紅外光譜圖解析知識點

講透了！紅外光譜圖解析知識點匯總

利用紅外吸收光譜進行有機化合物定性分析可分為兩個方面：

一是官能團定性分析，主要依據(jù)紅外吸收光譜的特征頻率來鑒別含有哪些官能團，以

確定未知化合物的類別；

二是結(jié)構(gòu)分析，即利用紅外吸收光譜提供的信息，結(jié)合未知物的各種性質(zhì)和其它結(jié)構(gòu)

分析手段（如紫外吸收光譜、核磁共振波譜、質(zhì)譜）提供的信息，來確定未知物的化學(xué)

結(jié)構(gòu)式或立體結(jié)構(gòu)。

原理

樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時，分子吸收其中一些頻率的輻射，分子振動或

轉(zhuǎn)動引起偶極矩的凈變化，是振-轉(zhuǎn)能級從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，相應(yīng)于這些區(qū)域的透

射光強減弱，透過率下％對波數(shù)或波長的曲線，即為紅外光譜。

頻率V

低

號v能量-

—h--------

200nx400nmBOOnm2.E15|11m5m

矩波長入------------------長

光波譜區(qū)及能量跌遷相關(guān)圖

輻射f分子振動能級躍遷-紅外光譜一官能團一分子結(jié)構(gòu)

2、紅外光譜特點

?紅外吸收只有振-轉(zhuǎn)躍遷，能量低；

?除單原子分子及單核分子外，幾乎所有有機物均有紅外吸收；

?特征性強，可定性分析，紅外光譜的波數(shù)位置、波峰數(shù)目及強度可以確定分子結(jié)

構(gòu)；

?定量分析；

?固、液、氣態(tài)樣均可，用量少，不破壞樣品；

?分析速度快；

?與色譜聯(lián)用定性功能強大。

3、分子中振動能級的基本振動形式

紅外光譜中存在兩類基本振動形式：伸縮振動和彎曲振動。

對稱伸縮振動不對稱伸縮振動

：2926cmT：2853cm-l

CLO

分子結(jié)構(gòu)與紅外光譜

Z、分子官能團與紅外光譜吸收峰

（i）分子的整體振動圖像可分解為若干簡振模式的疊加，每個簡振模式（振動能

級躍遷）對應(yīng)于一定頻率的）對應(yīng)于一定頻率的光吸收峰，全部具有紅外活性的

簡振模式的光吸收峰就構(gòu)成了該分子的振動吸收光譜，即紅外光譜。

（2）分子的簡振模式（振動能級）決定于分子的結(jié)構(gòu)，因此可以將分子結(jié)構(gòu)與其紅

外光譜聯(lián)系在一起。

（3）分子的一個簡振模式是其所有原子特定運動分量的疊加，也就是說，在一個簡

振模式下，所有原子都在進行（相同頻率）運動運動。但是一般只有某一個（或幾

個）基團的運動起著主要作用，而其它原子的運動相對弱的多。所以，分子的一個簡

振模式可以看作只是個別基團（官能團）的運動，因此，可以將分子的紅外光譜吸收

峰與其官能團相對應(yīng)。

2、官能團的主要振動方式

（1）化學(xué)鍵長度改變

對稱伸縮振動、%反對稱伸縮振動

（2）化學(xué)鍵鍵角/二面角改變

剪式振動句面內(nèi)搖擺振動P

3、H2O與CH4的簡正振動模式

紅外光譜解析三要素

1、紅外光譜吸收峰一一線形與線寬

＞自然宜度

和定性UA￡C%

叩gHK.?。ゝ

＞多?軟地宣

高斯峰彩r

,3…Tg2）1一唏1

＞磁撞增宣（壓力增竟）波SUcin?1

常溫常壓下y＞4c/n-'

洛侖茲峰彩

，例=A，r~~--T中紅外知多辨率一?在4cm，If可；

E+4d廣近紅外知中倍頻與合頻峰的等合意會

＞飽和增富更大，分辨率一般在4或Bern?，即可；測

光強度較高時產(chǎn)生高階響應(yīng)量氣體分子的楓動光謂的轉(zhuǎn)動MMM

需要低溫低用條件與更高的分f陣。

2、紅外光譜吸收峰一一位置

力需風(fēng)電子結(jié)構(gòu)

折合■量,原子料類

官能團振動頻率的改變，反映了化合物結(jié)構(gòu)或所處環(huán)境的不同。影響官能團吸收頻率

的因素可以分成內(nèi)部因素和外部因素兩大類。內(nèi)部因素本質(zhì)上就是指官能團所處的分

子結(jié)構(gòu)對其吸收頻率的影響，如振動耦合、費米共振、電子效應(yīng)、空間效應(yīng)、氫鍵和

質(zhì)量效應(yīng)等。外因一般包括溫度、濃度、溶劑、樣品狀態(tài)、制樣方法等。

影響紅外光譜吸收峰的內(nèi)部因素

（1）振動耦合

兩個基團相鄰且振動基頻相差又不大時，振動的耦合引起吸收頻率偏離基頻，一個移

向高頻方向（反對稱），一個移向低頻方向（對稱），這種現(xiàn)象稱為振動耦合。

o=c=o

1

?/2350cm.?

????:——一

-O=C-------??c=o-

????

\1340cm1/

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?o4—=c=—o?

(2)費米共振

當一種振動模式的倍頻或合頻與另一振動基頻相近時，由于其相互作用而產(chǎn)生的強吸

收帶或發(fā)生的峰裂分稱為費米共振。費米共振作用也是一種振動耦合作用，只不過是

發(fā)生在基頻與倍頻或合頻之間。

1388cm1

\t

-Q=C=O-v=l/\7=2O=C=O

1340cm-1Lccc!

1338cm1

1286cm1

t

v=lO=C=O

-------II

669cm-1

(3)電子效應(yīng)

(4)空間效應(yīng)

a.環(huán)的張力

v(C=O)/cm-1~1715~1745~1780~1850

尻空間障礙

分子中大的基團存在空間位阻作用，迫使鄰近基團的鍵角改變，使其振動吸收頻率發(fā)

生改變。當共貌體系的共平面性被破壞或偏離時，共鈍體系也受到影響或破壞，其吸

收頻率將移向高波數(shù)。

(S)氫鍵

氫鍵的形成降低了化學(xué)鍵的力常數(shù)，吸收頻率移向低波數(shù)方向；振動時的偶極矩變化

加大，吸收強度增加，常形成寬而強的吸收峰。胺基發(fā)生分子締合，其吸收頻率多則

可降低WOem-1或更多?？⒒纬蓮娏覛滏I，羥基吸收頻率移至

2.SOO^'5OOOcw<-1。

（4）質(zhì)量效應(yīng)

當一些含氫基團與某些基團的吸收峰發(fā)生重疊，可將該官能團的氫進行笈代，使其吸

收峰移向低波數(shù)，將原來的重疊峰分離開。例如在蛋白質(zhì)中酰胺I帶的吸收峰與水分

子的。-H彎曲振動的強吸收峰重疊在一起，因此經(jīng)常使用重水代替水來研究溶液狀

態(tài)下的蛋白質(zhì)分子。

影響紅外光譜吸收峰的外部因素

（1）外部因素對官能團吸收頻率的影響往往是通過內(nèi)因起作用的。溫度對物質(zhì)的紅

外吸收光譜有明顯的影響。低溫下，物質(zhì)的吸收帶尖銳；溫度越高，帶寬增加，帶數(shù)

減少。

（2）同一物質(zhì)由于所處狀態(tài)不同，分子間相互作用力不同，測得的光譜也有所不

同。一般在氣態(tài)下測得的譜帶的波數(shù)最高，并能觀察到振動譜帶的轉(zhuǎn)動精細結(jié)構(gòu)。

（3）當液體樣品或固體樣品溶于有機溶劑中時，樣品分子和樣品分子和溶劑分子

之間會發(fā)生相互作用，導(dǎo)致樣品分子的紅外振動頻率發(fā)生變化。如果樣品分子中含

有極性基團，則溶劑的極性越強，二者相互作用愈強，樣品的紅外光譜的變化越

大。

（4）由于多種外部因素對官能團吸收頻率的影響都會有所影響，所以當把未知物紅

外譜圖與已知樣品或標準譜圖對比時，應(yīng)注意作圖條件，最好能以大致相同條件下得

到的光譜圖進行對比。

解析紅外光譜圖

Z、振動自由度

振動自由度是分子獨立的振動數(shù)目。N個原子組成分子，每個原子在空間上具有三

個自由度，分子振動自由度F=3N-6（非線性分子）；F=3N-5（線性分子）。

為什么計算振動自由度很重要，因為它反映了吸收峰的數(shù)量，譜帶簡并或發(fā)生紅外

非活性振動使吸收峰的數(shù)量會少于振動自由度。

無雙鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)

=―一個雙鍵或一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)

U=2T兩個雙鍵，兩個換，雙鍵+環(huán)，一個三鍵

U=4f分子中可能含有苯環(huán)

(J=S一分子中可能含一個苯環(huán)+一個雙鍵

2、紅外光譜峰的類型

基頻峰：分子吸收一定頻率紅外線，振動能級從基態(tài)躍遷至第一振動激發(fā)態(tài)產(chǎn)生的

吸收峰，基頻峰的峰位等于分子或者基團的振動頻率，強度大，是紅外的主要吸收

峰。

泛頻峰：分子的振動能級從基態(tài)躍遷至第二振動激發(fā)態(tài)、第三振動激發(fā)態(tài)等高能態(tài)

時產(chǎn)生的吸收峰，此類峰強度弱，難辨認，卻增加了光譜的特征性。

特征峰和指紋峰：特征峰是可用于鑒別官能團存在的吸收峰，對應(yīng)于分子中某化學(xué)

鍵或基團的振動形式，同一基團的振動頻率總是出現(xiàn)在一定區(qū)域；而指紋區(qū)吸收峰

特征性強，對分子結(jié)構(gòu)的變化高度敏感，能夠區(qū)分不同化合物結(jié)構(gòu)上的微小差異。

3、影響峰位的因素

|影響峰位的因素

|溶劑效應(yīng)

誘導(dǎo)效應(yīng)使振動頻率向高波數(shù)移動；共甄效應(yīng)使振動頻率向低波數(shù)移動；氫鍵效應(yīng)

使伸縮頻率降低，分子內(nèi)氫鍵對峰位影響大且不受濃度影響，分子間氫鍵受濃度影

響較大，濃度稀釋，吸收峰位置發(fā)生改變；碳原子雜化軌道中S成分增加，鍵能增

加，伸縮振動頻率增加；溶劑極性增加，則極性基團的伸縮振動頻率減小。

4、譜圖解析實例

紅外譜圖解析步驟

先特征，后指紋；先強峰，后次強峰；尋找一組相關(guān)峰一佐證。

先識別特征區(qū)的第一強峰，找出其相關(guān)峰，進行歸屬。

若飽和度＞=4,優(yōu)先考慮苯環(huán)結(jié)構(gòu)。

下圖是分子式為C9H7NO的有機物的紅外吸收光譜，確定其分子式。

不飽和度U=(2+2*9+1-7)/2=7-可能含苯環(huán)

NH3270c〃小峰歸屬如下：

v1638cm1

co>n含酰胺結(jié)構(gòu)-CO-N

%1533cmu

1

N1323c/%

vc-/v

3300cm1

2100C7771含一C三

vcVs=Vc

譏CH1268cM

“3030(7/2-'

I'c-c（芳環(huán)骨架）1597,1495和1445c〃，卜=>含單取代苯

V-V

九H763,694cm1雙峰)

紅外光譜應(yīng)用實例

工、。。2在Z八。上的活化

C02活化轉(zhuǎn)變?yōu)橛袃r值的有機化合物是催化領(lǐng)域的一個熱點也是一個難點。Noei等

人通過超高真空傅里葉紅外光譜(UHM-FTIRS)研究了在羥基化的ZnO納米顆粒

上的COa活化。他們將干凈的Nn。粉末樣品暴露于COz中并在紅外譜圖中觀察到

18

了碳酸鹽相關(guān)振動帶的形成，并使用COZ的同位素置換實驗對此進行了驗證，證

明了2八。納米顆粒在COo活化方面的高活性。

①①

。

uU。

eE

」qq

oo」

ss

qq

<4

1800150012009006001800160014001200

1

Wavenumber(cm')Wavenumber(cm)

2、CO吸附在銳鈦礦相的TiO2上

Setvii^等人用紅外反射吸收光譜(IRRAS)結(jié)合程序升溫脫附(TPD),掃描隧道

顯微鏡(STM)和PFT理論計算等研究了一氧化碳在銳鈦礦TiO2(W1)晶面的

吸附。/RRAS譜圖顯示在2181C3T處僅有一個CO帶，結(jié)合TPD,估計分離的

分子的吸附能量為O.37±OQ3eM,在較高的覆蓋率下，吸收峰移動到略小的值。又

結(jié)合STM成像和樣品的受控退火證實了TPD估算的吸附能和輕微的排斥分子間相

互作用。CO分子在稍高的溫度下從富電子的外在供體缺陷位點解吸，與金紅石

TiOz(1W)表面上的CO吸附的比較表明，銳鈦礦型TiO2中電子定域的趨勢比

金紅石下1。2中弱得多。

時光質(zhì)。于

Rn

同I附N露

物T吸暴

F無粒

附與

吸過的顆

種凈米

通是

多,干納

是)將，O

S帶

而R下n

，/K動Z

T振

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0吸-W烈后

0V1強

1面H理

2表在有處

U。

劑(處預(yù)

化下用7z

作

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2c作附高。2

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r互吸超在O

e相N，工

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性。

0e吸并e于致

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2a他往N露所

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W其往。暴合

上，面不粒結(jié)

。中表與顆點

八O

N程劑米位

過C+

與化納2

化催八

0。了。二

5催于究八

2CN

90ueq-0sq<8lleq」osq499ueq-0sq42、際在研的

3實存譜的上

CO后，在22工5C3-1處觀察到新的CO振動帶，是吸附在三齒碳酸鹽結(jié)構(gòu)內(nèi)的游

離Nn位點上的CO所致。不同溫度下記錄的UHV-FTIRS數(shù)據(jù)表明，在預(yù)吸附的

。。2時，CO在多晶N八。上的結(jié)合能顯著增加，而且在2八。粉末顆粒上存在的羥

基物質(zhì)不會導(dǎo)致在UHV條件下CO振動帶的顯著變化。

g①

uU。

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qq

<<

23002200210020001800160014001200.1000800

Wavenumberfem-1)Wavenumber(cm)

常見有機物紅外光譜

燒

烷

、

1

8UBq』osq<

甲基與莫甲基的特征峰

問方式紅外吸收區(qū)域注擇

C-HV.M，2950強R為O*、時移至2K50~2750,強度中等

C-HVB22KO-286O強

R-CHjCH，147OU43O中

CH413931365中管平基因耦合要分而有雙峰

cj12S0.8D0中fit注無期政

C-HV.24M6292O中三元環(huán)中此峰育于3俱助

C-HV,286IK21M0中

R-CH,-R,

C-H61475444s中

C-Cy770-720中MCH,).-,"大于4時的在72"

C-HV29(”卜2800強

R3C-H

CH51375U中

烯屋的特征峰

包■CHyV=CH.vOC”

內(nèi)

WIM4M6351420-14059920-400強

3W5-J075中J(M0>J4)10中

MM強1JU612W重1005.9近中

X16MM64。

3W5-3075中1420*1410■MMMMO*

—中

X1665-1625

卻中13?1395?73545中

—44kMM0強度可支

K1MMM665

—J(M0>34)10中1310-1290990-960中

比??!

X

*4301()中M5(k79O中

—■

WUMIi與H*&1X5O.175U

注理?、、■旃無實用食義

JM雙連

附.皿刖

3、芳煌

不同類型取代苯的特征峰:

*

取代類型6&

芳氯面外彎曲770-730（5個相鄰氫）

900-840（孤立重）—

與壞骨架振動710-680

,

取代類型（ik

900-860（孤立復(fù)）

芳氯面外彎曲865-810

770-735（4個相鄰氫）860-780（2個相鄰氫）

與壞骨架振動810-750（3個相鄰氫）

725-680（3個相錦第）

取代類型55A

810-750（3個相令建）900-860（孤立夏）900-840（孤立氫）

芳氫面外彎曲

780-760860-800（2個相鄰氫）850-800

與壞骨架振動

725-680730-690730-675

*

取代類型&

芳氨面外穹曲

860-780（2個相鄰氧）900-840（孤立室）900-840（孤立氫）

與壞骨架振動

4、醇

羥基的特征峰:

羥基類型0-H,vO-H,5C-O(H),V

游離羥基3650-3580,尖1500-1250.強,寬1275-1000,強

伯醇3650-3630,中1350-12501075-1000

仲醵3635-3620,中1350-12501130-1030

叔醵3620-3600,中1400-13001210-1100

酚3610-3590,中1400-13001275-1150

分子間締合3550-3200.寬

分子內(nèi)締合3600-2500.寬

結(jié)晶水3600-3100,弱，尖1645-1615,弱，寬

5、胺

氨基的特征峰:

氨基類型N-H,vN-H,0C-N,v

3400-3380,V?1650-1590,

脂肪伯胺1090-1020

哂

3340-3320,vs850-700,6

1650.1550,6mh

脂肪仲胺3360-33101200-1130

850-700>b喇

脂肪叔胺——1230.1030

3500.3450,v?1650-1590,6A

芳香伯股101340-1250

品

3420-3380,v5850-700,

1600-1500,

芳香仲胺3500-34301350-1280

850-700,Onn

芳香叔胺—1360-1310

締合氨基3400-3100,寬

G、酮

8、酸

工。、酯

11、炭基

?；奶卣鞣?

化合物種類C=O,v其它峰

醛1765-1645C-H合頻，2900-2800;C-H8,2780-2680

酮1775-1650C-O.V,1350-1000

酸酸

1800-1650(COO)-,V?,1610-1550;(COO),Vfo1450-1300

酯1790-1650C-O,v,1350-1000

酸版I就C=O,v+N-H,6,1700-1600;

酰胺1740-1630SU按II帶,N-H,6+C-N,v,1580-1480;

酸胺HI帶,C-N,v+N-H,8,1350-1200

1870-1770,%

酸好C-O-C,v,1300-900

1800-1720,vs

猷鹵1900-1750C-X,v,1200-500

碳酸衍生物1820-1740CO,v,1250/150

氨基甲酸酯1750-1680N-COAv^,1270-1200,N-CO-O,v?1050-850

眠1690-1620C-N-H,S,1600-1500

*3、雙鍵、累積雙鍵與叁鍵、累積雙鍵與叁鍵