红外光谱分析-第3节_红外光谱仪器
红外光谱
CH2振动类型及自由度
as > s > i > o.o.p
高频 低频
峰数往往少于基本振动数目（振动自由度）， 原因有以下几点：
红外各种峰之间的关系 基频峰：1、2、 3、4、5 倍频峰：2 1、22、 2 3、24 合频峰：1+2、 21+2、 1+22 差频峰： 1-2、 21-2、 1-3
完全一致则判定可能为同一种化合物。
2，无标准品，但有标准图谱时，则可按名称、分子式 索引查找核对，但必须注意测定仪器与测定条件是否 一致。
二 鉴定未知结构的官能团
1, 在确定特征官能团时,应尽量找到其相关峰 CH3: 1380, ~2960, ~2870,1470~1430cm-1
2, 注意各基团的相互影响因素
组 频 峰…
CO2振动自由度=3x3-3-2=4
CO2分子的基本振动形式及IR光谱
（红外非活性振动） （简并）
2349 cm-1
667cm-1
3、分子偶极变化与峰强
3.1
3.2 决定峰强的因素
（1） 振动过程中偶极矩的变化：基频峰的强度主要取决于振 动过程中的偶极矩的变化。 偶极矩的影响因素：
究分子的转动光谱以及重原子成键的振动等。
双原子分子的振动----简谐振动：
2 多原子分子的振动类型和振动自由度
1）振动类型：两大类。
2）振动自由度与峰数
振动自由度：基本振动的数目。
分子自由度数（3N）= 平动自由度 + 转动自由度 + 振动自由度 N：分子中原子个数
振动自由度=分子自由度数（3N）- (平动自由度 + 转动自由度)
下列化合物(A)与（B)在C-H伸缩区域中有何区别？
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。
红外吸收光谱分析
基团频率区旳划分
分区根据：因为有机物数目庞大，而构成有
机物旳基团有限；基团旳振动频率取决于K 和
m，同种基团旳频率相近。
划分措施
氢键区 ❖基团特征频率区 叁键区和累积双键区
双键区
❖指纹区
单键区
区域名称 频率范围
基团及振动形式
氢键区 4000～2500cm-1 O－H、C－H、N－H
等旳伸缩振动
叁键和
溶剂效应，极性基团旳伸缩振动频率随溶剂旳极性增 大而降低，但其吸收峰强度往往增强，一般是因为极 性基团和极性溶剂之间形成氢键旳缘故，形成氢键旳 能力越强吸收带旳频率就越低。如丙酮在环己烷中νC=O 为1727cm-1 ，在四氯化碳中为1720cm-1 ，在氯仿中为 1705cm-1 。
分子振动旳自由度
• 电子效应
①诱导效应 ②共轭效应
• 空间效应
①空间位阻 ②环张力
• 氢键
• 二.外部原因
• ①物态效应 • ②溶剂效应
❖电子效应
（1）诱导效应 经过静电诱导作用使分子中 电子云分布发生变化引起K旳变化，从而影 响振动频率。 如 C＝O
吸电子诱导效应使羰基双键性增长，振动频 率增大。
（2）共轭效应 共轭效应使共轭体系中
Varian 680-IR
• 日本岛津： • 傅立叶变换红外光谱仪 IRAffinity-1 • 高信噪比：30,000:1 以上；配置自动除湿装
置，易于维护；外形小巧，占地面积小；标配 杂质分析程序；多种附件能够选择。 • 傅立叶变换红外光谱仪 IRPrestige-21 • 研究级傅立叶红外光谱仪。 • 岛津红外显微镜系统 AIM-8800 • 具有AIM VIEW先进控制系统；具有高敏捷度 旳不需维护旳MCT检测器；多种附件使应用范 围进一步扩展。
仪器分析-红外吸收光谱法
第 6 章红外吸收光谱法6.1 内容提要6.1.1 基本概念红外吸收光谱——当用红外光照射物质时，物质分子的偶极矩发生变化而吸收红外光光能，有振动能级基态跃迁到激发态（同时伴随着转动能级跃迁），产生的透射率随着波长而变化的曲线。
红外吸收光谱法——利用红外分光光度计测量物质对红外光的吸收及所产生的红外光谱对物质的组成和结构进行分析测定的方法，称为红外吸收光谱法。
振动跃迁——分子中原子的位置发生相对运动的现象叫做分子振动。
不对称分子振动会引起分子偶极矩的变化，形成量子化的振动能级。
分子吸收红外光从振动能级基态到激发态的变化叫做振动跃迁。
转动跃迁——不对称的极性分子围绕其质量中心转动时，引起周期性的偶极矩变化，形成量子化的转动能级。
分子吸收辐射能（远红外光）从转动能级基态到激发态的变化叫做转动跃迁。
伸缩振动——原子沿化学键的轴线方向的伸展和收缩的振动。
弯曲振动——原子沿化学键轴线的垂直方向的振动，又称变形振动，这是键长不变，键角发生变化的振动。
红外活性振动——凡能产生红外吸收的振动，称为红外活性振动，不能产生红外吸收的振动则称为红外非活性振动。
诱导效应——当基团旁边连有电负性不同的原子或基团时，通过静电诱导作用会引起分子中电子云密度变化，从而引起键的力常熟的变化，使基团频率产生位移的现象。
共轭效应——分子中形成大键使共轭体系中的电子云密度平均化，双键力常数减小，使基团的吸收频率向低波数方向移动的现象。
氢键效应——氢键使参与形成氢键的原化学键力常数降低，吸收频率将向低波数方向移动的现象。
溶剂效应——由于溶剂（极性）影响，使得吸收频率产生位移现象。
基团频率——通常将基团由振动基态跃迁到第一振动激发态所产生的红外吸收频率称为基团频率，光谱上出现的相应的吸收峰称为基频吸收峰，简称基频峰。
振动偶合一一两个相邻基团的振动之间的相互作用称为振动偶合。
基团频率区一一红外吸收光谱中能反映和表征官能团（基团）存在的区域。
红外光谱
—CH2—
—C—H
2930 cm-1
c=
1 k k 9.6 v 1307 1307 16 2c m m 12 / 2
1
1 k k 9.6 v 1307 1307 1650 2c m m 12 / 2
K单位为毫达因/埃，相当于105达因 cm-1
1
1 ν 2πc
k 1307 (cm 1 ) ' A' /N A r A r N A 105 ); N A 6.02 6 .23 1023 )
~ = 104/ (mm) ν ~ ν
(4000-400 cm-1 )
T(%)
50
苯乙烯
0 4000 3000 2000
~
1500 (cm-1)
1000
500
红外光谱图：纵坐标为吸光度A或透过率T，横坐标为波长λ(μm ) 或波数1/λ(cm-1)，可以用峰数，峰位，峰形，峰强来描述。
（一）红外光谱产生的条件
2229cm-1
3． 双键伸缩振动区（ 1900 1350 cm-1 ）
（1） RC=CR’ 1680 1620 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（1600 1580 cm-1 和 1500-1450） 一般1600 cm-1峰较弱，而1500 cm-1峰较强，是有无芳 环的重要标志，吸收峰位置比较稳定，但芳环取代后 峰会发生位移。 芳环取代的倍频峰出现在2000-1668 cm-1，强度弱，但 很特征。
红外光谱仪器器器操作说明书
红外光谱仪器器器操作说明书红外光谱仪器操作说明书一、引言红外光谱仪器是一种用于物质分析的关键仪器，它能够通过检测和分析样品所吸收或散射的红外辐射，从而获得有关样品结构和成分的信息。
本操作说明书旨在为用户提供准确、规范的操作指南，以确保正确和安全地使用红外光谱仪器。
二、仪器概述红外光谱仪器由以下几个主要部分组成：1. 光源：产生红外光谱所需的辐射光。
2. 样品室：放置样品的空间，确保样品的稳定性和准确性。
3. 检测器：用于测量样品吸收或散射的红外辐射。
4. 光谱仪控制系统：控制和管理仪器的运行，包括调节光源、检测器和样品室等。
5. 数据处理和分析软件：实时显示、记录和分析红外光谱数据。
三、安全操作指南1. 电源和电源线：在使用红外光谱仪器之前，请确保电源和电源线没有任何破损或松动。
避免任何湿润环境使用。
2. 样品室开启与关闭：在进行样品更换或清洁时，务必确保仪器已经关闭并断开电源，以免发生任何意外事故。
3. 避免直接触摸样品：由于手部的油脂和其他污染物会影响红外光谱的准确性，应该避免直接触摸样品。
使用化学手套和吸管等工具进行样品处理。
4. 样品处理区域的清洁：保持样品处理区域的整洁，并及时清洁并更换使用过的消耗品。
四、操作流程1. 打开仪器：确保电源已连接并插头插入工作室电源插座，打开主电源开关。
然后按下仪器界面上的开机按钮，等待仪器启动。
2. 校准仪器：使用校准样品校准仪器，确保仪器测量结果的准确性。
按照仪器操作界面的提示进行校准操作。
3. 放置样品：打开样品室，并使用样品架将样品放置在样品室中心位置。
4. 选择光谱扫描模式：根据需要选择仪器的不同光谱扫描模式，如透射模式或反射模式。
5. 开始扫描：点击仪器操作界面上的开始按钮，仪器会自动进行红外光谱扫描。
扫描完成后，仪器会显示红外光谱曲线。
6. 数据处理与分析：将仪器采集的数据导入数据处理和分析软件中进行进一步的数据处理和分析，如峰值识别和定量分析等。
红外光谱分析
2、双原子分子的振动
（1）谐振子的振动
将双原子看成质量为m1和m2的两个小球，把链 接它们的化学键看作质量可以忽略的弹簧，那么原 子在平衡位置附近的伸缩振动，可以近似看成一个 简谐振动。
μ——原子折合质量 k——弹性模量或键力常数，与键能和键长有关，单位 N/cm。
分子的振动能量（量子化）： E振=（υ+1/2）h， υ=0，1，2，3，… ；
光谱 电子光谱 振动光谱
转动能级 最小 0.001-0.05 远红外和微波区 转动光谱
电子光谱包括振－转动光谱，因此紫外可见光谱带最宽， 红外吸收谱带较宽，而转动光谱的吸收带较锐（近似线吸 收）； 分子红外吸收光谱主要为振－转动光谱，根据能量不同：
远红外区： 对应分子的转动吸收 中红外区： 对应分子的振动吸收 近红外区： 对应分子的倍频吸收（从基态－－第二或第三振动态）
但分子的转动是与振动有联系的。因此，分子的纯转动光 谱只有在气态时能观察到一系列精细的转动结构。对于液态、 固态分子，在红外分析图上观察不到一系列精细的转动光谱， 因而一般将红外光谱称为分子的振动光谱。
4、多原子分子的振动
（1）振动分类 ①伸缩振动：原子沿化学键的轴向方向的伸展和收缩（以υ表 示）。振动时，键长变化，键角不变。根据各原子的振动方向 不同，又可分为对称伸缩振动(υs)和不对称伸缩振动（υas).
中红外光谱区可分成两个区域： 4000cm-1-1600cm-1：基团频率区 1600cm-1－650cm-1：为指纹区
基团频率区为官能团的伸缩振动吸收带，容易辨认。可进
一步分为三个区域。
指纹区内除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生的谱
带。当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异。 指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助，而且可以作
红外吸收光谱分析法 红外谱图解析
顺式烯 乙烯基烯 亚乙烯基烯
08:12:21
R1 H R1 H R1 R2
1660cm-1
1660-1630cm-1
中强，尖
总结
ⅰ 分界线1660cm-1 ⅱ 顺强，反弱
ⅲ 四取代（不与O，N等相连）无υ
ⅳ 端烯的强度强
（C=C）峰
ⅴ共轭使υ
下降20-30 cm-1 （C=C）
H C C R R1 C C R2
08:12:21
υ υ
C C
2140-2100cm-1 （弱） 2260-2190 cm-1 （弱）
C C
c)C-H 变形振动(1000-700 cm-1 )
面内变形（=C-H）1400-1420 cm-1 （弱） 面外变形（=C-H） 1000-700 cm-1 （有价值）
R1 H R1 R2 R1 R2 C C R4
O—H，C—O
a)-OH 伸缩振动(>3600 cm-1) b)碳氧伸缩振动(1100 cm-1)
C Cα C Cα′ C C Cα″ β
υ
（C-O）
OH
υ
游 离 仲-OH 醇， 叔-OH 酚 酚-OH 伯-OH
（—OH） 3640cm-1 3630cm-1 3620cm-1 3610cm-1
1050 cm-1 1100 cm-1 1150 cm-1 1200 cm-1
第四章 红外吸收光谱分 析法
infrared absorption spec-troscopy，IR
一、红外谱图解析
analysis of infrared spectrograph
二、未知物结构确定
structure determination of compounds
红外光谱分析实验报告
一、【实验题目】红外光谱分析实验二、【实验目的】1.了解傅立叶变换红外光谱仪的基本构造及工作原理2.掌握红外光谱分析的基础实验技术3.学会用傅立叶变换红外光谱仪进行样品测试4.掌握几种常用的红外光谱解析方法三、【实验要求】利用所学过的红外光谱知识对碳酸钙、聚乙烯醇、丙三醇、乙醇的定性分析制定出合理的样品制备方法；并对其谱图给出基本的解析。
四、【实验原理】红外光是一种波长介于可见光区和微波区之间的电磁波谱。
波长在0.78～300μm。
通常又把这个波段分成三个区域，即近红外区：波长在0.78～2.5μm（波数在12820～4000cm-1），又称泛频区；中红外区：波长在2.5～25μm（波数在4000～400cm-1），又称基频区；远红外区：波长在25～300μm（波数在400～33cm-1），又称转动区。
其中中红外区是研究、应用最多的区域。
红外区的光谱除用波长λ表征外，更常用波数（wave number）σ表征。
波数是波长的倒数，表示单位厘米波长内所含波的数目。
其关系式为：作为红外光谱的特点，首先是应用面广，提供信息多且具有特征性，故把红外光谱通称为"分子指纹"。
它最广泛的应用还在于对物质的化学组成进行分析。
用红外光谱法可以根据光谱中吸收峰的位置和形状来推断未知物的结构，依照特征吸收峰的强度来测定混合物中各组分的含量。
其次，它不受样品相态的限制，无论是固态、液态以及气态都能直接测定，甚至对一些表面涂层和不溶、不熔融的弹性体（如橡胶）也可直接获得其光谱。
它也不受熔点、沸点和蒸气压的限制，样品用量少且可回收，是属于非破坏分析。
而作为红外光谱的测定工具-红外光谱仪，与其他近代分析仪器（如核磁共振波谱仪、质谱仪等）比较，构造简单，操作方便，价格便宜。
因此，它已成为现代结构化学、分析化学最常用和不可缺少的工具。
根据红外光谱与分子结构的关系，谱图中每一个特征吸收谱带都对应于某化合物的质点或基团振动的形式。
近红外光谱分析仪
图2 滤光片近红外光谱分析仪光路图近红外光谱分析仪现代近红外光谱分析技术始于上世纪80年代末，90年代初，至今已有20余年的快速发展，该分析技术日臻成熟，已经在各个领域中发挥了巨大作用。
近红外光谱分析技术具有分析速度快、同时测量多种性质、测量精度高、操作简单、仪器种类多的特点，适合化验室、在线和现场便携等使用。
近红外光谱测量方式可归结为：透射，漫反射和衰减全反射，如图1所示。
（a ）透射 （b ）漫反射 （c ）ATR图1 近红外光谱测量方式1 常见近红外分析仪器产品种类近红外分析仪器是光谱仪器，在结构上，与紫外-可见分光光度计、红外光谱仪类似，具有光源、分光、检测和电路控制等单元。
根据分光方式，近红外光谱仪器可划分为滤光片近红外分析仪、光电发光二极管近红外分析仪、光栅扫描近红外光谱仪、傅里叶近红外光谱仪、阵列检测近红外光谱仪、声光过滤调制近红外光谱仪和MEMS 近红外光谱仪。
按照仪器用途和功能，近红外光谱仪器可分为便携近红外分析仪、实验室台式近红外光谱仪、在线近红外光谱仪以及专用分析仪。
这些光谱仪器的分光原理和功能具有显著不同，在结构、性能和用途上差别很大。
1.1 滤光片近红外分析仪光源发出的复合光中部分窄波段光通过滤光片。
不同的滤光片可提供系列窄波段，通常多达8~9种滤光片。
这类仪器结构相对简单（如图2所示），成本低，适合用于便携和专用分析仪。
虽然光谱分辨率低，但对很多应用如水分分析等，可以满足常规分析要求。
如同其他类型的近红外光谱仪，这类仪器对温度要求也非常苛刻。
1.2 光栅扫描近红外光谱仪图3 光栅扫描近红外光谱仪光路示意这是最为经典的光谱仪器，如图3所示，通过单色器（一般为光栅）将复合光色散为单色光，各单色光通过转动光栅按照波长顺序依次通过出射狭缝，通过样品，到达检测器检测。
这类仪器的光谱范围取决于选用的光栅和检测器，可以是短波（700~1100nm，硅检测器）或是长波（1100~2500nm，硫化铅，或砷镓铟）。