波谱--红外光谱 (1)

1、红外吸收光谱 IR 红外光谱法1 概述定义：利用物质对红外辐射的吸收所产生的红外吸收光谱，定义：利用物质对红外辐射的吸收所产生的红外吸收光谱，对物质的对物质的组成、结构及含量组成、结构及含量进行分析测定的方法叫红外吸收进行分析测定的方法叫红外吸收光谱分析法。光谱分析法。 习惯上将红外吸收光谱分为远、中、近红外三个区，红外光谱一般用的是中红外区。波数：为波长的倒数，即1cm中所含波的个数 =1/=107/nm 单位：cm-1 =104/m近红外（泛频区） 0.782.5m 120004000cm-1 中红外（基本振动区） 2.550m 4000200cm-1远红外（转动区） 501000m 20

2、010cm-1红外光谱的表示方法 以透射比T为纵坐标，以波长（m）或波数1/（，cm-1）为横坐标作图得到红外吸收光谱图。从红外光谱图上得到的信息： 峰的数目：与分子中基团有关 峰的形状：宽窄；结构定性的辅助手段 峰的位置：结构定性的主要依据 峰的强度：高低，结构定性的辅助手段， 可作为定量依据与紫外可见吸收光谱法的比较相同点：都是分子吸收光谱，都反映分子结构的特性不同点不同点 紫外可见吸收光谱紫外可见吸收光谱红外吸收光谱红外吸收光谱光光 源源紫外可见光紫外可见光红外光红外光起起 源源电子能级跃迁电子能级跃迁振动能级跃迁振动能级跃迁研研 究究范范 围围不饱和有机化合物不饱和有机化合物共轭双键、

3、芳香族等共轭双键、芳香族等几乎所有有机化合物几乎所有有机化合物; ;许多无机化合物许多无机化合物特特 色色反映发色团、助色团的情况反映发色团、助色团的情况反映各个基团的振动及转反映各个基团的振动及转动特性动特性图谱比较 紫外：用紫外：用A表表示吸收光的程示吸收光的程度，波长为横度，波长为横坐标坐标A 红外：用红外：用T%来表示吸光强来表示吸光强度，光的性质度，光的性质用波长或波数用波长或波数表示表示T%（）红外光谱法的特点1、红外光谱不涉及分子的电子能级，主要是振动能级跃迁（当然还有转动能级的跃迁）。2、涉及绝大多数有机物；3、红外光谱的结构信息丰富；4、物质对红外辐射的吸收强度与物质含量的关

4、系符合朗伯比尔定律，可以定量分析，但一般只做结构分析。 5、非破坏性分析。红外吸收光谱的基本原理1 红外吸收光谱产生的条件满足两个条件：满足两个条件： (1)辐射应具有能满足物质产生振动跃迁所需的能量； (2)辐射与物质间有相互偶合作用（只有能使偶极矩发生变化的振动形式才能吸收红外辐射）。对称分子对称分子：没有偶极矩，辐射不能引起共振，无红外活性。 如：N2、O2、Cl2 （非极性双原子分子）等。非对称分子非对称分子：有偶极矩，红外活性。2 分子的振动模型振动频率 ,3 , 2 , 1 , 0 )21(nhnEv 21 k)21(2 nkhE所以是谐振子的振动频率。这里khkhE22 kkck

5、hhE13072112 发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的发生振动能级跃迁需要能量的大小取决于键两端原子的折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。折合质量和键的力常数，即取决于分子的结构特征。 表 某些键的伸缩力常数116502126913071307211cm/.kkcv3 分子的振动方式键长发生变化（伸缩振动，Stretch），键角发生变化（弯曲振动，Bend）。2、对于多原子分子来说，情况比较复杂4 常用术语（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峰 （即V=0 1产生的峰） 基频峰的峰位等于分子的振动频率 基频峰强度大红外主

6、要吸收峰（2）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=0V=2，3- - -产生的峰）（3）组频峰：振动之间相互作用产生的吸收峰（4）泛频峰：倍频峰组频峰; 泛频峰强度较弱，难辨认却增加了光谱特征性（5）特征峰：可用于鉴别官能团存在的吸收峰。（6）相关峰：由一个官能团引起的一组具有相互依存关系的特征峰。相关峰的数目与基团的活性振动及光谱的波数范围有关；用一组相关峰才可以确定确定一个官能团的存在。5 红外光谱的分区40001300 区域：是由伸缩振动产生的吸收带，为化学键和基团的特征吸收峰，吸收峰较稀疏，鉴定基团存在的主要区域官能团区130

7、0650区域：吸收光谱较复杂，除单键的伸缩振动外，还有弯曲振动。能反映分子结构 的细微变化指纹区4000 2500 2000 1400 400cm-1 X-H X-H伸缩振动区 O-H 37003100 N-H 35003300 C-H 33002700C-H： 3000为界，3000以上为不饱和化合物的C-HCH =CH C H ; 3000以下为饱和化合物 C-H三键和累积双键的伸缩振动区双键伸缩振动区强度大芳环 C=C1600,1580, 1500, 1450单键的伸缩振动和弯曲振动区6 影响吸收峰位移的因素 化学键的振动频率不仅与其性质有关，同时分子中各基团的振动并不是孤立的，要受到分

8、子中其它部分特别是邻近基团的影响，这种影响可分为内部因素和外部因素。相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。内部因素： 电子效应的影响 共轭效应 空间效应的影响 氢键效应外部因素：测定样品时，试样所处的状态、溶剂效应等因素（1）诱导效应（吸电效应）：使振动频率移向高波数区K，双键性吸电性（2）共轭效应：使振动频率移向低波数区K，电子离域，双键性共轭效应使（3）氢键效应：使伸缩频率降低 分子内氢键：对峰位的影响大，不受浓度影响分子间氢键：受浓度影响较大 浓度稀释，吸收峰位发生变化2、外部效应：物质的状态：气态：转动精细结构；液固：缔合，氢键，溶剂效应：极性基团的伸缩振动频率随溶剂极性的增加而向

9、低波数移动。注意：查阅文献时要注意这两点！各类化合物的红外吸收 1 1 烷烃烷烃 CHCH3 3 CH CH2 2 两峰高度相近 两峰高度一高一矮（CH2）n n 4 正庚烷的红外光谱图2 2 烯烃烯烃3080-3030 cmcm-1-1 2900-2800 cmcm-1-1 3000 cmcm-1 -1 =C-H伸缩振动伸缩振动 3079cm-1C-H伸缩振动伸缩振动 2900 cm-1C=C 伸缩振动伸缩振动 1642cm-1-CH=CH2 弯曲振动弯曲振动 993, 910cm-1反反-2-辛烯辛烯顺顺-2-辛烯辛烯700 cm-1 C-H弯曲振动弯曲振动965 cm-1 1650cm-

10、1 C=C 伸缩振动3 3 炔烃炔烃3300cm-1 CC-H伸缩振动伸缩振动22502100CC伸缩振动伸缩振动4 4 芳香族化合物芳香族化合物中）（弱130003100cmH双峰（强）和（芳环）115001600cmCC（三峰）和，（芳环）1150015801600cmCC（四峰）和，（芳环）11450150015801600cmCC3300cm-1 苯环苯环C-H 伸缩振动伸缩振动1380cm-1异丙基两重峰异丙基两重峰1600cm-1 1500cm-1 C=C骨架振动骨架振动3000H双峰1500,1600CC（单峰）（邻）1743cmH太弱（间）900692,767H（单峰）792H

11、5 5 醇醇 酚酚 醚醚（强）132003650cmHO变，锐峰）（较强（游离）136003650cmHO中强，宽、钝峰）（强（缔合）132003500cmHO（强）110001250cmOC11050cmOC（伯醇）11100cmOC（仲醇）11150cmOC（叔醇）112001300cmOC（酚）区别醇酚最好用苯环16501450特征吸收3515cm-10 001M01M01M025M10M3640cm-13350cm-12950cm-12895 cm-1110001300cmOC3200HO1050OC1100OC6 6 羰基类化合物羰基类化合物（强）116001900cmOC（极强）（

12、酮）11715cmOC （强，尖锐）（醛）11725cmOC（双峰）和1)(27202820cmOCH分裂成双峰接近二倍频峰与1)()(2850cmOCHOCH 11800cmOC（酰氯）1715（酮）OC1725（醛）OC1800（酰氯）OC900OCC （强、钝峰）（羧酸）116801740cmOC（强、宽峰）（羧酸）125003400cmOH（中强）（羧酸）112001320cmOC （强）（酯）11735cmOC111001280cmOC（酯） （强）111001280cmasOC（弱）110001150cmsOC（较强）（强）双峰（酸酐）111740178018001850cmcms

13、OCasOCOC（强）（酸酐）19001300cmOC1718（羧酸）OC1744（酯）OC（双）（酸酐）1757,1824OC1248OC为中心（强宽）以3000OH1190OC（强）1042OC7 7 含氮类化合物含氮类化合物峰强峰弱；芳香胺脂肪胺（强度不定）（胺）133003500cmNH（中，单峰）115601650cmNH（中强）仲胺：（弱）伯胺：1115501650159016502cmcmNHNH（中）（胺）111001300cmNC峰叔胺：无单峰仲胺：伯胺：双峰NH（双）HN（单）HN（强单）HN3000H（仲）中强NC（伯）弱NC（双）1500,1600CC（强）（酰胺）11

14、6301680cmOC（强）（酰胺）131003500cmNH115501640cmNH（酰胺）峰叔酰胺：无尖锐单峰仲酰胺：伯酰胺：双峰NH31803350sNHasNH，伯酰胺（双峰）15501640NH16301680OC双CC（强）（强）11130013901500160022cmcmsNOasNO（强）122402260cmNC红外光谱仪 两种类型：色散型 干涉型（傅立叶变换红外光谱仪）傅里叶变换红外光谱仪结构框图干涉仪干涉仪光源光源样品室样品室检测器检测器显示器显示器绘图仪绘图仪计算机计算机干涉图干涉图光谱图光谱图FTS红外光谱仪主要部件制样方法1）气体）气体气体池气体池2）液体：）

15、液体：液膜法液膜法难挥发液体（难挥发液体（BP80 C）溶液法溶液法液体池液体池3) 固体固体:研糊法（液体石腊法）研糊法（液体石腊法）KBr压片法压片法薄膜法薄膜法红外光谱的应用 222134nnnU一个双键分子中可能含苯环分子中可能含苯环环，或一个叁键，或一个双键分子中可能含两个双键或一个环分子中可能含一个双键构分子中无双键或环状结54210UUUUU未知物分子式为C8H16，试推测其结构3079cm-1 C=C-H伸缩振动1642cm-1C =C伸缩振动1460,1380 cm-1 C-H弯曲振动910cm-1、993 cm-1 C-H弯曲振动=CH 3079cm-1 处有吸收峰，C=C 1642 cm-1处, 该化合物中存在烯基。 1460,1380cm-1处有吸收峰,