红外分光光度法 (3)
中国药品检验标准操作规范2010年版26红外分光光度法
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-1,0.78~2.5μm），中红外区（4000~400cm-1,2.5~25μm）和远红外区（400~10cm-1,25~1000μm）。
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，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）、记录装置和数据处理系统组成，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。
红外分光光度法
专题陈述小组：第二组
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背景知识
红外光谱（infrared spectrophotometry)鉴别法 红外光谱法是一种专属性很强，应用较广（固体、 液体、气体样品）的鉴别方法。主要用于组分单 一、结构明确的原料药，特别适合于用其他方法 不易区分的同类药物，如磺胺类、甾体激素类和 半合成抗生素类药品。
红外分析技术的应用已从最早的农业、食品品质分析逐步向 石油化工、制药、高分子、烟草、微生物发酵、纺织等行业 的质量控制、品质保证和在线分析方面拓展,其重要性越来越 受到这些行业的重视,逐步成为这些领域的主要质量控制手段。
缺点
1 不适合分析含水样品，因为水中的羟基峰对测定 有干扰； 2 定量分析时误差大，灵敏度低，故很少用于定量 分析； 3 在图谱解析方面主要靠经验
2 . 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0.01~1mm。 （2） 液膜法
沸点较高的试样，直接滴在两片盐片之间，形成液膜。 对于一些吸收很强的液体，当用调整厚度的方法仍然得不
到满意的谱图时，可用适当的溶剂配成稀溶液进行测定。一 些固体也可以溶液的形式进行测定。常用的红外光谱溶剂应 在所测光谱区内本身没有强烈的吸收，不侵蚀盐窗，对试样 没有强烈的溶剂化效应等。
实物图及工作原理图
红外分光光度计最重 要的性能指标是分辨率和 波数准确度与重复性。
仪器的分辨率和波数 准确度的高低决定了红外 吸收光谱仪性能的优良与 否，此二项指标，可用聚 苯乙烯薄膜来检验。
四、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。
仪器分析：红外分光光度法(IR)概述
红外分光光度法（IR）
一、概述
将分子吸收红外光的情况用仪器记录就得到该试样的红外吸收 光谱图，利用光谱图中吸收峰的波长、强度和形状来判断分子 中的基团，对分子进行结构分析。常用于中药化学成分的结构 分析。
仪器分析
红外分光光度法（IR）
红外分光光度法（IR）
一、概述
区间：λ为0.75-1000μm或σ(波数)为10-13300cm-1
近红外：0.75-2.5μm
中红外：2.5-25μm
远红外：25-1000μm
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仪器分析
红外分光光度法（IR）概述
仪器分析
红外分光光度法（IR）
目
录
Contents
1 2 3 4
概述 IR光谱产生 IR光谱表示法 影响因素
仪器分析
红外分光光度法（IR）
红外分光光度法（IR）
一、概述
红外吸收光谱法简称红外光谱法。当一定频率（能量）的红外 光照射分子时，如果分子中某个基团的振动频率和外界红外辐 射频率一致时，光的能量通过分子偶极矩的变化而传递给分子， 这个基团就吸收一定频率的红外光，产生振动跃迁。
红外分光光度法
红外分光光度法2015年版《药典》四部通则0402红外分光光度法是在4000～400cm-1波数范围内测定物质的吸收光谱，用于化合物的鉴别、检查或含量测定的方法。
除部分光学异构体及长链烷烃同系物外，几乎没有两个化合物具有相同的红外光谱，据此可以对化合物进行定性和结构分析；化合物对红外辐射的吸收程度与其浓度的关系符合朗伯-比尔定律，是红外分光光度法定量分析的依据。
仪器及其校正可使用傅里叶变换红外光谱仪或色散型红外分光光度计。
用聚苯乙烯薄膜（厚度约为0.04mm）校正仪器，绘制其光谱图，用3027cm-1, 2851cm-1，1601cm-1，1028cm-1，907cm-1处的吸收峰对仪器的波数进行校正。
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。
用聚苯乙烯薄膜校正时，仪器的分辨率要求在3110～2850cm-1范围内应能清晰地分辨出7个峰，峰2851cm-1与谷2870cm-1之间的分辨深度不小于18%透光率，峰1583cm-1与谷1589cm-1之间的分辨深度不小于12%透光率。
仪器的标称分辨率，除另有规定外，应不低于2cm-1。
供试品的制备及测定通常采用压片法、糊法、膜法、溶液法和气体吸收法等进行测定。
对于吸收特别强烈、或不透明表面上的覆盖物等供试品，可采用如衰减全反射、漫反射和发射等红外光谱方法。
对于极微量或需微区分析的供试品，可采用显微红外光谱方法测定。
1.原料药鉴别除另有规定外，应按照国家药典委员会编订的《药品红外光谱集》各卷收载的各光谱图所规定的方法制备样品。
具体操作技术参见《药品红外光谱集》的说明。
采用固体制样技术时，最常碰到的问题是多晶现象，固体样品的晶型不同，其红外光谱往往也会产生差异。
当供试品的实测光谱与《药品红外光谱集》所收载的标准光谱不一致时，在排除各种可能影响光谱的外在或人为因素后，应按该药品光谱图中备注的方法或各品种项下规定的方法进行预处理，再绘制光谱，比对。
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有机化合物的典型光谱
讨论典型光谱，可熟悉各种官能团的特征峰和相关峰及 其与分子结构的关系，便于解析，进行结构分析。
一、脂肪烃类
1 .烷烃 主要特征峰有： C-H: -CH3 as 2962±10cm-1(S) s 2872±10cm-1 (S) -CH2 as 2926±10cm-1(S) s 2853±10cm-1 (S) -CH 2890 ±10cm-1(m) 常被掩盖 C-H: -CH3 as 1450±20cm-1(S) s 1380~1370cm-1 (S) -CH2 1465±20cm-1(m) ~722cm-1 (m)(n4)
影响峰位的因素
1.分子内部结构因素 （1）电子效应
诱导效应---吸电子基团的诱导效应使吸收峰向高 频方向移动。例：
共轭效应---使吸收峰向低频方向移动。例：
（2）空间效应
环张力效应---当环有张力时，环内双键被消弱，其 伸缩振动频率降低； 而环外双键被增强，其伸缩振 动频率增加，峰强也增加。例：
如是线型分子，转动自由度为2（以键轴为轴的转动惯 量=0，不发生能量变化），则振动自由度为3N-5 由振动自由度可估计基频峰的可能数目。
例1：非线型分子----H2O 振动自由度=33-6=3 说明水分子有三种基本振动形
式，可能产生三个吸收峰。即
3652cm-1 3756cm-1
1595cm-1
C=O: 1623cm-1(芳酮）
分子间氢键---受浓度影响较大，随浓度变化
峰位发生变化，可利用稀释法判断分子间氢
键。
例： 醇与酚的羟基，在极稀溶液中呈游离状态。 随浓度增加分子间形成氢键而成二聚体或多 聚体。使 O-H 降低。 游离 （3640cm-1）
红外分光光度法
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二． 定量分析 优：可测定的物质范围广(较紫外与可见法) 缺：光源强度弱，测量精度低
光谱通带宽，吸收线窄，偏离吸收定律 红外吸收池光程短，红外吸收弱，灵敏度 低(摩尔吸收系数＜ 103) 样品吸收峰多，难找到不受干扰的吸收峰
（1）能斯特灯（Nernst Glower） 由稀土氧化物（含ZrO2，ThO2等）
烧结而成的棒 （2）硅碳棒（Globar）
由碳化硅烧制成的棒
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2. 吸收池 – 岩盐窗片—— NaCl（或KBr）所组成 3. 单色器
表4-2 几种红外棱镜材料及其使用范围
材料 石英
氟化锂
λ/µm
σ/cm－1
0.8~3.0 12500~3 300
– 则 1 k(m1 m2) 2c m1m2
– c光速，λ波长，σ波数 • 例：C-H键
– 高频（high frequency）区
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四.振动模式
– 多原子分子可能具有的振动数目即振动模式
– 要确定一个质点（例如原子）在空间的位置则需 要 (x、y、z)三个坐标，即每个原子在空间的运 动有三个自由度（degree of freedom）
inactive）
7
二．分子的振动类型
• 基本（简正）振动： 伸缩振动和弯曲振动
– 1、伸缩振动 stretching vibration ⑴对称 symmetric ⑵不对称 asymmetric
8
– 2、弯曲振动 bending vibration ⑴面内弯曲 面内摇摆 wagging 面内剪式 scissoring
红外分光光度法习题
1. 如何用IR光谱区别苯酚与环已醇?
C H 在哪些区段中有吸收 2 .预测 HO 峰，各属于何种振动类型?
O
6
4．下列化合物能否用IR区别？为什么？
O C CH2 CH3
O CH2 C CH3
7
O
5. 预测化合物 CH C O CH C CH 在IR哪些区段有 吸收峰？各属于什么振动类型？
3 2
2930 2960 1718
未知物红外光谱图
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（1）该化合物是脂肪族还是芳香族？ （2）是醇吗？ （3）是醛、酮、羧酸吗？ （4）是否含有双键或三键？
9
某化合物结构式如下,试简要画出其IR图
CH3 HO C H
O C H
10
某化合物结构式如下,试简要画出其IR图
O CH3 C O CH2 C CH
1
3．分子式为C9H9ClO3的化合物其不饱和度为( ) A6 B5 C4 D2 4．CO2分子对称伸缩振动时没有偶极矩这一事实 表明该分子是( ) A 以配价键结合 B 角形的 C 以共价键结合的 D 线性并且对称的 5．多原子分子有四种振动形式，一般来说，吸收 峰强度最大的振动形式是( ) Aγ Bδ C νs D νas
11
3
指出下列化合物中羰基频率的顺序
O
O
Fቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
O
（1） CH3 A
C
CH3
C
H
CH3
C
Cl
B
C ）
红外分光光度计使用的检测器是（
A 光电管 B 光电倍增管 C 真空热电偶 D 光电池
4
同一分子中某基团，其各振动形式的频率大 小顺序为（ ） A γ>β>ν D β>ν>γ B γ<β<ν C β>γ>ν
最新-红外分光光度法 精品
红外分光光度法【要求】1．了解红外分光光度计的基本结构。
2．熟悉红外吸收峰产生的原因及影响因素。
3．熟悉各类有机化合物的吸收光谱。
4．掌握红外吸收光谱图解析方法。
【内容】一、概述红外光谱区域是0.76-500μm。
红外吸收光谱的表示方法有T—λ曲线和T—σ曲线。
红外分光光度法的特点：⑴红外光谱图具有高度特征性，可用作定性依据。
⑵适应性广，不受物质状态的性质的限制。
⑶不需特殊的手段和试剂，样品可直接测定。
⑷样品用量少，只需几毫克—几微克。
⑸不易作含水样品的分析。
⑹定量分析灵敏度差，准确度低，主要用于定性分析。
二、基本原理㈠振动能级（产生红外吸收曲线和的原因）：当分子受到一定频率红外照射后，分子吸收为能量，从振动能级基态跃迁到激发太，振辐增大，分子位能增大,在红外吸收谱图上，就产生了一个峰。
㈡振动形式：1．伸缩振动2．变曲振动㈢振动自由度（基频峰数目）：1．非线性分子：f＝3N－62．线性分子：f＝3N－5㈣基频峰与泛频峰（红外吸收峰数目）：1．分子振动形式不同，但振动频率相同，在谱图上，两种不同振动形式产生的峰的峰位相同，即只出一个峰，这种现象叫简异。
2．分子振动时，若偶极矩变化为零，属于红外非活性振动，不能产生红外吸收峰。
㈤产生红外吸收的必要条件：1．吸收适当频率红外线，产生振动功能级跃迁。
υL＝υ△V2．振动过程中△μ≠0，即属红外活性振动。
㈥特征峰与相关峰1．特征峰：在红外吸收光谱中，凡可用于鉴别官能团存在的吸收峰，称为特征吸收峰，简称特征峰或特征频率。
2．相关峰：在红外吸收光谱中，由一个官能团所产生的一组相互依存的特征峰，称为相关吸收峰，简称相关峰。
3．特征区与指纹区㈦吸收峰位置及影响因素：1．内部因素：如：诱导效应、共轭效应、氢键等。
2．外部因素：如：溶剂影响、温度影响等。
㈧吸收峰的强度：用绝对强度，摩尔吸光系数ε描述，以ε大小分为非常强谱带、中等强度谱带等。
三、红外分光光度计了解色散型红外分光光度计个部分结构，如：光源、色散元件、检测器、吸收池等，熟悉干涉型红外分光光度计的特点。
考研分析化学红外分光光度法解答
第十四章红外分光光度法第一节概述（一）红外线的区划红外线：波长大于0.76μm，小于500μm（或1000μm）的电磁波称为~习惯上将红外线分为三个区域：近红外区（0.76μm~2.5μm），OH、NH、CH键的倍频吸收区中红外区（2.5μm~50μm），振动，伴随着转动（基本振动区）远红外区（50μm~5000（或1000μm）），转动三种波长范围的红外线，引起三种类型的能级跃迁红外光谱：由分子的振动、转动能级引起的光谱，称为中红外吸收光谱，简称红外吸收光谱或红外光谱远红外光谱及微波谱：由分子的纯转动能级跃迁所引起的光谱称为~红外吸收光谱法：利用样品的红外吸收光谱进行定性、定量分析及测定分子结构的方法，或称红外分光光度法，简称红外光谱法（二）红外吸收光谱的表示方法T-λ曲线，T-σ曲线T-λ曲线“前密后疏”T-σ曲线“前疏后密”这是因为前者是波长等距，后者是波数等距目前的红外光谱采用波数为横坐标波数为波长的倒数，在红外光谱中波长的单位用微米（μm），波数的单位用cm-1，1μm=10-4cmσ（cm-1）=104/λ（μm）波数：表示每1cm距离内包含多少个波长（三）红外吸收光谱与紫外吸收光谱的区别1 起源不同紫外光谱与红外光谱都属于分子吸收光谱，但起源不同1 电子能级跃迁紫外线波长短、频率高、光子能量大，能引起分子外层电子的能级跃迁，虽伴有振动及转动能级跃迁，因能级差较小，常被淹没，除某些化合物（苯）蒸汽的紫外光谱，会显现振动能级跃迁外，一般不显现因此紫外吸收光谱属电子光谱2 振动-转动能级跃迁红外线的波长比紫外线长，光子能量比紫外线小得多，只能引起分子的振动能级并伴随转动能级的跃迁因而中红外光谱是振动-转动光谱2 适用范围不同1 紫外吸收光谱法：只是用于研究芳香族或具有共轭结构的不饱和芳香族化合物及某些无机物，不适用于饱和有机化合物红外吸收光谱法：不受此限，在中红外区，能测得所有有机化合物的特征红外光谱，红外光谱还可以用于研究某些无机物2 紫外分光光度法：测定对象的物态为溶液及少数物质的蒸汽红外分光光度法：测定气、液及固体样品，并以固体样品最为方便3紫外分光光度法：用于定量分析及测定某些化合物的类别红外分光光度法：用于定性鉴别及测定有机化合物的分子结构3 特征性不同红外光谱的特征性比紫外光谱强紫外光谱主要是分子的π电子或n电子跃迁所产生的吸收光谱，因此多数紫外光谱比较简单，特征性较差红外吸收光谱是振动-转动光谱，每个官能团都有几种振动形式，在中红外区相应产生几个吸收峰，光谱复杂，特征性强，除了个别化合物外，每个化合物都有其特征红外光谱，因而红外光谱是定性鉴别的有力手段（四）用途红外分光光度法的用于可概括为：定性鉴别、定量分析、结构分析等可提供化合物具有什么官能团、化合物类别（脂肪族、芳香族）、结构异构、氢键、某些链状化合物的链长等信息，是分子结构研究的主要手段之一第二节基本原理一条红外吸收曲线，可由吸收峰的位置（λmax或σmax）及吸收强度（ξ）来描述一、振动能级与振动光谱由于分子的振动能级差大于转动能级差，因此在分子发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随着转动能级的跃迁，因而无法测得纯振动光谱由于振动能级是量子化的，则所吸收的光子的能量hνL必须恰等于振动能级的能量差，即hνL=△EvνL=ν·△V σL=σ·△V若把双原子分子视为谐振子，吸收红外线而发生能级跃迁时所吸收的红外线频率（νL），只能是谐振子振动频率（ν）的△V倍二、振动形式双原子分子只有一类振动形式：伸缩振动多原子分子有两类振动形式：伸缩振动、弯曲振动振动形式可以了解吸收峰的起源振动形式的数目，有助于了解基频峰的可能数目（一）伸缩振动伸缩振动：键长沿键轴方向发生周期性的变化称为~多原子分子（或基团）的每个化学键可以近似地看做一个谐振子伸缩振动的振动形式可分为两种：1 对称伸缩振动2 不对称伸缩振动或称反称伸缩振动除CH2及CH3以外，凡含有两个或两个以上相同键的基团也都有对称及反称两种伸缩振动形式化合物中含有两个相邻相同的官能团，也有对称伸缩振动和反称伸缩振动两种形式（二）弯曲振动弯曲振动：使键角发生周期性变化的振动称为~（或称为变形振动）弯曲振动分为：面内、面外、对称弯曲振动、不对称弯曲振动1 面内弯曲振动：在由几个原子所构成的平面内进行的弯曲振动，称为~按振动形式，面内弯曲振动可以分为：剪式振动、面内摇摆振动两种组成为AX2的基团或分子易发生此类振动（1）剪式振动：在振动过程中键角的变化类似剪刀“开”“闭”的振动（2）面内摇摆振动：基团作为一个整体，在平面内摇摆2 面外弯曲振动：在垂直于由几个原子所组成的平面外进行的而弯曲振动称为~（1）面外摇摆振动：两个X同时向面上或向面下的振动（2）蜷曲振动：一个X向面上，另一个X向面下的振动3 变形振动AX3基团或分子的弯曲振动分为两种：（1）对称变形振动在振动过程中，三个AX键与轴线组成的夹角α对称的缩小或增大（2）不对称变形振动在振动过程中，二个α角缩小，一个α角增大，或相反的振动（三）振动自由度双原子分子只有一种振动形式——伸缩振动基本振动的数目称为振动自由度，即分子的独立振动数在中红外区，光子的能量较小，不足以引起分子的电子能级跃迁只需考虑分子中三种运动形式的能量变化：平动、振动、转动的能量变化分子的平动能改变，不产生光谱转动能级跃迁产生远红外光谱，不在中红外光谱的讨论范围，因此应扣除这两种运动形式N个原子有3N个独立运动方向，分子有三个平动自由度在非线性分子中，分子由三个转动自由度，剩下3N-6个振动自由度在线性分子中，分子有两个转动自由度，剩下3N-5个振动自由度由振动自由度数可以估计基频峰的可能数目三、基频峰与泛频峰在红外光谱上，从吸收峰的峰位（即所吸收红外线的频率）与基团的振动频率（或称基本振动频率）之间的关系，可以分为基频峰和泛频峰（一）基频峰基频峰是红外光谱上最重要的一类吸收峰1 简并某些振动虽然振动形式不同，但是振动频率相等2 红外非活性振动红外非活性振动：不能吸收红外线发生能级跃迁的振动称为~，反之称为红外活性振动红外非活性振动的原因：振动过程中分子的偶极矩不变只有偶极矩有变化的振动过程，才能吸收红外线而发生能级跃迁这是因为红外线是具有交变电场和磁场的电磁波，不能与非电磁分子或基团发生振动耦合（共振）的缘故红外线不能将振动过程中无偶极矩变化的分子或基团激发3 仪器的分辨率不高，一些弱峰仪器检测不出来等原因某基团和或分子的基本振动吸收红外线而发生能级跃迁，必须满足两个条件：1振动过程△μ≠02 必须服从νL=ν·△V的关系（二）泛频峰倍频峰：在红外吸收光谱上，除基频峰外，还有振动能级由基态（V=0）跃迁至第二振动激发态（V=2）、第三激发态（V=3）....等现象，所产生的吸收峰称为~二倍频峰、三倍频峰等统称为倍频峰三倍频峰及三倍以上，因跃迁几率很小，一般都很弱，常观测不到由于分子的非谐振性质，位能曲线中的能稽查并非等距，V越大，间距越小倍频峰的频率并非是基频峰的整数倍，而是略小一些倍频峰、合频峰、差频峰统称为泛频峰取代苯的泛频峰出现在2000~1667cm-1（5~6μm）的区间，主要由苯环上碳-氢面外弯曲的倍频峰等构成，特征性很强，可用于鉴别苯环上的取代位置四、特征峰与相关峰（一）特征峰（特征频率）官能团的存在与吸收峰的存在相对应，因此可用一些易辨认、有代表性的吸收峰来确认官能团的存在凡是可用于鉴别官能团存在的吸收峰，称为特征吸收峰，简称特征峰或特征频率（二）相关峰多数情况一个官能团有数种振动形式，而每一种红外活性振动，一般相应产生一个吸收峰，有时还能观测到泛频峰，因而常常不能由单一特征峰肯定官能团的存在相关峰：由一个官能团，所产生的一组相互依存的特征峰，可称为相关吸收峰，简称~相关峰的数目与基团的活性振动数及光谱的波数范围有关用一组相关吸收峰确定一个官能团的存在，是光谱解析的一条重要原则五、吸收峰的位置吸收峰的位置或称峰位通常用σmax（或νmax、λmax）表示，即前述振动能级跃迁时所吸收的红外线的波数σL（或频率νL、波长λL）对基频峰而言，σmax=σ，基频峰的峰位即基团或分子的基本振动频率其他峰，σmax=σ△V每种基频峰都在一段区间内出现，这是因为虽是同一种基团、同一种振动形式的跃迁，但在不同的化学环境中所受的影响不同，而使吸收峰的位置有所改变基频峰的位置主要由四方面因素所决定：化学键两端原子的质量、化学键力常数、内部影响因素、外部影响因素（一）基本振动频率1 基本振动频率的计算公式：K为化学键力常数，是将化学键两端的原子由平衡位置拉长0.1nm后的恢复力称为~化学键力常数越大，表明化学键的强度越大K越大，折合质量越小，谐振子的振动频率越大双原子基团的基本振动频率与化学键力常数及折合质量有关，即基频峰的峰位与K和u有关同类原子组成的化学键，力常数越大，则基本振动频率越大比较不同原子组成的化学键，则需看力常数与折合质量哪一个是主要矛盾由于氢原子的原子量最小，故所有含氢原子单键的基频峰，都出现在中红外光谱上的高频区2 基频峰的分布图1）折合质量越小，伸缩频率越高2）折合质量相同的基团，伸缩力常数越大，伸缩振动基频峰的频率越高3）折合质量相同时，ν>β>γ，因为它们的力常数依次减小（二）影响因素1 内部因素主要是结构因素，如相邻基团的影响及空间效应1）诱导效应吸电子的诱导效应，常使吸收峰向高频方向移动2）共轭效应共轭效应的存在使吸收峰向低频方向移动3）氢键氢键的形成使伸缩振动频率降低分子内氢键缔合作用的一种形式，由于分子内氢键的形成，往往对谱带位置有极明显的影响，但它不受浓度的影响，有助于结构分析分子间氢键受浓度的影响较大，随浓度的稀释吸收峰位置改变可观测稀释过程峰位是否变化，来判断是分子间氢键还是分子内氢键4）杂化影响在碳原子的杂化轨道中s成分增加，键能增加，键长变短，C-H伸缩振动频率增加碳-氢伸缩振动频率是判断饱和氢与不饱和氢的重要依据，不饱和碳氢的伸缩振动频率大于3000cm-12 外部因素主要是溶剂、仪器色散元件、温度的影响溶剂影响：极性基团的伸缩频率，常随溶剂的极性增大而降低通常是因为极性基团与溶剂间生成氢键的缘故，形成氢键的能力越强，降低越多（三）特征区和指纹区1 特征区特征区：习惯上把4000~1250cm-1(2.5~8.0μm)区间称为特征频率区，简称~特征区的吸收峰较疏，易辨认主要包括：1 含有氢原子的单键2 各种三键及双键的伸缩振动的基频峰3 含氢单键的面内弯曲振动的基频峰羰基峰时红外吸收光谱上最受重视的吸收峰之一2 指纹区指纹区：1250~200cm-1（8.0~50μm）的低频区称为~指纹区的红外线的能量比特征频率区低所出现的谱带起源于：各种单键的伸缩振动、多数基团的弯曲振动两个结构相近的化合物的特征频率区可能大同小异，只要它们的化学结构上存在着微小差别，指纹区一般就有较明显的不同但是含碳较多的直链烷烃，碳数差别较小时，指纹区也无明显差别六、吸收峰的强度吸收峰的强度：是讨论一条吸收曲线上吸收峰（谱带）的相对强度或摩尔吸光系数与什么有关的额问题，而不是讨论浓度与吸光度之间的关系在红外分光光度法中，浓度与吸光度的关系与可见-紫外吸收光谱法一致，仍然服从Lambert-Beer定律1跃迁几率：跃迁过程中激发态分子占总分子的百分数，称为~谱带的强度即跃迁几率的量度跃迁几率与振动过程中偶极矩的变化有关，偶极矩变化越大，跃迁几率越大，谱带强度越大偶极矩的变化与键的偶极矩及振动形式有关在一定测定条件下，一个化合物的各基团的各种振动能级的跃迁几率恒定在不考虑相邻基团的相互抵消前提下，键的偶极矩越大，伸缩振动过程偶极矩变化越大振动过程偶极矩的变化还与分子结构的对称性有关，对称性越强，变化越小，完全对称，变化为零2谱带强度的划分：红外吸收光谱上的吸收峰高、矮，可以说明相对吸光强度谱带的绝对强度，需用摩尔吸光系数来描述用ε将红外吸收光谱的谱带强度区分为五级：非常强谱带（vs）ε>100强谱带(s) 20~100中等强度谱带(m) 10~20弱谱带(w) 1~10非常弱谱带(vw) <1第四节红外分光光度计及制样分光器：将复光分解为单色光的仪器称为~光度计：测量光强的仪器分光光度计：兼有分光器和光度计两种性能的仪器称为~按工作波长范围的不同，分为：紫外-可见、红外分光光度计仪器发展大体历经三个阶段：主要区别是单色器第一代仪器为棱镜红外分光光度计第二代仪器为光栅红外分光光度计第三代仪器为干涉调频分光傅里叶变换红外分光光度计一、光栅红外分光光度计光栅红外分光光度计，属于色散型一起，其色散元件为光栅按仪器的平衡原理可以分为：光学平衡式、电学平衡式红外分光光度计由：光源、吸收池（或固体样品框）、单色器、检测器、记录装置五个基本部分组成1 辐射源（光源）凡能发射连续波长的红外线，强度能满足需要的物体，均可为红外光源一般分为：碳硅棒、Nernst灯、特殊线圈Nernst灯低温时不导电2 色散元件目前多用反射光栅当红外线照射至光栅表面时，由反射线间的干涉作用而形成光栅光谱，各级光谱相互重叠，为了获得单色光，必须滤光由于一级光谱最强，故常滤去二级、三级光谱3 检测器常用检测器为：真空热电偶、Golay池热电偶：是利用不同导体构成回路时的温差现象，将温差转变为电位差的装置4 吸收池分为：液体池、气体池，分别用于液体样品与气体样品为了使红外线能透过，吸收池都具有岩盐窗片吸收池不用时需在保干器中保存(1)液体池分为固定池、密封池、可拆卸池可拆卸池：只能用于定性分析（2）气体池可用减压法将气体装入样品池中测定，气体池常用的光径为50mm及100mm多次反射气体池：测量低浓度、弱吸收气体样品，沸点较低的液体样品气体池在药物分析中很少应用二、干涉分光型红外分光光度计检测器多用热电型硫酸三甘肽（TGS）、光电导型检测器三、仪器性能红外分光光光度计的性能指标有分辨率、波数的准确度与重复性、透过率或吸光度的准确度与重复性仪器的最主要指标：I0线的平直度，检测器的满度能量输出1 分辨率（分辨本领）：在某波数处恰能分开两个吸收峰的波数差为指标2 波数准确度与重复性波数准确度：仪器测定所得波数与文献值比较之差称为~波数重复性：多次重复测量同一样品，所得同一吸收峰波数的最大值与最小值之差称为~波数准确性关系测得光谱峰位的正确性，直接影响光谱解析四、制样气、液、固态样品皆可测定其红外光谱，但以固态样品最方便对样品的主要要求：1样品的纯度需大于98%，以便于纯化合物光谱对照2 样品应不含水分，若含水（结晶水、游离水）则对羟基峰有干扰样品更不得是水溶液若制成溶液，需用符合光谱波段要求的溶剂配制（一）固态样品固体样品可用三种方法制样：压片法、糊剂法、薄膜法（二）液态样品可用夹片法、液体池法粘度大的样品可用涂片法第五节应用与示例一、光谱解析方法红外吸收光谱是定性分析的有力工具（一）样品的来源和性质、1 来源、纯度、灰分来源可帮助估计样品及杂质的范围纯度需大于98%，若不符合要求则需精制混合物，需经色谱分离，而后再用红外定性有灰分则含无机物2 物理化学常数样品的沸点、熔点、折光率、旋光度等，作为光谱解析的旁证3 分子式不饱和度：分子结构中达到距离饱和时所缺一价元素的“对”数每缺二个一价元素时，不饱和度为一个单位（U=1）不饱和度公式：（二）光谱解析的几种情况1 若要求判定样品是否是某物质，可采用1 已知物对照法2 对照标准光谱法3 简单化合物一般进行红外光谱解析即可判定2 新发现化合物待定结构或化合物的结构复杂，或标准光谱尚未收载，则需要进行综合光谱解析综合光谱解析：包括元素分析、UV、IR、NMR、MS(三)光谱解析程序两区域法：将光谱划分为特征区及指纹区两个区域进行解析解析方法：四先、四后、相关法遵循：先特征区、后指纹区，先最强峰、后次强峰，先粗查、后细找，先否定、后肯定的顺序以及由一组相关峰确认一个官能团存在的原则。
红外分光光度法
红外分光光度法具有非破坏性、快速、准确等优点，能够为化学分析、材料研 究、生物医学等领域提供重要的结构和组成信息。同时，随着红外光谱技术的 不断发展，其在更多领域的应用潜力将得到进一步挖掘。
02
红外分光光度法实验技术
样品制备与处理方法
01
02
03
固体样品制备
将固体样品研磨成粉末， 与干燥剂混合均匀后压制 成透明薄片。
外标法
使用已知浓度的标准品建立标准曲线，通过测量待测样品的吸收峰 强度来在标准曲线上查找对应的浓度值。
应用举例
红外分光光度法在化学、材料科学、生物医学等领域具有广泛应用， 如测定高分子材料的官能团含量、分析生物样品的化学成分等。
04
红外分光光度法在化学领 域应用
有机化合物结构鉴定
官能团鉴定
红外光谱可以提供化合物中官能团（如羟基、羰基、胺基 等）的信息，通过对特征吸收峰的识别，可以确定官能团 的存在及其类型。
水体污染物检测与治理技术探讨
水体污染物检测
红外分光光度法可用于检测水体中的多种污染物，如重金属、有 机物、营养盐等，具有灵敏度高、选择性好等优点。
污染物迁移转化研究
通过分析水体中污染物的红外光谱特征，可揭示其在环境中的迁移 转化规律，为水污染治理提供理论支持。
治理技术探讨
结合红外分光光度法检测结果，可针对性地研发和应用水污染治理 技术，提高治理效果并降低治理成本。
和应用土壤修复技术，实现土壤污染治理和生态恢复的目标。
06
红外分光光度法在生物医 学领域应用
生物组织成分鉴定及功能研究
蛋白质结构和功能分析
利用红外光谱技术可以研究蛋白质二级结构，如α-螺旋、β-折叠等，进而推断蛋白质的功能 和活性。
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1
s CH 3
2
~ 1375cm
1
s 1 CH ~ 2850 cm 2
CH ~ 720cm 1
第二节
基本原理
三、振动自由度与峰数
分子独立振动的数目，可以了解分子中可能存在的振动形式，以及可能出现 吸收峰的数目 一个原子，需用X、Y、Z表示，称为三个自由度。N个原子就是3N个自由度
2、面外弯曲振动γ：垂直于分子所在平面的一种弯曲振动 1）扭曲振动τ：振动时基团离开纸平面且方向相反的来回振动
AX 2型分子
CH 2 ~ 1250 cm1
“+”表示运动方向垂直纸面向里；“-”表示运动方向垂直纸面向外
第二节
二）、弯曲振动
基本原理
二、分子的振动形式（多原子分子）
2、面外弯曲振动
V 2 L 2 二倍频峰（V=0→V=2） 三倍频峰（V=0→V=3） V 3 L 3 合频峰 L 1 2 差频峰（即V=1→V=2，3- - -产生的峰） L 1 2第一节一、定Fra bibliotek 二、红外光的划分
概述
三、红外光谱图的表示
四、红外与紫外的区别
五、红外的用途
第一节
一、定义
概述
红外分光光度法：利用物质对红外光区电磁辐射的选择 性吸收的特性来进行结构分析、定性和定量的分析方法 称红外吸收光谱法
二、红外光的划分
近红外区：0.75～2.5µ m 中红外区：2.5～50µ m，振动伴随转动光谱 远红外区：50～1000µ m
特征性
特征性强
用途
鉴定化合物类别 鉴定官能团 推测结构
定量 推测有机化合物共轭骨架
第一节
五、红外的用途
概述
1、可以确定化合物的类别（芳香类） 2、确定官能团： 例：—CO—，—C＝C—，—C≡C— 3、推测分子结构（简单化合物） 4、定量分析
第二节
二、振动形式
基本原理
一、分子的振动和红外吸收
三、振动自由度与峰数 四、红外光谱产生的条件 五、红外光谱中吸收峰的类型 六、吸收峰的峰位及影响峰位的因素
第二节
基本原理
四、红外光谱的产生条件
1、 当红外辐射的能量与分子的振动-转动能级之间的跃迁所 需的能量相等时，才会吸收红外辐射
E h v E h 2 K
2、分子被红外光照射时其偶极矩必须有变化
0
第二节
基本原理
五、红外光谱中吸收峰的类型
1、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（即V=0 → 1产生的峰）
三、红外光谱的表示
T～λ或T～σ
T~λ曲线 →前密后疏
4 10 (cm 1 ) ( m)
T ~σ曲线 →前疏后密 以2000cm-1为界
四、IR与UV的区别
IR
起源 适用 分子振动能级伴随转动能级跃迁 所有红外吸收的有机化合物
UV
分子外层价电子能级跃迁 具n-π*跃迁有机化合物 具π-π*跃迁有机化合物 简单、特征性不强
第二节
基本原理
一、分子的振动和红外吸收
分子的振动频率大小决定于化学键的强度和原子的
质量，物质结构不同，振动频率不同。形成各具特
色的红外吸收光谱，从而做定性分析
第二节
基本原理
二、分子的振动形式（多原子分子）
一）伸缩振动 指键长沿键轴方向发生周期性变化的振动 1、对称伸缩振动 振动时各个键同时伸长或同时缩短，以νs表示
二）弯曲振动 1、面内弯曲振动
基本原理
二、分子的振动形式（多原子分子）
2）平面摇摆振动ρ：振动时基团键角不发生变化，基团作为一个整体在 分子平面内左右摇摆
AX 2型分子
CH 2 ~ 720 cm1
— (CH 2 ) n — n 4
第二节
二）弯曲振动
基本原理
二、分子的振动形式（多原子分子）
as CH 2
~ 2925 cm
第二节
二）弯曲振动
基本原理
二、分子的振动形式（多原子分子）
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）剪式弯曲振动δ：振动时键角的变化如同剪刀的开、合
AX 2型分子
CH 2 ~ 1465 20cm1
第二节
2）非平面摇摆振动ω：基团作为整体在垂直于分子对称平面的前 后摇摆，键角不发生改变
AX 2型分子
CH 2 ~ 1300 cm1
as CH 3
~ 2960 cm
1 1
as CH ~ 1450cm 1
3
as CH 2 s CH 3
~ 2925cm
~ 2870 cm
CH 2 ~ 1465 20cm1
七：吸收峰的强度及影响强度的因素
八、红外吸收光谱的重要区段
第二节
基本原理
一、分子的振动和红外吸收
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
第二节
基本原理
1 2 1 2C K
一、分子的振动和红外吸收
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
基频峰的峰位等于分子的振动频率 基频峰强度大——红外主要吸收峰
2、泛频峰
倍频峰、合频峰、差频峰的总称 倍频峰：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所产生的吸收峰 （即V=0→V=2，3- - -产生的峰）
第二节
2、泛频峰
基本原理
五、红外光谱中吸收峰的类型 泛 频 峰
K
K 为键力常数
µ 为双原子的折合质量，也 用折合原子量代替
m1 m2 m1 m2
第二节
基本原理
一、分子的振动和红外吸收
例 已知HCl的分子的K=5.1N/cm,计算HCl分子的振动频率
HCl
HCl
'
1 35.5 0.97 1 35.5
5.1 1302 2985 cm1 0.97
AX 2型分子
AX 3型分子
1
s CH 2
~ 2850 cm
s CH 3
~ 2870cm
1
第二节
一）伸缩振动 2、不对称伸缩振动
基本原理
二、分子的振动形式（多原子分子）
振动时有的键伸长，有的键缩短。以νas表示
AX 2型分子
AX 3型分子
1 as 1 CH ~ 2960 cm 3
线性分子的转动自由度只有两个
第二节
基本原理
三、振动自由度与峰数 注意: 振动自由度反映吸收峰数量 并非每个振动都产生基频峰 吸收峰数常少于振动自由度数
水分子——非线性分子
F 3 3 6 3
CO2分子 ——线性分子
F 3 3 5 4
• •
吸收峰数少于振动自由度的原因： 发生了简并——即振动频率相同的峰重叠 红外非活性振动