红外光谱分析（光学分析课件）

《光学分析及操作》基团振动和红外光谱区域的关系通过本次学习，能够了解基团振动和红外光谱区域的关系，并对简单谱图进行识别。目标TARGET基频区（特征区或官能团区、4000cm-1～1330cm-1）氢键区叁键区和累积双键区双键区单键区一、红外光谱区域的划分各种基团都有其特征红外吸收频率。按照光谱特征与分子结构的关系，红外光谱分为：指纹区（1330cm-1～650cm-1）一、红外光谱区域的划分吸收峰多而复杂，很难对每一个峰进行归属单个吸收峰的特征性差，而对整个分子结构环境十分敏感主要用于与标准谱图对照指纹区的特点和用途吸收峰数目较少，但特征性强。不同化合物中的同种基团振动吸收总是出现在一个比较窄的波数范围内主要用于确定官能团官能团特征频率区的特点和用途一、红外光谱区域的划分区域名称频率范围基团及振动形式X-H振动区4000～2500cm-1O－H、C－H、N－H等的伸缩振动叁键和累积双键区2500~2000cm-1C

C、C

N、N

N和

C＝C＝C、N＝C＝O等的伸缩振动

双键伸缩振动区2000~1500cm-1C=O、C=C、C=N、NO2、苯环等的伸缩振动部分单键和指纹区1500~400cm-1C－C、C－O、C－N、C－X等的伸缩振动及含氢基团的弯曲振动红外吸收光谱的四个区域二、基团与振动频率对应关系区域基团吸收频率/cm-1振动形式吸收强度说明第一区域-OH(游离)3650~3580伸缩m、sh判断有无醇类，酚类和有机，酸的車要依据-OH(缔结)3400~3200伸缩s、b判断有无醇类，酚类和有机酸的重要依据伯胺NH2，-NH(游离)3500~3300伸缩m基因振动偶合呈现双峰，仲胺基为单峰NH2,-NH(缔结)3400~3100伸缩s、b-SH2600~2500伸缩脂肪族硫醇和硫酚在夜态或溶液时在2590~2560cm-1有弱谱带C-H伸缩振动不饱和C-H＞3000伸缩不饱和C-H伸缩振动出现在3000cm-1以上3300附近

=C-H伸缩振动为鉴定炔基最好谱带，在CCI4溶液中极强，位于3320-3310cm-1，在固体，液体则在3300一3250cm-1,谱带较窄。=C-H(双键)3010~3040伸缩s苯环中C-H3300附近伸缩s未端=C-H2出现在3085cm-1附近。饱和C-H＜3000强度上比饱和C-H稍弱，但谱带较尖锐，饱和C-H伸缩出现在3000cm-1以下(3000-1~2800cm-1)，取代基影响小。-CH32960±5不对称伸缩sCH3直接连于芳环上，分别在2925cm-1和2865cm-1出现强伸缩振动谱带，同时在2975cm-1和2945cm-1有强度变化的谱带。连接N，0等高电负性厚子的CH3其吸收在2800cm-1附近。-CH32870±10对称伸缩s在2740~2720cm-1和2820cm-1附近出现中等强度双谱带，前者较锐，是题别酚和酮的特征频率。-CH22930±5不对称伸缩s三元环中的CH2

出现在3050cm-1-CH22850±10对称伸缩sCH出现在2890cm-1，很弱二、基团与振动频率对应关系区域基团吸收频率/cm-1振动形式吸收强度说明第二区域2260~2220伸缩S、形状2310~2135伸缩m2260~2100伸缩v二、基团与振动频率对应关系区域基团吸收频率/cm-1振动形式吸收强度说明第三区域C=C1680~1620伸缩m、v芳环中C=C1600、15801500、1450伸缩v苯环的骨架振动，单核芳烃在1600和1500cm-1附近有2至4个峰，用于鉴别有无芳核的存在-C=01850~1600伸缩ss其它吸收干扰少，是判断羰基(酮类，酸类，酯类，酸酐等)的特征频率，位置变动大，酸酐的C=0基有两个峰,出现在1820，1750cm-1酯类中的C=0基吸收出现在1750-1725cm-1很强；若饱和吸收出现在1740-1720cm-1不饱和，则吸出向低波数移动；羧酸中C=0基吸收出现在1725-1700cm-1附近-NO21600~1500不对称伸缩s-NO21300~1250对称伸缩sS=O1220~1040伸缩s二、基团与振动频率对应关系区域基团吸收频率/cm-1振动形式吸收强度说明第四区域C-O1300~1000伸缩sC-0键(酯,醚，醇类)的极性很强，故强度强，常成为谱图中最强的吸收。C-O-C900~1150伸缩s醚类中C-0-C的Vas=1100±50是最强的吸收。C-0-C对称伸缩在900-1000，较弱。-CH3、-CH21460±10CH3不对称变形，CH2变形m大部分有机化合物都含CH3、CH2基，因此此峰常出现。-CH31370~1380对称变形s很少受取代基影响，且干扰少，是CH3的特征吸收，可作为判断有无甲基存在的依据。-NH21650~1560变形m~sC-F1400~1000伸缩sC-CI800~600伸缩sC-Br600~500伸缩sC-I—500~200伸缩s=CH2910~890面外摇摆s-(CH2)n1、n>4720面内摇摆v二、基团与振动频率对应关系第一个区域特征区指纹区二、基团与振动频率对应关系第一个区域

—O—H（3650~3200cm-1）

确定醇、酚、酸二、基团与振动频率对应关系第一个区域—C—H=C—H

C—H（3000cm-1左右）

CCl4十二氟环己烷

2,2-二甲基丁烷2-溴丁烷无C-H有C-H二、基团与振动频率对应关系第一个区域—CH32960cm-1

反对称伸缩振动

2870cm-1

对称伸缩振动—CH2—2930cm-1

反对称伸缩振动2850cm-1

对称伸缩振动—C—H2890cm-1

弱吸收饱和碳原子上的—C—H

3000cm-1

以下3000cm-1

以上二、基团与振动频率对应关系第一个区域

（3500~3300cm-1）N-H胺

二、基团与振动频率对应关系第一个区域小结特征区指纹区二、基团与振动频率对应关系第二个区域特征区指纹区二、基团与振动频率对应关系第二个区域RCCH（2100

2140cm-1）RCCR′（2190

2260cm-1）R=R′时，无红外活性

RCCR'RCCH二、基团与振动频率对应关系第二个区域

非共轭共轭二、基团与振动频率对应关系第二个区域

-CN-仅含C、H、N时：峰较强、尖锐有O原子存在时；O越靠近C

N，峰越弱仅含C、H、N时：峰较强、尖锐有O原子存在时；O越靠近C

N，峰越弱二、基团与振动频率对应关系叁键（C

C）伸缩振动区（2500

2000cm-1

）RCCH（2100

2140cm-1）RCCR′（2190

2260cm-1

）

R=R′时，无红外活性RCN（2100

2140cm-1

）非共轭2240

2260cm-1

共轭2220

2230cm-1

第二个区域小结二、基团与振动频率对应关系相关吸收峰123二、基团与振动频率对应关系第三个区域双键伸缩振动区（2000~1500cm-1

）RC=CR′1620~1680cm-1

强度弱，R=R′（对称）时，无红外活性。单核芳烃的C=C键伸缩振动（1626~1650cm-1）二、基团与振动频率对应关系第三个区域RC=CR'1620

1680cm-1

强度弱R=R'（对称）时，无红外活性二、基团与振动频率对应关系第三个区域C=O（1850

1600cm-1

）碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐。饱和醛(酮)1740-1720cm-1

；强、尖；不饱和向低波移动；二、基团与振动频率对应关系第三个区域脂二、基团与振动频率对应关系第三个区域酰胺二、基团与振动频率对应关系第三个区域单环芳烃的C=C伸缩振动（即芳环的骨架振动）在1620~1450cm-1范围内有四个吸收峰，其中1520~1480cm-1和1620~1590cm-1区域的两个吸收峰是判断芳环是否存在的重要是判断芳环是否存在的重要标志苯衍生物的C=C二、基团与振动频率对应关系第三个区域苯的衍生物在2000~1667cm-1区域出现C一H面外弯曲振动的泛频峰。虽然强度很弱，但吸收峰形状和数目与芳环的取代类型有关。利用该区的吸收峰与900~600cm-1区域苯环的C一H面外弯曲振动吸收峰可以确定苯环的取代类型。二、基团与振动频率对应关系第三个区域单取代邻位二取代间位二取代对位二取代二、基团与振动频率对应关系第三个区域小结特征区指纹区二、基团与振动频率对应关系第四个区域特征区指纹区作业选择题（将正确答案的序号填入括号内）1.下图是哪个物质的红外吸收光谱图（）CH3CH2OHCH3CH3CH3OCH3CH3CH2ClA作业选择题（将正确答案的序号填入括号内）2.下图是哪个物质的红外吸收光谱图（）CH2=CH-CH2-CH3CH3-(CH2)3-CH3CH≡CHCH3COHB三、红外光谱标准谱图及其检索所谓红外标准谱图是指用高纯的化合物拍出的红外吸收光谱图。以备定性分析化合物之用。ASTM穿孔卡片萨特勒红外谱图集DMS周边缺口光谱卡片IRDC卡片API卡片三、红外光谱标准谱图及其检索常见的化学基团在4000～650cm-1范围内有特征基团频率。官能团特征频率区的吸收峰主要用于确定官能团。指纹区的吸收峰主要用于与标准谱图对照。总结根据醇、酚、酸、胺、炔、烯、酮、苯衍生物的主要官能团，判断它们有哪些特征吸收峰？思考题《光学分析及操作》实验未知物的定性分析通过本次学习，了解未知物的红外光谱定性分析的步骤和方法。目标TARGETCONTENT01样品的处理02收集样品的有关数据和资料03确定分子式04计算不饱和度，初步判断未知物类型05制样06测未知物红外光谱07谱图解析08用标准谱图核实验证一、样品的处理若样品中含微量不纯物可不处理，若不纯物含量超过0.1%～1%，则需提纯除掉杂质。样品的处理方法根据样品的状态和性质不同而不同，一般采用重结晶、萃取、薄层色谱法、分馏等进行分离提纯。二、收集样品的有关数据和资料样品的外观。是气体，或液体，或固体；样品颜色、气味。样品的来源和用途。样品的元素分析值和其它物理常数。(相对分子质量、沸点、熔点、折射率等)尽可能了解下列情况三、确分定子式由元素分值提供元素的种类、不同元素原子的比例，可得实验式，再由相对分子质量算出分析子式。四、计算不饱和度，初步判断未知物类型不饱和度指分子结构式与饱和的分子结构式相比所缺一价元素的“对数”，每缺两个一价元素时，不饱和度为一个单位(U=1)。计算不饱和度U的经验公式为U=1+n4+(n3－n1)/2上述公式经计算得出U=0时，为链状饱和烃及其衍生物(不含双键)；U=1时，可能有一个双键或脂环；U=2时，可能分子中有两个双键或脂环，也可能有一个叁键，也可能一个双键一个环；U=4，可能有一个苯环，等等。式中n1——分子中一价元素原子的数目

n3——分子中三价元素原子的数目

n4——分子中四价元素原子的数目五、制样根据样品形态等，选择适当制样方法，对未知物制样。六、测未知物红外光谱选择适当测定条件，用红外分光光度计进行未知物光谱测定。七、谱图解析确定化合物的类型判断可能含有的官能团探讨细则——根据吸收峰的位置推测基团所处的环境对已测出的未知物谱图进行解析，可先从各个区域的特征频率入手，发现某基团后，再根据指纹区进一步核证该基团及其与其它基团的结合方式。七、谱图解析1.确定化合物的类型区分有机物还是无机物3000cm-1

附近是否有饱和或不饱和C－H；谱图中峰形和峰的个数。七、谱图解析1.确定化合物的类型区分饱和与不饱和化合物以3000cm-1为界限，大于3000cm-1

的尖峰为不饱和C－H；三键和双键区是否有吸收峰。区分脂肪族化合物和芳香族化合物1600cm-1～1450cm-1是否有2～4个苯环骨架振动吸收峰。七、谱图解析2.判断可能含有的官能团主要利用官能团特征频率区提供的信息4000～2500cm-1属氢键区：O－H、N－H、C－H等2500～2000cm-1属三键和累积双键区：C

C、C

N、C＝C＝C、N＝C＝O等2000～1500cm-1属双键区：C＝C、C＝O、N＝O、苯环等1500～1300cm-1：C－H的弯曲振动1300～400cm-1：C－O、C－X、苯环和双键取代类型等七、谱图解析3.探讨细则从吸收峰的准确位置推测基团所处环境。如：相邻是否有产生共轭或诱导效应的基团；从1000～650cm-1的信息确定烯烃或芳烃的取代类型；从1380cm-1的存在、是否裂分以及相对强度等判断甲基的情况，等等。将已确定的基团相互连接，对于简单化合物可以列出可能的结构。七、谱图解析4.红外谱图解析的注意事项解析时应兼顾吸收峰的位置、强度和峰形，其中以峰的位置最为重要；注意相互印证；一个基团的几种振动吸收峰的相互印证，如烯烃。相关基团振动吸收峰之间的相互印证，如醛、酸。七、谱图解析4.红外谱图解析的注意事项不要忽略一些带有结构特征信息的弱峰；注意区别和排除非样品谱带的干扰；解析只是对特征有用的谱带而言，并非谱图中每一个吸收峰都能得到归属；单凭红外光谱解析很难完全确定有机化合物的结构。八、用标准谱图核实验证根据推定的分子结构，查找其标准红外光谱图进一步核实验证。充分利用标准谱图集，按索引检索所需谱图，当谱图上所有峰的位置、数目、相对强度和形状完全相同，则可确认推定分子结构正确。八、用标准谱图核实验证谱图解析示例1已知该化合物的元素组成为C7H8O。计算不饱和度判断：可能有一苯环。①②官能团区谱图中～1500cm-1，～1600cm-1为特征区最强峰，从《基团频率表》中可知是苯骨架振动的特征吸收谱带。谱图中3000cm-1以下的三个吸收谱带，2955cm-1，2919cm-1，2867cm-1为CH3－、CH2－的C－H伸缩振动。3000cm-1以上的三个吸收谱带，3088cm-1、3066cm-1、3031cm-1为苯环的C－H伸缩振动。结合上述所算出的不饱和度U=4，可确定未知物含有苯环八、用标准谱图核实验证红外谱图的解析官能团区从谱图中2000cm-1～1700cm-1的一组吸收峰，表明为单取代苯。指纹区695cm-1、745cm-1的吸收带，也表明为单取代苯。八、用标准谱图核实验证红外谱图的解析①③④②根据以上分析，结合分子式，推断该未知物为乙基苯。八、用标准谱图核实验证与标准谱图比较标准红外光谱图样品红外光谱图与标准谱图对照核实，确定该未知物为乙基苯。八、用标准谱图核实验证谱图解析示例2已知某液体烃含C80.90%、H16.10%、由元素分析结果求出实验式C7H16。已知某液体烃含C80.90%、H16.10%、由元素分析结果求出实验式C7H16。计算不饱和度：U=1+7+(0－16)/2=0①②③③从不饱和度U=0可推测未知物为链状饱和烃及其衍生物(不含双键)，根据实验式C7H16，①从红外光谱图中可以看到3000cm-1处有强的吸收峰，说明分子中有大量C-H基团存在。②1481cm-1指出有CH3

，③1381cm-1处只有一个单峰，谱图中724cm-1说明－(CH2)n－、n>4因此这一化合物是正庚烷。八、用标准谱图核实验证红外谱图的解析再查有关化合物物理常数手册，正庚烷的折射率为1.3867，密度为0.684，沸点为98.5℃与未知物相同，所以未知物为正庚烷。八、用标准谱图核实验证红外谱图的解析与标准谱图对照核实，也证实该未知物为正庚烷。标准红外光谱图样品红外光谱图总结一、样品的处理二、收集样品的有关数据和资料三、确定分子式四、计算不饱和度，初步判断未知物类型五、制样六、测未知物红外光谱七、谱图解析八、用标准谱图核实验证未知物定性分析的一般步骤习题C2H4O2C8H10《光学分析及操作》红外分光光度计的维护与保养目标TARGET01熟悉红外分光光度计的使用环境要求02了解红外分光光度计的维护和保养方法CONTENT01使用环境要求02环境与通风条件03振动04电源和电缆05思考题一、使用环境要求WQF-510型FT-IR光谱仪系统所处的工作场所应保持干净和整齐，应无任何脏物，灰尘和烟雾都会影响系统的工作。工作环境禁止吸烟。WQF-510型FT-IR光谱仪含有激光辐射。若打开干涉仪的盖子，将有激光辐射，激光功率为2MW，不会对人身造成伤害。但注意千万不要正视激光！二、环境与通风条件室温必须在15℃～30℃之间。相对湿度的允许范围小于60%。光学部件，特别是分光器，对环境湿度有很严格的要求，要注意对光学系统的维护。光学镜头是整个系统工作的关键，且价格昂贵。在潮湿的环境下工作时，一定要注意保护光学镜头。冷的仪器一旦打开后被暴露在潮湿的空气中，就可能发生