一、基本原理一、基本原理 二、紅外光譜儀及樣品制備技術 二、紅外光譜儀及樣品制備技術 三、影響振動頻率的因素 三、影響振動頻率的因素 四、各類有機化合物的紅外特征吸收 四、各類有機化合物的紅外特征吸收 五、紅外譜圖解析及應用 五、紅外譜圖解析及應用 一、基本原理1.1 近紅外、中紅外和遠紅外 波段名稱 波長 波數(shù)（cm-1 近紅外0.75—2.5 13300－4000 中紅外 2.5－25 4000－400 遠紅外 25－1000 400－10 1.2 紅外光譜的產(chǎn)生： 用頻率4000~400cm -1 (波長2.5~25m)的光波照射樣品, 引起分子內(nèi)振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷所產(chǎn)生的吸收光譜。 1.3波長和波數(shù) 電磁波的波長（ ）、頻率（v）、能量（E）之間的關系： 橫坐標：波數(shù)()400～4000 cm -1 ；表示吸收峰的位置。 縱坐標：透過率（T%），表示吸收強度。 T越小紅外光譜圖解析步驟，吸收越好，曲線低谷表示是一個好的吸收帶。 1.4紅外光譜的表示方法 1.5分子振動與紅外光譜 1.5.1 分子的振動方式：伸縮振動，彎曲振動 (1)伸縮振動： 沿軸振動，只改變鍵長，不改變鍵角 (2853cm -1 (2926cm -1 剪式振動(δs)面內(nèi)搖擺振動(ρ) 彎曲振動只改變鍵角,不改變鍵長同一鍵型： 面內(nèi)彎曲振動的頻率大于面外彎曲振動的頻率。
vv vvss 以上振動產(chǎn)生的吸收峰叫基頻峰。以上振動產(chǎn)生的吸收峰叫基頻峰。 基頻峰：基頻峰：分子吸收光子后從一個能級躍遷到相鄰的 分子吸收光子后從一個能級躍遷到相鄰的 高一能級產(chǎn)生的吸收。 高一能級產(chǎn)生的吸收。 倍頻峰：倍頻峰：指指 22的振動吸收帶，出現(xiàn)在強的基頻 的振動吸收帶，出現(xiàn)在強的基頻 峰的大約 峰的大約22倍處 (實際比兩倍低實際比兩倍低))。一般為弱吸收峰。 。一般為弱吸收峰。 羰基伸縮振動頻率在 羰基伸縮振動頻率在1715cm 1715cm --11 左右，在 左右，在3400cm 3400cm --11 附近 附近 倍頻峰，通常與羥基的伸縮振動吸收峰重疊。 倍頻峰，通常與羥基的伸縮振動吸收峰重疊。 合頻峰：出現(xiàn)在兩個或多個基頻峰之和（組頻出現(xiàn)在兩個或多個基頻峰之和（組頻 11 振動偶合：振動偶合： 當分子中兩個或兩個以上相同的基團與同一個原 當分子中兩個或兩個以上相同的基團與同一個原 子連接時，其振動吸收峰常發(fā)生裂分，形成雙峰，這 子連接時，其振動吸收峰常發(fā)生裂分，形成雙峰，這 種現(xiàn)象叫振動偶合。 種現(xiàn)象叫振動偶合。 伸縮振動偶合、彎曲振動偶合、伸縮與彎曲振動偶合 伸縮振動偶合、彎曲振動偶合、伸縮與彎曲振動偶合 C-H彎曲振動：1380、1370cm-1 C=O伸縮振動： 1845、1775cm -1 兩個羰基反對稱振動的偶合譜帶 兩個羰基對稱振動的偶合譜帶 10 Fermi Fermi（費米）共振： （費米）共振： 當強度很弱的倍頻帶或合頻帶位于某一強基頻帶 當強度很弱的倍頻帶或合頻帶位于某一強基頻帶 附近時，弱的倍頻帶或合頻帶和基頻帶之間發(fā)生偶合， 附近時，弱的倍頻帶或合頻帶和基頻帶之間發(fā)生偶合， 產(chǎn)生費米共振，吸收強度大大加強。
產(chǎn)生費米共振，吸收強度大大加強。 11 -CHO的C-H伸縮振動2830~2695cm -1 與C-H彎曲振動 1390cm -1 的倍頻2780cm -1 發(fā)生費米共振，結(jié)果產(chǎn)生 2820、2720cm -1 二個吸收峰。 12 1.5.2 振動自由度和選律 分子振動時,分子中各原子之間的相對位置稱為該分 子的振動自由度. 分子中每一個原子都可以沿x、y、z軸方向移動，有 三個自由度。含n個原子的分子，有3n個自由度。 其中，平動自由度：3 理論上每個振動自由度在IR中可產(chǎn)生1個吸收峰，實際上IR光譜中的峰數(shù)少于基本振動自由度。 13 轉(zhuǎn)動 平動 14 峰數(shù)目減少的原因： IR選律：只有偶極矩(μ)發(fā)生變化的振動，才能有 紅外吸收。 吸收峰太弱，檢測不出來15 例：二氧化碳的 例：二氧化碳的IR IR光譜 光譜 對稱伸縮振動對稱伸縮振動 反對稱伸縮振動 反對稱伸縮振動 面內(nèi)彎曲振動 面內(nèi)彎曲振動 面外彎曲振動 面外彎曲振動 不產(chǎn)生吸收峰 不產(chǎn)生吸收峰 2349 667 667 2349 667 667 因此 因此O=C=O IR光譜只有光譜只有 和和667cm 667cm --1 二個吸收峰二個吸收峰 16 O有3種振動形式，相應的呈現(xiàn)3個吸收譜帶。
17 結(jié)論： 只有引起分子偶極矩發(fā)生變化的振動才能產(chǎn)生紅外吸收光譜。 紅外輻射光的頻率與分子振動的頻率相等，才能發(fā)生振動能級躍遷，產(chǎn)生吸收吸收光譜。 產(chǎn)生紅外光譜的必要條件是： 18 1.6 IR光譜得到的結(jié)構(gòu)信息 峰強：吸收峰的強度vs (very strong), (weak),vw (very weak), sh(sharp) 峰形：吸收峰的形狀(尖峰、寬峰、肩峰) 19 分子內(nèi)各種官能團的特征吸收峰只出現(xiàn)在紅外光波譜的一定范圍，如：C=O的伸縮振動一般在1700 cm-1左右。 1650cm -1 1715cm -1 1780cm -1 吸電子效應：高波數(shù)移動；推電子效應：低波數(shù)移動 20 峰的強度取決于分子振動時偶極矩的變化。偶極矩的變化越小，譜帶強度越弱。 極性大的基團，吸收強度大。極性大的基團，吸收強度大。 使基團極性降低的誘導效應，吸收強度減小，使基團極性降低的誘導效應，吸收強度減小， 使基團極性增大的誘導效應，吸收強度增加。 使基團極性增大的誘導效應，吸收強度增加。 共軛效應使共軛效應使ππ電子離域程度增大，極化度增大，吸收強度增加 電子離域程度增大，極化度增大，吸收強度增加.. 形成氫鍵使振動吸收峰變強變寬。
形成氫鍵使振動吸收峰變強變寬。 振動耦合使吸收增大。振動耦合使吸收增大。 費米振動使倍頻或組頻的吸收強度顯著增加。費米振動使倍頻或組頻的吸收強度顯著增加。 21 不同基團可能在同一頻率范圍內(nèi)都有紅外吸收，如-OH、-NH的伸縮振動峰都在 cm -1， 者峰形狀有顯著不同。峰形的不同有助于官能團的鑒別。 22 二、紅外光譜儀及樣品制備技術 二、紅外光譜儀及樣品制備技術 色散型紅外光譜儀色散型紅外光譜儀 傅立葉變換紅外光譜儀（傅立葉變換紅外光譜儀（FT FT--IR IR）） 紅外樣品的制備紅外樣品的制備 23 2.1 2.1 色散型紅外光譜儀 色散型紅外光譜儀 24 2.2 Fourier 2.2 Fourier變換紅外光譜儀 變換紅外光譜儀(FT (FT--IR IR儀儀) 儀器組成及工作原理由光源(硅碳棒、高壓汞燈)、Michellson干涉儀、 檢測器、計算機和記錄儀組成。 25 邁克遜干涉儀 干涉圖 干涉圖 26 FI-IR光譜中背景峰（水、CO ）的扣除：背景干涉圖 樣品干涉圖 27 FTIR FTIR光譜儀的優(yōu)點 光譜儀的優(yōu)點 信號累加信號累加，，信噪比提高 信噪比提高（（可達 可達60 60：：11））。
。 檢測靈敏度高檢測靈敏度高，，樣品量減少 樣品量減少。。 波數(shù)精度高波數(shù)精度高，，分辨率可達 分辨率可達00..05 05cm cm --11 測量頻率范圍寬測量頻率范圍寬，，可達到 可達到~~66cm cm --11 掃描速度快掃描速度快（（幾十次 幾十次//秒秒）），，可跟蹤反應歷程 可跟蹤反應歷程，，作反 應動力學研究應動力學研究，，并可與 并可與GC GC、、LC LC聯(lián)用 聯(lián)用。。 對溫度對溫度、、濕度要求不高 濕度要求不高。。 光學部件簡單光學部件簡單，，只有一個動鏡在運動 只有一個動鏡在運動， ，不易磨損 不易磨損。。 28 2.3 2.3 紅外光譜的測定方法 紅外光譜的測定方法 11.. 對樣品的要求 對樣品的要求 單一組分的純物質(zhì)，純度應>98%，便于與純化合物的標準進行對照。 試樣要干燥無水。水本身有紅外吸收，不僅嚴重干擾樣品譜，還會侵蝕吸收池的鹽窗。 樣品的濃度和測試厚度應選擇適當，以使光譜圖中的大多數(shù)吸收峰的透射比處于10%~80%范圍內(nèi)。 29 固體樣品的制備a.壓片法: 將1~2mg固體試樣與200mg純KBr研細混合， 研磨到粒度小于2μ m，在油壓機上壓成透明薄片， 即可用于測定。
b.糊狀法: 研細的固體粉末和石蠟油調(diào)成糊狀，涂在兩鹽 窗上，進行測試，此法可消除水峰的干擾。 液體石蠟本身有紅外吸收，此法不能用來研究 飽和烷烴的紅外吸收。 2.制樣方法制樣方法 30 對沸點較高的液體，直接滴在兩塊鹽片之間，形成沒有氣泡的毛細厚度液膜，然后用夾具固定紅外光譜圖解析步驟，放入儀器 光路中進行測試。 液體吸收池法對于低沸點液體樣品和定量分析，要用固定密封液體 池。制樣時液體池傾斜放置，樣品從下口注入，直至 液體被充滿為止，用聚四氟乙烯塞子依次堵塞池的入 口和出口，進行測試。 31 氣態(tài)樣品的制備氣態(tài)樣品一般都灌注于氣體吸收池內(nèi)進行測試。 32 三、影響振動頻率的因素 1、鍵力常數(shù)k和原子質(zhì)量的影響 對于A-H(A=C、N、O)鍵的伸縮振動: 單一粒子的簡諧振動 —化學鍵的力常數(shù)，單位為N.cm-133 振動方程式（Hooke定律） cm-1 —折合質(zhì)量，單位為g一般成鍵雙原子的伸縮振動: 34 結(jié)論 結(jié)論:: 化學鍵的力常數(shù) 化學鍵的力常數(shù)kk越大，原子的折合質(zhì)量越小， 越大，原子的折合質(zhì)量越小， 振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)；反 振動頻率越大，吸收峰將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)；反 之，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)。
之，出現(xiàn)在低波數(shù)區(qū)。 35 化學 （KJmol -1 力常數(shù)k（N.cm -1 波數(shù)范圍（cm -1 0.154347.3 4.5 700～1200 0.134610.9 9.6 1620～1680 0.116836.8 15.6 2100～2600 OHNHCHCHCHCNCCCOCCCOCC/N.cm -1 7.76.45.95.14.817.715.612.19.65.44.5 一些常見化學鍵的力常數(shù)如下表所示： 力常數(shù)k：與鍵長、鍵能有關 36kk值值 對單鍵而言， 對單鍵而言，kk一般為 一般為5510 10 55 dyn/cm dyn/cm 對雙鍵而言， 對雙鍵而言，kk一般為 一般為10 10 10 10 55 dyn/cm dyn/cm 對三鍵而言， 對三鍵而言，kk一般為 一般為15 15 10 10 55 dyn/cm dyn/cm 37 折合質(zhì)量μ ，(v)，紅外吸收信號將出現(xiàn)在高波數(shù)區(qū)。2800-3000cm -1 3000-3600cm -1 兩振動原子只要有一個原子的質(zhì)量減小，μ值減小。 μ：12/13=0.92 14/15=0.93 16/17=0.94 38 X-H鍵伸縮振動頻率（cm -1 CC--HH NN--HH OO--HH FF--HH Si Si- -HH PP--HH SS--HH Cl Cl--HH Ge Ge- -HH As--HH Se Se--HH Br Br--HH Sn Sn--HH Sb Sb--HH II--HH 從左到右，X電負性增大，K增大，波數(shù)增高； 從上到下，X電負性減小，K減小，波數(shù)減小。
39 2、電子效應 誘導效應使基團電荷分布發(fā)生變化，從而改變了鍵的力常數(shù)，使振動頻率發(fā)生變化. 40 推電子基，C=O電荷中心向O移動，C=O極性增強，雙鍵性降低，低頻移動； 吸電子基，C=O電荷中心向幾何中心靠近，C=O極性降低，雙鍵性增強，高頻移動。 41 1715cm -1 1665-1685 CH C=CH-CN 42 43 在許多情況下，誘導效應和在許多情況下，誘導效應和共軛效應會同時存在 共軛效應會同時存在:: RCOORRCOOR RR 11 CO CO--NR NR 22 RR 11 COR COR 22 1715 ((--II 吸電子誘導占優(yōu)勢p-π共軛占優(yōu)勢 44 成鍵碳原子的雜化狀態(tài)CH CH CH C-H3300 45 44、空間效應：環(huán)張力和空間位阻 、空間效應：環(huán)張力和空間位阻 環(huán)張力環(huán)張力 環(huán)張力大：環(huán)外雙鍵加強，吸收頻率增大；環(huán)內(nèi)雙鍵減弱，吸收頻率減小。
CH 1750 46 1815 47 空間位阻（降低共軛程度，向高頻移動）空間位阻（降低共軛程度，向高頻移動） 48 Br1730 Br1742 α-鹵代酮規(guī)律（甾體類化合物中常見） 49 66、氫鍵效應（醇、酚、胺、羧酸類） 、氫鍵效應（醇、酚、胺、羧酸類） 吸收峰向低波數(shù)移動；峰型變寬；吸收強度加強。吸收峰向低波數(shù)移動；峰型變寬；吸收強度加強。 醇羥基： 游離態(tài) 二聚體 3600~3640cm-1 3500~3600cm -1 3200~3400cm -1 5051 固體或液體羧酸，一般以二聚體形式存在。 固體或液體羧酸，一般以二聚體形式存在。 RCO RCO 22 游離態(tài)游離態(tài) 二聚體 二聚體 vv cmcm --1 1750～～ vv OH OH cm cm --1 3300～～ 52 物態(tài)變化的影響一般，同種物質(zhì)： 氣態(tài)的特征頻率較高，液態(tài)和固態(tài)較低。 丙酮： vC=O(氣)＝1738 cm-1， vC=O(液)＝1715 cm-1。
溶劑也會影響吸收頻率。 53 四、各類有機化合物的紅外特征吸收 紅外光譜的分區(qū) 紅外光譜的分區(qū) 兩個區(qū) 4000-1500cm-1 ：官能團區(qū) 官能團的特征吸收峰，吸收峰較少，容易辨認。 1500-400cm-1 ：指紋區(qū) C－C、C－N、C－O 等單鍵伸縮振動和各種彎曲 振動的吸收峰。 特點是譜帶密集、難以辨認。 54 四個區(qū) 四個區(qū) 00cm 2500cm --11 X--HH單鍵的伸縮振動區(qū) 單鍵的伸縮振動區(qū) --cm cm --11 叁鍵和累積雙鍵伸縮振動區(qū)叁鍵和累積雙鍵伸縮振動區(qū) --cm cm --11 雙鍵伸縮振動區(qū)雙鍵伸縮振動區(qū) --600cm 600cm --11 彎曲振動，彎曲振動，C C--CC、、CC--OO、、CC--NN等伸縮振動。 等伸縮振動。 55 八個峰區(qū) 56 峰區(qū)（4000－2500cm -1 X－H伸縮振動吸收范圍。X代表O、N、C、S， 對應醇、酚、羧酸、胺、亞胺、炔烴、烯烴、芳烴 及飽和烴類的O－H、N－H、C－H 伸縮振動。 O－H醇與酚：游離態(tài)：3640～3610cm -1 ，峰形尖銳。
締合態(tài)：3300cm -1 羧酸：3300～2500cm-1 ，中心約3000cm -1 ,譜帶寬 57 N－H胺類：游離——3500～3300cm -1 締合——吸收位置降低約100cm -1 伯胺：3500，3400cm-1，（吸收強度比羥基弱） 仲胺：3400cm-1（吸收峰比羥基要尖銳） 叔胺：無吸收 酰胺：伯酰胺：3350，3150cm -1 附近出現(xiàn)雙峰 仲酰胺：3200cm -1 附近出現(xiàn)一條譜帶 叔酰胺：無吸收 58 C－H烴類：3300～2700 cm -1 范圍，3000 cm -1 是分界線。 不飽和碳（三鍵、雙鍵及苯環(huán)）＞3000 cm -1 飽和碳（除三元環(huán)外）＜3000 cm -1 炔烴：～3300 cm -1 ，峰很尖銳 烯烴、芳烴：3100～3000 cm -1 59 飽和烴基：3000～2700 cm-1，兩個峰 －CH3：v ～2870cm-1（m） －CH2－：v ～2850cm-1（s） ＞CH－：～2890 cm-1 醛基：2850～2720 cm -1 ，兩個吸收峰 C-H伸縮振動與C-H彎曲振動（約1390cm-1）倍頻 產(chǎn)生Fermi共振。
巰基：2600～2500 cm -1 ，譜帶尖銳，容易識別 60 第二峰區(qū)（2500－2000 cm -1 譜帶為中等強度吸收或弱吸收。干擾少，容易識別。 ：2280～2100cm-1 乙炔及全對稱雙取代炔在紅外光譜中觀測不到。 CN：2250～2240cm-1，譜帶較CC 與苯環(huán)或雙鍵共軛，向低波數(shù)移動20～30cm-161 第三峰區(qū)（2000－1500cm -1 1900～1650cm-1 ，峰尖銳，強吸收峰。 變化規(guī)律： 62 吸收位于波數(shù)端，特征，無干擾。酸酐： 兩個羰基振動偶合產(chǎn)生雙峰，波長位移60～80 cm -1 酯：脂肪酯：～1735cm -1 不飽和酸酯或苯甲酸酯--低波數(shù)位移約20 cm -1 羧酸：～1720 cm -1 若在3000 cm -1 出現(xiàn)強、寬吸收，可確認羧基存在。 63 在2850～2720cm -1 吸收，出現(xiàn)1～2條譜帶，結(jié)合此峰，可判斷醛基存在。 酮：的特征吸收帶 酰胺：1690～1630 cm -1 ，締合態(tài)約1650 cm -1 常出現(xiàn)3個特征帶：酰胺、、帶 伯酰胺：～1690 cm -1 1640cm -1 (氫鍵締合) 仲酰胺：～1680 cm -1 1530cm -1 (，N-H彎曲)， 1260 cm -1 （，C-N伸縮） 叔酰胺：～1650 cm -1 64 1670~1600cm -1 ，強度中等或較低 烯烴：1680～1610 cm -1 芳環(huán)骨架振動：苯環(huán)、吡啶環(huán)及其它芳環(huán) 1650~1450 cm -1 范圍 苯：～1600，1580，1500，1450cm -1 吡啶：～1600，1570，1500，1435 cm -1 呋喃：～1600，1500，1400 cm -1 喹啉：～1620，1596，1571，1470 cm -1 65 硝基、亞硝基化合物：強吸收 脂肪族：v 1580～1540cm -1 1380～1340cm -1 芳香族：v 1550～1500cm -1 1360～1290cm -1 亞硝基：1600～1500 cm -1 胺類化合物：－NH2位于1640～1560 cm -1 吸收帶（彎曲振動）。
66 第四峰區(qū): 指紋區(qū)（1500～600 cm -1 C－H彎曲振動 烷烴： －CH 約1450cm -1 1380cm -1 －CH(CH 1380cm -1 、1370 cm -1 （振動偶合） －C(CH 1390cm -1 、1370cm -1 （振動偶合） ＞CH－1340 cm -1 （不特征） 67 烯烴： 面內(nèi)：1420～1300 cm -1 ，不特征 面外：1000～670 cm -1 ，容易識別，可用于判斷 取代情況。（P229） 68 69 苯：910～670 cm -1 一取代：770～730 cm-1，710～690 cm -1 二取代：鄰：770～735 cm -1 對：860～800 cm -1 間：900～800 cm -1 ，810～750 cm -1 725～680cm -1 面內(nèi)：1250～950cm-1范圍，應用價值小 面外：910～650 cm-1，可判斷取代基的相對位置 （P230） 70 Ar Ar- -HH 71 醇、酚：1250～1000 cm -1 ，強吸收帶 酚：～1200 cm -1 伯醇：1050 cm -1 仲醇：1100 cm -1 叔醇：1150 cm -1 醚：C－O－C伸縮振動位于1250～1050 cm -1 C－O伸縮振動 1300～1000 cm -1 72 酯：C－O－C 伸縮振動，1300～1050 cm -1 條譜帶，強吸收酸酐：C－O－C 伸縮振動，1300～1050 cm -1 ：對稱伸縮振動，1400～1300cm -1 脂肪族：1380～1340 cm -1 芳香族：1360～1284 cm -1 73 COOH，COO ：羧酸二聚體在約1420cm -1 ，1300～ 1200 cm -1 處出現(xiàn)兩條強吸收帶。
（O-H面外彎曲振動與C-O伸縮振動偶合產(chǎn)生） NH ：面內(nèi)彎曲：1650～1500cm -1 面外彎曲：900～650 cm -1 【CH 800～700cm -1 ，平面搖擺，弱吸收帶 785-770743-734 729-726 725-722 74 五、紅外譜圖解析及應用 化合物的鑒定： 鑒定已知化合物： 1.觀察特征頻率區(qū)：判斷官能團，以確定所屬化 合物的類型。 2.觀察指紋區(qū)：進一步確定基團的結(jié)合方式。 3.對照標準譜圖驗證。 75 1.計算不飽和度 2.官能團的確定( >1500 cm -1 3.指紋區(qū)確定細節(jié)（1500～600cm -1 綜合以上分析提出化合物的可能結(jié)構(gòu)紅外譜圖解析的基本步驟： 紅外譜解析要點及注意事項 1.紅外吸收譜的三要素（位置、強度、峰形） 2.同一基團的幾種振動的相關峰是否同時存在 76 1.烷烴： 2853～2962cm-1 1460cm-1 、1380cm -1 C—H（—CH 723cm-1 C—H[—(CH 吸收峰將出現(xiàn)在734～743cm-1 772.烯烴 3030cm-1 =C—H伸縮振動； 1625cm-1 C＝C伸縮振動； ）面內(nèi)彎曲振動；78 ＝C－H的平面彎曲振動吸收峰位置： 順式：700cm -1 79＝C－H的平面彎曲振動吸收峰位置： 反式：965cm -1 8081 例：未知物分子式為C 16，其紅外圖譜如下圖 所示，試推其結(jié)構(gòu)。
C=C伸縮振動C-H彎曲振動 910的倍頻 CH 82解：不飽和度為1，具有一個烯基或一個環(huán)。 3079cm-1 處有吸收峰，存在與不飽和碳相連的氫，該 化合物為烯； 在1642cm-1 處有C=C伸縮振動吸收，證實烯基存在。 910、993cm-1 處C-H彎曲振動吸收說明該化合物有端 乙烯基；1823cm -1 的吸收是910吸收的倍頻； 2928、1462cm-1 的較強吸收和2951、1379cm -1 的較弱 吸收知未知物CH 未知物為正構(gòu)端取代乙烯，即1-辛稀。素材和資料部分來自 素材和資料部分來自 網(wǎng)絡，如有幫助請下載 網(wǎng)絡，如有幫助請下載!!
