第四章红外光谱分析和拉曼光谱讲义
红外线与拉曼光谱
波数, cm-1 = 104 /（ , µm ）
2
红外光谱与拉曼光谱的区别：信号产生的方式不同
红外光谱为吸收光谱，拉曼光谱为散射光谱（一般信号很弱） 二者在研究分子结构上具有互补性
3
红外光谱法的特点
紫外、可见吸收光谱常用于研究不饱和有机物，特别是具有 共轭体系的有机化合物
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（没 有偶极矩变化的振动在拉曼光谱中出现）
除单原子和同核分子如Ne、He、O2、H2等外，几乎所有的 有机化合物在红外光谱区均有吸收；
除光学异构体，某些高分子量的高聚物以及在分子量上只有 微小差异的化合物外，凡是具有结构不同的两个化合物，其红外 光谱一定不相同
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红外吸收峰的强度
e ＞100 L cm-1 mol-1 20 ＜ e ＜100 10＜ e ＜20 1＜ e ＜10
非常强峰（vs） 强峰（s） 中强峰（m） 弱峰（w）
影响因素 振动能级的跃迁概率，跃迁时的偶极矩变化大小;而
偶极矩与分子结构的对称性有关
基频吸收峰：基态向第一激发态跃迁，概率大，峰较强 倍频吸收峰：基态向第二激发态跃迁，概率小，峰较弱
例如1: C-C、 CC、 CC三种碳碳键的质量相同， 键力常数的顺序是三键>双键>单键。因此在红外光谱中， CC的吸收峰出现在 2222 cm-1，而CC约在1667 cm-1 ， C-C 在 1429 cm-1;
例如2: C-C、C-O、C-N键的力常数相近，但相对折合质量不 同: C-C < C-N < C-O，这三种键的基频振动峰分别出现在1430 cm-1 、1330 cm-1 、1280 cm-1附近
拉曼光谱-课件分享
拉曼光谱分析
主要内容
红外光谱(IR) 拉曼光谱(Raman)
分子振动光谱
2
激光拉曼光谱基础
1928 C.V.Raman发现拉曼散射效应 1960 随着激光光源建立拉曼光谱分析 拉曼光谱和红外光谱一样，也属于分子振动光谱 生物分子，高聚物，半导体，陶瓷，药物等分析 ，
是否出现拉曼活性主要取决于分子在运动过程时某一 固定方向上的极化率的变化。 对于分子振动和转动来说，拉曼活性都是根据极化率 是否改变来判断的。 对于全对称振动模式的分子，在激发光子的作用下， 肯定会发生分子极化，产生拉曼活性，而且活性很强； 而对于离子键的化合物，由于没有分子变形发生，不 能产生拉曼活性。
Strength enhanced 102~3 more sensitive concentration < 0.1mM similar to UV
preresonance
Resonance enhanced
共振拉曼散射
11
拉曼原理-LRS与IR比较
拉曼光谱是分子对激发光的散射，而红外光谱则是分子对红外光的吸 收，但两者均是研究分子振动的重要手段，同属分子光谱。
优势：激发波长较长， 可以避免部分荧光产生
局限：黑色样品会产生热背景 薄膜样品的厚度应 >1m 光谱范围：5~4000cm-1
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分析方法
普通拉曼光谱 一般采用斯托克斯分析
反斯托克斯拉曼光谱 采用反斯托克斯分析
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Raman光谱可获得的信息
Raman 特征频率
Raman 谱峰的改变
Raman 偏振峰
47
100 Cr
100
depth profile lines
红外光谱和拉曼光课件
甲氧氯普胺促进胆囊术后肛门排气及抑制恶心呕吐的效果目的观察胆囊术后使用甲氧氯普胺促进肛门排气及抑制恶心、呕吐的临床效果。
方法选择开腹胆囊切除术80例，随机分为A、B两组，每组40人。
A 组为给药组，手术结束时硬膜外腔注射甲氧氯普胺10 mg+生理盐水至5 mL；以后每隔12小时静脉给甲氧氯普胺10 mg。
直到肛门排气时停用。
B组为对照组，手术结束时硬膜外腔注射生理盐水5 mL。
以后每隔12小时静脉给生理盐水1 mL。
直到肛门排气时停用。
对比观察两组第一次肛门排气的时间及术后恶心、呕吐的发生病例数。
结果A组肛门排气时间明显早于B组，恶心呕吐的病例数明显少于B组。
经χ2 检验，差异有显著性意义（P < 0.05）。
结论甲氧氯普胺用于胆囊术后能明显促进肛门排气及抑制恶心呕吐不良反应的发生。
标签：甲氧氯普胺；胆囊术后；肛门排气；恶心；呕吐腹部非胃肠手术，术后早日肛门排气是减轻患者术后痛苦、增加患者舒适性、缩短住院时间、降低住院费用的关键所在。
术后早排气，能早日进食，补充能量、促进胃肠蠕动，减少恶心呕吐的发生，缓解患者心理压力，有利于患者恢复。
本院观察80例开腹胆囊切除患者术后肛门排气及恶心呕吐情况，对两组情况进行比较，现报道如下。
1 资料与方法1.1 一般资料选择2010年6月～2012年6月间我院开腹胆囊患者80例，ASA Ⅰ～Ⅱ级，年龄18～70岁，平均45岁，无腹部手术病史，手术麻醉均为硬膜外麻醉，采取肋缘下切口。
随机分为A、B两组，每组40人。
1.2 给药方法A组手术结束时硬膜外腔注射甲氧氯普胺10 mg+生理盐水至5 mL；以后每隔12小时静脉给甲氧氯普胺10 mg，直到肛门排气停用。
B组手术结束时硬膜外腔注射生理盐水5 mL。
以后每隔12小时静脉给生理盐水1 mL，直到肛门排气停用。
以上两组术后医嘱、护理、健康指导及其它并发症的处理均相同。
1.3 术后处理术后常规去枕平卧、心电监护、吸氧6 h，年龄较大或者生命体征不平稳时延长监护时间，常规抗炎，每kg体重补液50 mL，补钾每日3 g，肛门排气后进食温水、流质、软食至正常饮食。
红外光谱和拉曼光谱的原理
红外光谱和拉曼光谱是常用的分析技术，可以用于研究物质的结构、组成和性质。
它们基于不同的原理，下面简要介绍一下它们的工作原理：
1.红外光谱（Infrared Spectroscopy）：
红外光谱利用物质与红外辐射（波长范围通常为2.5-25微米）的相互作用来研究物质的分子结构和化学键的振动状态。
其原理基于分子吸收红外辐射时，物质中的原子核和化学键会被激发，产生特定的振动和转动。
当物质受到红外光源照射后，通过测量样品对不同波长红外光的吸收程度，可以得到红外光谱图。
红外光谱图上的峰值位置和强度提供了关于物质中的化学键种类、官能团和分子结构的信息。
2.拉曼光谱（Raman Spectroscopy）：
拉曼光谱则利用物质与激光光源相互作用时，散射光中的微小频率偏移来分析物质的结构和振动信息。
当样品受到激光照射时，其中的分子会发生拉曼散射现象，即散射光中的部分光子与物质相互作用后发生能量的频移。
这种频移对应着分子的振动和转动模式。
通过测量样品散射出来的光的频率变化，可以获取拉曼光谱图。
拉曼光谱图上的峰值位置和强度提供了关于物质所含化学键、官能团和结构的信息。
3.总结：
红外光谱和拉曼光谱都是通过物质与不同光源的相互作用来研究其结构和性质。
红外光谱利用物质对红外辐射的吸收来分析物质的化学键振动，而拉曼光谱则是通过测量散射光的频率变化来分析物质的振动信息。
两种技术在分析样品成分、鉴定物质、研究反应机理等方面都有广泛的应用。
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。
第四章 红外光谱分析和拉曼光谱
2016年12月29日星期四
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C2H4O
O
1730cm-1
1165cm-1
H H H
C
H
C
2720cm-1
（CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。
（CH3）2930 cm-1，2850cm-1。
2016年12月29日星期四
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四、红外吸收峰强度
intensity of infrared absorption bend
一、概述 introduction 二、红外吸收光谱产生 的条件 condition of Infrared absorption spectroscopy 三、分子中基团的基本 振动形式 basic vibration of the group in molecular 四、红外吸收峰强度 intensity of infrared absorption bend
共轭 2220 2230 cm-1 仅含C、H、N时：峰较强、尖锐； 有O原子存在时；O越靠近C N，峰越弱；
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3． 双键伸缩振动区（ 1900 1200 cm-1 ）
（1） RC=CR’ 1620 1680 cm-1
强度弱， R=R’（对称）时，无红外活性。
伸缩振动 甲基： 对称 υ s(CH3) 2870 ㎝-1 变形振动 甲基 对称δ s(CH3)1380㎝-1
2016年12月29日星期四
不对称 υ as(CH3) 2960㎝-1
不对称δ
as(CH3)1460㎝
-1
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２．峰位、峰数与峰强
（1）峰位 化学键的力常数k越大，原子折合质量越小， 键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）； 反之，出现在低波数区（高波长区）。 例１ 水分子 （非对称分子）
红外光谱和拉曼光谱的原理与应用
红外光谱和拉曼光谱的原理与应用光谱学是一门研究物质与辐射相互作用的科学，它可以通过测量物质与辐射的吸收、发射或散射光的能量来研究物质的结构和特性。
其中，红外光谱和拉曼光谱是两种常用的光谱分析技术。
一、红外光谱红外光谱是研究物质与电磁辐射相互作用的一种重要手段。
它利用物质分子的振动和转动引起的入射光吸收现象来分析物质的成分和结构。
在红外光谱中，常用的测量方法有透射法、反射法和散射法。
透射法是红外光谱中最常见的测量方法之一。
通过将待测样品置于光束中，测量光束通过物质后的光强变化，可以得到物质对不同波长的红外光的吸收情况，从而得到红外光谱图谱。
透射法测量速度快，测量结果准确可靠，被广泛应用于材料科学、环境监测、食品安全等领域。
反射法是另一种常用的红外光谱测量方法。
它利用样品对入射光的反射来测量样品的红外光谱。
与透射法相比，反射法无需对样品进行任何处理，能够快速测量样品的红外光谱，适用于表面或薄膜等样品的分析。
散射法是红外光谱中较为特殊的一种测量方法。
它利用样品对入射光的散射来获取样品的光谱信息。
散射法可以用于非晶态、多相和粉末样品的红外光谱测量，并且对样品形态、结构和成分变化不敏感，具有很高的灵敏度和分辨率。
红外光谱在许多领域都有着广泛的应用。
例如，在药物分析中，红外光谱可以用于药物的定性和定量分析，以及药物与载体的相互作用研究。
在环境监测中，红外光谱可以用于水污染和大气污染物的检测和分析。
在食品安全领域，红外光谱可以用于检测食品中的添加剂、农药残留和营养成分等。
二、拉曼光谱拉曼光谱是一种通过测量物质散射光的频率变化来分析物质结构和成分的技术。
它是由物理学家拉曼于1928年发现的一种光谱现象，后来被广泛应用于化学、生物和材料科学等领域。
拉曼光谱的测量原理是利用激光照射样品后，样品会散射出经过激光光线与物质相互作用后产生的较高或较低频率的散射光，这些散射光中含有关于样品分子振动和旋转的信息。
通过测量散射光的频率变化，可以获得样品的拉曼光谱图谱。
红外光谱和拉曼光谱
拉曼光谱
拉曼光谱
拉曼光谱仪原理图
拉曼光谱与红外光谱的联系
同属分子振(转)动光谱
红外：适用于研究不同原子的极性键振动 －OH, －C＝O，－C－X 拉曼：适用于研究同原子的非极性键振动 －N－N－, －C－C－
拉曼光谱和红外光谱可以互相补充
红外与拉曼图对比
红外光谱：基团； 拉曼光谱：分子骨架测定；
郎伯定律
强度为I0 的平行光束进入厚度为l的均匀物质后， 强度变为：
I I 0 e l
——朗伯定律
—吸收系数，单位cm-1
1.与媒质有关
I0
I
l
2.与波长有关——一般吸收区域小，基本不变 选择吸收区域大，随波长急剧变化
吸收光谱
朗伯定律是吸收光谱的基本原理。入射的有连续波长分布 的光，透过物质后，在选择吸收区域，在有些波长范围被 强烈吸收，形成吸收光谱 用途：物质的定量分析；气象、天文研究。 反映原子、分子结构特征——原子光谱、红外光谱 大气窗口——空间遥感探测、气象等研究
红外光谱特点
任何气态、液态、固态样品均可进行红外光 谱测定； 不同的化合物有不同的红外吸收，由红外光 谱得到化合物丰富的结构信息； 常规红外光谱仪价格低廉； 样品用量少； 可针对特殊样品运用特殊的测试方法
拉曼光谱和红外光谱
红外光谱 拉曼光谱
分子在振动跃迁过程 中有偶极矩的改变 分子在振动跃迁过程 中有极化率的改变
THANK YOU!
拉曼光谱和红外光谱可以互相补充
对于具有对称中心的分子来说，具有一互斥规则：与对称 中心有对称关系的振动，红外不可见，拉曼可见；与对称 中心无对称关系的振动，红外可见，拉曼不可见。
拉曼光谱
当光透过透明介质被分子散射的光发生频率变化，这 一现象被称为拉曼散射。在透明介质的散射光谱中， 频率与入射光频率υ 0相同的成分称为瑞利散射 (Rayleigh scattering )；频率对称分布在υ 0两侧或 υ 0± υ 1即为拉曼光谱，其中频率较小的成分又称为 斯托克斯线（Stocks lines)，频率较大的成分又被称 为反斯托克斯线（Anti-Stocks lines）。因为斯托克 斯线的强度远远强于反斯托克斯线，所以拉曼光谱仪 一般记录斯托克斯线。
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三、分子中基团的基本振动形式
basic vibration of the group in molecular
1．两类基本振动形式
伸缩振动 亚甲基：
变形振动 亚甲基
2019年9月25日星期三
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甲基的振动形式
伸缩振动 甲基：
对称 υ s(CH3) 2870 ㎝-1
变形振动 甲基
对称δ s(CH3)1380㎝-1
2019年9月25日星期三
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3． 双键伸缩振动区（ 1900 1200 cm-1 ）
（1） RC=CR’ 1620 1680 cm-1
强度弱， R=R’（对称）时，无红外活性。
（2）单核芳烃 的C=C键伸缩振动（1626 1650 cm-1 ）
2019年9月25日星期三
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苯衍生物的C=C
（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基 频峰；
（5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个比基频峰弱 的吸收峰，二倍频峰；
2019年9月25日星期三
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（6）由基态直接跃迁到第三激发态，产生一 个比二倍频峰弱的吸收峰，三倍频峰；……
（7）三倍频峰以上，因跃迁几率很小，一般 都很弱常常观测不到，各倍频峰的波数并非正 好是基频峰波数的整数倍，而是略小一些；
E hv h k
2
h hc h k 2
v 1 1 k 1307 k
2c
1 1 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。
2019年9月25日星期三
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四、红外吸收峰强度
intensity of infrared absorption bend
问题：C=O 强；C=C 弱；为什么？ 吸收峰强度跃迁几率偶极矩变化 吸收峰强度 偶极矩的平方 偶极矩变化——结构对称性； 对称性差偶极矩变化大吸收峰强度大 符号：s(强)；m(中)；w(弱) 红外吸收峰强度比紫外吸收峰小2～3个数量级；通常： ε＞100 L·mol-1·cm-1非常强峰（vs） 20 L·mol-1·cm-1 ＜ε ＜ 100 L·mol-1·cm-1强峰（s） 10 L·mol-1·cm-1 ＜ε ＜ 20 L·mol-1·cm-1中强峰（m） 1 L·mol-1·cm-1 ＜ε ＜ 10 L·mol-1·cm-1弱峰（w）
2019年9月25日星期三
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第二节 红外光谱与
分子结构
infrared spectroscopy and molecular structure
一、红外光谱的基团频率
group frequency in IR 二、分子结构与吸收峰
molecular structure and absorption peaks 三、影响峰位移的因素
3000 cm-1 以下
（3）不饱和碳原子上的=C—H（ C—H ）
苯环上的C—H 3030 cm-1 =C—H 3010 2260 cm-1 3000 cm-1 以上 C—H 3300 cm-1
2019年9月25日星期三
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2． 叁键（C C）伸缩振动区
（2500 1900 cm-1 ）
非线形分子振动自由度为3N-6个（N是分子中含 有原子的个数），既红外光谱中应出现的基频峰 的数目。
线形分子振动自由度为3N-5个。
2019年9月25日星期三
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峰位、峰数与峰强
（3）瞬间偶极距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相 差越大（极性越大），吸收峰越强；
例2 CO2分子 （有一种振动无红外 活性）
v 1 k
2c
2
1 31010
9.6 105 1212 /[(12 12) 6.021023]
1650cm1
v 1307 k 1307
9.6
1650cm1
1212 /(12 12)
正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1
2019年9月25日星期三
2019年9月25日星期三
不对称 υ as(CH3) 2960㎝-1
不对称δ as(CH3)1460㎝-1
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２．峰位、峰数与峰强
（1）峰位 化学键的力常数k越大，原子折合质量越小， 键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）； 反之，出现在低波数区（高波长区）。 例１ 水分子 （非对称分子）
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红外光谱信息区
常见的有机化合物基团频率出现的范围：4000 670 cm-1 依据基团的振动形式，分为四个区： (1)4000 2500 cm-1 X—H伸缩振动区（X=O，N，C，S） (2)2500 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩振动区
(3)1900 1200 cm-1 双键伸缩振动区
2 2019年9月25日星期三
一、概述
introduction
分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振-转光谱
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构
近红外区 中红外区 远红外区
原因：测定IR光时 ，所用的仪器不同 且各个区域所得到 的信息各不相同。
2019年9月25日星期三
3
E(cm1) 1 kr2 2
（2）峰数 峰数与分子自由度（注）有关。无瞬间偶 极矩变化时，无红外吸收。
2019年9月25日星期三
14它是指能不改变系统内所含有的相数而可 以独立变动的强度性质（温度、压力、组成等） 的数目。分子自由度是指不改变分子的特性（指 超过弹性限度的振动）而可以独立振动的数目。
factors influenced peak shift 四、不饱和度
degree of unsaturation
20 2019年9月25日星期三
一、红外吸收光谱的特征性
group frequency in IR
与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键 振动频率——基团特征频率（特征峰）；
2019年9月25日星期三
8
表 某些键的伸缩力常数（毫达因/埃）1N = 105dyn(cm·g·s-2)
键类型 力常数 峰位
—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。
吸收；当浓度较大时，发生缔合作用（羟基是强极性基团，容 易形成氢健等），峰形较宽。
注意区分
—NH伸缩振动：
3500 3100 cm-1
2019年9月25日星期三
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（2）饱和碳原子上的—C—H
—CH3 —CH2— —C—H
2960 cm-1 反对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动 2930 cm-1 反对称伸缩振动 2850 cm-1 对称伸缩振动 2890 cm-1 弱吸收
第四章 红外吸收光
谱分析法
infrared absorption spectroscopy，IR
第一节 红外光谱分析基 本原理
第二节 红外光谱与分子 结构
第三节 红外分光光度计
第四节 红外谱图解析
第五节 激光拉曼光谱分 析法
1 2019年9月25日星期三
第一节 红外光谱分 析基本原理
principle of IR
右两图上为谐振子的势能曲线，下图为 HCl的势能曲线；两图中横坐标代表核 心间距r，纵坐标表示势能，表达式如上 ，由上式可见，势能曲线为抛物线；由 两图可见，两条曲线在振幅较小、相互 较靠近、核间距为re时势能值最小；当 振幅增大时HCl分子的实际势能随着原 子核间距的增大而增大，核间距增大到 一定值以后，核间引力不复存在，分子 发生解离，此时势能值为常数。
(4)1200 670 cm-1 X—Y伸缩， X—H变形振动区
2019年9月25日星期三
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二、分子结构与吸收峰
molecular structure and absorption peaks
1． X—H伸缩振动区（4000 2500 cm-1 ）
（1）—O—H 3650 3200 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
苯衍生物在 1650 2000 cm-1 出现 C-H和C=C键的面内 变形振动的泛频吸收（强度弱），可用来判断取代基位置。
2000
1600
2019年9月25日星期三
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（3）C=O （1850 1600 cm-1 ） 碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。
饱和醛(酮)1740-1720 cm-1 ；强、尖；不饱和向低波数移动； 醛、酮的区分？
2019年9月25日星期三
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红外光谱与有机化合物结构
红外光谱图： 纵坐标为吸收强度，
横坐标为波长λ （ m ） 和波数1/λ 单位：cm-1 可以用峰数，峰位， 峰形，峰强来描述。
应用：有机化合物的结构解析。 定性：基团的特征吸收频率； 定量：特征峰的强度；
2019年9月25日星期三
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二、红外吸收光谱产生的条件
例： 2800 3000 cm-1 —CH3 特征峰； 1600 1850 cm-1 — C=O 特征峰；
基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：
—CH2—CO—CH2— —CH2—CO—O— —CH2—CO—NH—
1715 cm-1 1735 cm-1 1680 cm-1