学习分析红外谱图

1、红外谱图解析基本知识1.红外光谱法的一般特点特征性强、测定快速、不破坏试样、试样用量少、操作简便、能分析各种状态的试样、分析灵敏度较低、定量分析误差较大。2.对样品的要求试样纯度应大于98，或者符合商业规格Ø这样才便于与纯化合物的标准光谱或商业光谱进行对照Ø多组份试样应预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进行分离提纯，否则各组份光谱互相重叠，难予解析试样不应含水（结晶水或游离水）水有红外吸收，与羟基峰干扰，而且会侵蚀吸收池的盐窗。所用试样应当经过干燥处理试样浓度和厚度要适当使最强吸收透光度在520%之间3.定性分析和结构分析红外光谱具有鲜明的特征性，其谱带的数目、位置、形状和强

2、度都随化合物不同而各不相同。因此，红外光谱法是定性鉴定和结构分析的有力工具已知物的鉴定将试样的谱图与标准品测得的谱图相对照，或者与文献上的标准谱图（例如药品红外光谱图集、Sadtler标准光谱、Sadtler商业光谱等）相对照，即可定性使用文献上的谱图应当注意：试样的物态、结晶形状、溶剂、测定条件以及所用仪器类型均应与标准谱图相同未知物的鉴定未知物如果不是新化合物，标准光谱己有收载的，可有两种方法来查对标准光谱：A.利用标准光谱的谱带索引，寻找标准光谱中与试样光谱吸收带相同的谱图B.进行光谱解析，判断试样可能的结构。然后由化学分类索引查找标准光谱对照核实解析光谱之前的准备：Ø了解试样

3、的来源以估计其可能的范围 测定试样的物理常数如熔沸点、溶解度、折光率、旋光率等作为定性的旁证ØØ根据元素分析及分子量的测定，求出分子式Ø计算化合物的不饱和度，用以估计结构并验证光谱解析结果的合理性解析光谱的程序一般为：A.从特征区的最强谱带入手，推测未知物可能含有的基团，判断不可能含有的基团B.用指纹区的谱带验证，找出可能含有基团的相关峰，用一组相关峰来确认一个基团的存在C.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D.查对标准光谱核实新化合物的结构分析红外光谱主要提供官能团的结构信息，对于复杂化合物，尤其是新化合物，单靠红外光谱不能解决问题，需要与紫

4、外光谱、质谱和核磁共振等分析手段互相配合，进行综合光谱解析，才能确定分子结构。鉴定细菌，研究细胞和其它活组织的结构4.定量分析（资料来源：http:/www.king-）Ø红外光谱有许多谱带可供选择，更有利于排除干扰。红外光源发光能量较低，红外检测器的灵敏度也很低，103Ø吸收池厚度小、单色器狭缝宽度大，测量误差也较大对于农药组份、土壤表面水份、田间二氧化碳含量的测定和谷物油料作物及肉类食品中蛋白质、脂肪和水份含量的测定，红外光谱法是较好的分析方法 4 基团频率区 中红外光谱区可分成4000 cm-1 1300（1800） cm-1和1800 （1300 ） cm-1 60

5、0 cm-1两个区域。最有分析价值的基团频率在4000 cm-1 1300 cm-1 之间，这一区域称为基团频率区、官能团区或特征区。区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，容易辨认，常用于鉴定官能团。 在1800 cm-1 （1300 cm-1 ）600 cm-1 区域内，除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生的谱带。这种振动基团频率和特征吸收峰与整个分子的结构有关。当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征。这种情况就像人的指纹一样，因此称为指纹区。指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助，而且可以作为化合物存在某种基团的旁证。 基团频率区可分为三个区域（1） 40

6、00 2500 cm-1 X-H伸缩振动区，X可以是O、N、C或S等原子。 O-H基的伸缩振动出现在3650 3200 cm-1 范围内，它可以作为判断有无醇类、酚类和有机酸类的重要依据。 当醇和酚溶于非极性溶剂（如CCl4），浓度于0.01mol. dm-3时，在3650 3580 cm-1 处出现游离O-H基的伸缩振动吸收，峰形尖锐，且没有其它吸收峰干扰，易于识别。当试样浓度增加时，羟基化合物产生缔合现象，O-H基的伸缩振动吸收峰向低波数方向位移，在3400 3200 cm-1 出现一个宽而强的吸收峰。 胺和酰胺的N-H伸缩振动也出现在35003100 cm-1 ，因此，可能会对O-H伸缩

7、振动有干扰。 C-H的伸缩振动可分为饱和和不饱和的两种： 饱和的C-H伸缩振动出现在3000 cm-1以下，约30002800 cm-1 ，取代基对它们影响很小。如-CH3 基的伸缩吸收出现在2960 cm-1和2876 cm-1附近；R2CH2基的吸收在2930 cm-1 和2850 cm-1附近；R3CH基的吸收基出现在2890 cm-1 附近，但强度很弱。 不饱和的C-H伸缩振动出现在3000 cm-1以上，以此来判别化合物中是否含有不饱和的C-H键。 苯环的C-H键伸缩振动出现在3030 cm-1附近，它的特征是强度比饱和的C-H浆键稍弱，但谱带比较尖锐。 不饱和的双键=C-H的吸收出

8、现在30103040 cm-1范围内，末端= CH2的吸收出现在3085 cm-1附近。 叁键ºCH上的C-H伸缩振动出现在更高的区域（3300 cm-1 ）附近。 （2） 25001900 cm-1为叁键和累积双键区， 主要包括-CºC、 -CºN等叁键的伸缩振动，以及-C =C=C、-C=C=O等累积双键的不对称性伸缩振动。 对于炔烃类化合物，可以分成R-CºCH和R¢-C ºC-R两种类型： R-CºCH的伸缩振动出现在21002140 cm-1附近； R¢-C ºC-R出现在21902260 cm

9、-1附近； R-C ºC-R分子是对称，则为非红外活性。 -C ºN 基的伸缩振动在非共轭的情况下出现22402260 cm-1附近。当与不饱和键或芳香核共轭时，该峰位移到22202230 cm-1附近。若分子中含有C、H、N原子， -C ºN基吸收比较强而尖锐。若分子中含有O原子，且O原子离-C ºN基越近， -C ºN基的吸收越弱，甚至观察不到。 （3） 19001200 cm-1为双键伸缩振动区 该区域重要包括三种伸缩振动： C=O伸缩振动出现在19001650 cm-1 ，是红外光谱中特征的且往往是最强的吸收，以此很容易判断酮类、醛类、

10、酸类、酯类以及酸酐等有机化合物。酸酐的羰基吸收带由于振动耦合而呈现双峰 苯的衍生物的泛频谱带，出现在20001650 cm-1范围，是C-H面外和C=C面内变形振动的泛频吸收，虽然强度很弱，但它们的吸收面貌在表征芳核取代类型上有一定的作用。 指纹区（1） 1800（1300） cm-1 900 cm-1区域是C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、 P-O、Si-O等单键的伸缩振动和C=S、S=O、P=O等双键的伸缩振动吸收。 其中：1375 cm-1的谱带为甲基的dC-H对称弯曲振动，对识别甲基十分有用，C-O的伸缩振动在13001000 cm-1 ，是该区域最强的峰，也较易识别。（2） 9

11、00 650 cm-1区域的某些吸收峰可用来确认化合物的顺反构型。 利用上区域中苯环的C-H面外变形振动吸收峰和2000 1667cm-1区域苯的倍频或组合频吸收峰，可以共同配合确定苯环的取代类型。 红外光谱 红外光区划分：通常将红外波谱区分为近红外（near-infrared），中红外（middle-infrared）和远红外（far-infrared）。区域 波长范围（mm） 波数范围（cm-1） 频率（Hz） 近红外 0.78-2.5 12800-4000 3.8´1014-1.2´1014 中红外 2.5-50 4000-200 1.2´1014-6.0&

12、#180;1012 远红外 50-1000 200-10 6.0´1012-3.0´1011 常用 2.5-15 4000-670 1.2´1014-2.0´1013 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率的辐射，产生分子振动能级和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。 物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。 通过比较大量已知化合物的红外光谱，发现：组成分子的各种基团，如O-H、N-H、C-H、C=C、C=O

13、和CºC等，都有自己的特定的红外吸收区域，分子的其它部分对其吸收位置影响较小。通常把这种能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率，其所在的位置一般又称为特征吸收峰。分子吸收红外辐射后，由基态振动能级（n=0）跃迁至第一振动激发态（n=1）时，所产生的吸收峰称为基频峰。因为（振动量子数的差值） n=1时，nL=n，所以基频峰的位置（nL）等于分子的振动频率。 在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态（n=0）跃迁至第二激发态（n=2）、第三激发态（n=3）¼，所产生的吸收峰称为倍频峰。 由n = 0跃迁至n = 2时， n = 2，则nL = 2n，即吸收的红

14、外线谱线（nL ）是分子振动频率的二倍，产生的吸收峰称为二倍频峰。 下图是双原子分子的能级示意图，图中EA和EB表示不同能量的电子能级，在每个电子能级中因振动能量不同而分为若干个n = 0、1、2、3的振动能级，在同一电子能级和同一振动能级中，还因转动能量不同而分为若干个J = 0、1、2、3的转动能级。 由于分子非谐振性质，各倍频峰并非正好是基频峰的整数倍，而是略小一些。以HCl为例：基频峰（n01） 2885.9 cm-1 最强二倍频峰（n02 ） 5668.0 cm-1 较弱三倍频峰（n03 ） 8346.9 cm-1 很弱四倍频峰（n04 ） 10923.1 cm-1 极弱五倍频峰（n05 ） 13396.5 cm-1 极弱 除此之外，还有合频峰（n1+n2，2n1+n2，¼），差频峰（n1