《IR譜圖的講解》課件

紅外光譜圖的講解紅外光譜圖是一種強(qiáng)大的工具，可以用來(lái)分析物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和成分。通過(guò)觀察紅外光譜圖，可以獲得關(guān)于分子中各種官能團(tuán)的信息，例如C-H鍵，C=O鍵，O-H鍵等。IR譜圖簡(jiǎn)介紅外光譜儀紅外光譜儀是一種測(cè)量物質(zhì)對(duì)紅外光的吸收或透射的儀器。紅外光譜圖紅外光譜圖是物質(zhì)吸收或透射紅外光后的數(shù)據(jù)，以波數(shù)為橫坐標(biāo)，透過(guò)率或吸光度為縱坐標(biāo)繪制的圖形。分子振動(dòng)紅外光譜圖中不同的吸收峰代表分子中不同的官能團(tuán)的振動(dòng)模式。IR譜圖的組成部分橫坐標(biāo)表示波數(shù)，單位為cm-1，反映分子振動(dòng)頻率?？v坐標(biāo)表示透過(guò)率，單位為百分比，反映光束通過(guò)樣品后透過(guò)的程度。吸收峰表示特定波數(shù)的輻射被樣品吸收，反映分子結(jié)構(gòu)中的基團(tuán)?；€代表光束通過(guò)樣品后透過(guò)的平均程度，用于參考吸收峰的高度。波數(shù)的定義和單位波數(shù)定義波數(shù)是紅外光譜中常用的單位，表示每厘米光波的數(shù)目。波數(shù)單位波數(shù)的單位為厘米-1，通常簡(jiǎn)寫為cm-1。波數(shù)與頻率波數(shù)與頻率成反比，即波數(shù)越高，頻率越低。不同基團(tuán)的特征吸收峰C-H伸縮振動(dòng)烷烴、烯烴、炔烴和芳香族化合物中，C-H鍵伸縮振動(dòng)吸收峰位置與碳原子的雜化方式有關(guān)。飽和烷烴的C-H伸縮振動(dòng)吸收峰出現(xiàn)在2850-2960cm-1，而烯烴的C-H伸縮振動(dòng)吸收峰則出現(xiàn)在3000-3100cm-1。C=O伸縮振動(dòng)羰基化合物中，C=O鍵伸縮振動(dòng)吸收峰位置與羰基的化學(xué)環(huán)境有關(guān)。醛、酮、羧酸和酰胺的C=O伸縮振動(dòng)吸收峰一般出現(xiàn)在1650-1800cm-1。O-H伸縮振動(dòng)醇和酚中，O-H鍵伸縮振動(dòng)吸收峰的位置會(huì)受到氫鍵的影響。自由羥基的O-H伸縮振動(dòng)吸收峰出現(xiàn)在3600-3650cm-1，而形成氫鍵的羥基的吸收峰則出現(xiàn)在3200-3500cm-1。N-H伸縮振動(dòng)胺類化合物中，N-H鍵伸縮振動(dòng)吸收峰位置與胺的類型有關(guān)。伯胺的N-H伸縮振動(dòng)吸收峰出現(xiàn)在3300-3500cm-1，仲胺的吸收峰出現(xiàn)在3300cm-1左右，叔胺則沒(méi)有N-H鍵，因此沒(méi)有相應(yīng)的吸收峰。烷烴的特征吸收峰1C-H伸縮振動(dòng)烷烴中C-H鍵的伸縮振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生特征吸收峰。2C-H彎曲振動(dòng)烷烴中C-H鍵的彎曲振動(dòng)也會(huì)產(chǎn)生特征吸收峰，通常出現(xiàn)在較低的波數(shù)區(qū)域。3甲基特征峰甲基(CH3)往往會(huì)產(chǎn)生在2960-2850cm-1范圍內(nèi)的吸收峰。4亞甲基特征峰亞甲基(CH2)往往會(huì)產(chǎn)生在2930-2850cm-1范圍內(nèi)的吸收峰。烯烴的特征吸收峰C=C伸縮振動(dòng)烯烴中碳碳雙鍵的伸縮振動(dòng)，通常出現(xiàn)在1640-1680cm-1之間。該吸收峰的強(qiáng)度與雙鍵的取代程度有關(guān)，取代越多，吸收峰越弱。C-H彎曲振動(dòng)烯烴中碳?xì)滏I的彎曲振動(dòng)，通常出現(xiàn)在1400-1480cm-1之間。該吸收峰的強(qiáng)度與雙鍵的取代程度有關(guān)，取代越多，吸收峰越強(qiáng)。炔烴的特征吸收峰C≡C伸縮振動(dòng)炔烴中C≡C鍵的伸縮振動(dòng)頻率約為2100-2260cm-1，該吸收峰強(qiáng)度較弱，常出現(xiàn)于該區(qū)域的低波數(shù)端。C-H伸縮振動(dòng)炔烴中C-H鍵的伸縮振動(dòng)頻率約為3300cm-1，該吸收峰強(qiáng)度較強(qiáng)，常出現(xiàn)于該區(qū)域的高波數(shù)端。C-H彎曲振動(dòng)炔烴中C-H鍵的彎曲振動(dòng)頻率約為600-700cm-1，該吸收峰強(qiáng)度較弱，常出現(xiàn)于該區(qū)域的低波數(shù)端。芳香族化合物的特征吸收峰苯環(huán)振動(dòng)芳香族化合物中，苯環(huán)的伸縮振動(dòng)在1600-1450cm-1之間出現(xiàn)多個(gè)吸收峰。C-H鍵振動(dòng)苯環(huán)上C-H鍵的伸縮振動(dòng)在3100-3000cm-1出現(xiàn)吸收峰。C-H鍵彎曲振動(dòng)苯環(huán)上C-H鍵的彎曲振動(dòng)在2000-1650cm-1出現(xiàn)吸收峰，常被稱之為“芳香指紋區(qū)”。取代基的影響芳香環(huán)上的取代基會(huì)對(duì)苯環(huán)的振動(dòng)頻率產(chǎn)生影響，從而影響吸收峰的位置。含氧化合物的特征吸收峰羥基羥基的特征吸收峰出現(xiàn)在3600-3200cm-1區(qū)域，由于氫鍵的存在，該吸收峰會(huì)發(fā)生移動(dòng)和展寬。羰基羰基的特征吸收峰出現(xiàn)在1750-1650cm-1區(qū)域，其具體位置和強(qiáng)度取決于羰基所處的環(huán)境和結(jié)構(gòu)。醚醚的特征吸收峰出現(xiàn)在1150-1050cm-1區(qū)域，該吸收峰通常比較弱。羧基羧基的特征吸收峰出現(xiàn)在1750-1700cm-1區(qū)域，其具體位置和強(qiáng)度取決于羧基所處的環(huán)境和結(jié)構(gòu)。含氮化合物的特征吸收峰11.胺類化合物胺類化合物中，N-H伸縮振動(dòng)頻率通常出現(xiàn)在3300-3500cm-1范圍內(nèi)，其特征吸收峰比較尖銳，且隨著N上取代基的增多，吸收峰的頻率會(huì)略微降低。22.酰胺類化合物酰胺類化合物中，N-H伸縮振動(dòng)頻率通常出現(xiàn)在3200-3500cm-1范圍內(nèi)，其特征吸收峰比較寬，且隨著N上取代基的增多，吸收峰的頻率會(huì)略微降低。33.硝基化合物硝基化合物中，N=O伸縮振動(dòng)頻率通常出現(xiàn)在1550-1650cm-1范圍內(nèi)，其特征吸收峰比較強(qiáng)，且隨著硝基的取代位置不同，吸收峰的頻率會(huì)略微變化。44.氰基化合物氰基化合物中，C≡N伸縮振動(dòng)頻率通常出現(xiàn)在2200-2300cm-1范圍內(nèi)，其特征吸收峰比較尖銳，且隨著氰基的取代位置不同，吸收峰的頻率會(huì)略微變化。羰基化合物的特征吸收峰羰基伸縮振動(dòng)羰基化合物在紅外光譜中表現(xiàn)出強(qiáng)烈的特征吸收峰，通常位于1650-1800cm-1區(qū)域。吸收峰位置吸收峰位置受羰基所連接的基團(tuán)影響，例如醛、酮、羧酸和酯的吸收峰位置略有差異。峰強(qiáng)度吸收峰強(qiáng)度與羰基的極性有關(guān)，極性越強(qiáng)，吸收峰強(qiáng)度越大。峰形狀羰基化合物在紅外光譜中通常表現(xiàn)出尖銳的吸收峰，這是由于羰基的伸縮振動(dòng)所致。羥基化合物的特征吸收峰11.羥基伸縮振動(dòng)3600-3200cm-1區(qū)域，出現(xiàn)較強(qiáng)的吸收峰，受氫鍵影響，峰位會(huì)發(fā)生變化。22.羥基彎曲振動(dòng)1450-1300cm-1區(qū)域，出現(xiàn)較弱的吸收峰。33.氫鍵影響氫鍵的存在會(huì)使羥基伸縮振動(dòng)峰的吸收峰位降低，并出現(xiàn)更寬的吸收帶。44.醇和酚醇和酚的羥基吸收峰通常較強(qiáng)，峰位也較為穩(wěn)定。鹵代化合物的特征吸收峰C-X伸縮振動(dòng)鹵代烷烴中C-X鍵的伸縮振動(dòng)頻率，隨著鹵素原子質(zhì)量的增加而降低。C-X彎曲振動(dòng)鹵代烷烴中C-X鍵的彎曲振動(dòng)頻率，與C-X鍵的強(qiáng)度和鹵素原子的質(zhì)量有關(guān)。指紋區(qū)鹵代烷烴的指紋區(qū)通常比較復(fù)雜，包含了多種振動(dòng)模式。IR譜圖的解讀步驟1確定分子骨架分析譜圖中主要特征峰，確定化合物中存在的碳?xì)滏I類型和數(shù)量。2推斷官能團(tuán)根據(jù)特征吸收峰的位置、形狀和強(qiáng)度，確定分子中存在的官能團(tuán)。3確定取代基根據(jù)取代基的特征吸收峰，推斷分子中可能存在的取代基類型。4確認(rèn)結(jié)構(gòu)結(jié)合其他分析手段，例如核磁共振譜，最終確認(rèn)分子的結(jié)構(gòu)。通過(guò)系統(tǒng)地分析IR譜圖，我們可以從復(fù)雜的光譜信息中提取出重要的結(jié)構(gòu)信息，為化合物結(jié)構(gòu)的確定提供重要的線索。結(jié)構(gòu)確定的基本原理分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)式是反映分子中原子連接方式的圖示。光譜分析紅外光譜分析提供有關(guān)分子中官能團(tuán)和骨架的信息。匹配分析通過(guò)對(duì)比已知化合物的光譜數(shù)據(jù)，可以推斷未知物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。確定分子骨架1識(shí)別特征峰觀察IR譜圖中主要吸收峰的波數(shù)范圍2判斷官能團(tuán)利用特征峰信息推斷可能存在的官能團(tuán)3確定碳鏈類型根據(jù)C-H伸縮振動(dòng)和彎曲振動(dòng)特征峰推斷碳鏈類型4構(gòu)建分子骨架結(jié)合官能團(tuán)和碳鏈類型構(gòu)建分子骨架結(jié)構(gòu)根據(jù)IR譜圖中特征峰的波數(shù)范圍，可以初步判斷分子中可能存在的官能團(tuán)。例如，在3000cm-1附近的吸收峰通常對(duì)應(yīng)于C-H伸縮振動(dòng)，而在1700cm-1附近的吸收峰通常對(duì)應(yīng)于C=O伸縮振動(dòng)。通過(guò)分析這些特征峰，可以推斷分子骨架中的碳鏈類型和官能團(tuán)類型。推斷官能團(tuán)1特征吸收峰通過(guò)識(shí)別譜圖中特定波數(shù)范圍內(nèi)的吸收峰，可以推斷出分子中存在的官能團(tuán)。2對(duì)照表利用已知的官能團(tuán)特征吸收峰表，對(duì)比譜圖，確定分子中可能存在的官能團(tuán)。3結(jié)合其他信息結(jié)合其他分析方法，如核磁共振譜、質(zhì)譜等，可以更準(zhǔn)確地推斷官能團(tuán)的存在和結(jié)構(gòu)。確定取代基比較譜圖將未知樣品的譜圖與已知取代基的譜圖進(jìn)行比較，觀察是否存在匹配的特征吸收峰。分析吸收峰分析取代基的特征吸收峰的位置、形狀和強(qiáng)度，并與已知數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)。推斷取代基類型根據(jù)特征吸收峰的特征，推斷取代基的類型，例如甲基、乙基、氯原子等。確認(rèn)取代基位置根據(jù)取代基的特征吸收峰的位置和強(qiáng)度，推斷取代基在分子中的位置。同時(shí)確定多個(gè)官能團(tuán)1特征吸收峰分析譜圖中所有特征吸收峰2官能團(tuán)對(duì)應(yīng)確定每個(gè)峰對(duì)應(yīng)的官能團(tuán)3相互影響考慮官能團(tuán)之間的相互影響4綜合分析根據(jù)峰的位置、強(qiáng)度等信息進(jìn)行綜合分析對(duì)于含有多個(gè)官能團(tuán)的化合物，需要綜合分析各個(gè)官能團(tuán)的特征吸收峰，以確定所有官能團(tuán)的類型和位置。例如，在譜圖中觀察到兩個(gè)特征吸收峰：一個(gè)在1700cm-1附近，另一個(gè)在3300cm-1附近，可以推斷該化合物可能含有羰基和羥基。利用參考文獻(xiàn)確認(rèn)結(jié)構(gòu)1文獻(xiàn)檢索查找相關(guān)結(jié)構(gòu)的文獻(xiàn)。2比較光譜與文獻(xiàn)中已知結(jié)構(gòu)的光譜進(jìn)行對(duì)比。3驗(yàn)證結(jié)構(gòu)確認(rèn)結(jié)構(gòu)是否與文獻(xiàn)一致。利用參考文獻(xiàn)確認(rèn)結(jié)構(gòu)是確保結(jié)構(gòu)準(zhǔn)確性的關(guān)鍵步驟。通過(guò)文獻(xiàn)檢索找到與目標(biāo)化合物結(jié)構(gòu)相似的化合物，并將其IR光譜與目標(biāo)化合物的IR光譜進(jìn)行比較。如果兩者的光譜特征基本一致，則可以初步確認(rèn)目標(biāo)化合物的結(jié)構(gòu)。IR譜圖的應(yīng)用領(lǐng)域藥物分子合成IR譜圖能夠識(shí)別藥物分子中的官能團(tuán)。利用IR譜圖可以追蹤反應(yīng)進(jìn)程，優(yōu)化反應(yīng)條件。聚合物分析通過(guò)IR譜圖可以確定聚合物的結(jié)構(gòu)和成分，還能分析聚合物的降解程度，以及聚合物的結(jié)晶度。在藥物分子合成中的應(yīng)用反應(yīng)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)跟蹤反應(yīng)進(jìn)程，優(yōu)化反應(yīng)條件。結(jié)構(gòu)確認(rèn)驗(yàn)證合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)，確保目標(biāo)藥物的純度。質(zhì)量控制監(jiān)測(cè)藥物合成過(guò)程中的關(guān)鍵步驟，確保藥物質(zhì)量。在聚合物分析中的應(yīng)用聚合物結(jié)構(gòu)分析紅外光譜可以用來(lái)識(shí)別聚合物的類型，確定其官能團(tuán)和結(jié)構(gòu)，從而推斷其性能。聚合物性能表征通過(guò)分析紅外光譜可以確定聚合物的結(jié)晶度、取向度、分子量等參數(shù)，進(jìn)而評(píng)估其性能。聚合物混合物分析紅外光譜可以用來(lái)分析聚合物混合物中不同組分的含量，進(jìn)而評(píng)估混合物的性能。在食品安全檢測(cè)中的應(yīng)用食品添加劑檢測(cè)紅外光譜可用于檢測(cè)食品中添加劑的種類和含量，例如防腐劑、色素和甜味劑。食品摻假檢測(cè)可用于識(shí)別食品中是否摻雜了其他物質(zhì)，例如牛奶中是否摻雜了水或植物油。農(nóng)藥殘留檢測(cè)可用于檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品中殘留的農(nóng)藥種類和含量，保證食品安全。真菌毒素檢測(cè)可用于檢測(cè)食品中真菌毒素的種類和含量，例如黃曲霉毒素和嘔吐毒素。在環(huán)境分析檢測(cè)中的應(yīng)用污染物檢測(cè)IR譜圖可用于識(shí)別和量化環(huán)境中的污染物，例如大氣中的二氧化碳和甲烷。IR技術(shù)可以幫助監(jiān)測(cè)污染物濃度，評(píng)估污染程度，并制定有效的治理措施。在考古學(xué)研究中的應(yīng)用11.文物年代鑒定紅外光譜可以用于分析文物材料的成分，例如骨骼、陶器、金屬等，進(jìn)而推斷文物年代。22.文物來(lái)源識(shí)別不同地區(qū)的材料會(huì)有不同的成分，紅外光譜可以幫助識(shí)別文物的產(chǎn)地。33.文物修復(fù)研究紅外光譜可以用于分析文物腐蝕情況，幫助制定修復(fù)方案。44.