红外光谱解析法
《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
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
43
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。
14
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。
红外光谱图解析方法大全
红外光谱图解析大全一、预备知识(1)根据分子式计算不饱和度公式：不饱和度Q = n4+1+(n3-n i)/2 其中：n4：化合价为4价的原子个数(主要是C原子),n3：化合价为3价的原子个数(主要是N原子),n i:化合价为1价的原子个数(主要是H,X原子)(2)分析3300~2800cm-1区域C-H伸缩振动吸收；以3000 cm-1为界：高于3000cm-1 为不饱和碳C-H 伸缩振动吸收，有可能为烯，炔，芳香化合物；而低于3000cm-1 一般为饱和C-H 伸缩振动吸收；(3)若在稍高于3000cm-1有吸收，则应在2250~1450cm-1频区，分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰，其中炔2200~2100 cm-1，烯1680~1640 cm-1 芳环1600,1580,1500,1450 cm-1若已确定为烯或芳香化合物，则应进一步解析指纹区，即1000~650cm-1的频区，以确定取代基个数和位置(顺、反，邻、间、对)；( 4)碳骨架类型确定后,再依据官能团特征吸收，判定化合物的官能团；( 5)解析时应注意把描述各官能团的相关峰联系起来，以准确判定官能团的存在，如2820, 2720和1750~1700cm-1的三个峰，说明醛基的存在。
二、熟记健值1. 烷烃：C-H 伸缩振动( 3000-2850cm-1) C-H 弯曲振动( 1465-1340cm-1) 一般饱和烃C-H 伸缩均在3000cm-1 以下，接近3000cm-1 的频率吸收。
2. 烯烃：烯烃C-H 伸缩(3100~3010cm-1)，C=C 伸缩(1675~1640 cm-1)，烯烃C-H 面外弯曲振动( 1000~675cm-1)。
3. 炔烃：炔烃C-H伸缩振动(3300cm-1附近)，三键伸缩振动(2250~2100cm-1)。
4. 芳烃：芳环上C-H 伸缩振动3100~3000cm-1, C=C 骨架振动1600~1450cm-1, C-H 面外弯曲振动880~680cm-1。
红外吸收光谱分析法FTIR
光谱解析难度大
红外光谱的复杂性较高，需要专业的 知识和技能进行解析，对分析人员的 要求较高。
仪器成本高
FTIR仪器的制造成本较高，使得其普 及和应用受到一定限制。
测试时间较长
与一些其他分析方法相比，FTIR的测 试时间可能较长，需要更多的时间来 完成分析。
未来发展前景
提高检测灵敏度和分辨率 通过改进仪器性能和技术，提高 FTIR的检测灵敏度和分辨率，使 其能够更好地应用于微量样品和 高精度分析。
环境监测
FT-IR可以用于环境监测领域， 如气体分析、水质分析、土壤
分析等。
02 ftir仪器组成
光源
光源是红外傅里叶变换红外光 谱仪（ftir）中的重要组成部分， 负责提供足够能量和合适波长 的红外辐射。
常见光源有硅碳棒、陶瓷气体 放电灯、远红外激光等。
光源的选择直接影响ftir的灵敏 度和分辨率，因此需要根据实 验需求选择合适的光源。
小型化和便携化 为了方便现场快速检测和实时监 测，FTIR仪器的小型化和便携化 成为一个重要的发展方向。
拓展应用领域 随着FTIR技术的不断成熟和普及， 其应用领域将会进一步拓展，包 括生物医学、环境监测、食品安 全等领域。
智能化和自动化 通过引入人工智能和自动化技术， 实现FTIR分析的智能化和自动化， 提高分析效率和准确性。
基频峰
分子振动能级跃迁产生的谱线，是红外光谱中最 强的峰。
特征峰
与分子中特定化学键或振动模式对应的峰，可用 于鉴定化合物结构。
谱图解析方法
峰位置分析
通过分析峰的位置，确定特定化学键或基团的存在。
峰强度分析
通过分析峰的强度，了解分子中特定化学键或基团的相对含量。
峰形分析
红外光谱、核磁和质谱解析方法
红外光谱解析方法1、分子式不饱和度的计算:Ω不饱和度就是分子结构中达到饱和所缺的一价原子的“对”数，N4、N3、N1分别为分子式中四价、三价及一价元素的数目 2、例4：计算黄酮化合物（C16H10O2）的不饱和度分子结构因为双键为9个。
环数为3，所以不饱和度为12。
例1 某无色或淡黄色液体，具有刺激味，沸点为145.5℃，分子式为C8H8，其红外光谱如图14-29，试判断其结构解：（1）Ω=（2+2×8-8）/2=5，可能有苯环（2）特征区第一强峰1500cm-1粗查：1500~1675cm-1，为νC=C振动区1500cm-1可能为苯环的骨架振动特征峰。
细找：按基团查附录、芳香烃类栏，根据该表所提供的数据找到未知的光谱上取代苯的五种相关峰。
①νФ-H3090、3060及3030cm-1②泛频峰2000-1667cm-1的峰形为单取代峰形③νC=C苯环骨架振动1600、1575、1500及1450cm-1共振环④δф-H1250-1000cm-1出现弱峰⑤γф-H 780及690cm-1（双峰）单取代苯（3）特征区第二强峰1630cm-1粗查：该峰可能起源于νC=C，因苯环已确定，故初步指认为烯烃。
细查：查附录一：（二）烯烃类栏，同样找到烯烃的四种相关峰。
①ν=CH3090、3060及3030cm-1②νC=C1630m-1③δ=CH1430-1290cm-1，出现中强峰④γ=CH990及905cm-1（双峰）落在单取代范围内第二强峰归属：乙烯基单取代。
未知物可能结构，苯乙烯。
4、查标准光谱与Sadtler光谱的81K苯乙烯的光谱完全一致。
结论：未知物为苯乙烯。
核磁共振氢谱的解析核磁共振谱能提供的参数主要是化学位移,原子核的裂分峰数,偶合常数以及各组峰的峰面积积分高度等.一、峰面积与氢核数目的关系（一）峰面积1.概念：在1H-NMR，各吸收峰覆盖的面积。
2.决定因素：峰面积与引起该吸收的氢核数目成正比。
红外光谱仪的操作方法和光谱解析技巧
红外光谱仪的操作方法和光谱解析技巧红外光谱仪作为一种常用的分析仪器，广泛应用于化学、生物、材料等领域的研究与实验中。
它通过检测物质分子吸收红外辐射的特征波长，可以获得物质的结构、组成以及化学键的类型等信息。
本文将介绍红外光谱仪的操作方法和光谱解析技巧，帮助读者更好地理解和应用这一重要的分析技术。
一、红外光谱仪的操作方法1. 样品制备在进行红外光谱测试前，首先需要将待测样品制备成适合于测试的形式。
常见的方法包括将样品制成固体片、涂在红外透明晶体上、溶解在透明溶剂中等。
制备好的样品应注意避免杂质污染和其他外界因素的干扰。
2. 仪器准备在使用红外光谱仪前，需要对仪器进行一系列的准备工作。
这包括检查光谱仪的光源、光学器件、检测器等部件是否正常，是否需要进行校准和调试。
此外，仪器所需的气体、溶剂和试剂也需要提前准备好，以确保测试的顺利进行。
3. 基线扫描在进行具体的样品测试前，需要进行基线扫描。
基线扫描是指在没有样品的情况下，检测仪器的背景信号并进行调整。
通过基线扫描可以消除仪器本身的漂移和背景噪声，确保后续测试的准确性和可靠性。
4. 样品测试样品测试是红外光谱仪的核心步骤。
在进行测试前，需要将待测样品放置在仪器的透明样品室中，并确保样品与光路的光线垂直相交。
然后，启动仪器进行光谱扫描。
在扫描过程中，可以选择适当的扫描速度和光谱范围，以满足实验的需求。
完成测试后，应将样品从样品室中取出，并妥善保存或处理。
5. 数据处理在测试结束后，需要对获得的红外光谱数据进行处理和分析。
常见的数据处理方法包括光谱峰位计算、光谱峰面积计算、光谱峰强度比较等。
这些分析方法可以帮助我们进一步了解样品的结构与组成信息，并提取关键的光谱特征。
二、光谱解析技巧1. 动态范围选择光谱的动态范围是指仪器可以测量的最大和最小吸光度差值。
在进行光谱测量时，应根据样品的吸光度水平选择合适的动态范围。
若动态范围过大，可能导致样品信号过饱和；而动态范围过小，则可能无法准确测量低吸光度物质的信号。
红外光谱样品调制及图谱解析技巧
C CH3 O
CH3
H3C
CH3 C
O
CH3
CH3
1686
1693
(7) 互变异构的影响
显示：各种异构体的吸收带。如乙酰乙酸乙 酯有酮式和烯醇式结构，可以看到烯醇式的羰基 吸收较酮式的弱,说明烯醇式较少.
CH3-CO-CH2-COO-C2H5→CH2-C(OH)=CH-COO-C2H5
“π-π”共轭和“p-π”共轭。 基团与给电子基团共轭，使基团的吸收频率降低
如：化合物 υC=O/cm-1
CH3-CO-CH3 1715
CH3-CH=CH-CO-CH3 1677
Ph-CO-Ph 1665
(3) 振动偶合与费米（Feimi）共振
如果一个分子内邻近的两个基团位置很靠近， 它们的振动频率几乎相同，并有相同的对称性， 就会偶合产生两个吸收带，这叫振动偶合。在 许多化合物中都可以发生这种现象。（6种情 况）
•非破坏性
3、液体样品的制备
（1）、 沸点较高，粘度较大的液体样品，取2mg或 一滴样品直接涂在KBr窗片上进行测试
（2）、 沸点较低及粘度小、流动性较大的高沸点液 体样品放在液体池中测试
（3）、液体池是由两片KBr窗片和能产生一定厚度的 垫片所组成 切记不得有水
液体池的安装过程
4、气体样品的制备
● 了解样品来源、样品理化性质、其他分析数 据、样品重结晶溶剂及纯度。（样品合格）
● 排除可能出现的“假谱带”，常见的有： 水的吸收，在3400、1640和650cm-1；
CO2的吸收，在2350和667cm-1
未知化合物结构解析
1. 计算不饱和度
2. 官能团搜索
4-3红外光谱解析
面外变形（=C-H） 1000-700 cm-1 （有价值）
（=C-H）
R1
H
CC
970 cm-1（强）
H
R2
R1
R3 CC
790-840 cm-1
R2
H （820 cm-1）
R1
R2 （=C-H）
H
CC H
800-650 cm-1 （690 cm-1）
R1 C C H 990 cm-1
H
H 910 cm-1 （强）
1195 cm-1
C H3 C C H3 CH
3
1405-1385cm-1 1372-1365cm-1
1:2 1250 cm-1
c) CH2面外变形振动—(CH2)n—，证明长碳链的存在。 n=1 770~785 cm-1 （中 ） n=2 740 ~ 750 cm-1 （中 ）
n=3 730 ~740 cm-1 （中 ） n≥ 720 cm-1 （中强 ）
1300cm-1 ~ 910 cm-1区域是C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、 P-O、Si-O等单键的伸缩振动、C=S、S=O、P=O等双键 的伸缩振动、部分含氢基团的变形振动吸收。
910 ~ 650 cm-1区域是烯烃、芳烃的C-H的面外弯曲振动吸 收位置，对结构敏感，吸收峰可用来确认化合物的顺反构 型或苯环的取代类型。
第三节 红外光谱解析
一、官能团区和指纹区
红外光谱
官能团区：4000~1300cm-1（1350） 2.5~7.7μm
指纹区：1300~600cm-1（1350~650） 7.7~16.7μm
官能团区：X-H的伸缩振动以及各种双键、叁键的伸缩 振动吸收峰出现的区域，此区域内峰较稀疏，是鉴定 工作最有价值的区域。
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如何分析一张已经拿到手的xx谱图呢？
你可以按如下步骤来：
（1）首先依据谱图推出化合物碳架类型：
根据分子式计算不饱和度，公式：
不饱和度＝F+1+(T-O)/2其中：
F：
化合价为4价的原子个数（主要是C原子），
T：
化合价为3价的原子个数（主要是N原子），
O：
化合价为1价的原子个数（主要是H原子），
例如：
比如苯：
C6H6，不饱和度＝6+1+（0-6）/2＝4，3个双键加一个环，正好为4个不饱和度；
（2）分析3300~2800cm^-1区域C-H伸缩振动吸收；以3000 cm^-1为界:
高于3000cm^-1为不饱和碳C-H伸缩振动吸收，有可能为烯,炔,芳香化合物,而低于3000cm^-1一般为饱和C-H伸缩振动吸收；
（3）若在稍高于3000cm^-1有吸收,则应在2250~1450cm^-1频区，分析不饱和碳碳键的伸缩振动吸收特征峰，其中：
炔2200~2100 cm^-1
烯1680~1640 cm^-1
芳环1600,1580,1500,1450 cm^-1
若已确定为烯或芳香化合物，则应进一步解析指纹区，即1000~650cm^-1的频区,以确定取代基个数和位置（顺反，邻、间、对）；
（4）碳骨架类型确定后,再依据其他官能团,如C=O, O-H, C-N 等特征吸收来判定化合物的官能团；
（5）解析时应注意把描述各官能团的相关峰联系起来，以准确判定官能团的存在,如2820，2720和1750~1700cm^-1的三个峰，说明醛基的存在。
至此，分析基本搞定，剩下的就是背一些常见常用的健值了！
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1.烷烃：
C-H伸缩振动（3000-2850cm^-1）
C-H弯曲振动（1465-1340cm^-1）
一般饱和烃C-H伸缩均在3000cm^-1以下，接近3000cm^-1的频率吸收。
2.烯烃：
烯烃C-H伸缩（3100~3010cm^-1）
C=C伸缩(1675~1640 cm^-1)
烯烃C-H面外弯曲振动（1000~675cm^1）。
3.炔烃：
伸缩振动（2250~2100cm^-1）
炔烃C-H伸缩振动（3300cm^-1附近）。
4.芳烃：3100~3000cm^-1芳环上C-H伸缩振动
1600~1450cm^-1 C=C骨架振动
880~680cm^-1 C-H面外弯曲振动
芳香化合物重要特征:
一般在1600，1580，1500和1450cm^-1可能出现强度不等的4个峰。
880~680cm^-1,C-H面外弯曲振动吸收,依苯环上取代基个数和位置不同而发生变化,在芳香化合物红外谱图分析中,常常用此频区的吸收判别异构体。
5.醇和酚：
主要特征吸收是O-H和C-O的伸缩振动吸收，
O-H 自由羟基O-H的伸缩振动：3650~3600cm^-1,为尖锐的吸收峰，
分子间氢键O-H伸缩振动：3500~3200cm^-1,为宽的吸收峰；
C-O 伸缩振动:
1300~1000cm^-1
O-H 面外弯曲:
769-659cm^-1
6.醚:
特征吸收:
1300~1000cm^-1的伸缩振动,
脂肪醚:
1150~1060cm^-1一个强的吸收峰
芳香醚：
两个C-O伸缩振动吸收：1270~1230cm^-1（为Ar-O伸缩）
1050~1000cm^-1（为R-O伸缩）
7.醛和酮:
醛的主要特征吸收:
1750~1700cm^-1（C=O伸缩）
2820，2720cm^-1（醛基C-H伸缩）
脂肪酮:
1715cm^-1,强的C=O伸缩振动吸收,如果羰基与烯键或芳环共轭会使吸收频率降低
8.羧酸:
羧酸二聚体:
3300~2500cm^-1宽,强的O-H伸缩吸收
1720~1706cm^-1 C=O吸收
1320~1210cm^-1 C-O伸缩
920cm^-1成键的O-H键的面外弯曲振动
9.酯:
饱和脂肪族酯(除甲酸酯外)的C=O 吸收谱带:
1750~1735cm^-1区域
饱和酯C-C(=O)-O谱带:1210~1163cm^-1区域,为强吸收
10.胺：3500~3100 cm^-1, N-H伸缩振动吸收
1350~1000 cm^-1, C-N伸缩振动吸收
N-H变形振动相当于CH2的剪式振动方式,其吸收带在:
1640~1560cm^-1,面外弯曲振动在900~650cm^-1.
11.腈:
腈类的光谱特征:
三键伸缩振动区域,有弱到中等的吸收
脂肪族腈2260-2240cm^-1
芳香族腈2240-22cm^-1
12.酰胺:
3500-3100cm^-1 N-H伸缩振动
1680-1630cm^-1 C=O伸缩振动
1655-1590cm^-1 N-H弯曲振动
1420-1400cm^-1 C-N伸缩
13.有机卤化物:
C-X 伸缩脂肪族
C-F 1400-730 cm^-1
C-Cl 850-550 cm^-1
C-Br 690-515 cm^-1
C-I 600-500 cm^-1
xx特征吸收巧记歌(转)
用通俗易懂的形式将官能团的特征吸收总结归纳,
有用请支持.
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。
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。
识图先学饱和烃，三千以下看峰形。
2960、2870是甲基，
2930、2850xx。
1470碳氢弯，1380甲基显。
二个甲基同一碳，1380分二半。
面内摇摆720，长链亚甲亦可辨。
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。
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。
1110醚链伸，注意排除酯酸醇。
若与π键紧相连，二个吸收要看准，1050对称峰，1250反对称。
苯环若有甲氧基，碳氢伸展2820。
次甲基二氧连苯环，930处有强峰，环氧乙烷有三峰，1260环振动，
九百上下反对称，八百左右最特征。
缩醛酮，特殊醚，1110非缩酮。
酸酐也有C－O键，开链环酐有区别，开链强宽一千一，环酐移至1250。
羰基伸展一千七，2720定醛基。
吸电效应波数高，共轭则向低频移。
xx促使振动快，环外双键可类比。
二千五到三千三，羧酸氢键峰形宽，920，钝峰显，羧基可定二聚酸、
酸酐千八来偶合，双峰60严相隔，链状酸酐高频强，环状酸酐高频弱。
羧酸盐，偶合生，羰基伸缩出双峰，1600反对称，1400对称峰。
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。
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；
碳氮伸展酰胺III，1400强峰显。
胺尖常有干扰见，N－H伸展三千三，叔胺无峰仲胺单，伯胺双峰小而尖。
1600碳氢弯，芳香xx胺千五偏。
八百左右面内摇，确定最好变成盐。
伸展弯曲互靠近，伯胺盐三千强峰宽，
仲胺盐、叔胺盐，2700上下可分辨，亚胺盐，更可怜，2000左右才可见。
硝基伸缩吸收大，相连基团可弄清。
1350、1500，分为对称反对称。
氨基酸，成内盐，3100～2100峰形宽。
1600、1400酸根展，
1630、1510碳氢弯。
盐酸盐，羧基显，钠盐蛋白三千三。
矿物组成杂而乱，振动光谱远红端。
钝盐类，较简单，吸收峰，少而宽。
注意羟基水和铵，先记几种普通盐。
1100是硫酸根，1380硝酸盐，1450碳酸根，一千左右看磷酸。
硅酸盐，一峰宽，1000真壮观。
勤学苦练多实践，xx识谱不算难。