材料分析方法第三章_红外光谱

1、材料的价键分析材料的价键分析l材料性质不仅与元素，结构，价态等因素有关，材料性质不仅与元素，结构，价态等因素有关，还与其价键状态有关；还与其价键状态有关；l价键分析主要分析其基团以及化学键性质，与价键分析主要分析其基团以及化学键性质，与分子结构有关；分子结构有关；l价键分析主要研究键的振动状态；价键分析主要研究键的振动状态；l主要有三种方式：红外光谱，拉曼光谱和高分主要有三种方式：红外光谱，拉曼光谱和高分辩能量损失谱；辩能量损失谱；第三章第三章 红外吸收光谱红外吸收光谱l红外光谱的发展历史红外光谱的发展历史l红外光谱的特点红外光谱的特点l红外光谱基本原理红外光谱基本原理l红外光谱的基本概念红外

2、光谱的基本概念l影响红外光谱吸收频率的因素影响红外光谱吸收频率的因素l红外光谱仪及样品制备技术红外光谱仪及样品制备技术 l各类化合物的红外光谱各类化合物的红外光谱 l红外图谱解析红外图谱解析 红外光谱的发展历史红外光谱的发展历史 在十九世纪初就发现了红外线在十九世纪初就发现了红外线,到到1892年有人利用岩盐年有人利用岩盐棱镜和测热幅射计棱镜和测热幅射计(电阻温度计电阻温度计)测定了测定了20多种有机化合物的多种有机化合物的红外光谱红外光谱 1905年科伯伦茨发表了年科伯伦茨发表了128种有机和无机化合物的红外种有机和无机化合物的红外光谱，红外光谱与分子结构间的特定联系才被确认。光谱，红外光谱

3、与分子结构间的特定联系才被确认。 到到1930年前后，随着量子理论的提出和发展，红外光谱年前后，随着量子理论的提出和发展，红外光谱的研究得到了全面深入的开展，并且测得大量物质的红外的研究得到了全面深入的开展，并且测得大量物质的红外光谱。光谱。 1947年第一台实用的双光束自动记录的红外分光光度计年第一台实用的双光束自动记录的红外分光光度计问世。这是一台以棱镜作为色散元件的第一代红外分光光问世。这是一台以棱镜作为色散元件的第一代红外分光光度计。度计。 到了六十年代，用光栅代替棱镜作分光器到了六十年代，用光栅代替棱镜作分光器 的第二的第二 代红外光谱仪投入了使用。这种计算机化的光栅为分光代红外光谱

4、仪投入了使用。这种计算机化的光栅为分光部件的第二代红外分光光度计仍在应用。部件的第二代红外分光光度计仍在应用。 七十年代后期，干涉型傅里叶变换红外光谱仪七十年代后期，干涉型傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)投入了使用，这就是第三代红外分光光度计。投入了使用，这就是第三代红外分光光度计。 近来，已采用可调激光器作为光源来代替单色器，近来，已采用可调激光器作为光源来代替单色器，研制成功了激光红外分光光度计，即第四代红外分光光研制成功了激光红外分光光度计，即第四代红外分光光度计，它具有更高的分辨率和更广的应用范围，但目前度计，它具有更高的分辨率和更广的应用范围，但目前还未普及还未普及。红外光谱的特点

5、红外光谱的特点（1）红外光谱是依据样品吸收谱带的）红外光谱是依据样品吸收谱带的位置、强度、形状、位置、强度、形状、个数个数，推测分子中某种官能团的存在与否，推测官能团，推测分子中某种官能团的存在与否，推测官能团的邻近基团，确定化合物结构。的邻近基团，确定化合物结构。 （2）红外光谱）红外光谱不破坏不破坏样品，并且对任何样品的存在状态样品，并且对任何样品的存在状态都适用，如气体、液体、可研细的固体或薄膜似的固体都适用，如气体、液体、可研细的固体或薄膜似的固体都可以分析。测定方便，制样简单。都可以分析。测定方便，制样简单。（3）红外光谱）红外光谱特征性高特征性高。由于红外光谱信息多，可以对。由于红

6、外光谱信息多，可以对不同结构的化合物给出特征性的谱图，从不同结构的化合物给出特征性的谱图，从“指纹区指纹区”就就可以确定化合物的异同。所以人们也常把红外光谱叫可以确定化合物的异同。所以人们也常把红外光谱叫“分子指纹光谱分子指纹光谱”。 (4）分析时间短。一般红外光谱做一个样可在）分析时间短。一般红外光谱做一个样可在1030分钟分钟内完成。如果采用傅里叶变换红外光谱仪在内完成。如果采用傅里叶变换红外光谱仪在一秒钟一秒钟以内以内就可完成扫描。为快速分析的动力学研究提供了十分有就可完成扫描。为快速分析的动力学研究提供了十分有用的工具。用的工具。 （5）所需样品用量少，且可以回收。红外光谱分析一次）所

7、需样品用量少，且可以回收。红外光谱分析一次用样量约用样量约15mg，有时甚至可以只用几十微克。，有时甚至可以只用几十微克。lIR光谱表示法：光谱表示法： 横坐标为吸收波长（m），或吸收频率（波数/cm） 纵坐标常用百分透过率T%表示l从谱图可得信息：从谱图可得信息： 1. 吸收峰的位置（吸收频率） 2. 吸收峰的强度 ,常用 vs (very strong), s (strong), m (medium), w (weak), vw (very weak), b (broad) , sh (sharp), v (variable) 表示 3 吸收峰的形状 (尖峰、宽峰、肩峰)1-己烯的红外光谱

8、图己烯的红外光谱图 3080cm-1: 烯烃烯烃CH伸缩振动；伸缩振动；1820:910cm-1倍频；倍频；1650cm-1: C=C伸缩振动；伸缩振动；993，910cm-1: C=CH2 非平面摇摆振动非平面摇摆振动 常见术语：常见术语： 基频峰、倍频峰、合频峰、热峰基频峰、倍频峰、合频峰、热峰: 基频峰基频峰是分子吸收光子后从一个能级跃迁到相邻的是分子吸收光子后从一个能级跃迁到相邻的高一能级产生的吸收。高一能级产生的吸收。V =0 V=1 倍频峰倍频峰(2 )是分子吸收比原有能量大一倍的光子之后，是分子吸收比原有能量大一倍的光子之后，跃迁两个以上能级产生的吸收峰，出现在基频峰波数跃迁两个

9、以上能级产生的吸收峰，出现在基频峰波数n倍处。倍处。2 为弱吸收。为弱吸收。 合频峰合频峰是在两个以上基频峰波数之和是在两个以上基频峰波数之和(组频组频 1+ 2)或差或差( 1 - 2)处出现的吸收峰。合频峰均为弱峰。处出现的吸收峰。合频峰均为弱峰。 热峰热峰来源于跃迁时低能级不是基态的一些吸收峰。来源于跃迁时低能级不是基态的一些吸收峰。红外光谱的划分红外区域红外区域 /m /cm1能级跃迁类能级跃迁类型型近红外区近红外区0.752.5131584000OH、NH及及C H 键 的 倍键 的 倍频吸收频吸收中红外区中红外区2.5254000-400分子振动分子振动远红外区远红外区251000

10、400-10分子转动分子转动 红外光谱原理l红外吸收的产生红外吸收的产生 在分子内部具有振动和转动能级，当物质被一束红外光线辐照时，只要红外光的能量与能级跃迁的能级合适，在分子内部就可以产生振动或转动跃迁，产生红外吸收。因此其吸收的能量是量子化的，有跃迁的两个能级决定。红外光谱基本原理红外光谱基本原理-双原子分子振动分析化学键的振动与频率：化学键的振动与频率： 双原子分子双原子分子中化学键的振动可按中化学键的振动可按谐振子谐振子处理。处理。m1m2用虎克定律来表示振动频率、原子质量和键力常数之间的关系：用虎克定律来表示振动频率、原子质量和键力常数之间的关系： 21k若用波数取代振动频率若用波数

11、取代振动频率,则有下式则有下式:双原子分子振动分析Example: C = O stretching, k 1x106 dynes/cm, = 1.1 = 1.1 x10-23kg Theoretical prediction : = 1600 cm-1 Experimental result: = 1500 - 1900 cm-1 =12ckc 光速；光速；k 键的力常数（单位：键的力常数（单位：N/cm）；）； reduced mass of atoms 1 and 2 (m1 and m2) = = m1* m2 / ( m1 + m2 ) m1m2 化学键的力常数越大，折合质量越小，则

12、化学键化学键的力常数越大，折合质量越小，则化学键的振动频率越高，吸收峰将在高波数区出现。的振动频率越高，吸收峰将在高波数区出现。 vvv多原子分子的振动l简正振动是分子质心保持不变，整体不转动，每简正振动是分子质心保持不变，整体不转动，每个原子均在其平衡位置附近做简谐振动，其振动个原子均在其平衡位置附近做简谐振动，其振动频率和相位均相同，即每个原子都在同一瞬间通频率和相位均相同，即每个原子都在同一瞬间通过其平衡位置，而且同时达到其最大位移值过其平衡位置，而且同时达到其最大位移值l多原子分子的振动可以分解为很多简单的简正运多原子分子的振动可以分解为很多简单的简正运动来描述动来描述l分子中的任何一

13、个复杂振动均可以分解为简正振分子中的任何一个复杂振动均可以分解为简正振动的线性组合动的线性组合 l伸缩振动和变形振动伸缩振动和变形振动 简正振动简正振动的基本形式的基本形式亚甲基的振动伸缩振动对称伸缩振动不对称伸缩振动变形振动面内变形振动面外变形振动面内摇摆剪式振动面外摇摆扭曲振动Sass面内面外各种振动方式及能量各种振动方式及能量l分子振动方式分为： 伸缩振动 -对称伸缩振动 s -反对称伸缩振动 as 弯曲振动 -面内弯曲振动 -剪式振动 -平面摇摆 -面外弯曲振动 -面外摇摆 -面外扭曲 l按能量高低为： as s 高频区 低频区 l红外光谱的选律:使分子偶极矩发生改变的振动 是红外活性

14、的. 振动自由度和峰数振动自由度和峰数l含含n个原子的分子，自由度为：个原子的分子，自由度为： 直线型分子有直线型分子有 3n-5 个个 非直线型分子有非直线型分子有 3n-6 个个 理论上每个自由度在IR中可产生1个吸收峰，实际上IR光谱中的峰数少于基本振动自由度，原因是： 1 振动过程中，伴随有偶极矩的振动才能产生吸收峰伴随有偶极矩的振动才能产生吸收峰 2 频率完全相同的吸收峰，彼此发生简并简并（峰重叠） 3 强、宽峰覆盖覆盖相近的弱、窄峰 4 有些峰落在中红外区之外落在中红外区之外 5 有些吸收峰太弱太弱，检测不出来吸收强度l红外吸收光谱的强度主要取决于分子振动时的偶红外吸收光谱的强度主

15、要取决于分子振动时的偶极距变化，而偶极距的变化又与分子的振动方式极距变化，而偶极距的变化又与分子的振动方式有关。有关。l振动的对称性越高，振动分子中的偶极距的变化振动的对称性越高，振动分子中的偶极距的变化越小，谱带强度越弱。越小，谱带强度越弱。l一般来说，一般来说，极性强度越强的基团，其吸收强度越极性强度越强的基团，其吸收强度越强；极性较弱的基团其振动吸收也较弱强；极性较弱的基团其振动吸收也较弱 基团频率l在红外光谱中，每种官能团均具有特征的结构，在红外光谱中，每种官能团均具有特征的结构，因此也具有特定的吸收频率。因此也具有特定的吸收频率。l根据特征频率就可以对有机物的基团进行鉴别。根据特征频

16、率就可以对有机物的基团进行鉴别。这也是红外光谱分析有机物结构的依据。这也是红外光谱分析有机物结构的依据。l在中红外中，把在中红外中，把40001300波数范围称为基团频波数范围称为基团频率区，把率区，把1800600波数称为指纹频率区。波数称为指纹频率区。 仪器装置l色散型红外光谱仪光源，吸收池，单色器和检测器以及数据记录系统组成 lFourier变换红外光谱仪变换红外光谱仪 光源，吸收池，干涉仪和检测器以及数据记录系统组成 Fourier变换红外光谱仪l是七十年代发展起来的一种红外光谱仪。是七十年代发展起来的一种红外光谱仪。l具有扫描速度快，测量时间短，可以在具有扫描速度快，测量时间短，可以

17、在1s内获得红内获得红外光谱，适合快速反应的研究。外光谱，适合快速反应的研究。l可以进行与色谱和质谱的联用。可以进行与色谱和质谱的联用。l检测灵敏度高，检测极限可达检测灵敏度高，检测极限可达1091012g；l分辨率高，波数精度可达分辨率高，波数精度可达0.01cm1；l光谱范围广，可研究整个红外区。光谱范围广，可研究整个红外区。l测定精度高，可达测定精度高，可达0.1%，而杂散光小于，而杂散光小于0.01%。 傅立叶变换红外光谱仪傅立叶变换红外光谱仪- -干涉仪干涉仪光源l红外光谱的光源主要采用Nernst灯或硅碳棒。lNernst灯的工作温度为1700度，其优点是发光强度高，使用寿命长以及

18、稳定性好。其缺点是价格贵，机械强度差，操作复杂。l硅碳棒的工作温度在12001500度。其优点是在低波数区的发光强度高，使用低波数范围可低致200cm1。此外，硅碳棒坚固，发光面积大，寿命长。吸收池和检测器l由于玻璃，石英等常规透明材料不能透过红外线，由于玻璃，石英等常规透明材料不能透过红外线，因此红外吸收池必须采用特殊的透红外材料制作因此红外吸收池必须采用特殊的透红外材料制作如：如：NaCl，KBr，CsI，KRS-5等作为窗口。由于等作为窗口。由于该类材料均属于无机盐，很容易吸收水汽发生潮该类材料均属于无机盐，很容易吸收水汽发生潮解。固体粉体样品可以直接与解。固体粉体样品可以直接与KBr混

19、合压片，直混合压片，直接进行测定。接进行测定。l红外光谱的单色器主要由光栅，准直器和狭缝构红外光谱的单色器主要由光栅，准直器和狭缝构成。红外检测器一般采用高真空热电偶，热释电成。红外检测器一般采用高真空热电偶，热释电检测器和碲镉汞检测器。记录系统目前一般采用检测器和碲镉汞检测器。记录系统目前一般采用计算机。计算机。 红外光谱制样方法l样品要求：干燥无水、浓度适当、多组分样要 先分离l固体样品：溴化钾压片法 糊状法（石蜡油 或六氯丁二烯糊剂) 溶液法（溶剂CS2,、CCl4 、CHCl3) 薄膜法 (高分子化合物） 液体样品：液膜法 溶液法（水溶液样品可用AgCl池）l气体样品：气体样品槽各种化

20、合物的红外光谱l饱和烃饱和烃 l不饱和烃不饱和烃 l醇、酚和醚醇、酚和醚 l含羰基化合物含羰基化合物 l含氮化合物含氮化合物 l其他含杂原子有机化合物其他含杂原子有机化合物 l金属有机化合物金属有机化合物 l高分子化合物高分子化合物 l无机化合物无机化合物 饱和烃饱和烃lC-HC-H伸缩振动伸缩振动：对称伸缩振动（s）和反对称伸缩振动（as） ，在3000-2800cm-1之间，as较s在较高频率。此处基本无其他特征吸收，可作为烷基存在的依据 。 lC-HC-H弯曲振动弯曲振动 ：1475-1300 cm-1 ，甲基的对称变形振动出现在1375 cm-1处 ，可作为甲基存在的证据； 对于异丙基

21、和叔丁基，吸收峰发生分裂。l亚甲基平面摇摆亚甲基平面摇摆：800-720cm-1对判断-(CH2)n-的碳链长度有用， n4 725, n=3 729-726, n=2 743-734, n=1 785-770lC-CC-C伸缩振动伸缩振动：1253-800cm-1， 对结构分析作用不大。正己烷的红外光谱图 C-HC-H弯曲振弯曲振动动 ：1475-1300 cm-1C-HC-H伸缩伸缩振动振动：3000-2800cm-1之间2，2，4-三甲基戊烷的红外光谱图 C-HC-H弯曲振弯曲振动动 ：1475-1300 cm-1C-HC-H伸缩伸缩振动振动：3000-2800cm-1之间 环己烷环己烷

22、1460cm-1,CH2剪式振动不饱和烃不饱和烃l烯烃烯烃l炔烃炔烃l芳香烃芳香烃 烯烃双键的特征吸收烯烃双键的特征吸收初步判断烯烃结构的存在 所有烯烃的C-H伸缩振动都大于3000，但不能凭此判断烯烃的存在 ，苯环 C-H 大于3000 影响影响碳碳双键碳碳双键伸缩振动吸收的因素伸缩振动吸收的因素l对称性对称性：对称性越高，吸收强度越低。l取代基取代基：与吸电子基团相连，振动波数下 降。l取代基的质量效应：取代基的质量效应：双键上的氢被氘取代 后，波数下降10-20 厘米-1。l共轭效应共轭效应：使波数下降约30厘米-1 。1-己烯的红外光谱图己烯的红外光谱图 3080cm-1: 烯烃烯烃C

23、H伸缩振动；伸缩振动；1820:910cm-1倍频；倍频；1650cm-1: C=C伸缩振动；伸缩振动；993，910cm-1: C=CH2 非平面摇摆振动非平面摇摆振动烯烃类型烯烃类型CH面外弯曲振动吸收位置面外弯曲振动吸收位置（cm-1）R1CH=CH2995-985，910-905R1R2C=CH2895-885R1CH=CHR2(顺顺)730-650R1CH=CHR2(反）反）980-965R1R2C=CHR3840-790烯烃类型对烯烃类型对=C-H的面外弯曲振动的影响的面外弯曲振动的影响对判断双键的取代类型非常有用对判断双键的取代类型非常有用对判断烯烃类型非常有用顺式和反式顺式和反

24、式2-戊烯红外光谱戊烯红外光谱炔烃化合物l炔键C-H伸缩振动：3340-3300厘米-1，波数高于烯烃和芳香烃，峰形尖锐。lC-C叁键伸缩振动：2100厘米-1 ，峰形尖锐，强度中到弱。干扰少，位置特征。末端炔基该吸收强。分子对称性强时，该吸收较弱。乙炔由于分子对称，没有C-C叁键伸缩振动吸收。l腈类化合物，C-N叁键伸缩振动出现在2300-2220厘米-1，波数比炔烃略高，吸收强度大。由于氢键缔合，N-H键 峰形较宽 ，易于区别 。炔烃的特征吸收 3291cm-1 ：叁键：叁键CH伸缩振动，伸缩振动，3060cm-1: 苯环苯环=CH伸缩振动伸缩振动2111cm-1: C=C三键三键伸缩振动

25、伸缩振动 芳香烃芳香烃 振动类型振动类型波数（波数（cm-1）说明说明芳环芳环C-H伸缩振伸缩振动动305050强度不定强度不定骨架振动骨架振动1600，1500，1580（共轭），（共轭），1450峰形尖锐，通常为峰形尖锐，通常为4个峰，但不一定同时个峰，但不一定同时出现出现C-H弯曲振动弯曲振动（面外）（面外）910650随取代情况改变随取代情况改变最为有用 ，可检测苯的衍生物 判断苯环存在 的主要依据 同时存在，方能判断苯环的存在 芳环芳环C-H面外弯曲振动及其泛频：面外弯曲振动及其泛频：770730cm-1 vs 710690cm-1 s5个相邻个相邻H770735cm-1 vs4个相

26、邻个相邻H900860cm-1 m810750cm-1 vs 725680cm-1 m3个相邻个相邻H860800cm-1 vs2个相邻个相邻H =CH在在3018cm-1，骨架振动在，骨架振动在1606、1495及及1466cm-1，四个邻接氢的吸收在，四个邻接氢的吸收在742cm-1。甲苯的红外光谱图甲苯的红外光谱图 苯乙烯的红外光谱图苯乙烯的红外光谱图 1630cm-1:C=C伸缩振动；伸缩振动； 1659，1601，1601，1496cm-1等等:苯环骨架振动苯环骨架振动 1630醇和酚醇和酚基团基团吸收位置（吸收位置（cm-1）说明说明OH36503580(游离游离)35503450

27、(二聚体二聚体)34003200(多聚体多聚体)3600-2500(分子内缔合分子内缔合)尖尖中强，较尖中强，较尖强，宽强，宽宽，散宽，散CO1050(伯伯)1100(仲仲)1150(叔叔)1200(酚酚)强，酚的吸收峰发生强，酚的吸收峰发生裂分，峰形特别裂分，峰形特别HO13501260(伯伯) 13501260(仲仲) 14101310(叔）叔）14101310(酚酚)面内弯曲，强面内弯曲，强正丁醇的红外光谱正丁醇的红外光谱 3333cm-1：缔合：缔合OH伸缩振动伸缩振动 2-乙基-1-丁醇（3334cm-1：缔合：缔合OH伸缩振动；伸缩振动； 1053 cm-1：伯醇：伯醇C-O伸缩振

28、动，伸缩振动， 1381 cm-1：甲基对称变形振动）：甲基对称变形振动）苯酚的红外光谱图苯酚的红外光谱图 乙醇在乙醇在CCl4中浓度变化对红外吸收的影响中浓度变化对红外吸收的影响 O-H伸缩振动吸收峰向低频率方向位移，在3400 -3200 cmcm-1-1区出现一个宽而强的吸收峰。醚醚（1）醚的特征吸收为碳氧键的伸缩振动）醚的特征吸收为碳氧键的伸缩振动 和和 。C O CasC O Cs (a)脂肪族醚脂肪族醚(R-O-R)： 脂肪族醚中脂肪族醚中 ，较弱。，较弱。 在在 11501060cm-1，较强。，较强。C O CasC O Cs (b)芳香族醚和乙烯基醚：芳香族醚和乙烯基醚： P

29、h-O-R、Ph-O-Ph和和R-C=C-O-R 13101020cm-1为为 的强吸收，的强吸收， 10751020cm-1处为处为 ，强度较弱。，强度较弱。 C O CasC O Cs正丁醚 （1123cm-1: COC反对称伸缩振动）反对称伸缩振动）注意：注意： 一般情况下，只用一般情况下，只用IR来判别醚是困难来判别醚是困难的。因其他一些含氧化合物，如醇、羧酸、的。因其他一些含氧化合物，如醇、羧酸、酯类都会在酯类都会在11001250cm-1范围有强的范围有强的 C-O吸收。吸收。羰基化合物l醛酮l羧酸、羧酸盐l酸酐l酯l酰卤l酰胺羰基化合物的羰基化合物的C=O伸缩振动吸收峰位置伸缩振

30、动吸收峰位置 化合物类型化合物类型吸收峰位置（吸收峰位置（cm-1）醛醛1735-1715酮酮1720-1710酸酸1770-1750酯酯1745-1720酰胺酰胺1700-1680（酰胺（酰胺“I”带）带）酸酐酸酐1820和和1760出现在出现在1900 -1600cm-1 ，峰强，特峰强，特征明显，征明显，多数情况多数情况下，第一下，第一吸收吸收醛酮l醛氢伸缩振动：2900-2700cm-1有尖锐的 小吸收峰出现，该峰往往 分叉为双峰。正丁醛正丁醛 2720、2824cm-1: 醛基醛基CH伸缩振动，特征；伸缩振动，特征；1730cm-1：C=O 伸缩振动伸缩振动 醛基醛基CH伸缩振动位于

31、伸缩振动位于2820-2720 cm-12820-2720 cm-1，极易，极易识别，和识别，和C=O 伸缩振伸缩振动动 就可判断醛的存在。苯甲醛苯甲醛 （3030cm-1芳环芳环CH伸缩振动；伸缩振动； 2820，2738cm-1：醛基：醛基CH伸缩振动；伸缩振动； 1703cm-1：羰基：羰基C=O伸缩振动，羰基与苯环共轭，吸收移向低频率）伸缩振动，羰基与苯环共轭，吸收移向低频率） 苯乙酮的红外光谱图苯乙酮的红外光谱图在苯乙酮中羰基因为与苯环共轭，所以在苯乙酮中羰基因为与苯环共轭，所以 C=O在在1680cm-1。 3-戊酮的红外光谱图戊酮的红外光谱图 羧酸和羧酸盐羧酸和羧酸盐CO2-的反

32、对称伸缩振动，的反对称伸缩振动，1650-1540，最强峰，对称伸缩振动，最强峰，对称伸缩振动，1420-1300，强峰，强峰特征吸收峰 2-甲基丙酸甲基丙酸 33002500 cm-1：羧酸二聚体的：羧酸二聚体的OH伸缩振动，峰形宽，散；伸缩振动，峰形宽，散；1710 cm-1：C=O伸缩振动；伸缩振动；930cm-1: O-H非平面摇摆振动非平面摇摆振动 苯甲酸的红外光谱图苯甲酸的红外光谱图 25003300cm-1为为 OH，1689cm-1为为 C=O，1294cm-1为为 C-O943cm-1为为OH1294苯甲酸钠的苯甲酸钠的IR谱图谱图的非对称和对称伸缩振动在的非对称和对称伸缩振

33、动在1563和和1413cm-1COO15631413酯酯 酯类化合物的特征吸收 羰基伸缩振动：大多情况下不是第一吸收羰基伸缩振动：大多情况下不是第一吸收 C-O-C伸缩振动伸缩振动区别酯与区别酯与其他羰基其他羰基化合物的化合物的主要依据主要依据 对称伸缩振动对称伸缩振动 吸收较弱吸收较弱 ，1100 cm-1C-O-C非对称伸缩振动，均很强非对称伸缩振动，均很强 ，酯最有用，酯最有用的特征吸收，的特征吸收， 通常为第一吸收通常为第一吸收 ，1210-1160 1210-1160 cm-1酯酯 乙酸甲酯乙酸甲酯 1746cm-1：C=O伸缩振动；伸缩振动；1246cm-1：C-O-C非对称伸缩

34、振动，均很强非对称伸缩振动，均很强 酸酐l有两个羰基伸缩振动，相差60厘米-1，反对称伸缩位于高频区，对称伸缩振动位于低频区。l开链酸酐的高波数峰比低波数峰强，有张力的环状酸酐两峰的相对强度正好相反，强度差别比开链酸酐悬殊，由此判断酸酐是开链还是环状 。 乙酸酐的红外光谱图乙酸酐的红外光谱图 1827、1755为为 C=O，1825强；强；1124为为 C-O反对称 对称 邻苯二甲酸酐环状酐 酰卤l卤素原子直接与羰基相连，强诱导效应使羰基伸缩振动卤素原子直接与羰基相连，强诱导效应使羰基伸缩振动大大升高。大大升高。 脂肪族酰卤位于脂肪族酰卤位于1800厘米厘米-1附近。附近。 芳香酰卤此区双峰：

35、芳香酰卤此区双峰：1773，1736，由，由C=O键的伸缩振键的伸缩振动和动和C-X的弯曲振动产生费米共振引起的弯曲振动产生费米共振引起lC-X伸缩振动：脂肪族伸缩振动：脂肪族1000-910厘米厘米-1，峰形宽大，芳，峰形宽大，芳香族香族1250-1110厘米厘米-1，通常分裂为数个峰。，通常分裂为数个峰。lC-X弯曲振动：弯曲振动：1310-1040厘米厘米-1。酰卤 卤素原子对羰基电子的吸引非常强烈，使羰基的双卤素原子对羰基电子的吸引非常强烈，使羰基的双键性增加，羰基伸缩振动向高频率方向位移键性增加，羰基伸缩振动向高频率方向位移 金刚烷酰氯 酰胺酰胺（1）伯酰胺）伯酰胺(RCONH2)

36、(a)NH：NH2在在35403180cm-1有两个尖的吸收带。有两个尖的吸收带。 在稀的在稀的CHCl3溶液中测试时，在溶液中测试时，在34003390cm-1和和 35303520cm-1出现。出现。 (b) C=O：即酰胺：即酰胺I带。出现在带。出现在17101630cm-1。（c)NH2面内变形振动：即酰胺面内变形振动：即酰胺带。此吸收较弱，带。此吸收较弱， 并靠近并靠近C=O。一般在。一般在16551590cm-1。 （d)C-N谱带：在谱带：在14201400cm-1(s)，酰胺，酰胺III带。带。吡嗪酰胺（抗结核病药）（2）仲酰胺）仲酰胺(R-C O-NHR) (a)NH吸收：在

37、吸收：在34603400cm-1有一很尖的吸收。有一很尖的吸收。 在压片法或浓溶液中，在压片法或浓溶液中，NH会可能出现几个吸收会可能出现几个吸收 带带。 (b) C=O：即酰胺：即酰胺I带。在带。在16801630cm-1。(c)NH和和C-N之间偶合造成酰胺之间偶合造成酰胺带和酰胺带和酰胺带。带。 酰胺酰胺带在带在15701510cm-1。 酰胺酰胺带在带在13351200cm-1。 苯甲酰苯胺苯甲酰苯胺(Ph-CO-NH-Ph)(Ph-CO-NH-Ph)的红外光谱的红外光谱NHNH在在3346cm3346cm-1-1，一个峰，为仲酰胺。酰胺，一个峰，为仲酰胺。酰胺I I带带C=OC=O在

38、在1657cm1657cm-1-1; ;酰胺酰胺带在带在1538cm1538cm-1-1，酰胺，酰胺带在带在1323cm1323cm-1-1。 （3）叔酰胺）叔酰胺(R-CO-NR2)： 叔酰胺的氮原子上没有质子，其唯一特征叔酰胺的氮原子上没有质子，其唯一特征 的谱带是的谱带是C=O，在，在16801630cm-1。胺、亚胺和胺盐胺、亚胺和胺盐特征吸收特征吸收化合物化合物吸收峰位置吸收峰位置(cm-1)吸收峰特征吸收峰特征NH伸缩振动伸缩振动伯胺类伯胺类3500-3300两个峰，强度中两个峰，强度中 仲胺类仲胺类3500-3300一个峰，强度中一个峰，强度中 亚胺类亚胺类3400-3300一个

39、峰，强度中一个峰，强度中NH弯曲振动弯曲振动伯胺类伯胺类1650-1590强度强，中强度强，中 仲胺类仲胺类1650-1550强度极弱强度极弱C-N振动振动芳香胺芳香胺伯伯1340-1250强度强强度强 仲仲1350-1280强度强强度强 叔叔1360-1310强度强强度强 脂肪胺脂肪胺 1220-1020强度中，弱强度中，弱 1410强度弱强度弱 1-戊胺戊胺 1613cm-1NH2剪式（弯曲）振动；剪式（弯曲）振动；1072cm-1：CN伸缩振动伸缩振动 哌啶哌啶 3276cm-1：N-H伸缩振动；伸缩振动；1460cm-1：CH2剪式振动；剪式振动；1115cm-1：C-N伸缩振动；伸缩

40、振动；745cm-1：N-H非平面摇摆振动非平面摇摆振动 硝基化合物硝基化合物 (1) 有两个很强的吸收带，分别为有两个很强的吸收带，分别为 和和 。 NOas2NOs2脂肪族中，脂肪族中， 15651545cm-1； 13851350cm-1芳香族中芳香族中: 15501500cm-1， 13651290cm-1NOas2asNO2NOs2NOs2 （2） 受共轭基团的影响较大，对位有给电子取代基受共轭基团的影响较大，对位有给电子取代基 的芳香族硝基化合物的的芳香族硝基化合物的 较低。较低。 如如p-NH2-Ph-NO2 中中 1475cm-1， 1310cm-1。 asNO2asNO2as

41、NO2NOs2NOas2NOs2NOas2 间二硝基苯的红外光谱间二硝基苯的红外光谱 1535为为 , 1355为为 NOs2红外图谱解析红外图谱解析l红外光谱的分区 l红外光谱的应用l红外图谱的解析步骤l红外图谱的解析实例红外光谱的分区红外光谱的分区l4000-2500cm-1: 这是X-H单键的伸缩振动区。l2500-2000cm-1: 此处为叁键和累积双键伸缩振动区l2000-1500cm-1: 此处为双键伸缩振动区(苯环骨架振动)l1500-600(400)cm-1: 此区域主要提供C-H弯曲振动的信息 红外光谱的应用2.2.未知物结构的确定未知物结构的确定红外图谱的解析步骤红外图谱的

42、解析步骤 l化合物类型的判断化合物类型的判断 有机物和无机物有机物和无机物 饱和化合物与不饱和化合物饱和化合物与不饱和化合物 烯烃或芳烃烯烃或芳烃l推断可能含有的功能团推断可能含有的功能团 先看特征频率区（3600-1350），再看指纹区（1350-400）。 先看强峰，再看弱峰 先找特征吸收峰，再找相关峰佐证 l计算分子的不饱和度，根据不饱和度的结果推断分子中计算分子的不饱和度，根据不饱和度的结果推断分子中可能存在的官能团。可能存在的官能团。l根据吸收峰的位置、强度、形状分析各种官能团及其相根据吸收峰的位置、强度、形状分析各种官能团及其相对关系，推出化合物的化学结构对关系，推出化合物的化学结

43、构 见 P 38-46222banU=其中n为分子中4价原子的数目，如C，Si；a为 分子中3价原子的数目，如P，N；b为分子中1价原子的数目，如H，F，Cl，Br，I。氧和硫的存在对不饱和度没有影响。不饱和度不饱和度4 0 0 03 6 0 03 2 0 02 8 0 02 4 0 02 0 0 01 6 0 01 2 0 08 0 04 0 001 02 03 04 05 06 07 08 09 01 0 0 Transmittance %W a v e n u m b e r(c m-1) 7731378146128742926 29562963H3CCH2CHCH2CH3CH3CHCH

44、3CH3CH2n400036003200280024002000160012008004000102030405060708090100T%cm-1CH2n4 0 0 03 6 0 03 2 0 02 8 0 02 4 0 02 0 0 01 6 0 01 2 0 08 0 04 0 001 02 03 04 05 06 07 08 09 01 0 0 Transmittance %W a v e n u m b e r(c m-1)H2CHCCH2OH4 0 0 03 6 0 03 2 0 02 8 0 02 4 0 02 0 0 01 6 0 01 2 0 08 0 04 0 001 02

45、 03 04 05 06 07 08 09 01 0 0 Transmittance %W a v e n u m b e r(c m-1)例例4：化合物的分子式为：化合物的分子式为C8H8O，IR光谱图如下如下，试光谱图如下如下，试 推断其可能的分子结构结构。推断其可能的分子结构结构。 U=5单取代苯单取代苯甲基酮甲基酮69176112651360144615951685292430053062苯环苯环VC=C甲基弯曲振动甲基弯曲振动甲基酮的特征甲基酮的特征 C=O共轭酮共轭酮CCH3O饱和与不饱和饱和与不饱和-CH3、CH2对称与反对称对称与反对称伸缩振动伸缩振动 红外识谱歌红外识谱歌 红

46、外可分远中近，中红特征指纹区，红外可分远中近，中红特征指纹区，1300来分界，注意横轴划分异。来分界，注意横轴划分异。看图要知红外仪，弄清物态液固气。看图要知红外仪，弄清物态液固气。样品来源制样法，物化性能多联系。样品来源制样法，物化性能多联系。识图先学饱和烃，三千以下看峰形。识图先学饱和烃，三千以下看峰形。2960、2870是甲基，是甲基，2930、2850亚甲峰。亚甲峰。1470碳氢弯，碳氢弯，1380甲基显。甲基显。二个甲基同一碳，二个甲基同一碳，1380分二半。分二半。面内摇摆面内摇摆720，长链亚甲亦可辨。，长链亚甲亦可辨。烯氢伸展过三千，排除倍频和卤烷。烯氢伸展过三千，排除倍频和卤

47、烷。末端烯烃此峰强，只有一氢不明显。末端烯烃此峰强，只有一氢不明显。化合物，又键偏，化合物，又键偏，1650会出现。会出现。烯氢面外易变形，烯氢面外易变形，1000以下有强峰。以下有强峰。910端基氢，再有一氢端基氢，再有一氢990。顺式二氢顺式二氢690，反式移至，反式移至970；单氢出峰单氢出峰820，干扰顺式难确定。，干扰顺式难确定。炔氢伸展三千三，峰强很大峰形尖。炔氢伸展三千三，峰强很大峰形尖。三键伸展二千二，炔氢摇摆六百八。三键伸展二千二，炔氢摇摆六百八。芳烃呼吸很特征，芳烃呼吸很特征，16001430。16502000，取代方式区分明。，取代方式区分明。900650，面外弯曲定芳氢。，面外弯曲定芳氢。五氢吸收有两峰，五氢吸收有两峰，70