光谱解析
《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
四大光谱法的解析原理及规律
四大光谱法的解析原理及规律在检测领域，有四大名谱，也是检测领域的“四大天王”分别为色谱、光谱、质谱、波谱，在检测特色和适用范围上各有不同，但总有一款适合你！质谱：分析分子、原子、或原子团的质量的，可以推测物质的组成，一般用于定性分析较多，也可定量。
色谱：是一种兼顾分离与定量分析的手段，可分辨样品中的不同物质。
光谱：定性分析，确定样品中主要基团，确定物质类别。
从红外到X射线，都是光谱，其应用范围差别很大，是对分子或原子的光谱性质进行分析解析的。
波谱：通常指四大波谱，核磁共振（NMR）,物质粒子的质量谱-质谱（MS）,振动光谱-红外/拉曼(IR/Raman）,电子跃迁-紫外（UV）。
光谱分析法光谱分析由于每种原子都有自己的特征谱线，因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成和相对含量。
光谱分析时，可利用发射光谱，也可以利用吸收光谱。
这种方法的优点是非常灵敏而且迅速。
某种元素在物质中的含量达10皮克，就可以从光谱中发现它的特征谱线，因而能够把它检查出来。
光谱的分类按波长区域不同，光谱可分为红外光谱、可见光谱和紫外光谱。
按产生的本质不同，可分为原子光谱和分子光谱。
按产生的方式不同，可分为发射光谱、吸收光谱和散射光谱。
按光谱表现形态不同，可分为线光谱、带光谱和连续光谱。
分光光谱技术可用于：通过测定某种物质吸收或发射光谱来确定该物质的组成；通过测量适当波长的信号强度确定某种单独存在或其他物质混合存在的一种物质的含量；通过测量某一种底物消失或产物出现的量同时间的关系，示踪反应过程。
鉴定分子式、结构式的方法紫外光谱：反应分子中共轭体系状况；红外光谱：光能团鉴定、分子中环、双键数目。
光谱法的优缺点（1）分析速度较快原子发射光谱用于炼钢炉前的分析，可在l～2分钟内，同时给出二十多种元素的分析结果。
（2）操作简便有些样品不经任何化学处理，即可直接进行光谱分析，采用计算机技术，有时只需按一下键盘即可自动进行分析、数据处理和打印出分析结果。
各种光谱分析解读
各种光谱分析解读光谱分析是一种科学技术，通过研究物质与光的相互作用，可以从中获取物质的结构、性质和组成信息。
光谱分析包括多种方法和技术，其中常用的有紫外可见光谱、红外光谱、核磁共振光谱、拉曼光谱和质谱等。
下面将对这些光谱分析方法做一些解读。
紫外可见光谱（UV-Vis）紫外可见光谱是通过检测物质吸收或散射紫外可见光而获得的。
这种方法对于研究有机物和无机物的电子转移、共振结构等有很大的应用价值。
通过紫外可见光谱可以了解物质的电子能级分布、化学键的性质和分子的色彩等。
红外光谱（IR）红外光谱是通过检测物质对红外辐射的吸收而获得的。
红外光谱可以分析物质的官能团、分子结构和立体构型。
不同官能团和化学键对红外光谱会有不同的吸收峰，通过对红外光谱的解析和比较，可以推断物质的组成和结构。
核磁共振光谱（NMR）核磁共振光谱是通过检测物质中核磁共振信号而获得的。
核磁共振光谱可以研究物质中的原子组成、化学环境和立体构型。
不同原子核有不同的共振频率，通过对核磁共振光谱的分析，可以确定物质中的原子种类和它们的相对数量。
拉曼光谱拉曼光谱是通过检测物质对激光散射光的拉曼效应而获得的。
拉曼光谱可以研究物质的分子振动模式和晶格振动模式等。
拉曼光谱的谱线对应于物质分子的振动能级差，通过对拉曼光谱的解析，可以了解物质的分子结构和化学键的性质。
质谱质谱是通过检测物质中离子的质量与通量的关系而获得的。
质谱可以研究物质中的原子组成、分子量和化学键的性质。
不同原子和分子具有不同的质荷比，通过对质谱的解析，可以确定物质的分子结构和化学键的类型。
有机波谱解析红外光谱课件
(3) 一些基团的特征频率(cm-1)
基团
A．烷基 C-H (伸缩)
(变形) B．烯烃
C=C-H (伸缩) C=C (伸缩) C．炔烃 ≡C-H (伸缩) C≡C (伸缩) D．芳烃 Ar-H (伸缩） C=C (骨架伸缩) E．醇、酚、羧酸 OH (醇、酚) (伸缩) OH (羧酸) (伸缩) F．醛、酮、酯、羧 C=O (伸缩) G．胺 N-H (伸缩) H．腈 C≡N (伸缩)
[(2 8 + 2) - 8 ] 2 = 5
可能的结构：
O CHO
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谱图解析的一般步骤
• 谱图解析一般先从官能团区的最强谱带开始，推 测未知物可能含有的基团，判断不可能含有的基 团．再从指纹区的谱带进一步验证，找出可能含 有基团的相关峰，用一组相关峰确认一个基团的 存在．对于简单化合物，确认几个基团之后，便 可初步确定分子结构，然后查对标准谱图核实。
(iv) 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.
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液体和溶液试样
(1) 液体池法 沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体池中， 液层厚度一般为0.01~1 mm．
(2) 液膜法 沸点较高的试样，直接直接滴在两片盐片之间，形成 液膜。
[(2 14 + 2) - 14 ] 2 = 8
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• 可能的结构： 一个苯环的不饱和度为4 (1个环，3个双键) ．化合物的 不饱和度大于4，一般就要考虑它的分子中是否有苯环 存在． 推测化合物A的结构为:
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例1. 计算化合物A (C8H8O)的不饱和度
红外光谱解析分子的主要参数是
红外光谱解析分子的主要参数是红外光谱分析是一种常用的分析技术，用于确定样品中存在的化学键和功能基团。
通过测量样品对红外光的吸收和散射，可以获得关于样品中分子结构和化学性质的信息。
红外光谱分析的主要参数包括红外光谱图谱的特征峰和其位置、强度、形状、宽度以及峰的位移等信息。
这些参数可以用来确定样品的化学成分、结构和组成，并进行定量和定性分析。
红外光谱解析的主要参数之一是波数，即红外光谱中的横坐标。
波数是以波长的倒数为单位的，通常用cm⁻¹表示。
波数与样品的分子振动频率相关，因此可以用来识别样品中的不同化学键和功能基团。
红外光谱图谱中的每个特征峰对应着样品中存在的特定化学键或功能基团，其位置和强度可以提供有关样品化学成分和结构的信息。
另一个重要的参数是吸收峰的强度，它可以反映样品中不同化学键和功能基团的含量。
吸收峰的强度与样品中特定化学键或功能基团的振动模式相关，因此可以用来进行定量分析。
吸收峰的强度还可以提供关于样品浓度和光学密度的信息，因此可以用来测定样品的含量和浓度。
红外光谱解析的另一个重要参数是峰的形状和宽度。
峰的形状可以反映样品中分子振动的对称性和共振特性，因此可以用来确定样品中化学键和功能基团的立体构型。
峰的宽度可以提供有关分子振动和相互作用的信息，例如样品中存在的分子内和分子间的相互作用、溶剂效应和温度效应等。
此外，红外光谱解析还可以通过分析峰的位移和形态变化来反映样品中分子的结构和环境。
峰的位移可以反映样品中不同功能基团的化学环境和相互作用，例如取代基团的影响、氢键的形成等。
峰的形态变化可以反映样品中分子结构和构象的变化，例如转变、构象间的互变等。
总之，红外光谱解析的主要参数包括波数、吸收峰的强度、峰的形状和宽度、峰的位移和形态变化等。
这些参数可以用来确定样品的化学成分、结构和组成，并进行定量和定性分析。
通过对这些参数的分析和解释，可以获得关于样品的化学性质和分子结构的深入了解，为化学和分子领域的研究和应用提供重要的信息和数据支持。
手把手教你红外光谱谱图解析
手把手教你红外光谱谱图解析一、红外光谱的原理[1]1. 原理样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，是振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，透过率T%对波数或波长的曲线，即为红外光谱。
辐射→分子振动能级跃迁→红外光谱→官能团→分子结构2.红外光谱特点红外吸收只有振-转跃迁，能量低；除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；特征性强，可定性分析，红外光谱的波数位置、波峰数目及强度可以确定分子结构；定量分析；固、液、气态样均可，用量少，不破坏样品；分析速度快；与色谱联用定性功能强大。
3.分子中振动能级的基本振动形式红外光谱中存在两类基本振动形式：伸缩振动和弯曲振动。
图一伸缩振动图二弯曲振动二、解析红外光谱图1.振动自由度振动自由度是分子独立的振动数目。
N个原子组成分子，每个原子在空间上具有三个自由度，分子振动自由度F=3N-6(非线性分子)；F=3N-5(线性分子)。
为什么计算振动自由度很重要，因为它反映了吸收峰的数量，谱带简并或发生红外非活性振动使吸收峰的数量会少于振动自由度。
U=0→无双键或环状结构U=1→一个双键或一个环状结构U=2→两个双键，两个换，双键+环，一个三键U=4→分子中可能含有苯环U=5→分子中可能含一个苯环+一个双键2.红外光谱峰的类型基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从基态跃迁至第一振动激发态产生的吸收峰，基频峰的峰位等于分子或者基团的振动频率，强度大，是红外的主要吸收峰。
泛频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动激发态等高能态时产生的吸收峰，此类峰强度弱，难辨认，却增加了光谱的特征性。
特征峰和指纹峰：特征峰是可用于鉴别官能团存在的吸收峰，对应于分子中某化学键或基团的振动形式，同一基团的振动频率总是出现在一定区域；而指纹区吸收峰特征性强，对分子结构的变化高度敏感，能够区分不同化合物结构上的微小差异。
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。
光谱分析法概论(共76张PPT)全
(2) 红外非活性振动：振动过程中分子偶极矩不发生变化。
（或说偶极矩变化为0），正负电荷重心重合 r = 0 因为µ= q·r = 0 ，Δµ= 0；红外线是个交替磁场，若
Δµ= 0，则不产生吸收。
(3) 仪器分辨率太弱。 (4) 峰太弱。
☆产生红外光谱两个必要条件：
苯环和发色团相连，使E2和B带均长移, ε大 E2，K 带合并，有的就称为K带
基本原理和基本概念
苯的乙醇溶液
基本原理和基本概念 (四)影响因素 溶剂效应 ① n→π* 极性 短移 π→π* 极性 长移 ②影响吸收强度
③影响精细结构：苯在乙醇中（极性） 精细结构消失
基本原理和基本概念
基本原理和基本概念
3080-3030 cm-1 re 平衡位置原子间距离 差频峰： ν1-ν2 亚甲基的伸缩振动形式示意图
即：不对称分子，Δµ大
质谱法
确定分子的原子组成、相对分子质量、分子
式和分子结构。经常与UV、IR及NMR等配合 运用。
光学分析仪器的基本组成
紫外光谱 Ultraviolet absorption spectra
3. n→π* :含有杂原子的不饱和基团，近紫外区， ε很小 例如：-C=O: ,-C≡N:
4. n→σ* :远紫外区，含有杂原子的饱和基团， 例如：-OH,-NH2,-X,-S
σ→σ*> n→σ*≥π→π*> n→π*
基本原理和基本概念
（二）紫外光谱中常用术语
生色团 — 结构中有π→π*或 n→π*的基团，
50 ~ 500 µm 远红外(far-infrared)
红外光区的划分与跃迁类型
注意波数和波长的换算关系
如何进行红外光谱解析
如何进行红外光谱解析红外光谱解析是一种广泛应用于化学、生物、材料科学等领域的测试技术，通过分析物质在红外光波段的吸收和散射特性，可以获得物质的结构信息、成分组成以及其他相关性质。
本文将介绍红外光谱解析的基本原理、实验操作步骤以及数据分析方法，帮助读者了解如何进行红外光谱解析。
一、基本原理红外光谱解析的基本原理是物质分子在吸收红外光时，会发生振动和转动，并发生状态之间的转变。
这些振动和转动产生的谐振频率，与分子内部的键长、键角等结构参数有关，因此可以通过测量红外光谱图谱来了解物质的结构特征。
二、实验操作步骤1. 仪器准备：将红外光谱仪连接电源并打开。
根据待测物的性质，选择适当的样品盒（液态或固态）和检测模式（透射或反射）。
2. 样品处理：对于液态样品，取少量样品加入透射池中，移除气泡并将其密封；对于固态样品，将样品压制成片或粉碎并放置在反射盒中。
3. 启动仪器：根据仪器操作手册，进行光谱仪的启动和样品检测参数的设置。
4. 开始检测：点击仪器软件上的“开始”按钮，红外光谱仪开始发送红外光，并通过探测器接收返回的信号。
5. 数据采集：红外光谱仪会将接收到的信号转化为电信号，并通过数据采集软件记录下来。
采集过程通常需要数秒至数分钟。
6. 数据处理：获取红外光谱图谱后，使用特定的数据处理软件进行谱图展示和数据分析。
三、数据分析方法1. 谱图展示：使用数据处理软件将红外光谱图谱进行展示，在横轴上表示波数，纵轴表示吸收强度。
确保谱图的分辨率和信噪比足够高，以保证后续的数据分析准确性。
2. 峰值鉴定：根据谱图上的吸收峰，确定物质的各种官能团或键的存在。
通过比对已知物质的红外光谱数据库，寻找吸收峰的对应官能团或键。
3. 定量分析：利用谱图上的吸收峰的强度，可以进行物质的定量分析。
通过校正曲线或比色法等方法，计算物质的浓度或含量。
4. 结构确定：根据红外吸收峰的波数和强度，可以获得物质的结构信息。
通过对比不同官能团或键的红外吸收谱图，推测和确认物质的结构特征。
红外光谱分析方法
ν C O 1235 cm 1
该化合物为结构 2
练习
(书后P276题15) (书后P276题15)
ν φ H 3030
ν
as CH 3
ν C =(芳) 1588 , 和1471 1494 C
2925
as δ CH 3
s δ CH 3 1380 1442 ν C N 1303, 1268
γ φ H 748cm1 (单)
ν NH 3430 , (双) 3300
δ NH 2 1622
续前
解: U = 2 + 2 × 7 + 1 9 = 4 推测可能含苯环 2 3030 cm 1 可能为ν φ H
1588 , 和1471cm 1 1494 (三峰) 可能为ν C =(芳环) C 748cm 1 (单峰) 可能为γ φ H (双取代)
否定结构 4
续前
综上所述,峰归属如下 :
ν φ H 3060 ,3040 和3020 cm 1
1584 和 1493 cm 1 ν C =(芳环) 1600 , C
γ φ H (单取代) 756 和 702 cm 1 (双峰) ν CH 2 2938 ,2918 和 2860 cm 1 δ CH 2 1452 cm 1
图示
图示
二,IR光谱解析实例 IR光谱解析实例
练习 : 某化合物C9H10O,其IR光谱主要吸收峰位为3080, 某化合物C ,其IR光谱主要吸收峰位为3080, 3040,2980,2920,1690( ),1600,1580,1500, 3040,2980,2920,1690(s),1600,1580,1500, 1370,1230,750,690cm1370,1230,750,690cm-1,试推断分子结构 解: U = 2 + 2 × 9 10 = 5 可能含有苯环 2 1 1690 cm 强吸收 为ν C =O 3080 ,3040 cm 1有吸收 可能为ν φ H
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§15.4 光谱与光谱分析
【考点提示】：了解光谱和光谱分析的初步知识。
【知识要点】：每种元素的原子发出的光具有自己的特征，研究物体的发光，就可以了解它的元素组成即化学组成，光谱学就是研究不同物质发光和吸收光的情况。
1、分光镜：观察光谱的工具。
构造：平行光管、三棱镜、望远镜筒、标度管。
原理：平行光管的进光狭缝S处在透镜的焦点上，光线经过透镜后变成平行光射到三棱镜上，经三棱镜后不同频率的光有不同的偏折，通过望远镜放大观察光谱的像。
摄谱仪：在L2和L3之间放一底片。
平行光管的作用：
三棱镜的作用：
望远镜筒的作用：
2、发射光谱：发光物体直接产生的光谱。
①连续光谱：炽热的固体、液体及高压气体产生由连续分布的一切波长的光组成。
如：白炽灯、、蜡烛火焰、高压水银灯、铁水等。
②明线光谱（线状谱）：稀薄气体发光产生的光谱，是由一些不连续的亮线组成。
如：光谱管中稀薄气体发光、把固态或液态物质放到煤气灯上或电弧上烧、日光灯、霓虹灯。
原子光谱（明线光谱的另一种名称）：当原子从高能级跃迁到低能级时，辐射光子的能量等于前后两个能级差，由于原子能级的不连续，所以辐射的光子的能量也不连续，从光谱上看原子辐射光波的频率只有若干分立的值。
由于不同原子的结构不同，能级也就各不相同，它们可能辐射的光子也就具有不同的波长。
各种元素都有一定的线状谱，元素不同，线状谱不同，称为原子光谱。
每种元素的原子只能发出某些特定波长的光谱线，这些谱线称为元素的特征谱线。
3、吸收光谱：连续谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱。
产生：高温固体发出的白光，通过温度较低的气体后形成的光谱，在连续谱的背景上出现暗线，这些暗线与该气体的线状谱的亮线相对应。
如：白光通过钠蒸气，出现两条挨得很近的暗线，波长与钠蒸气发射光谱中的两条亮线位置相对应。
4、光谱分析：根据光谱来鉴别物质和确定物质的化学组成，原因是每种元素都有自己的特征谱线，线状谱与吸收光谱可用于光谱分析。
灵敏度为10-10克含量，迅速、准确。
铷和铯的发现是光谱分析的应用。
例：用太阳光谱分析太阳大气层中含有的物质
【例1】
【例2】关于光谱和光谱分析，下列说法中正确的是（）
A．太阳光谱和白炽灯光谱都是连续谱
B．霓虹灯和煤气灯火焰中燃烧的钠蒸气产生的光谱都是明线光谱
C．进行光谱分析时，只能用明线光谱
D．对月光作光谱分析可以确定月亮的化学组成
【例3】下列说法中正确的是：（）A．对烧红的铁块发出的光做光谱分析，会发现其光谱只分布在连续光谱中红光所在部分；B．人工控制核聚变的一个可能实现途径是利用强激光产生的高温高压引起核聚变
C．发生沙尘暴，天空变黄变暗是因为只有波长较长的一部分可见光才能到达地面的原故；D．如果地球表面没有大气层，太阳照亮地球的范围要比有大气层时略大些。