立运动，再除 掉三个坐标轴方向的分子平移及整体分子转动。
非线性分子振动自由度为3n-6，如H2O有3个自由度。 线性分子振动自由度为3n-5，如CO2有4个自由度。
某些键的伸缩力常数：
键类型: 力常数: 峰位:源自-CC15 2062 cm-1
-C=C10 1683 cm-1
-C-C5 1190 cm-1
-C-H5.1 2920 cm-1
化学键键强越强（即键的力常数K越大），原子折合 质量越小，化学键振动频率越大，吸收峰在高波数区。
1.2 非谐振子
实际上双原子分子并非理想的谐振子！随着振动量子 数的增加，上下振动能级间的间隔逐渐减小！
（1）-O-H，37003100 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；当浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。
注意区分： -NH伸缩振动：3500 3300 cm-1 峰型尖锐
（2）饱和碳原子上的-C-H -CH3 2960 cm-1 2870 cm-1 反对称伸缩振动 对称伸缩振动
5红外光谱分析
伸缩
3700-3500 3600-3000 1420-1350 1500-1340 1500-1200 1200-1010 1100-800
弯曲
1200-600 1650-1600 900-800 900-700 800-600 680-580 560-420
42
红外－拉曼
5 典型红外图谱（7）
化学键 -CH3 -CH-
16
红外－拉曼
4 红外分析方法（3）
17
4 红外分析方法（5）
红外光谱测定中的样品处理技术 1
液体样品 固体样品 气体样品
液膜法 溶液法 水溶液测定
压片法 调糊法(或重烃油法，Nujol法) 薄膜法 ATR法、显微红外、DR、PAS、RAS 气体池
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红外光谱测定中的样品处理技术 2
1液膜法
用组合窗板进行测定
（KBr从4000－250cm－1都是透明的，即 不产生红外吸收）
34
红外－拉曼
5 典型红外图谱（1）
3500 cm-1： O-H stretching vibrations. 1600 cm-1 ：O-H bending vibration band.
~1100 cm-1：Si-O-Si fundamental vibration.
➢Examination of materials that are not amenable to the film analysis method
➢Analysis of extremely thin films applies on the top surfaces
➢Sample in solution
12
红外－拉曼
3 红外吸收产生的原理（8）
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。
红外光谱测试分析
红外光谱测试分析引言：红外光谱测试是一种常用的实验技术，用于分析样品的化学结构、官能团及其化学环境。
它是通过观察和记录样品在红外区域（4000至400 cm^-1）的吸收、散射或透射红外辐射而得到的。
红外光谱测试广泛应用于有机、无机、生物、聚合物等领域。
本文将介绍红外光谱测试的原理、仪器、样品制备以及数据分析等内容。
一、红外光谱测试原理红外光谱测试基于物质与红外辐射的相互作用。
红外光谱仪将红外辐射通过样品，然后测量样品吸收、散射或透射的光强。
红外辐射包含许多波长，在红外区域中的每种波长都与特定的分子振动模式相对应。
当样品中的分子振动发生时，它们会吸收特定波长的红外光，从而产生特征峰。
根据这些特征峰的位置和强度可以推断样品的化学组成和结构。
二、红外光谱测试仪器红外光谱测试仪器主要由光源、样品盒、分光器和探测器等组成。
常见的红外光谱仪有傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）和色散红外光谱仪（dispersive IR）。
其中，FTIR光谱仪具有高分辨率、高灵敏度和快速测量的优点，被广泛应用于科研和工业领域。
三、样品制备样品制备是红外光谱测试的关键步骤之一、样品可以是固体、液体或气体。
对于固体样品，常用的方法是将样品与适合的红外吸收剂混合，然后挤压成适当的片状样品。
对于液体样品，可以使用液态电池夹持装置保持样品在红外光束中。
对于气体样品，需要将气体置于透明的气室中，并对室内气体进行红外光谱的测量。
四、红外光谱数据分析红外光谱数据分析是针对测得的吸收谱进行的。
常见的红外光谱数据分析包括鉴定功能性团、质谱相关性分析和量子化学计算等。
鉴定功能性团是通过对比样品的吸收峰位置和精确峰位表进行的。
质谱相关性分析是利用红外光谱和质谱数据之间的相关性，为红外光谱的解释提供重要信息。
量子化学计算是通过计算得到的理论红外光谱与实际测量的红外光谱进行比对，以验证实验结果的准确性。
结论：红外光谱测试是一种重要的化学分析技术，广泛应用于化学、材料、药物和环境等领域。
红外光谱法测定样品方法
红外光谱法测定样品方法红外光谱法是一种常用的分析方法，可以用于测定样品的化学成分和结构。
其工作原理是利用物质分子中的化学键振动和拉伸引起的特定波长的吸收现象，通过检测样品对不同波长红外光的吸收程度，从而获得样品的红外光谱图。
红外光谱仪的基本组成包括光源、样品室、光学系统、探测器和数据处理系统。
红外光谱仪一般采用四种基本的工作模式：透射模式、反射模式、透射反射混合模式和表面增强红外吸收模式，根据不同的样品特点选择适合的测定模式。
1.样品制备：样品要求纯净、干燥，避免杂质的干扰。
固态样品通常需要研磨成粉末，以增加样品的表面积和散射效应。
液态样品则需用溶剂适当稀释，以保证光路的透明度。
2.样品固定：根据测定模式的不同，将样品放置在特定的测定池或夹具上。
在透射模式中，样品通常被压入透明的窗片中，以保证样品对红外光的透射性。
在反射模式中，样品直接固定在反射盘上，以测量样品与红外光的反射能力。
3.仪器校准：校准红外光谱仪是保证测量结果准确性的重要步骤。
通常需要进行背景校准和波数标定。
背景校准是采集背景信号，以消除光源和仪器的背景干扰。
波数标定是通过参考样品的红外光谱特征峰来确定仪器的波数刻度，常用的参考样品包括聚乙烯和聚苯乙烯等。
4. 开始测量：在校准完成后，可以开始测量样品的红外光谱了。
通常测量范围为4000 cm-1到400 cm-1、在测量过程中，调整仪器参数如光强、分辨率、积分时间等，以获取清晰的红外光谱图。
5.数据处理：测量结束后，可以通过红外光谱仪的数据处理系统对获得的光谱数据进行处理。
常见的处理方法包括背景消除、峰识别和定性定量分析等。
背景消除是消除仪器背景信号的干扰，峰识别是对红外光谱中特征峰进行识别和标定，定性定量分析则是根据红外光谱进行样品成分和结构的分析。
红外光谱法广泛应用于有机物和无机物的分析领域，常见的应用包括聚合物材料的成分分析、有机化合物的结构表征、药物中化学键的识别等。
这种方法具有非破坏性、快速、高效、准确等优点，因此在化学、材料科学等研究领域得到了广泛的应用。
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，如最强吸收峰为接近透光率为0%，且为平头峰，则说明
取样量太多，此时均应调整取样量后重新测定。
压片时KBr的取用量一般为200mg左右，应根
据制片后的片子厚度来控制KBr的量，一般片子厚
度应在0.5mm以下，厚度大于0.5mm时，常可在光
谱上观察到干涉条纹，对供试品光谱产生干扰。
压片时，应先取供试品研细后再加入KBr研细研匀，这 样比较容易混匀。研磨时应按同一方向均匀用力，如不按同 一方向研磨，有可能在研磨过程中使供试品产生转晶，从而
药品质量检测技术专业
国培培训
红外光谱分析技术
王丽娟（讲师）
一、红外光谱简介
二、傅里叶红外光谱仪
三、红外光谱实验室及日常维护
四、样品制备方法（KBr压片法）
五、实例分析
一、红外光谱简介（IR）
0.75-1000μm 2.5-25μm中红外区
用于研究在振动 中有偶极矩变化 的化合物（非对 称分子）
Emissivity
30 25 20 15 10 5
350 0
300 0
250 0200 01 Nhomakorabea0 0100 0
500
Wavenumbers
Volts
1 0
bkg: FFT
-1 -2 -3 230 0 400 0 350 0 300 0 250 0 200 0 150 0 100 0 500
Wavenumbers
明薄片，即可用于测定。
怎样压出合格 的片子呢？
所用KBr最好应为光学试剂级，至少也要分
析纯级。使用前应适当研细（200目以下），并
在120℃以上烘4小时以上后置干燥器中备用。如
发现结块，则应重新干燥。制备好的空KBr片应
透明，与空气相比，透光率应在75%以上。
如供试品为盐酸盐，因考虑到在压片过程中可
影响测定结果。研磨力度不用太大，研磨到试样中不再有肉
眼可见的小粒子即可。试样研好后，应尽量把试样铺均匀， 否则压片后试样少的地方透明度要比试样多的地方的低，对 测定产生影响。另外，如压好的片子上出现不透明的小白点 ，则说明研好的试样中有未研细的小粒子，应重新压片。
测定用样品应干燥，否则应在研细后置红外灯
220 0 210 0 190 0 180 0 170 0
Data Points
基团频率区
红 外 光 谱 图
4000-1500cm-1
指纹区
1500-600cm-1
官能团解析的主 要依据。
基团频率：
处于不同有机化合物分子中的化学基团，它们的化学 键的振动频率总是出现在一个较窄的范围内，都有自己特 定的红外吸收区域。分子中其它部分对其吸收位置的影响 较小，通常把这种能代表基团存在、并有高强度的吸收带
称为基团频率，其所在的位置称为特征吸收峰。
基团频率区主要包括X-H、双键和叁键的伸缩
振动。基团频率常用于鉴定有机化合物官能团区
或特征区，因此，基团频率区又称官能团区或特
征区。
物质精确结构解 析的依据。
指纹区主要包括C-X键的伸缩振动和C-H键的
弯曲振动。当分子结构稍有不同时，该区的吸收就
有明显的改变，类似于人的指纹。
1
2
3
4
5
特征性高
应用范围广
用样量少， 不破坏样 品
分析速度快
定性功能强 大
二、傅里叶红外光谱仪
迈克尔逊干涉仪
干涉仪
定镜
BF BM
分束器
IR 光源
l 0 -l
动镜
BF = BM
光程差 = 0
检测器
4 3 40 2 35
Volts
1 0
-1 -2 -3 230 0 220 0 210 0
sam: FFT
三、红外光谱实验室及日常仪器维护
控制湿度 50%
控制温度
（15～30℃）
CO2
实验室里的人数 应尽量少，无关 人员最好不要进 入，还要注意适 当通风换气。
四、制备样品（KBr压片法）
将1~2mg固体试样与100mg干燥的优级纯KBr混合，研磨
到粒度小于2μm，装入模具内，在油压机上或手动压片制成透
下烘几分钟使干燥。试样研好并具在模具中装好后
，应与真空泵相连后抽真空至少2分钟，以使试样中
的水分进一步被抽走，然后再加压到8～10吨/cm2后
维持2～5min。不抽真空将影响片子的透明度。
五、实例分析
例一：药品鉴别（官能团特征吸收）
布洛芬
例二：红外指纹图谱
典型不同产地赤芍的红外光谱 《红外指纹图谱和聚类分析法在赤芍产域分类鉴别中的应用》
能出现的离子交换现象，标准规定用氯化钾（也同
溴化钾一样预处理后使用）代替溴化钾进行压片，
但也可比较氯化钾压片和溴化钾压片后测得的光谱
，如二者没有区别，则可使用溴化钾进行压片。
压片法时取用的供试品量一般为1～2mg，因不可能用
天平称量后加入，并且每种样品的对红外光的吸收程度不 一致，故常凭经验取用。一般要求所得的光谱图中绝大多 数吸收峰处于10%～80%透光率范围在内。最强吸收峰的 透光率如太大（如大于30%），则说明取样量太少；相反
25 20 15 10170 0 5 400 0 350 0 300 0 250 0 200 0 150 0 90 190 0 180 0
100 0
Transmittance
Data Points
Emissivity
30
80 500 70
Wavenumbers
60 50
Ratio
40 30 20 400 0 40 35 4 3 2