紅外吸收光譜

紅外吸收光譜第一頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/311★課程引入

目前市場上出售的保鮮膜，從原材料上主要分為三大類：聚乙烯（PE或LDPE）主要用于普通水果、蔬菜等的包裝，具有很強(qiáng)的耐熱性。2.聚偏二氯乙烯（PVDC）主要用于一些熟食、火腿等產(chǎn)品的包裝。對氣體、水蒸汽有很強(qiáng)的阻隔性，即密封性好，同時又具有極好的耐熱性，有透明感。第二頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3123.聚氯乙烯（PVC）一般來說，它是可以用于食品包裝的。PVC保鮮膜的優(yōu)點是透氣，且具有優(yōu)良的延伸性和強(qiáng)度，所以密封性能好；缺點是不耐高溫，因此，如果使用不當(dāng)就會影響健康。

PE和PVDC這兩種材料的保鮮膜對人體是安全的，可以放心使用。而PVC保鮮膜則對人體危害比較大。

如何鑒別PE、PVDC或PVC？第三頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/313

一、定義

當(dāng)紅外光照射分子時，將引起分子的振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷而產(chǎn)生的連續(xù)吸收光譜，稱為紅外吸收光譜（IR）。

6-1概述IR（遠(yuǎn)）IR(中)UV-Vis第四頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/314分子振動能級差為0.05～1.0eV，比轉(zhuǎn)動能級差（0.0001～0.05eV）大，因此分子發(fā)生振動能級躍遷時，不可避免地伴隨轉(zhuǎn)動能級躍遷，紅外光譜實際上是分子的振動-轉(zhuǎn)動光譜，即帶狀光譜。第五頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/315■紅外光譜當(dāng)樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時，分子吸收了某些頻率的輻射，并由其振動或轉(zhuǎn)動運動引起偶極矩的凈變化，產(chǎn)生分子振動和轉(zhuǎn)動能級從基態(tài)到激發(fā)態(tài)的躍遷，使相應(yīng)于這些吸收區(qū)域的透射光強(qiáng)度減弱。記錄紅外光的百分透射比（T%）與波數(shù)（σ）或波長（λ）關(guān)系的曲線，就得到紅外光譜。第六頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/316名稱Λ（μm）σ（cm－1）近紅外中紅外遠(yuǎn)紅外0.78~2.52.5~2525~100012820~40004000~400400~10二、紅外光譜的分類紅外區(qū)的光譜除用波長λ表征外，更常用波數(shù)σ表征。第七頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/317三、紅外吸收光譜法特點（1）特征性好。

紅外吸收光譜對有機(jī)或無機(jī)化合物的定性分析具有鮮明的特征性。每一種官能團(tuán)和化合物都具有特有的吸收光譜，其特征吸收譜帶的數(shù)目、頻率、譜帶形狀和強(qiáng)度都隨化合物及其聚集狀態(tài)的不同而異。因此根據(jù)化合物的吸收光譜，就像辨認(rèn)人的指紋一樣，可找出該化合物或具有的官能團(tuán)。第八頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/318（2）分析時間短。

通過檢索、與標(biāo)準(zhǔn)紅外吸收譜圖對照，一般可在10～30min完成分析。若用計算機(jī)檢索標(biāo)準(zhǔn)譜圖，可在幾分鐘內(nèi)完成分析。（3）所用試樣量少。對固體和液體試祥，進(jìn)行常量定性分析只需20mg，半微量分析約5mg，微量分析約20μg。對氣體試樣約200mL。

第九頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/319（4）操作簡便、不破壞試樣。繪制紅外吸收譜圖前的制樣技術(shù)比較簡單，制樣后不改變試樣組成，試樣用后可回收再從事其它研究。第十頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3110四、紅外光譜在化學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用1.用于分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)研究：測定分子的鍵長、鍵角，推斷出分子的立體構(gòu)型、化學(xué)鍵的強(qiáng)弱、計算熱力學(xué)函數(shù)。2.用于化學(xué)組成的分析：紅外光譜最廣泛的應(yīng)用在于對物質(zhì)的化學(xué)組成進(jìn)行分析，根據(jù)光譜中吸收峰的位置和形狀推斷未知物結(jié)構(gòu)，依照特征吸收峰的強(qiáng)度測定混合物中各組分的含量，它已成為現(xiàn)代結(jié)構(gòu)化學(xué)、分析化學(xué)最常用和不可缺少的工具。第十一頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3111一、紅外吸收光譜產(chǎn)生的條件(1)分子振動時，必須伴隨有瞬時偶極矩的變化，分子才會吸收特定頻率的紅外光。

（偶合作用）

分子是否顯示紅外活性（產(chǎn)生紅外吸收），與分子是否有永久偶極矩?zé)o關(guān)，如CO2分子。只有同核雙原子分子才是非紅外活性，如H2、N2等。(2)照射分子的紅外光的頻率與分子某種振動頻率相同時，才能產(chǎn)生躍遷，在紅外譜圖上出現(xiàn)相應(yīng)的吸收帶。（△E輻射=△E振動

）6-2紅外吸收光譜法的基本原理第十二頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3112二、分子振動與紅外吸收峰1.雙原子分子的振動簡諧振動：分子中的原子視為小球，其間的化學(xué)鍵看作不計質(zhì)量的彈簧。原子沿鍵軸方向的伸縮振動。m1、m2為雙原子分子中的兩個原子質(zhì)量。r為分子鍵的長度。第十三頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3113分子振動的總能量E

其中：γ為振動頻率；h為普朗克常數(shù)；ν為振動量子數(shù)，ν=0，1，2，3…..n。當(dāng)分子發(fā)生△ν=1的振動能級躍遷時，用經(jīng)典力學(xué)虎克（Hooke）定律導(dǎo)出其吸收紅外光的振動頻率σ為：k為化學(xué)鍵的力常數(shù)。μ為兩個原子的折合質(zhì)量。第十四頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3114★任何分子的原子總是在圍繞它們的平衡位置附近作微小的振動，這些振動的振幅很小，而振動的頻率卻很高（v=1013～1014Hz），正好和紅外光的振動頻率在同一數(shù)量級?！锓肿影l(fā)生振動能級躍遷時需要吸收一定的能量，這種能量通常可由照射體系的紅外線供給。振動能級是量子化的，分子振動只能吸收一定的能量★吸收的能量將取決于鍵力常數(shù)（k）與兩端連接的原子的質(zhì)量，即取決于分子內(nèi)部的特征。這就是

紅外光譜可以測定化合物結(jié)構(gòu)的理論依據(jù)。第十五頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3115紅外吸收光譜的術(shù)語：

基頻峰：當(dāng)分子吸收紅外輻射后，振動能級從基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)時所產(chǎn)生的吸收峰。K—N·cm-1，σ—cm-1Ar—相對原子量。第十六頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3116倍頻峰：振動能級從基態(tài)躍遷到第二激發(fā)態(tài)、第三激發(fā)態(tài)……所產(chǎn)生的吸收峰。組（合）頻峰：多原子分子中各種振動形式的能級之間，存在可能的相互作用。如果吸收的紅外輻射能量為兩個相互作用基頻之和或之差，就會產(chǎn)生組（合）頻峰。第十七頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3117泛頻峰：倍頻峰和組（合）頻峰統(tǒng)稱為泛頻峰?；l峰的強(qiáng)度＞倍頻峰強(qiáng)度＞組（合）頻峰強(qiáng)度第十八頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/31182.多原子分子的振動雙原子分子只有一種振動形式—沿鍵軸方向的伸縮振動；多原子分子的振動—除伸縮振動外，還有改變鍵角的彎曲振動。一般來說，鍵長的改變比鍵角的改變需要更大的能量，因此伸縮振動出現(xiàn)在高頻區(qū)，而彎曲振動則出現(xiàn)在低頻區(qū)。第十九頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3119分子的振動形式可分成兩大類：（1）伸縮振動(γ)對稱伸縮振動（γ

s）反對稱伸縮振動（γ

as）—CH2第二十頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3120（2）變形或彎曲振動(δ)面內(nèi)變形振動：剪式振動（δ)面內(nèi)搖擺振動(ρ)面外變形振動：面外搖擺振動（ν）扭曲變形振動（τ）—CH2第二十一頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3121水分子振動對應(yīng)紅外吸收峰如何判斷紅外吸收峰的數(shù)目？第二十二頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/31223.紅外吸收峰的數(shù)目與強(qiáng)度每一種振動形式，應(yīng)能產(chǎn)生一個吸收峰（基頻峰）。即多原子分子所產(chǎn)生的基頻峰數(shù)目應(yīng)等于該分子所具有的振動形式數(shù)目。但注意有紅外活性與非紅外活性之別。■峰數(shù)與分子自由度有關(guān)。無瞬間偶極矩變化時，無紅外吸收?！鯪個原子組成的線性分子：3N-5（自由度）■N個原子組成的非線性分子：3N-6

（自由度）第二十三頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3123CO2分子的振動形式：線性分子：3N-5=3×3-5=4其中：對稱伸縮無吸收；面內(nèi)和面外彎曲吸收峰重疊（667cm-1）；反對稱伸縮2349cm-1。

——只有2個基頻峰。第二十四頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3124■實際峰數(shù)往往不同于理論計算基本振動數(shù)目的原因：（1）沒有偶極矩變化振動過程不引起紅外吸收。（2）頻率完全相同的振動彼此發(fā)生簡并。（3）強(qiáng)寬峰往往要覆蓋與它頻率相近的弱而窄的吸收峰。（4）吸收峰落在中紅外區(qū)域（4000~400cm-1

）以外。第二十五頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3125（5）吸收強(qiáng)度太弱，以致無法測定。（倍頻和組頻的產(chǎn)生）（6）振動偶合：當(dāng)兩個振動頻率相同或相近的基團(tuán)相鄰并具有一公共原子時，由于一個鍵的振動通過公共原子使另一個鍵的長度發(fā)生改變，產(chǎn)生一個“微擾”，其結(jié)果使振動頻率發(fā)生變化，一個向高頻移動，一個向低頻移動，譜帶裂分。

~1820cm-1~1760cm-1

酯第二十六頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3126（7）費米（Fermi）振動當(dāng)倍頻或組頻峰與基頻峰相近時，產(chǎn)生強(qiáng)吸收帶或峰的分裂現(xiàn)象。如醛基—CHO的C-H伸縮振動與其彎曲振動倍頻的Fermi振動，出現(xiàn)2820cm-1和2720cm-1附近強(qiáng)度相近的雙峰。但2820cm-1的醛氫C-H伸縮常被CH3和CH2的C-H伸縮振動（2870、2850cm-1

）掩蓋。1773cm-1和1736cm-1出現(xiàn)兩個C=O吸收峰第二十七頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3127■吸收峰強(qiáng)度的影響因素（1）（瞬間）偶極矩變化大，吸收峰強(qiáng)。紅外吸收譜帶的強(qiáng)度取決于分子振動時偶極矩的變化。而偶極矩與分子結(jié)構(gòu)的對稱性有關(guān)。振動的對稱性越高，振動中分子偶極矩變化越小，譜帶強(qiáng)度也就越弱。一般，極性較強(qiáng)的基團(tuán)（如C＝O，C－X等)振動，吸收強(qiáng)度較大；極性較弱的基團(tuán)(如C＝C、C－C、N＝N等)振動，吸收較弱。第二十八頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3128問題：C=O強(qiáng)；C=C弱；為什么？它們都是不飽和鍵，但對稱性不同，C＝O鍵在伸縮振動時偶極矩變化很大，C＝O基的躍遷幾率大，紅外光譜強(qiáng)度大；而C＝C雙鍵則在伸縮振動時偶極矩變化很小，紅外光譜強(qiáng)度小。紅外光譜的吸收強(qiáng)度常定性地用s(強(qiáng))、m(中等)、w(弱)、vw(極弱)等來表示。第二十九頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3129

對于同一類型的化學(xué)鍵，偶極矩的變化與結(jié)構(gòu)的對稱性有關(guān)。如C＝C雙鍵在下述三種結(jié)構(gòu)中，吸收強(qiáng)度的差別非常大：原因：對于C＝C雙鍵來說。結(jié)構(gòu)(1)的對稱性最差，因此吸收較強(qiáng)，而結(jié)構(gòu)(3)的對稱性相對來說最高，故吸收最弱。第三十頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3130（2）對于同一試樣，在不同的溶劑中，或在同一溶劑中不同濃度的試樣中，由于氫鍵的影響以及氫鍵強(qiáng)弱的不同，使原子間的距離增大，偶極矩變化增大，吸收增強(qiáng)。如：醇類的OH基在四氯化碳溶劑中伸縮振動的強(qiáng)度比在乙醚溶劑中弱得多。而在不同濃度的四氯化碳溶液中，由于締合狀態(tài)不同，強(qiáng)度也有很大差別。第三十一頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3131（3）譜帶的強(qiáng)度與振動形式有關(guān)。強(qiáng)極性基團(tuán)的紅外振動吸收帶，其強(qiáng)度要比紫外及可見光區(qū)最強(qiáng)的電子躍遷小2～3個數(shù)量級。由于紅外光譜的能量較低，測定時必須用較寬的狹縫，這樣就使測得的紅外吸收帶的峰值及寬度，受所用狹縫寬度強(qiáng)烈影響。同一物質(zhì)的摩爾吸光系數(shù)ε隨不同儀器而改變。因此ε在定性鑒定中用處不大。

■由基態(tài)躍遷到第一激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個強(qiáng)的吸收

峰---基頻峰；由基態(tài)直接躍遷到第二激發(fā)態(tài)，產(chǎn)生一個弱的吸收峰---倍頻峰。第三十二頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/31326-3紅外吸收光譜與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系一、基團(tuán)的特征吸收峰與相關(guān)峰■基團(tuán)頻率：在有機(jī)物分子中，各種基團(tuán)（官能團(tuán)）都有自己特定的紅外吸收區(qū)域。能代表該基團(tuán)存在并有較高強(qiáng)度的吸收峰位置，稱為該基團(tuán)（官能團(tuán)）的特征頻率（基團(tuán)頻率）。■特征吸收峰：對應(yīng)的吸收峰稱為該基團(tuán)（官能團(tuán)）的特征吸收峰。第三十三頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3133■相關(guān)峰：一個官能團(tuán)除了有特征峰外，還有很多其它的振動形式吸收峰，通常把這些相互依存而又可相互佐證的吸收峰，稱為相關(guān)峰。28003000cm-1

—CH3

特征峰；16501850cm-1—C=O特征峰；基團(tuán)所處化學(xué)環(huán)境不同，特征峰出現(xiàn)位置變化—CH2—CO—CH2—1715cm-1

酮—CH2—CO—O—1735cm-1

酯—CH2—CO—NH—1680cm-1

酰胺第三十四頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3134

二、紅外光譜的分區(qū)常見的有機(jī)化合物基團(tuán)的紅外吸收在4000～670cm-1范圍內(nèi)。為便于光譜解析，分成兩大區(qū)域。1.特征區(qū)（官能團(tuán)區(qū)）：

紅外吸收光譜中波數(shù)4000～1300cm－1的范圍稱為特征區(qū)。由伸縮振動產(chǎn)生的吸收帶?；鶊F(tuán)的特征吸收一般位于該高頻區(qū)，該區(qū)域內(nèi)吸收峰比較稀疏，是鑒定官能團(tuán)最有價值的區(qū)域。

第三十五頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3135■官能團(tuán)區(qū)又分成四個區(qū)域：（1）4000～2500cm-1區(qū)域：X—H伸縮振動區(qū)（X=O，N，C，S）。該區(qū)吸收說明含氫原子官能團(tuán)的存在。如N-H（35003300cm-1）、O-H（37003200cm-1）、C-H（33002700cm-1）。(2)25002000cm-1區(qū)域：三鍵、累積雙鍵伸縮振動區(qū)。如-CN、

-CC-、－C＝C＝C、－C＝C＝O。第三十六頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3136（3）20001500cm-1區(qū)域：雙鍵伸縮振動區(qū)。如C=O、C=C、C=N、N=O、-NH2的彎曲振動和芳烴的骨架振動（呼吸振動）。（4）15001300cm-1區(qū)域：C-H的彎曲振動。如-CH3（1380和1460cm-1

）、-CH2（1470cm-1

）。第三十七頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/31372.指紋區(qū)：紅外吸收光譜中波數(shù)在1300～670cm－1范圍的吸收。除單鍵的伸縮振動外，還有各種振動間的偶合，該區(qū)域峰形復(fù)雜、密集。在指紋區(qū)各官能團(tuán)吸收峰的波數(shù)不具有明顯的特征性，吸收峰密集，如人的指紋，化合物上微小的變化都會引起指紋區(qū)吸收峰的改變。特征區(qū)和指紋區(qū)的功用正好相互補充。第三十八頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3138■指紋區(qū)又分為兩個區(qū)域：（1）1300～900cm-1區(qū)域：所有單鍵和重原子雙鍵（P=O、S=O）的伸縮振動。（2）900～670cm-1區(qū)域：該區(qū)域吸收峰很重要，用來判斷-(CH2)n-存在、順反結(jié)構(gòu)、苯環(huán)取代類型等。第三十九頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3139★指紋區(qū)的應(yīng)用：（1）判斷甲基是否存在。甲基的對稱變形振動出現(xiàn)在1370～1380cm-1，是一個很特征的吸收帶，可作為判斷有無甲基存在的依據(jù)。當(dāng)一個碳原子上存在兩個甲基時，即

由于兩個甲基的對稱變形振動互相偶合而使1370cm-1附近的吸收帶發(fā)生分裂，從而出現(xiàn)兩個峰。第四十頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3140（2）確定順反構(gòu)型。如烯烴的＝CH面外變形振動出現(xiàn)的位置，很大程度上決定于雙鍵取代情況。反式構(gòu)型（990～970cm-1

）

順式構(gòu)型（690cm-1）第四十一頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3141（3）確定苯的取代位置。判斷含芳基化合物結(jié)構(gòu)，除用官能團(tuán)特征頻率外，還取決于環(huán)上的取代形式。取代類型吸收峰數(shù)δC-H（cm-1）單取代鄰位二取代間位二取代對位二取代2個1個3個1個740，690740860,780，710805第四十二頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3142三、影響基團(tuán)頻率的因素化學(xué)鍵的振動頻率不僅與其性質(zhì)有關(guān)，還受分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部因素影響。各種化合物中相同基團(tuán)的特征吸收并不總在一個固定頻率上。1.內(nèi)部因素（1）誘導(dǎo)效應(yīng)（I效應(yīng)）吸電子基團(tuán)使吸收峰向高頻方向移動（蘭移）。第四十三頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3143R-CORC=01715cm-1

R-COHC=01730cm-1

R-COClC=01800cm-1

R-COFC=01920cm-1以脂肪酮為例：第四十四頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3144（2）共軛效應(yīng)（C效應(yīng)）由于分子間形成大π鍵引起的基團(tuán)頻率

紅移現(xiàn)象。第四十五頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3145（3）氫鍵效應(yīng)分子形成氫鍵(分子內(nèi)氫鍵或分子間氫鍵)后，對峰位，峰強(qiáng)產(chǎn)生極明顯影響，使伸縮振動頻率向低波數(shù)方向移動（紅移），吸收強(qiáng)度增大。1760cm-11700cm-1第四十六頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/31462.外部因素（1）物態(tài)影響試樣狀態(tài)、測定條件的不同等外部因素都會引起頻率位移。一般氣態(tài)時C=O伸縮振動頻率最高，而液態(tài)或固態(tài)的振動頻率最低。同一化合物的氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)光譜有較大的差異，因此在查閱標(biāo)準(zhǔn)圖譜時，要注意試樣狀態(tài)及制樣方法等。第四十七頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3147（2）溶劑影響紅外吸收光譜常用的溶劑為CS2、CCl4、CHCl3。溶質(zhì)與溶劑間的相互作用會引起頻率位移。

應(yīng)盡量采用非極性溶劑。第四十八頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3148

紅外光譜的最大特點是具有特征性。紅外光譜的特征性與化學(xué)振動的特征性是分不開的。有機(jī)化合物的種類很多，但大多數(shù)都由C、H、O、N、S、鹵素等元素構(gòu)成，而其中大部分又是僅由C、H、O、N四種元素組成。所以說大部分有機(jī)物的紅外光譜基本上都是由這四種元素所形成的化學(xué)鍵的振動貢獻(xiàn)的。四、常見化合物的特征基團(tuán)頻率第四十九頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/31491.烷烴類只有C-C和C-H的伸縮和彎曲振動吸收。（1）C-H伸縮振動：3000～2800cm-1吸收。—CH32960cm-1

反對稱伸縮振動2870cm-1

對稱伸縮振動—CH2—2930cm-1

反對稱伸縮振動2850cm-1對稱伸縮振動—C—H2890cm-1

弱吸收

均在3000cm-1以下第五十頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3150（2）-CH3和-CH2-彎曲振動：＜1500cm-1吸收，一般都落在指紋區(qū)。如CH3在1375cm-1處的分裂現(xiàn)象：異丙基等強(qiáng)度的（1385、1368cm-1）雙峰，叔丁基強(qiáng)度不等的（1395、1368cm-1）雙峰“異丙基或叔丁基分裂”第五十一頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3151第五十二頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/31522.烯烴類主要指C=C鍵和=C-H振動吸收。（1）3090～3010cm-1，中等強(qiáng)度（m）吸收峰—判斷不飽和化合物存在。（2）1700～1600cm-1

，C=C伸縮振動，較弱（w）易變。（3）1600cm-1

，C=C共軛時，強(qiáng)度（m）增大。（4）990、910cm-1指紋區(qū)，2個強(qiáng)（s）彎曲振動吸收帶。第五十三頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3153第五十四頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/31543.炔烴類主要指CC和C—H

的振動吸收。（1）CC2300～2100cm-1，強(qiáng)（w）、尖細(xì)峰。（2）C—H3300～3200cm-1，中等（m）、尖銳峰。4.芳烴類主要指苯環(huán)上的C-H和C=C的振動吸收。（1）C-H3100～3000cm-1

弱（s）三個峰。

烯烴只有一個峰。（區(qū)別）第五十五頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3155（2）單環(huán)芳烴C=C鍵伸縮振動（16501450cm-1

）

常常觀察到的三個吸收帶分別出現(xiàn)在

1620～1590cm-1，1580cm-1和1520～1480cm-1。1500cm-1附近的吸收帶最強(qiáng)；1600cm-1附近吸收帶居中；1580cm-1的吸收帶最弱，常常被1600cm-1

附近的吸收帶所掩蓋或變成它的一個肩。確定芳環(huán)結(jié)構(gòu):3030cm-1附近C-H伸縮振動（多個）及1600和1500cm-1附近的C=C伸縮振動。第五十六頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3156（3）確定苯的取代位置。判斷含芳基化合物結(jié)構(gòu)，除用官能團(tuán)特征頻率外，還取決于環(huán)上的取代形式。取代類型吸收峰數(shù)δC-H（cm-1）單取代鄰位二取代間位二取代對位二取代2個1個3個1個740，690740860,780，710805第五十七頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3157

鄰、間及對位二甲苯的紅外光譜860第五十八頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/31585.羰基化合物（18501650cm-1

）碳氧雙鍵的特征峰，強(qiáng)度大，峰尖銳，周圍干擾少，可用于判斷C=O羰基。含C=O基的化合物有酮類、醛類、酸類、酯類以及酸酐等。第五十九頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3159醛和酮的區(qū)分？第六十頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3160醛類的C=O基：醛類的羰基伸縮振動吸收出現(xiàn)在1725cm-1附近。共軛作用使羰基吸收向低波數(shù)移動。區(qū)分醛（1725cm-1）和酮（1715cm-1）？

在C—H伸縮振動的低頻側(cè)，醛有兩個中等強(qiáng)度的特征吸收峰，分別位于2820cm-1和2720cm-1附近，后者較尖銳，和其它C—H伸縮振動吸收不相混淆，極易識別。

根據(jù)C＝O伸縮振動吸收（1700cm-1）以及2720cm-1峰可以判斷醛基存在。第六十一頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3161羧酸的C=O基：l--1760～1700cm-1

C=O伸縮振動（s）k--3300～2500cm-1

O-H伸縮振動（很寬、特征峰）m--1300～1200cm-1C-O伸縮振動n--955～915cm-1

O-H（面外變形、s、較特征）k吸收帶非常寬，是因形成氫鍵而締合的－OH伸縮振動，成一系列多重疊峰。第六十二頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/31626.醇類

O-H37003200cm-1

確定醇、酚、酸。在非極性溶劑中：濃度較小時，峰形尖銳，強(qiáng)吸收；濃度較大時，發(fā)生締合作用，峰形較寬。第六十三頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3163

從上述討論中可以看到：基團(tuán)的特征吸收大多集中在4000～1350cm-1區(qū)域內(nèi)，因而這一段頻率范圍稱為基團(tuán)頻率區(qū)(或特征頻率區(qū))，而1350～650cm-1的低頻區(qū)稱為指紋區(qū)。

用一組相關(guān)峰可以更確定地鑒別官能團(tuán)，這是應(yīng)用紅外光譜進(jìn)行定性鑒定的一個重要原則。第六十四頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3164500100015002000250030003500C-H，N-H，O-HN-HCNC=NS-HP-HN-ON-NC-FC-XO-HO-H（氫鍵）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HCCC=C常見基團(tuán)的紅外吸收帶特征區(qū)指紋區(qū)第六十五頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/31656-4紅外吸收光譜儀兩種類型：色散型

干涉型（傅里葉變換紅外光譜儀）第六十六頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3166第六十七頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3167內(nèi)部結(jié)構(gòu)第六十八頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3168傅里葉變換紅外光譜儀工作原理圖

光源干涉儀樣品池檢測器計算機(jī)記錄儀沒有色散元件，增加了干涉儀和計算機(jī)。第六十九頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3169色散型紅外分光光度的結(jié)構(gòu)和紫外一可見分光光度計大體一樣，也由光源、吸收池、單色器、檢測器以及記錄顯示裝置組成。兩者最基本的一個區(qū)別是，前者的吸收池是放在光源和單色器之間，后者則是放在單色器的后面。UV-Vis:光源單色器吸收池檢測器IR:光源吸收池單色器檢測器第七十頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3170一、光源

能斯特?zé)艉凸杼及魞煞N。是一種惰性固體，用電加熱后發(fā)射高強(qiáng)度連續(xù)紅外輻射。1.硅碳棒：兩端粗中間細(xì)的實心棒，中間為發(fā)光部分，其直徑約5mm，長約50mm。硅碳棒在室溫下是導(dǎo)體，并有正的電阻溫度系數(shù)，工作前不需預(yù)熱。優(yōu)點：堅固、壽命長、發(fā)光面積大。缺點：工作時電極接觸部分需用水冷卻。第七十一頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/31712.能斯特?zé)簦河裳趸U、氧化釔和氧化釷燒結(jié)制成，是一直徑為1～3mm，長約20～50mm的小空棒或?qū)嵭陌簦瑑啥死@有鉑絲作為導(dǎo)線。在工作之前，由一輔助加熱器進(jìn)行預(yù)熱。優(yōu)點：發(fā)出的光強(qiáng)度高，使用壽命可達(dá)6個月至一年。缺點：機(jī)械強(qiáng)度差，稍受壓或受扭就會損壞，經(jīng)常開關(guān)也會縮短其壽命。第七十二頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3172二、單色器

紅外單色器由一個或幾個色散元件(棱鏡或光柵)，入射和出射狹縫，以及用于聚焦和反射光束的反射鏡構(gòu)成。第七十三頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3173三、樣品池

紅外吸收池使用可透過紅外的材料制成窗片，紅外光譜儀可以測定固、液、氣態(tài)樣品。用于測定紅外光譜的樣品必須有較高的純度（＞98%）才能獲得準(zhǔn)確結(jié)果。1.樣品制備要求

（1）試樣的濃度和測試厚度應(yīng)選擇適當(dāng)，以使光譜圖中大多數(shù)吸收峰的透射比處于15~70%范圍內(nèi)(Tmax1-5%,T基線=90-95%)。第七十四頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3174濃度太小，厚度太薄，會使一些弱的吸收峰和光譜的細(xì)微部分不能顯示出來；過大，過厚，又會使強(qiáng)的吸收峰超越標(biāo)尺刻度而無法確定它的真實位置。有時為了得到完整的光譜圖，需要用幾種不同濃度或厚度的試樣進(jìn)行測繪。（2）試樣中不應(yīng)含有游離水。水分的存在不僅會侵蝕吸收池的鹽窗，而且水分本身在紅外區(qū)有吸收，將使測得的光譜圖變形。第七十五頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3175第七十六頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3176（3）試樣應(yīng)該是單一組分的純物質(zhì)。多組分試樣在測定前應(yīng)盡量預(yù)先進(jìn)行組分分離（如采用色譜法柱分離、蒸餾、重結(jié)晶、萃取法等），否則各組分光譜相互重疊，以致對譜圖無法進(jìn)行正確的解釋。2.樣品制備技術(shù)（1）固體樣品制備溴化鉀壓片法粉末樣品常采用壓片法，一般取2~3mg第七十七頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3177樣品與200~300mg干燥的KBr粉末在瑪瑙研缽中混勻，充分研細(xì)至顆粒直徑小于2μm（中IR從2μm開始），用不銹鋼鏟取70~90mg放入壓片模具內(nèi)，在壓片機(jī)上用5~10×107Pa壓力壓成透明薄片，即可用于測定?！龉腆w樣品的分散質(zhì)點大小影響吸光系數(shù)ε。

如：顆粒直徑大于波長，發(fā)生散射而使紅外吸收損失，導(dǎo)致譜圖基線抬高和分辨率降低?！龉腆w試樣制作時分散、均勻。否則，造成吸光度與濃度間不呈線性關(guān)系而偏離朗白-比爾定律。第七十八頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3178■常用的壓片材料除KBr外，還有KCl、NaCl、KI、AlI3、CsI、AgCl等。b.糊裝法將干燥處理后的試樣研細(xì)，與液體石蠟混合調(diào)成糊狀，加在兩KBr鹽片中間進(jìn)行測定。液體石蠟自身的吸收帶簡單，但此法不能用來研究飽和烷烴的吸收情況。第七十九頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3179c.溶液法對于不宜研成細(xì)末的固體樣品，如果能溶于溶劑，可制成溶液，按照液體樣品測試的方法進(jìn)行測試。d.薄膜法

一些高聚物樣品，一般難于研成細(xì)末，可制成薄膜直接進(jìn)行紅外光譜測定?！鲆环N是將高聚物加熱熔融再壓制成薄膜。■再一種是直接涂在鹽片上。若聚合物難以研磨，可加入揮發(fā)性溶劑（如氯仿）一起研磨，并在紅外燈下進(jìn)行，使溶劑蒸發(fā)后再壓片。第八十頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3180（2）液體樣品的制備a.液體池法沸點較低，揮發(fā)性較大的試樣，可注入封閉液體池中。液層厚度一般為0.01~1mm。b.液膜法沸點較高的試樣，直接滴在兩塊鹽片之間，形成液膜?！鋈绻簯B(tài)分子間出現(xiàn)溶劑效應(yīng)、締合、氫鍵、解離等，液態(tài)吸收譜帶的頻率、數(shù)目、強(qiáng)度會發(fā)生較大變化。液體樣品的制備中溶劑選擇很重要。第八十一頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3181（3）氣態(tài)試樣的制備氣態(tài)試樣可在氣體吸收池內(nèi)進(jìn)行測定，它的兩端粘有紅外透光的NaCI或KBr窗片。先將氣體池抽真空，再將試樣注入。第八十二頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3182四、檢測器

常用的紅外檢測器有兩種：熱檢測器和光檢測器。熱檢測器：真空熱電偶、熱釋電檢測器和熱電檢測器（現(xiàn)最常用）。光檢測器：采用硒化鉛（PbSe）等，受光照后導(dǎo)電性能變化而產(chǎn)生信號。光檢測器比熱檢測器靈敏，需液氮低溫冷卻第八十三頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/31836-5紅外吸收光譜法的應(yīng)用一、定性分析每一化合物都具有特征的紅外吸收光譜，其譜帶數(shù)目、位置、形狀、和相對強(qiáng)度均隨化合物及其聚集態(tài)的不同而不同，根據(jù)化合物的光譜，就像辨認(rèn)人的指紋一樣，確定化合物或其官能團(tuán)是否存在。根據(jù)化合物的紅外光譜的特征基團(tuán)頻率來檢定物質(zhì)含有哪些基團(tuán)，從而確定有關(guān)化合物的類別。目前最常用、最方便的方法是利用計算機(jī)自動檢索、匹配。指紋區(qū)許多吸收峰都是特征區(qū)吸收峰的相關(guān)峰，用來確定化合物的細(xì)微結(jié)構(gòu)。第八十四頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3184二、定量分析與其它分光光度法（紫外-可見分光光度法）一樣，紅外光譜定量分析是根據(jù)物質(zhì)組分的吸收峰強(qiáng)度來進(jìn)行的，它的理論基礎(chǔ)是lambert－beer定律。紅外光譜有多個譜圖可供選擇，有利于排除共存物質(zhì)干擾。但由于紅外光譜法的靈敏度較低，實驗誤差大，不適于微量組分分析。第八十五頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3185三、未知物結(jié)構(gòu)確定—譜圖解析1.了解與試樣性質(zhì)有關(guān)的資料，以作為分析的旁證。2.計算不飽和度Ω不飽和度：表示有機(jī)分子中碳原子的飽和程度根據(jù)試樣的元素分析值及分子量得出的分子式可以計算不飽和度，從而估計分子結(jié)構(gòu)式中是否有雙鍵、叁鍵及芳香環(huán)，并可驗證光譜解析結(jié)果的合理性。第八十六頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3186計算不飽和度Ω的經(jīng)驗式為：——n1、n3和n4為分子式中一價（H）、三價（N）和四價（C）原子數(shù)目。(1)鏈狀飽和烴的不飽和度為0。(2)雙鍵（C=C、C=O

）和飽和環(huán)狀結(jié)構(gòu)不飽和度為1。(3)三鍵（CC

、

CCN）、兩個雙鍵、一個雙鍵和一個環(huán)、兩個環(huán)的不飽和度為2。(4)苯環(huán)的不飽和度為4。第八十七頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3187例：計算CH3－（CH2）7－COOH的不飽和度說明分子式中存在雙鍵(C＝O)。例：計算C7H5NO的不飽和度。

說明分子中含一個苯環(huán)和兩個雙鍵。C第八十八頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/31883.譜圖解析先從基頻區(qū)（官能團(tuán)區(qū)）4000～1300cm-1開始。先大后小、先粗后細(xì)。如若有C=O（1700cm-1中等寬度的強(qiáng)帶），推斷酸、酯、醛、酮等。若無C=O吸收帶，可推測是否為醇、酚，-OH（3400cm-1強(qiáng)寬帶）；推測苯環(huán)的存在（3100～3000cm-13個帶、1600和1500cm-1帶）。再檢查指紋區(qū)的官能團(tuán)的彎曲吸收帶及苯環(huán)取代情況。第八十九頁，共一百頁，2022年，8月28日2023/3/3189常見官能團(tuán)的特征峰：（1）C=O1700附近，SγC=O寬帶。（2）COOH3000附近，mγO-H

寬帶,

955-915,SδOH較特征，

1760-