红外分光光度法
红外分光光度法-中国药品检验标准操作规范-2010年版
红外分光光度法1 简述化合物受红外辐射照射后，使分子的振动和转动运动由较低能级向较高能级跃迁，从而导致对特定频率红外辐射的选择性吸收，形成特征性很强的红外吸收光谱，红外光谱又称振-转光谱。
红外光谱是鉴别物质和分析物质化学结构的有效手段，已被广泛应用于物质的定性鉴别、物相分析和定量测定，并用于研究分子间和分子内部的相互作用。
习惯上，往往把红外区分为3个区域，即近红外区（12800～4000cm，0.78～2.5μm）。
其中中红外区是药物分析中最常用的区域。
红外吸收与物质浓度的关系在一定范围内服从于朗伯-比尔定律，因而它也是红外分光光度法定量的基础。
红外分光光度计分为色散型和傅里叶变换型两种。
前者主要由光源、单色器（通常为光栅）、样品室、检测器、记录仪、控制和数据处理系统组成。
以光栅为色散元件的红外分光光度计，以波数为线性刻度，以棱镜为色散元件的仪器，以波长为线性刻度。
波数与波长的换算关系如下：波数（cm-1）= 104波长(μm)傅里叶变换型红外光谱仪（简称FT-IR）则由光学台（包括光源、干涉仪、样品室和检测器）、记录装置和处理系统组成，由干涉图变为红外光谱需经快速傅里叶变换。
该型仪器现已成为最常用的仪器。
2 红外分光光度计的检定所用仪器应按现行国家质量与核查技术监督局“色散型红外分光光度计检定规程”、“傅里叶变换红外光谱仪检定规程”和《中国药典》附录规定，并参考仪器说明书，对仪器定期进行校正检定。
2.1 波数准确度2.1.1波数准确度的允差范围傅里叶变换红外光谱仪在3000cm-1附近的波数误差应不大于±5cm-1，在1000cm-1附近的波数误差应不大于±1cm-1。
2.1.2波数准确度检定方法2.1.2.1以聚苯乙烯膜校正按仪器使用说明书要求设置参数，以常用的扫描速度记录厚度为50μm的聚苯乙烯膜红外光谱图。
测量有关谱带的位置，其吸收光谱图应符合《药品红外光谱集》所附聚苯乙烯图谱的要求，并与参考波数（表1）比较，计算波数准确度。
红外分光光度法培训
在透射光谱分析法中，红外光通过样品后，被检测器测量透 射光强度。通过分析透射光强度与波长的关系，可以确定样 品中分子的结构和组成。透射光谱分析法适用于固体、液体 和气体样品的测定。
反射光谱分析法
总结词
反射光谱分析法是通过测量反射光强度来分析物质的方法。
详细描述
在反射光谱分析法中，红外光照射到样品表面后，被反射回来并被检测器测量。 通过分析反射光强度与波长的关系，可以确定样品表面的分子结构和组成。反 射光谱分析法特别适用于固体样品的测定。
表格或图表形式。
实验数据解析
解析一
谱图分析：对测量的红外光谱图进行 分析，识别特征峰对应的官能团或分 子结构。
解析二
定量分析：根据谱图中的特征峰强度， 对样品中目标成分的含量进行定量分 析。
解析三
结构推断：结合已知的红外光谱数据 和理论知识，推断样品中可能存在的 官能团或分子结构。
解析四
误差分析：对测量结果进行误差分析， 评估测量结果的可靠性和准确性。
用于检测环境中的污染物和有 毒物质，评估环境质量和安全。
02 红外分光光度计的组成与 操作
红外分光光度计的组成
01
02
03
04
光源
发射特定波长的红外光，为样 品提供能量。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ干涉仪
将光源发出的红外光分成两束 ，分别经过动镜和静镜反射后
再重新组合，形成干涉。
检测器
检测干涉后的红外光强度，并 将其转换为电信号。
红外分光光度法的应用领域
无机化学
用于分析无机化合物的组成和 结构，如矿物、陶瓷、玻璃等。
医学
用于检测人体内的生物分子和 药物代谢产物，辅助疾病诊断 和治疗。
红外吸收分光光度法
01 红外吸收分光光度法简介
定义与原理
定义
红外吸收分光光度法是一种基于物质吸收红外辐射的特性进行物质分析的方法。
原理
当特定波长的红外光通过物质时，物质分子会吸收特定波长的光，导致光强减弱。通过测量不同波长 下的光强衰减程度，可以确定物质分子中特定化学键的振动频率，从而推断出物质的成分和含量。
结构推断
结合已知的化学知识和光 谱特征，推断分子的可能 结构。
04 实验误差与质量控制
误差来源
仪器误差
仪器本身的性能差异、老化或维护不 当，可能导致测量结果偏离真实值。
环境因素
实验环境中的温度、湿度、气压等变 化可能影响仪器的性能和测量结果。
操作误差
实验操作过程中，由于人为因素导致 的误差，如样品处理不当、仪器参数 设置错误等。
数据处理
对实验数据进行处理和分析， 绘制红外光谱图。
实验注意事项
样品纯度
确保待测样品的纯度，以避免杂质干扰实验 结果。
光路清洁
定期清洁光路系统，确保实验过程中无灰尘 和杂散光干扰。
温度控制
保持实验室内温度的恒定，以减小温度变化 对实验结果的影响。
数据处理严谨
对实验数据进行严谨的数据处理和分析，确 保结果的准确性和可靠性。
样品不均匀
样品本身的不均匀性可能导致测量结 果的不准确。
质量控制方法
校准
环境控制
定期对仪器进行校准，确保仪器性能稳定 ，测量结果准确。
保持实验室内恒定的温度、湿度和气压， 以减少环境因素对测量结果的影响。
操作规范
样品处理
制定详细的操作规程，规范实验操作过程 ，减少人为误差。
红外分光光度法
31
红外活性振动： 偶极矩发生变化的振动
产生红外吸收 红外非活性振动：偶极矩不发生变化的振动 不产生红外吸收
N2、O2、Cl2、H2 没有红外活性 。
＋
－
CO2
+ -
qr q 0 0 0
qr＞0 0
32
2.吸收峰峰数
苯的振动自由度=3*12-6=30，但实际观 察到的红外吸收峰数目并不等于分子振动 自由度即基本振动数，其主要原因是：
19
分子总自由度等于该分子中各原子在空间 坐标的总和。在空间确定一原子的位置需三个 坐标(x.y.z)，故一原子有三个自由度.含N个 原子的分子总自由度为3N, 而分子作为一个整 体,其运动状态可分为平动、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 度的总和，即: f总＝f振+f平+f转＝3N f振＝3N －f平－f转 振动自由度 基本振动数目 基频峰峰数
1
分子振动
E1 υ 32 v υ2 1 v
v υ 10
3 2 1 0 43 32 21 10
4 3 2 1
J J J
43 32 21 10 43 32 21 10
E0
分子振动吸收光谱
J
分子转动吸收光谱
2
红外光谱通常是指中红外吸收光谱, 由振 动能级跃迁产生，同时伴随转动能级的变化。 二、红外吸收光谱的表示方法
图6-1 聚苯乙烯薄膜的红外光栅光谱（T-σ曲线）
3
10 4 1 (cm ) ( m)
4
三、IR与UV的区别 IR 起源 分子振动能级伴随 转动能级跃迁 适用 所有有机化合物 UV 分子外层价电子能级 跃迁 具n-π*、π-π*跃迁 有机化合物 特征性光谱复杂，特征性强 光谱简单、特征性不强 用途 鉴定化合物类别 定量 鉴定官能团 推测有机化合物共轭骨架 推测结构
红外分光光度法
红外光谱法红外光谱法又称“红外分光光度分析法”。
简称“IR”,分子吸收光谱的一种。
利用物质对红外光区的电磁辐射的选择性吸收来进行结构分析及对各种吸收红外光的化合物的定性和定量分析的一法。
红外光谱法的一般特点特征性强、测定快速、不破坏试样、试样用量少、操作简便、能分析各种状态的试样、分析灵敏度较低、定量分析误差较大。
红外光谱法的应用1.定性分析和结构分析红外光谱具有鲜明的特征性，其谱带的数目、位置、形状和强度都随化合物不同而各不相同。
因此，红外光谱法是定性鉴定和结构分析的有力工具2.定量分析红外光谱法对试样的要求红外光谱的试样可以是液体、固体或气体，一般应要求：（1）试样应该是单一组份的纯物质，纯度应>98%或符合商业规格才便于与纯物质的标准光谱进行对照。
多组份试样应在测定前尽量预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进行分离提纯，否则各组份光谱相互重叠，难于判断。
（2）试样中不应含有游离水。
水本身有红外吸收，会严重干扰样品谱，而且会侵蚀吸收池的盐窗。
（3）试样的浓度和测试厚度应选择适当，以使光谱图中的大多数吸收峰的透射比处于10%~80%范围内。
目前主要有两类红外光谱仪：色散型红外光谱仪和傅立叶变换红外光谱仪。
一、色散型红外光谱仪1 . 光源红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体，同电加热使之发射高强度的连续红外辐射。
常用的是Nernst灯或硅碳棒。
Nernst灯是用氧化锆、氧化钇和氧化钍烧结而成的中空棒和实心棒。
工作温度约为1700℃，在此高温下导电并发射红外线。
但在室温下是非导体，因此，在工作之前要预热。
它的特点是发射强度高，使用寿命长，稳定性较好。
缺点是价格地硅碳棒贵，机械强度差，操作不如硅碳棒方便。
硅碳棒是由碳化硅烧结而成，工作温度在1200-1500℃。
2 . 吸收池因玻璃、石英等材料不能透过红外光，红外吸收池要用可透过红外光的NaCl、KBr、CsI、KRS-5（TlI 58%，TlBr42%）等材料制成窗片。
红外分光光度法
二、核磁共振基本原理
自旋量子数I≠0旳原子核具有自旋现象，称自旋核。
氢原子核旳自旋量子数I=1/2，可看成电荷均匀分布旳球体， 绕自旋轴转动时，产生磁场，类似一种小磁铁。
当氢原子核置于外加磁场B0中时，相对于外加磁场，可有 （2I+1）种取向。氢核I=1/2，故有两种取向（两个能级）：
（1）与外磁场平行，能量稍低，磁量子数m=+1/2
1385cm1和
1375cm1双峰
s C
(CH3
不等强度裂分为
)3
1395cm1和
1365cm1双峰
3. C-C骨架振动
CC 1250 ~ 1140cm（1 弱 中）
（二）烯烃 1．C-H振动
CH 3100 ~ 3000cm（1 弱 中强） CH 1010 ~ 650cm（1 强）
CCH (顺式） ~ 960cm（1 中 强）
实际上氢核周围有运动旳电子，在外磁场作用下，运动旳电 子产生相对于外磁场方向旳感应磁场，起到屏蔽作用，使氢核
实际受外磁场作用减小 即：B=(1 )B0
式中：σ为屏蔽常数，σ越大，屏蔽效应越大。
所以，共振条件修正为： =[ B0 / 2 ] (1 )
因为屏蔽作用旳存在，氢核产生共振需更大旳外磁场强度， 来抵消屏蔽影响
C
（芳环）
C
~
1600
，~
1580，~ 1500
和
~
1450cm（1 四峰）
Hale Waihona Puke 、醇、酚、醚（一）醇、酚1．O-H伸缩振动： OH 3650 ~ 3200cm（1 强） O（H 游离）3650 ~ 3600cm（1 较强 变，锐峰） O（H 缔合）3500 ~ 3200cm（1 强 中强，宽、钝峰）
仪器分析红外分光光度法
红外分光光度法的优势与局限性
优势
红外光谱具有高灵敏度、高分辨率和 无损检测等优点，能够提供丰富的化 学结构信息，有助于快速准确地鉴定 和鉴别物质。
局限性
对于一些低浓度的物质，可能需要较 高的检测限；另外，对于一些复杂的 样品或未知物，解析红外光谱可能会 比较困难，需要结合其他分析方法进 行综合判断。
01
采用棱镜作为分束器，能够提供高分辨率和高精度的光谱数据，
但体积较大。
傅里叶变换型红外分光光度计
02
采用干涉仪作为分束器，能够快速扫描并获得连续光谱数据，
具有高灵敏度和高分辨率，体积较小。
光栅型红外分光光度计
03
采用光栅作为分束器，能够提供高精度的光谱数据，但扫描速
度较慢。
04
实验操作流程与注意事项
红外分光光度法的应用领域
有机化合物分析
生物样品分析
红外光谱能够提供有机化合物的官能 团、化学键和分子结构等信息，广泛 应用于有机化合物的定性和定量分析。
在生物领域，红外光谱可以用于研究 生物大分子的结构和功能，如蛋白质、 核酸等。
无机物分析
对于一些无机物，如矿物、金属氧化 物等，红外光谱也可以提供有关其结 构和组成的信息。
数据处理与分析
05 对记录的数据进行处理和分析
，计算样品的浓度、含量等参 数。
结果报告
06 整理实验数据，撰写实验报告
，将结果报告给相关人员。
实验注意事项
样品纯度
仪器保养
操作规范
确保待测样品的纯度， 以减小误差。
定期对仪器进行保养和 维护，确保其正常运转。
严格遵守操作规程，避 免因操作不当导致实验
仪器分析红外分光光度法
• 红外分光光度法简介 • 仪器分析在红外分光光度法中的作用 • 红外分光光度计的组成与工作原理 • 实验操作流程与注意事项 • 案例分析
红外分光光度法
二、振动形式
2）面外弯曲γ：弯曲振动垂直几个原子构成的平面 A：面外摇摆振动 ω：两个X 原子同时向面下或面上的振动
B：蜷曲振动 τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的振动
二、振动形式
3、变形振动
1）对称的变形振动δs：三个AX键与轴线的夹角同时变大 或缩小。形如花瓣开、闭的振动。
区
波数：13158—4000cm-1
中红外区：2.5—25μm
振动、伴随转动光谱
波数：4000—400cm-1
远红外区：25—1000μm 纯转动光谱
波数：400—10cm-1
二、红外光谱的表示方法
T~λ 曲线 →前密后疏 波长等距
T ~σ 曲线→ 前疏后密 波数等距
“谷”是IR中的吸收峰
三、红外光谱与紫外光谱的区别
定量（准确）
结构研究的主要手段（官能团、化合物类别、 结构研究（推测有机化合物
结构异构、氢键以及某些链状化合物的链长等）共轭骨架）
4—2 IR 基本原理
一、振动-转动光谱 二、振动形式 三、振动自由度 四、红外光谱产生的条件 五、吸收峰强度 六、吸收峰的分类 七、吸收峰的峰位及其影响因素 八、吸收峰峰数的影响因素
二、振动形式
振动频率不仅受化学键性质和原子质量的影响，也受到整个 分子的影响
双原子分子 多原子分子
伸缩振动（）
1、伸缩振动 1）对称伸缩振动s 2）反称伸缩振动as
1）面内弯曲振动β
A：剪式振动δ B：面内摇摆ρ
2、弯曲振动
2）面外弯曲γ
A：面外摇摆振动 ω B：蜷曲振动 τ
3）变形振动
A：对称的变形振动δs B：不对称的变形振动δas
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远红外区： 50~500μm
200-20
纯转动光谱
T~λ曲线 →前密后疏
σ(cm1) 104
(m)
T ~σ曲线 →前疏后密
三、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
适用 所有红外吸收的有机化合物
具n-π*跃迁有机化合物 具π-π*跃迁有机化合物
陈定一主编
分析仪器
张达英主编
第一节 概述 一、定义 二、红外光谱的表示方法 三、红外光谱与紫外吸收光谱的区别
一、定义:
UV— 分子外层价电子能级的跃迁（电子光谱）
IR — 分子振动和转动能级的跃迁 （振转光谱）
红外吸收光谱法：利用红外吸收光谱进行定性、 定量及测定分子结构的方法，称为红外吸收光谱法 或红外光谱法。
特征性 特征性强
简单、特征性不强
醋λ 酸ma可x=的23松8±（1Cnm23H30O6) 醋λ 酸ma泼x=尼23松8±1(Cnm23H28O6)
E 1% 1c m
390
E 1% 1c m
385
第二节 红外吸收光谱法基本原理
红外吸收光谱法—研究物质结构与红外光谱之间关系。 红外光谱—由吸收峰位置和吸收峰强度共同描述。
2．振动光谱
双原子分子A-B→近似看作谐振子。 两原子间的伸缩振动→近似看作简谐振动。
简谐振动位能
U
1 2
K (r
re
)2
r 原子间实际距离 re 原子间平衡距离 K 化学键力常数（N / cm）
当r re U 0 当r re或r re U 0
双原子振动过程位能的变化
（二）弯曲振动δ （变形振动，变角振动）： 指键角发生周期性变化、而键长不变的振动
1．面内弯曲振动β： 弯曲振动发生在由几个原子构成的平面内
1）剪式振动δ：振动中键角的变化类似剪刀的开闭
AX 2型分子
CH2 ~ 1465 20cm1
2）面内摇摆ρ：基团作为一个整体在平面内摇动
AX 2型分子
CH2 ~ 720cm1
以折合原子量
m m1m2 m1 m2
代替μ
1307 k
m 注：k ↑ ↑ m´↓ ↑
同类原子组成的化学键力常数越大，则基频 峰的频率越高；
不同原子组成的化学键，振动频率取决于力 常数和折合质量中影响较大的因素。
二、振动形式（多原子分子） （一）伸缩振动ν
指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动
续第二节
基本振动频率
1 K 2 m
υ：谐振子的振动频率 K：弹簧的力常数 m：小球质量
c
1 K 2c m
以折合质量
m1m2
m1 m2
来代替m，
用化学键的力常数k代替K ，则：
1 2c
k
化学键的力常数k就等于将两个原子由平衡位置伸长
0.1nm时所需的恢复力。
— (CH2 )n — n 4
续前
2．面外弯曲γ：弯曲振动垂直几个原子构成的平面 1）面外摇摆ω：两个X原子同时向面下或面上的振动
AX 2型分子
CH2 ~ 1300cm1
2）蜷曲τ：一个X原子在面上，一个X原子在面下的 振动
AX 2型分子
CH2 ~ 1250cm1
续前
3、变形振动：
1）对称的变形振动δs：三个AX键与轴线的夹角同时 变大
第十三章 红外分光光度法
第一节 概述
一、定义 二、红外光谱的表示方法 三、红外光谱与紫外吸收光谱的区别
第二节 基本原理
一、红外光谱的产生 二、振动形式 三、振动自由度 四、基频峰与泛频峰
五、特征峰与相关峰 六、吸收峰峰位 七、吸收峰峰数 八、吸收峰强度
第三节 影响谱带位置的因素
一、内部因素 二、外部因素
一、红外吸收光谱的产生 二、振动形式 三、振动的自由度 四、基频峰与泛频峰
五、特征峰与相关峰 六、吸收峰峰位 七、吸收峰峰数 八、吸收峰强度
一、红外吸收光谱的产生
1．振动能级
E振 0.05 ~ 1.0eV E转 0.0001 ~ 0.05eV
E E振 E转 红外光谱主要由分子的振动能级跃迁产生 分子的振动能级差远大于转动能级差 分子发生振动能级跃迁必然同时伴随转动能级跃迁
二、红外光谱的表示方法
1. 红外光区的划分
红外线：波长在0.76~500μm (1000μm) 范围内的 电磁波。
区域
波长 （λ μ m) 波数（υ cm-1) 能级跃迁类型
近红外区： 0.76~2.5μm
13158-4000
-OH和-NH倍频吸收区
中红外区： 2.5~50μm
4000-200
振动、伴随转动光谱
1．对称伸缩振动：νs键长沿键轴方向的运动同时发生
AX 2型分子
AX 3型分子
s CH 2
~ 2850cm1
s CH 3
~
2870cm1
2．反称伸缩振动：νas键长沿键轴方向的运动交替发生
AX 2型分子
AX 3型分子
as CH 2
~
2925cm1
as CH 3
~
2960cm1
续前
d
e f
d′ e′ f′
分子振动总能量 EV U T
U 位能 T 动能
当 r re U 0 ，EV T
当（r re）最大 T 0 ，EV U
分子振动总能量
EV
（V
1） h
2
分子振动频率
V 分子振动量子数
V 0 ，1 ，2 ，3
第四节 红外光谱仪 第五节 红外光谱与分子结构的关系
一、特征区与指纹区 二、红外光谱的九个重要区段 三、典型光谱
第六节 红外光谱在中药研究中的应用
一、定性分析 二、纯度检查 三、定量分析 四、图谱解析
参考书：
有机化合物波谱分析 姚新生主编
分析化学 （全国高等学校教材） 李发美主编
分析化学
AX 3型分子
s CH 3
~ 1375cm1
2）不对称的变形振动δas：三个AX键与轴线的夹角不
同时变大或减小
AX 3型分子
as 0， E振 1/ 2hν
光子照射能量 EL h L
分子振动能级差hL E振 (V 2 1/ 2)h (V 1 1/ 2)h V h
即 L V
产生红外光谱前提 E振 EL
L 红外光的照射频率 分子的振动频率