紅外譜圖解析基本知識

紅外譜圖解析基本知識紅外譜圖解析基本知識紅外譜圖解析基本知識xxx公司紅外譜圖解析基本知識文件編號：文件日期：修訂次數(shù)：第1.0次更改批準(zhǔn)審核制定方案設(shè)計(jì)，管理制度紅外譜圖解析基本知識

基團(tuán)頻率區(qū)

中紅外光譜區(qū)可分成4000cm-1~1300（1800）cm-1和1800（1300）cm-1~600cm-1兩個(gè)區(qū)域。最有分析價(jià)值的基團(tuán)頻率在4000cm-1~1300cm-1之間，這一區(qū)域稱為基團(tuán)頻率區(qū)、官能團(tuán)區(qū)或特征區(qū)。區(qū)內(nèi)的峰是由伸縮振動(dòng)產(chǎn)生的吸收帶，比較稀疏，容易辨認(rèn)，常用于鑒定官能團(tuán)。

在1800cm-1（1300cm-1）~600cm-1區(qū)域內(nèi)，除單鍵的伸縮振動(dòng)外，還有因變形振動(dòng)產(chǎn)生的譜帶。這種振動(dòng)基團(tuán)頻率和特征吸收峰與整個(gè)分子的結(jié)構(gòu)有關(guān)。當(dāng)分子結(jié)構(gòu)稍有不同時(shí)，該區(qū)的吸收就有細(xì)微的差異，并顯示出分子特征。這種情況就像人的指紋一樣，因此稱為指紋區(qū)。指紋區(qū)對于指認(rèn)結(jié)構(gòu)類似的化合物很有幫助，而且可以作為化合物存在某種基團(tuán)的旁證。

基團(tuán)頻率區(qū)可分為三個(gè)區(qū)域(1)4000~2500cm-1

X-H伸縮振動(dòng)區(qū)，X可以是O、N、C或S等原子。

O-H基的伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3650~3200cm-1范圍內(nèi)，它可以作為判斷有無醇類、酚類和有機(jī)酸類的重要依據(jù)。

當(dāng)醇和酚溶于非極性溶劑（如CCl4），濃度于.dm-3時(shí)，在3650~3580cm-1處出現(xiàn)游離O-H基的伸縮振動(dòng)吸收，峰形尖銳，且沒有其它吸收峰干擾，易于識別。當(dāng)試樣濃度增加時(shí)，羥基化合物產(chǎn)生締合現(xiàn)象，O-H基的伸縮振動(dòng)吸收峰向低波數(shù)方向位移，在3400~3200cm-1出現(xiàn)一個(gè)寬而強(qiáng)的吸收峰。

胺和酰胺的N-H伸縮振動(dòng)也出現(xiàn)在3500~3100cm-1，因此，可能會(huì)對O-H伸縮振動(dòng)有干擾。

C-H的伸縮振動(dòng)可分為飽和和不飽和的兩種：

飽和的C-H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3000cm-1以下，約3000~2800cm-1，取代基對它們影響很小。如-CH3基的伸縮吸收出現(xiàn)在2960cm-1和2876cm-1附近；R2CH2基的吸收在2930cm-1和2850cm-1附近；R3CH基的吸收基出現(xiàn)在2890cm-1附近，但強(qiáng)度很弱。

不飽和的C-H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3000cm-1以上，以此來判別化合物中是否含有不飽和的C-H鍵。

苯環(huán)的C-H鍵伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在3030cm-1附近，它的特征是強(qiáng)度比飽和的C-H漿鍵稍弱，但譜帶比較尖銳。

不飽和的雙鍵=C-H的吸收出現(xiàn)在3010~3040cm-1范圍內(nèi)，末端=CH2的吸收出現(xiàn)在3085cm-1附近。

叁鍵oCH上的C-H伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在更高的區(qū)域（3300cm-1）附近。

(2)2500~1900

cm-1為叁鍵和累積雙鍵區(qū)，

主要包括-CoC、-CoN等叁鍵的伸縮振動(dòng)，以及-C=C=C、-C=C=O等累積雙鍵的不對稱性伸縮振動(dòng)。

對于炔烴類化合物，可以分成R-CoCH和R￠-CoC-R兩種類型：

R-CoCH的伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在2100~2140cm-1附近；

R￠-CoC-R出現(xiàn)在2190~2260cm-1附近；

R-CoC-R分子是對稱，則為非紅外活性。

-CoN基的伸縮振動(dòng)在非共軛的情況下出現(xiàn)2240~2260cm-1附近。當(dāng)與不飽和鍵或芳香核共軛時(shí)，該峰位移到2220~2230cm-1附近。若分子中含有C、H、N原子，-CoN基吸收比較強(qiáng)而尖銳。若分子中含有O原子，且O原子離-CoN基越近，-CoN基的吸收越弱，甚至觀察不到。

(3)1900~1200cm-1為雙鍵伸縮振動(dòng)區(qū)

該區(qū)域重要包括三種伸縮振動(dòng)：

C=O伸縮振動(dòng)出現(xiàn)在1900~1650cm-1，是紅外光譜中特征的且往往是最強(qiáng)的吸收，以此很容易判斷酮類、醛類、酸類、酯類以及酸酐等有機(jī)化合物。酸酐的羰基吸收帶由于振動(dòng)耦合而呈現(xiàn)雙峰

苯的衍生物的泛頻譜帶，出現(xiàn)在2000~1650cm-1范圍，是C-H面外和C=C面內(nèi)變形振動(dòng)的泛頻吸收，雖然強(qiáng)度很弱，但它們的吸收面貌在表征芳核取代類型上有一定的作用。

指紋區(qū)(1)1800（1300）cm-1~900cm-1區(qū)域是C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、P-O、Si-O等單鍵的伸縮振動(dòng)和C=S、S=O、P=O等雙鍵的伸縮振動(dòng)吸收。

其中：1375cm-1的譜帶為甲基的dC-H對稱彎曲振動(dòng)，對識別甲基十分有用，C-O的伸縮振動(dòng)在1300~1000cm-1，是該區(qū)域最強(qiáng)的峰，也較易識別。(2)900~650cm-1區(qū)域的某些吸收峰可用來確認(rèn)化合物的順反構(gòu)型。

利用上區(qū)域中苯環(huán)的C-H面外變形振動(dòng)吸收峰和2000~1667cm-1區(qū)域苯的倍頻或組合頻吸收峰，可以共同配合確定苯環(huán)的取代類型。紅外光譜

紅外光區(qū)劃分：通常將紅外波譜區(qū)分為近紅外(near-infrared)，中紅外(middle-infrared)和遠(yuǎn)紅外(far-infrared)。區(qū)域波長范圍(m)波數(shù)范圍(cm-1)頻率(Hz)近紅外中紅外4000-2001012遠(yuǎn)紅外50-1000200-101011常用4000-6701013

當(dāng)樣品受到頻率連續(xù)變化的紅外光照射時(shí)，分子吸收某些頻率的輻射，產(chǎn)生分子振動(dòng)能級和轉(zhuǎn)動(dòng)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與波數(shù)或波長關(guān)系曲線，就得到紅外光譜。

物質(zhì)的紅外光譜是其分子結(jié)構(gòu)的反映，譜圖中的吸收峰與分子中各基團(tuán)的振動(dòng)形式相對應(yīng)。

通過比較大量已知化合物的紅外光譜，發(fā)現(xiàn)：組成分子的各種基團(tuán)，如O-H、N-H、C-H、C=C、C=O和CC等，都有自己的特定的紅外吸收區(qū)域，分子的其它部分對其吸收位置影響較小。通常把這種能代表基團(tuán)存在、并有較高強(qiáng)度的吸收譜帶稱為基團(tuán)頻率，其所在的位置一般又稱為特征吸收峰。分子吸收紅外輻射后，由基態(tài)振動(dòng)能級（=0）躍遷至第一振動(dòng)激發(fā)態(tài)（=1）時(shí)，所產(chǎn)生的吸收峰稱為基頻峰。因?yàn)椋ㄕ駝?dòng)量子數(shù)的差值）△=1時(shí)，L=，所以基頻峰的位置（L）等于分子的振動(dòng)頻率。

在紅外吸收光譜上除基頻峰外，還有振動(dòng)能級由基態(tài)（=0）躍遷至第二激發(fā)態(tài)（=2）、第三激發(fā)態(tài)（=3），所產(chǎn)生的吸收峰稱為倍頻峰。

由=0躍遷至=2時(shí)，△=2，則L=2，即吸收的紅外線譜線（L）是分子振動(dòng)頻率的二倍，產(chǎn)生的吸收峰稱為二倍頻峰。

下圖是雙原子分子的能級示意圖，圖中EA和EB表示不同能量的電子能級，在每個(gè)電子能級中因振動(dòng)能量不同而分為若干個(gè)

=0、1、2、3……的振動(dòng)能級，在同一電子能級和同一振動(dòng)能級中，還因轉(zhuǎn)動(dòng)能量不同而分為若干個(gè)J=0、1、2、3……的轉(zhuǎn)動(dòng)能級。

由于分子非諧振性質(zhì)，各倍頻峰并非正好是基頻峰的整數(shù)倍，而是略小一些。以HCl為例：基頻峰（0→1）

cm-1

最強(qiáng)二倍頻峰（0→2）

cm-1

較弱三倍頻峰（0→3）

cm-1

很弱四倍頻峰（0→4）

cm-1

極弱五倍頻峰（0→5）

cm-1

極弱

除此之外，還有合頻峰（1+2，21+2，），差頻峰（1-2，21-2，）等，這些峰多數(shù)很弱，一般不容易辨認(rèn)。倍頻峰、合頻峰和差頻峰統(tǒng)稱為泛頻峰。紅外光譜特點(diǎn)1）紅外吸收只有振-轉(zhuǎn)躍遷，能量低；2）應(yīng)用范圍廣：除單原子分子及單核分子外，幾乎所有有機(jī)物均有紅外吸收；3）分子結(jié)構(gòu)更為精細(xì)的表征：通過紅外光譜的波數(shù)位置、波峰數(shù)目及強(qiáng)度確定分子基團(tuán)、分子結(jié)構(gòu)；4）定量分析；5）固、液、氣態(tài)樣均可用，且用量少、不破壞樣品；6）分析速度快；7）與色譜等聯(lián)用（GC-FTIR）具有強(qiáng)大的定性功能；試樣的處理和制備

紅外光譜法對試樣的要求

紅外光譜的試樣可以是液體、固體或氣體，一般應(yīng)要求：

1、試樣應(yīng)該是單一組份的純物質(zhì)，純度應(yīng)>98%或符合商業(yè)規(guī)格，才便于與純物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)光譜進(jìn)行對照。多組份試樣應(yīng)在測定前盡量預(yù)先用分餾、萃取、重結(jié)晶或色譜法進(jìn)行分離提純，否則各組份光譜相互重疊，難于判斷。

2、試樣中不應(yīng)含有游離水。水本身有紅外吸收，會(huì)嚴(yán)重干擾樣品譜，而且會(huì)侵蝕吸收池的鹽窗。

3、試樣的濃度和測試厚度應(yīng)選擇適當(dāng)，以使光譜圖中的大多數(shù)吸收峰的透射比處于10%~80%范圍內(nèi)。

制樣的方法1.

固體試樣(1)壓片法

將1~2mg試樣與200mg純KBr研細(xì)均勻，置于模具中，用（5~10）107Pa壓力在油壓機(jī)上壓成透明薄片，即可用于測定。試樣和KBr都應(yīng)經(jīng)干燥處理，研磨到粒度小于2微米，以免散射光影響。(2)石蠟糊法

將干燥處理后的試樣研細(xì)，與液體石蠟或全氟代烴混合，調(diào)成糊狀，夾在鹽片中測定。(3)薄膜法

主要用于高分子化合物的測定?？蓪⑺鼈冎苯蛹訜崛廴诤笸恐苹驂褐瞥赡?。也可將試樣溶解在低沸點(diǎn)的易揮發(fā)溶劑中，涂在鹽片上，待溶劑揮發(fā)后成膜測定。當(dāng)樣品量特別少或樣品面積特別小時(shí)，采用光束聚光器，并配有微量液體池、微量固體池和微量氣體池，采用全反射系統(tǒng)或用帶有鹵化堿透鏡的反射系統(tǒng)進(jìn)行測量。2.

液體和溶液試樣(1)液體池法

沸點(diǎn)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~1mm。(