红外光谱培训技巧资料

1、红外光谱分析红外光谱分析光的辐射可以看作是波的运动，波长光的辐射可以看作是波的运动，波长 是两个连续峰之间的距离。是两个连续峰之间的距离。频率频率 是每秒光波通过的数目。是每秒光波通过的数目。c c：光在真空中的速度。光在真空中的速度。在红外中，经常使用的是波数。在红外中，经常使用的是波数。c/1：cm-不同波段的光连接起来构成了整个光谱范围。不同波段的光连接起来构成了整个光谱范围。 波长短长频率能量低高4000 分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振分子中基团的振动和转动能级跃迁产生：振- -转光谱转光谱 当一束红外光射到物质上，可能发生：吸收、透过、反射、散射或者当一束红外光射到物质上，可

2、能发生：吸收、透过、反射、散射或者激发荧光（即拉曼效应）。激发荧光（即拉曼效应）。 入射光反射激发荧光散射透过吸收辐射分子振动能级跃迁记录红外光的百分透光率(T %)与波数或波长关系的曲线得到红外光谱纵坐标为百分透光率(T %) ，横坐标为波长（ m ）(T %)和波数1/ ，单位：cm-1 ，每厘米距离中通过波的个数。吸收峰的形状和强度: s (强), m(中), w(弱), b(宽), sh(肩状吸收峰)应用：应用：有机化合物的结构解析。定性：定性：基团的特征吸收频率；定量：定量：特征峰的强度； C=O-CH -CH3Ar-HAr-HC=C-CH3CH苯傅立叶变换光谱仪傅立叶变换光谱仪每一

3、台傅立叶变换红外光谱仪，由以下几部分构成：一个光源、一个干每一台傅立叶变换红外光谱仪，由以下几部分构成：一个光源、一个干涉仪（分束器是它的一部分）以及一个检测器。涉仪（分束器是它的一部分）以及一个检测器。傅立叶变换光谱仪傅立叶变换光谱仪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FTS到样品红外光源发出的光束干涉仪是红外光谱仪的心脏部件干涉仪是红外光谱仪的心脏部件在干涉仪的出口，两束有光程差的光发生干涉，然后到样品。在干涉仪的出口，两束有光程差的光发生干涉，然后到样品。傅立叶变换光谱仪傅立叶变换光谱仪干涉仪干涉仪动镜移动距离为动镜移动距离为n/2 n/2 ，

4、即即光程光程差为差为n n 时时 傅立叶变换光谱仪傅立叶变换光谱仪动镜移动距离为动镜移动距离为n/4 n/4 ，即即光程光程差为差为n/2 n/2 时时 干涉仪干涉仪傅立叶变换光谱仪傅立叶变换光谱仪光源光源 红外光谱仪中所用的光源通常是一种惰性固体,用电加热使之发射高强度的连续红外辐射。常用的是Nernst灯或硅碳棒。能斯特灯：在室温下是非导体，使用前需预热到800 C； 特点：发光强度大，使用寿命长，稳定性较好。硅碳棒：由碳化硅烧结而成，不需预热；坚固，发光面积大。 傅立叶变换光谱仪傅立叶变换光谱仪检测器检测器 紫外-可见分光光度计中所用的光电管或光电倍增管不适用于红外区，因为红外光谱区的光

5、子能量较弱，不足以引发光电子发射。现金常用的红外检测器是高真空热电偶、热释电检测器（TGS)和碲镉汞(MCT)检测器。 傅立叶变换红外光谱仪采用热释电检测器（TGS)，响应速度快；高速扫描；傅立叶变换光谱仪傅立叶变换光谱仪 光源发出的辐射经干涉仪转变为干涉光，通过试样后，包含的光信息需要经过数学上的傅立叶变换解析成普通的谱图。特点：特点：(1) 扫描速度极快(1s)；适合仪器联用； (2)不需要分光，信号强，灵敏度很高； (3)仪器小巧。傅立叶变换光谱仪傅立叶变换光谱仪红外光谱的基本原理红外光谱的基本原理红外吸收光谱产生的条件红外吸收光谱产生的条件 红外光谱是由于分子振动能级红外光谱是由于分子

6、振动能级( (同时伴随转动能级同时伴随转动能级) )跃迁而产生的跃迁而产生的, ,物质分子吸收红外辐射应物质分子吸收红外辐射应满足两个条件：满足两个条件： (1) 辐射光子具有的能量与发生振动跃迁所需的跃迁能量相等； (2) 辐射与物质间有相互偶合作用。必需伴随偶极矩的变化。 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 等。 非对称分子非对称分子：有偶极矩，红外活性。 偶极矩：分子是由带正电荷的原子核和带负电荷的电子组成的，+q表示正电荷中心，-q表示负电荷中心，正负电荷中心相距为d，偶极矩为q和d的乘积。 =q*分子振动方程式分子振动方程式K化学键的

7、力常数化学键的力常数 为双原子的为双原子的折合质量折合质量 =m1m2/（m1+m2）双原子分子的简谐振动及其频率双原子分子的简谐振动及其频率化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧化学键的振动类似于连接两个小球的弹簧 任意两个相邻的能级间的能量差为：任意两个相邻的能级间的能量差为： kkckhhE13072112 K化学键的力常数，与键能和键长有关，化学键的力常数，与键能和键长有关， 为双原子的为双原子的折合质量折合质量 =m1m2/（m1+m2） 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

8、结构特征。常数，即取决于分子的结构特征。 化学键键强越强（即键的力常数化学键键强越强（即键的力常数K越大）原子折合质量越小，化学键的振动频率越大）原子折合质量越小，化学键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区。凡影响越大，吸收峰将出现在高波数区。凡影响K 和和 因素因素,都将影响振动频率。都将影响振动频率。1. 在相同两个原子之间,三键比双键强,双键比单键强.键类型键类型 C C C =C C C 力常数力常数 15 17 9.5 9.9 4.5 5.6峰位峰位 2150cm-1 1650cm-1 1200cm-12.杂化影响力常数,键的强度按照(sp-s) (sp2-s) (sp3-s) 递

9、减,实际观察到的C-H伸缩振动频率为: C H =C H H C H 3300cm-1 3100cm-1 2900cm-13. 共振的影响: 例如酮分子中C=O伸缩振动频率为1715cm-1,当有一个双键与它共轭时,吸收频率在1675-1680cm-1,这是因为共振使C=O键伸长,使它具有较多的单键性质,力常数减小,吸收移向低波数。4. 与C相连的其他原子，原子质量递增， 相应递增，因此，红外吸收波数递减。 C-H C-C C-O C-Cl C-Br C-I 3000 1200 1100 800 550 5005. 与H相连的化学键（H-X）的 值均小，在高波数区。6. 弯曲振动比伸缩振动容易

10、，K较小，故化学键的弯曲振动红外吸收在低波数区。 C-H：伸缩振动：3000 cm-1 弯曲振动：1340 cm- 例题例题: 查知查知C=C键的键的K=9.5 9.9 ,令其为令其为9.6, 计算波计算波数值。数值。正己烯中C=C键伸缩振动频率实测值为1652 cm-1116502126913071307211cm/分子中基团的基本振动形式分子中基团的基本振动形式1 1两类基本振动形式两类基本振动形式伸缩振动伸缩振动 亚甲基：亚甲基：弯曲振动弯曲振动 亚甲基亚甲基伸缩振动伸缩振动 甲基：甲基：弯曲振动弯曲振动 甲基甲基对称对称s s(CH(CH3 3)1380)1380-1-1 不不对称对称

11、asas(CH(CH3 3)1460)1460-1-1对称对称 不对称不对称s s(CH(CH3 3) ) asas(CH(CH3 3) )2870 2870 -1 -1 2960 2960-1-1弯曲振动比伸缩振动容易，力常数弯曲振动比伸缩振动容易，力常数K较小，因此同一基团的变形振动都在其伸较小，因此同一基团的变形振动都在其伸缩振动的低频端出现。缩振动的低频端出现。例水分子例水分子（非对称分子）（非对称分子）峰位、峰数与峰强峰位、峰数与峰强（1）峰位）峰位 化学键的力常数K越大，原子折合质量越小，键的振动频率越大，吸收峰将出现在高波数区（短波长区）；反之，出现在低波数区（高波长区）。（2）

12、峰数）峰数 分子所含的基团无瞬间偶极距变化时，无红外吸收。峰位、峰数与峰强峰位、峰数与峰强例例2CO2分子分子（有一种振动无红外活性）（有一种振动无红外活性）（4）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰：基本振动吸）由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收峰，基频峰：基本振动吸收频率；收频率；（5）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰：基频两）由基态直接跃迁到第二激发态，产生一个弱的吸收峰，倍频峰：基频两倍频率处出现；倍频率处出现；(羰基峰：羰基峰：1700,3400）（3）瞬间偶极距变化大，吸收峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），）瞬间偶极距变化大，吸收

13、峰强；键两端原子电负性相差越大（极性越大），吸收峰越强；吸收峰越强； （CH3）1460 cm-1，1375 cm-1。 （CH3）2930 cm-1，2850cm-1。C2H4O1730cm-11165cm-12720cm-1HHHHOCC红外吸收光谱的特征性红外吸收光谱的特征性 与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键振动频率与一定结构单元相联系的、在一定范围内出现的化学键振动频率基团特基团特征频率（特征峰）征频率（特征峰）；例：例： 2800 3000 cm-1 CH3 特征峰特征峰； 1600 1850 cm-1 C=O 特征峰特征峰；基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：

14、基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化：CH2COCH2 1715 cm-1 酮酮CH2COO 1735 cm-1 酯酯CH2CONH 1680 cm-1 酰胺酰胺影响特征基团吸收频率的因素影响特征基团吸收频率的因素诱导效应诱导效应共轭效应共轭效应空间效应空间效应氢键氢键振动偶合振动偶合内内部部因因素素化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部因素影响。相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。物质存在形式物质存在形式溶剂效应溶剂效应外外部部因因素素气态、液态、气态、液态、固态固态溶剂极性溶剂极性吸电子基团的存在，电子云由氧原子转向双键吸电子基团的存在，电子云由氧原子转向双键

15、，增加，增加C=OC=O键键的力常数，使吸收峰向高频方向移动（蓝移）的力常数，使吸收峰向高频方向移动（蓝移）R-COR R-COR C=0C=0 1715cm 1715cm-1 -1 ; ; R-COH R-COH C=0C=0 1730cm-1 1730cm-1R-COCl R-COCl C=0C=0 1800cm 1800cm-1 -1; ; R-COF R-COF C=0C=0 1920cm 1920cm-1 -1 F-COF F-COF C=0C=0 1928cm 1928cm-1 -1; ; R-CONHR-CONH2 2 C=0C=0 1690cm 1690cm-1 -1 诱导效应

16、诱导效应（2 2）共轭效应）共轭效应 使使 电子离域的共轭效应使双键性降低，电子离域的共轭效应使双键性降低，使共轭体系中的电子云密度平均化，使双使共轭体系中的电子云密度平均化，使双键略有伸长，键略有伸长，力常数减少。力常数减少。因此，双键的因此，双键的吸收频率向低波数方向位移。吸收频率向低波数方向位移。COH3CCH3COCH3COCH3CO1715168516851660cm -1cm -1cm -1cm - 在在p- p- 共轭体系中，诱导效应与共共轭体系中，诱导效应与共轭效应常常同时存在，谱带的位移方轭效应常常同时存在，谱带的位移方向取决于那一个作用占主导地位。如向取决于那一个作用占主导

17、地位。如酰胺酰胺中共轭作用中共轭作用诱导效应，羰基伸诱导效应，羰基伸缩振动频率降低而缩振动频率降低而酯和酰氯酯和酰氯中正相反，中正相反，而羰基伸缩振动频率上升。而羰基伸缩振动频率上升。空间效应：空间效应：包括空间位阻、环张力包括空间位阻、环张力环内双键随环张力的增加，其伸缩振动峰向低环内双键随环张力的增加，其伸缩振动峰向低波数方向移动；环状化合物的环外双键随环张波数方向移动；环状化合物的环外双键随环张力的增加，其波数也相应增加；力的增加，其波数也相应增加；C HC HC HC H1576cm-11611cm-11644cm-11781cm-11678cm-11657cm-11651cm-2.2

18、.氢键效应氢键效应 (分子内氢键；分子间氢键)：减弱C=O键即力常数减小，对峰位，峰强产生极明显影响，使伸缩振动频率向低波数方向移动OCH3OCOH3CHHO3705-31252835O- H伸 缩 cm-1 cm-1RHNORNHOHHC=ON-HN-H伸缩伸缩变形游离氢键16903500165034001620-15901650-1620 cm-1 cm-1 cm-1 cm-红外图谱的分区红外图谱的分区官能团区：官能团区：4000 4000 1330 cm 1330 cm-1 -1 伸缩振动伸缩振动指纹区：指纹区： 1330 1330 670 cm 670 cm-1 -1 伸缩振动伸缩振动

19、 + + 变形振动变形振动按按吸吸收收的的特特性性按按化化学学键键性性质质22500 1900 cm-1 三键，累积双键伸缩三键，累积双键伸缩振动区振动区分为四个区：分为四个区：14000 2500 cm-1 XH伸缩振动区伸缩振动区（X=O，N，C，S）31900 1200 cm-1 双键伸缩振动区双键伸缩振动区41200 670 cm-1 XY伸缩伸缩 XH变形振动区变形振动区(1）醇、酚、酸的）醇、酚、酸的OH 3650 3200 cm-11 X XH H伸缩振动区：伸缩振动区：4000 2500 cm-1有机化合物分子中常见基团吸收峰有机化合物分子中常见基团吸收峰（2）饱和碳原子上的）

20、饱和碳原子上的CH CH3 2960 cm-1 反对称伸缩振动反对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动对称伸缩振动CH2 2930 cm-1 反对称伸缩振动反对称伸缩振动 2850 cm-1 对称伸缩振动对称伸缩振动CH 2890 cm-1 弱吸收弱吸收3000 cm-1 以下以下有机化合物分子中常见基团吸收峰有机化合物分子中常见基团吸收峰1 X XH H伸缩振动区：伸缩振动区：4000 2500 cm- 苯苯 环上的环上的CH 3030 cm-1 =CH 3010 2260 cm-1 CH 3300 cm-1 3000 cm-1 以上以上（3）不饱和碳原子上的）不饱和碳原子上的=CH

21、（ CH ）有机化合物分子中常见基团吸收峰有机化合物分子中常见基团吸收峰1 XH伸缩振动区：伸缩振动区：4000 2500 cm-2 双键伸缩振动区：双键伸缩振动区：1200 1900 cm-1 （1 1） RC=CR 1620 RC=CR 1620 1680 cm 1680 cm-1 -1 强度弱，强度弱， R=RR=R（对称（对称）时，时，无红外活性。无红外活性。（3 3）C=O C=O （1850 1850 1600 cm 1600 cm-1 -1 ） 碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。有机化合物分子中常见基团吸收峰有机化合物分子中常见基团吸收峰（2 2

22、）单核芳烃）单核芳烃 的的C=CC=C键伸缩振动（键伸缩振动（1626 1626 1650 1650 cmcm-1 -1 ）有机化合物分子中常见基团吸收峰有机化合物分子中常见基团吸收峰（3 3）C=O C=O （1850 1850 1600 cm 1600 cm-1 -1 ） 碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。3叁键（叁键（C C）伸缩振动区：）伸缩振动区：2500 1900 cm-1 （1 1）RC RC CH CH （2100 2100 2140 cm 2140 cm-1 -1 ） RC RC CR CR （2190 2190 2260 cm 2260 c

23、m-1 -1 ） R=R=R R 时，无红外活性时，无红外活性（2 2）RC RC N N （2100 2100 2140 cm 2140 cm-1 -1 ） 非共轭非共轭 2240 2240 2260 cm 2260 cm-1 -1 共轭共轭 2220 2220 2230 cm 2230 cm-1 -1 有机化合物分子中常见基团吸收峰有机化合物分子中常见基团吸收峰 指纹区指纹区(1350 (1350 650 cm 650 cm-1 -1 ) ,) ,较复杂。较复杂。 C-HC-H，N-HN-H的变形振动；的变形振动； C-OC-O，C-XC-X的伸缩振动；的伸缩振动； C-CC-C骨架振动等

24、。精细结构的区分。骨架振动等。精细结构的区分。4. XY，XH 变形振动区：变形振动区： 1650 cm-1有机化合物分子中常见基团吸收峰有机化合物分子中常见基团吸收峰指纹区指纹区(1350 650 cm-1 ) , 较复杂。较复杂。 C-H，N-H的变形振动；的变形振动；CH3 ：1374，1450 CH2：1465 C-O，C-X的伸缩振动；的伸缩振动；( 醇、醚等的醇、醚等的C-O伸缩振动）伸缩振动） C-C骨架振动等骨架振动等(酮骨架振动：酮骨架振动：1300-1100）。）。 精细结构的区分：精细结构的区分： 双键顺、反结构区分；芳环取代情况；醇；酸等。双键顺、反结构区分；芳环取代情

25、况；醇；酸等。芳环芳环面外变形振动（面外变形振动（ 650-900）可区分取代情况：）可区分取代情况： 单取代：单取代：690-710，730-770 对二取代：对二取代：810-840邻二取代：邻二取代：735-770间二取代：间二取代：690-710，750-8104. XY，XH 变形振动区：变形振动区： 1650 cm-烯烯面外变形振动（面外变形振动（ 98%)( 98%)：多组分要经过分离提：多组分要经过分离提纯，否则各组分光谱相互重叠，难以解析纯，否则各组分光谱相互重叠，难以解析2 2。不含游离水：水有红外吸收，且侵蚀吸收池的。不含游离水：水有红外吸收，且侵蚀吸收池的盐窗盐窗3 3。浓度和测试厚度适当。浓度和测试厚度适当1）气体气体 气体池气体池 ( 10 cm； 10m、 20m、50m )2）液体液体液膜法液膜法难挥发液体难挥发液体溶液法溶液法液体池液体池溶剂：溶剂： CCl4 ，CS2常用常用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（1：100）薄膜法薄膜法制样方法制样方法质量研究中的应用质量研