光谱分析四红外分析

光谱分析四红外分析第1页，共133页，2023年，2月20日，星期三2

第三节红外光谱分析

一、概述1、红外光谱起源2、红外光谱定义3、红外光区划分4、红外谱的参数5、红外光谱特点6、红外光谱的主要缺点返回

第2页，共133页，2023年，2月20日，星期三3

1、红外光谱起源1800年英国天文学家Hershl用温度计测量太阳光可见区内外的温度时，发现红色光以外的黑暗部分温度比可见光部分高，从而认识到在可见光光波长波方向末端还有一个红外光区。红外光发现以后，逐步应用到各个方面，例如红外检测器、红外瞄准镜、红外理疗仪等。而许多化学家则致力于研究各种物质对各种不同波长红外光的吸收程度，用于推断物质分子的组成和结构。第三节红外光谱分析

§一概述第3页，共133页，2023年，2月20日，星期三4

1892年发现，凡是含有甲基的物质都会强烈地吸收波长3.4m的红外光，从而推断凡是在该波长处产生强烈吸收的物质都含有甲基。这种利用样品对不同波长红外光的吸收程度研究物质的分子组成和结构的方法，称为红外分子吸收光谱法。到1905年前后，人们已系统研究了数百种化合物的红外吸收光谱，并总结了一些物质分子基团与其红外吸收带之间的关系。1930年有人用群论和量子力学方法计算了许多简单分子的基频和键力常数，发展了红外光谱的理论研究。

第三节红外光谱分析

§一概述返回

第4页，共133页，2023年，2月20日，星期三5

2、红外光谱的定义：红外光谱又称分子振动转动光谱，属分子吸收光谱。样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收其中一些频率的辐射，分子振动或转动引起偶极矩的净变化，使振-转能级从基态跃迁到激发态，相应于这些区域的透射光强减弱，记录百分透过率T%对波数或波长的曲线，即红外光谱。主要用于化合物鉴定及分子结构表征，亦可用于定量分析。第三节红外光谱分析

§一概述第5页，共133页，2023年，2月20日，星期三6

红外光谱是以波长或波数作为横坐标，纵坐标常用百分透光度表示，即以T~或T~

来表示，下图为苯酚的红外光谱。T(%)图一苯酚的红外光谱第三节红外光谱分析

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第6页，共133页，2023年，2月20日，星期三7

红外光谱(0.75~1000m)远红外(转动区)(25-1000m)中红外(振动区)(2.5~25m)4000~400cm-1近红外(泛频）(0.75~2.5m)OH、NH及CH倍频分子振动转动分子转动分区及波长范围跃迁类型（常用区）3、红外光区的划分

第三节红外光谱分析

§一概述返回

第7页，共133页，2023年，2月20日，星期三8

4、红外光谱的参数

红外谱是样品对红外光的吸收随光的波数变化的曲线。红外谱最主要的参数是各吸收峰的位置，用cm-1表示。

第三节红外光谱分析

§一概述返回

例：λ=5μm的红外线，它的波数为：ν=104/5=2000cm-1第8页，共133页，2023年，2月20日，星期三9

5、红外光谱的特点（1）红外吸收只有振-转跃迁，能量低；（2）应用范围广：除单原子分子及单核分子外，几乎所有有机物均有红外吸收；（3）分子结构更为精细的表征：通过IR谱的波数位置、波峰数目及强度确定分子基团、分子结构；（4）定量分析；（5）固、液、气态样均可用，且用量少、不破坏样品；（6）分析速度快。（7）与色谱等联用（GC-FTIR）具有强大的定性功能。第三节红外光谱分析

§一概述返回

第9页，共133页，2023年，2月20日，星期三10

6、红外光谱的主要缺点（1）与磁共振等高分辨率波谱学方法相比分辨率较低。目前主要的解决办法包括同位素标记、定点突变等，二维红外谱目前也有进展。(2)

水的吸收对红外谱的干扰十分严重。

第三节红外光谱分析

§一概述返回

第10页，共133页，2023年，2月20日，星期三11

1、红外吸收的产生

2、产生红外吸收的条件

3、分子振动

4、谱带强度

5、振动频率

6、影响基团频率的因素

返回

第三节红外光谱分析

§二原理第11页，共133页，2023年，2月20日，星期三12

1、红外吸收的产生：

红外光谱是分子直接吸收外来的电磁辐射、振动能级发生改变时形成的。从经典力学的观点来看，当分子振动伴随着偶极矩的改变时，偶极子的振动会产生电磁波，它和入射的电磁波发生相互作用，产生光的吸收，所吸收光的频率即为分子的振动频率。这种电磁辐射的能量比电子能级跃迁时吸收的能量小得多。吸收能量后振动能级将提高，即分子被激发到较高的振动能级(其中也包含不同的转动能级)，从而形成红外吸收光谱。第三节红外光谱分析

§二原理第12页，共133页，2023年，2月20日，星期三13

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第13页，共133页，2023年，2月20日，星期三14

2、产生红外吸收的条件：

分子吸收辐射产生振转跃迁必须满足两个条件：条件一：辐射光子的能量应与振动跃迁所需能量相等。根据量子力学原理，分子振动能量Ev是量子化的，即EV=（V+1/2）h

为分子振动频率，V为振动量子数，其值取0，1，2，…分子中不同振动能级差为EV=Vh

也就是说，只有当EV=Ea或者a=V时，才可能发生振转跃迁。例如当分子从基态（V=0）跃迁到第一激发态（V=1），此时V=1，即a=

第三节红外光谱分析

§二原理第14页，共133页，2023年，2月20日，星期三15

条件二：辐射与物质之间必须有耦合作用

磁场电场交变磁场

分子固有振动a偶极矩变化（能级跃迁）耦合不耦合红外吸收无偶极矩变化无红外吸收图三辐射与物质之间的耦合作用第三节红外光谱分析

§二原理返回

第15页，共133页，2023年，2月20日，星期三16

（1）、双原子分子振动

（2）、多原子分子

3、分子振动形式：

第三节红外光谱分析

§二原理返回

第16页，共133页，2023年，2月20日，星期三17

分子的两个原子以其平衡点为中心，以很小的振幅（与核间距相比）作周期性“简谐”振动，其振动可用经典刚性振动描述：（1）、双原子分子振动：第三节红外光谱分析

§二原理式中：C——光速（2.998×1010cm/s）μ——两个小球（即两个原子）的折合质量（单位g)第17页，共133页，2023年，2月20日，星期三k为化学键的力常数（N/cm=mdyn/Å），为双原子折合质量根据小球的质量和相对原子质量之间的关系式得NA——阿伏加德罗常数（6.022×1023）M——折合相对原子的质量，如两原子的相对原子质量为M1和M2第18页，共133页，2023年，2月20日，星期三19

a)、影响基本振动跃迁的波数或频率的直接因素为化学键力常数k和双原子折合质量。k大，化学键的振动波数高，如kCC(2222cm-1)>kC=C(1667cm-1)>kC-C(1429cm-1)（质量相近）质量大，化学键的振动波数低，如

C-C(1430cm-1)<

C-N(1330cm-1)<

C-O(1280cm-1)(力常数相近）第三节红外光谱分析

§二原理第19页，共133页，2023年，2月20日，星期三20

b)、经典力学导出的波数计算式为近似式。因为振动能量变化是量子化的，分子中各基团之间、化学键之间会相互影响，即分子振动的波数与分子结构（内因）和所处的化学环境（外因）有关。例如：C-H键基频振动的计算值为2920cm-1，而实测值为2915cm-1返回

第三节红外光谱分析

§二原理第20页，共133页，2023年，2月20日，星期三21

多原子分子的振动更为复杂（原子多、化学键多、空间结构复杂），但可将其分解为多个简正振动来研究。a)、简正振动

b)、简正振动基本形式

c)、理论振动数（峰数）

(2)、多原子分子：返回

第三节红外光谱分析

§二原理第21页，共133页，2023年，2月20日，星期三22

a)、简正振动：

※简正振动定义:整个分子质心不变、整体不转动、各原子在原地作简谐振动且频率及位相相同。此时分子中的任何振动可视为所有上述简谐振动的线性组合。※简正振动基本形式：①伸缩振动：原子沿键轴方向伸缩，键长变但化键角不变的振动。②变形或弯曲振动：基团键角发生周期性变化，但键长不变的振动。又称弯曲振动或变角振动。返回

第三节红外光谱分析

§二原理＊对称伸缩振动νs＊反对称伸缩振动νas面内变形振动δ：剪式振动δ；面内摇摆振动ρ面外变形振动γ：面外摇摆振动ω；扭曲变形振动τ。第22页，共133页，2023年，2月20日，星期三23

b)、简正振动基本形式（以甲基和亚甲基为例）。返回

图四甲基和亚甲基的基本振动形式及红外吸收第三节红外光谱分析

§二原理第23页，共133页，2023年，2月20日，星期三24

※对线型分子，理论振动数=3n-5如CO2分子，其理论振动数为3×3-5=4图六第三节红外光谱分析

§二原理第24页，共133页，2023年，2月20日，星期三※对非线型分子，理论振动数=3n-6

如HO2分子，其理论振动数为3×3-6=3第25页，共133页，2023年，2月20日，星期三26

理论上，多原子分子的振动数应与谱峰数相同，但实际上，谱峰数常常少于理论计算出的振动数，这是因为：a）偶极矩的变化=0的振动，不产生红外吸收；b）谱线简并（振动形式不同，但其频率相同）；c）仪器分辨率或灵敏度不够，有些谱峰观察不到。

第三节红外光谱分析

§二原理第26页，共133页，2023年，2月20日，星期三27

吸收峰以上介绍了基本振动所产生的谱峰即基频峰（V=±1允许跃迁）。在红外光谱中还可观察到其它峰跃迁禁阻峰：

倍频峰：由基态向第二、三….振动激发态的跃迁（V=±2、±3.）。合频峰：分子吸收光子后，同时发生频率为1，2的跃迁，此时产生的跃迁为

1+2的谱峰。差频峰：当吸收峰与发射峰相重叠时产生的峰

1-2。泛频峰可以观察到，但很弱，可提供分子的“指纹”。返回

泛频峰第三节红外光谱分析

§二原理第27页，共133页，2023年，2月20日，星期三28

分子对称度高，振动偶极矩小，产生的谱带就弱；反之则强。如C=C，C-C因对称度高，其振动峰强度小；而C=X，C-X，因对称性低，其振动峰强度就大。峰强度可用很强（vs）、强（s）、中（m）、弱（w）、很弱（vw）等来表示。摩尔消光系数（ε）

强度

符号

＞200

很强

VS

75~200

强

S

25~75

中等

M

5~25

弱

W

0~5

很弱

VW

4、谱带强度:

表一红外吸收强度及其表示符号第三节红外光谱分析

§二原理第28页，共133页，2023年，2月20日，星期三29

图10-7第三节红外光谱分析

§二原理返回

第29页，共133页，2023年，2月20日，星期三30

名称氢键区

三键区

双键区

单键区

（指纹区）波数范围4000~25002500~20002000~15001500~400通常类型C-HN-HO-HCNCCC=C=CC=0,C=CC-C,C-O-C,C-N2）红外光谱图分区：

表二红外光谱的分区第三节红外光谱分析

§二原理第30页，共133页，2023年，2月20日，星期三31

表三氢键的伸缩振动吸收第31页，共133页，2023年，2月20日，星期三32

三键区：表四各类三键和累积双键伸缩振动吸收位置第三节红外光谱分析

§二原理第32页，共133页，2023年，2月20日，星期三33

双键区：

C=O

1900

-

1650

强峰。是判断酮、醛、

C=C

1680

1620

苯

生

物

频

2000

1650

-

和

2

-

4

衍

的

泛

-

-

H

外

、

C=C

面

内

很

，

特征吸收峰，其中酸酐因振动偶合而具

有双峰。

峰较弱（对称性较高）。在

附近有

个峰（苯环骨架振动），用于

识别分子中是否有芳环。

C

面

但

很

特

征

（

可

用

于

取

代

表

酸、酯及酸酐的

1600

1500

变形

振动

，

弱

类型

的

征

）

。

表五各类双键的特征吸收第三节红外光谱分析

§二原理第33页，共133页，2023年，2月20日，星期三34

在红外分析中，通常一个基团有多个振动形式，同时产生多个谱峰（基团特征峰及指纹峰），各类峰之间相互依存、相互佐证。通过一系列的峰才能准确确定一个基团的存在。

指纹区（可分为两个区）表六指纹区吸收第三节红外光谱分析

§二原理第34页，共133页，2023年，2月20日，星期三35

6、影响基团频率的因素：

基团频率主要由化学键的力常数决定。但分子结构和外部环境因素也对其频率有一定的影响。（1）电子效应：引起化学键电子分布不均匀的效应。包括：诱导效应、共轭效应和中介效应

（2）氢键效应

（3）振动耦合

（4）费米共振

（5）空间效应

（6）物质状态及制样方法

（7）溶剂效应

第三节红外光谱分析

§二原理返回

第35页，共133页，2023年，2月20日，星期三36

（１）、电子效应：

※诱导效应(Inductioneffect)

取代基电负性—静电诱导—电子分布改变—k增加—特征频率增加（移向高波数）。返回

第三节红外光谱分析

§二原理第36页，共133页，2023年，2月20日，星期三表10-7诱导效应对ν（C=O）的影响（纯品）第37页，共133页，2023年，2月20日，星期三38

定义：电子云密度均化—键长变长—k降低—特征频率减小（移向低波数）。※共轭效应(Conjugatedeffect)第三节红外光谱分析

§二原理返回

第38页，共133页，2023年，2月20日，星期三表10-8共轭效应对不饱和键振动波数的影响（纯物质）第39页，共133页，2023年，2月20日，星期三40

定义：孤对电子与多重键相连产生的p-

共轭，结果类似于共轭效应。

当诱导与共轭两种效应同时存在时，振动频率的位移和程度取决于它们的净效应。※中介效应(Mesomericeffect)：第三节红外光谱分析

§二原理返回

第40页，共133页，2023年，2月20日，星期三41

（2）、氢键效应（X-H）：形成氢键使电子云密度平均化（缔合态），使体系能量下降，基团伸缩振动频率降低，其强度增加但峰形变宽。如羧酸RCOOH(C=O=1760cm-1，O-H=3550cm-1);(RCOOH)2(C=O=1700cm-1，O-H=3250-2500cm-1)如乙醇：CH3CH2OH（O=H=3640cm-1）(CH3CH2OH)2（O=H=3515cm-1）(CH3CH2OH)n（O=H=3350cm-1）第三节红外光谱分析

§二原理返回

第41页，共133页，2023年，2月20日，星期三42

当两个振动频率相同或相近的基团相邻并由同一原子相连时，两个振动相互作用（微扰）产生共振，谱带一分为二（高频和低频）。如羧酸酐分裂为C=O（

as1820、

s1760cm-1）（3）、振动耦合（Coupling）：第三节红外光谱分析

§二原理返回

第42页，共133页，2023年，2月20日，星期三43

当一振动的倍频与另一振动的基频接近（2A=B）时，二者相互作用而产生强吸收峰或发生裂分的现象。Ar-C()=880-860cm-1C=O(as)=1774cm-11773cm-1

1736cm-1（4）、费米共振：第三节红外光谱分析

§二原理返回

第43页，共133页，2023年，2月20日，星期三44

定义：由于空间阻隔，分子平面与双键不在同一平面，此时共轭效应下降，红外峰移向高波数。（5）、空间效应：第三节红外光谱分析

§二原理第44页，共133页，2023年，2月20日，星期三表10-9空间位阻对ν（C=C）和ν（C=O）的影响第45页，共133页，2023年，2月20日，星期三46

空间效应的另一种情况是张力效应：四元环>五元环>六元环。随环张力增加，红外峰向高波数移动。第三节红外光谱分析

§二原理返回

第46页，共133页，2023年，2月20日，星期三47

通常，物质由固态向气态变化，其波数将增加。如丙酮在液态时，C=O=1718cm-1;气态时C=O=1742cm-1，因此在查阅标准红外图谱时，应注意试样状态和制样方法。

（6）、物质状态及制样方法:第三节红外光谱分析

§二原理

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第47页，共133页，2023年，2月20日，星期三48

极性基团的伸缩振动频率通常随溶剂极性增加而降低。如羧酸中的羰基C=O：气态时：C=O=1780cm-1

非极性溶剂：C=O=1760cm-1

乙醚溶剂：C=O=1735cm-1

乙醇溶剂：C=O=1720cm-1因此红外光谱通常需在非极性溶剂中测量。

（7）、溶剂效应:第三节红外光谱分析

§二原理

返回

第48页，共133页，2023年，2月20日，星期三49

目前有两类红外光谱仪：

1、色散型

2、傅立叶变换型（FourierTransfer,FT）返回

第三节红外光谱分析

§三红外光谱仪第49页，共133页，2023年，2月20日，星期三50

是指在仪器中采用棱镜或光栅等色散元件与狭缝组成单色器，把光源发出的连续光谱分开，再用检测器不同频率处化合物的吸收情况。与双光束UV-Vis仪器类似，是利用双光束自动平衡原理。但部件材料和顺序不同。光源、吸收池、单色器和检测器及记录仪

1、色散型：第三节红外光谱分析

§三红外光谱仪第50页，共133页，2023年，2月20日，星期三色散型红外光谱仪光路图第51页，共133页，2023年，2月20日，星期三52

常用的红外光源有Nernst灯和硅碳棒。（1）、光源：

表一0红外光源的类型和特点第三节红外光谱分析

§三红外光谱仪第52页，共133页，2023年，2月20日，星期三53

红外吸收池使用可透过红外的材料制成窗片；不同的样品状态（固、液、气态）使用不同的样品池，固态样品可与晶体混合压片制成。（2）、吸收池：表一1吸收池的材料及透光范围第三节红外光谱分析

§三红外光谱仪第53页，共133页，2023年，2月20日，星期三54

由色散元件、准直镜和狭缝构成。其中可用几个光栅来增加波数范围，狭缝宽度应可调。狭缝越窄，分辨率越高，但光源到达检测器的能量输出减少，这在红外光谱分析中尤为突出。为减少长波部分能量损失，改善检测器响应，通常采取程序增减狭缝宽度的办法，即随辐射能量降低，狭缝宽度自动增加，保持到达检测器的辐射能量的恒定。（3）、单色器：第三节红外光谱分析

§三红外光谱仪第54页，共133页，2023年，2月20日，星期三55

以光栅为分光元件的红外光谱仪不足之处：a）、需采用狭缝，光能量受到限制；b）、扫描速度慢，不适于动态分析及和其它仪器联用；c）、不适于过强或过弱的吸收信号的分析。返回

第三节红外光谱分析

§三红外光谱仪第55页，共133页，2023年，2月20日，星期三56

它是利用光的相干性原理而设计的干涉型红外分光光度仪。仪器组成为红外光源摆动的凹面镜摆动的凹面镜迈克尔逊干扰仪检测器样品池参比池同步摆动干涉图谱计算机解析红外谱图还原M1BSIIIM2D2、傅立叶红外光谱仪：

图10-9傅立叶变换红外光谱仪方块图第三节红外光谱分析

§三红外光谱仪第56页，共133页，2023年，2月20日，星期三第57页，共133页，2023年，2月20日，星期三58

单色光单色光二色光多色光单、双及多色光的干涉示意图图一0第三节红外光谱分析

§三红外光谱仪第58页，共133页，2023年，2月20日，星期三59

图一1多色干涉光经样品吸收后的干涉图(a)及其Fourier变换后的红外光谱图(b)第三节红外光谱分析

§三红外光谱仪第59页，共133页，2023年，2月20日，星期三60

FTIR光谱仪的优点:

（1）光学部件简单，只有一个动镜在实验中运动，不易磨损。（2）测量波长范围宽，其波长范围可达到45000~6cm-1

（3）精度高，光通量大，所有频率同时测量，检测灵敏度高。（4）扫描速度快，可作快速反应动力学研究，并可与GC、LC联用。（5）杂散光不影响检测。（6）对温度湿度要求不高。返回

第三节红外光谱分析

§三红外光谱仪第60页，共133页，2023年，2月20日，星期三61

1、对试样的要求：（1）、试样应为“纯物质”（>98%），通常在分析前，样品需要纯化；对于GC-FTIR则无此要求。（2）、试样不含有水（水可产生红外吸收且可侵蚀盐窗）；（3）、试样浓度或厚度应适当，以使T在合适范围。2、制样方法：液体或溶液试样

（1）、沸点低易挥发的样品：液体池法。（2）、高沸点的样品：液膜法（夹于两盐片之间）。（3）、固体样品可溶于CS2或CCl4等无强吸收的溶液中。第三节红外光谱分析

§四试样制备返回

第61页，共133页，2023年，2月20日，星期三62

固体试样：（1）、压片法：1~2mg样+200mgKBr——干燥处理——研细：粒度小于2m（散射小）——混合压成透明薄片——直接测定；（2）、石蜡糊法：试样——磨细——与液体石蜡混合——夹于盐片间；石蜡为高碳数饱和烷烃，因此该法不适于研究饱和烷烃。（3）、薄膜法：高分子试样——加热熔融——涂制或压制成膜；高分子试样——溶于低沸点溶剂——涂渍于盐片——挥发除溶剂返回

第三节红外光谱分析

§四试样制备第62页，共133页，2023年，2月20日，星期三压片模具第63页，共133页，2023年，2月20日，星期三第64页，共133页，2023年，2月20日，星期三溶液法：溶液法适用于挥发性液体样品的测定。使用固定液池，将样品溶于适当溶剂中配成一定浓度的溶液(一般以10%w/w左右为宜)，用注射器注入液池中进行测定。第65页，共133页，2023年，2月20日，星期三第66页，共133页，2023年，2月20日，星期三67

1、饱和烃2、不饱和烃3、醇、酚和醚4、含羰基化合物5、含氮化合物6、金属有机化合物7、高分子化合物

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第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱第67页，共133页，2023年，2月20日，星期三68

1、饱和烃：(1)C-H伸缩振动：对称伸缩振动（νs）和反对称伸缩振动（νas），在2800-3000cm-1之间，νas较νs在较高频率。(2)C-H弯曲振动：1475-700cm-1，甲基的对称变形振动出现在1375cm-1处，对于异丙基和叔丁基，吸收峰发生分裂。(3)碳碳骨架振动：750-720cm-1为-(CH2)2-的骨架振动，1253-1000cm-1为分叉甲基的骨架振动。第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱返回

第68页，共133页，2023年，2月20日，星期三69

表一3烷烃的特征吸收位置第69页，共133页，2023年，2月20日，星期三70

返回

图一22，2，4-三甲基戊烷的红外光谱图第70页，共133页，2023年，2月20日，星期三71

２、不饱和烃:（1）、烯烃

（2）、炔烃（3）、芳香烃

第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱返回

第71页，共133页，2023年，2月20日，星期三72

表一4第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱（1）、烯烃第72页，共133页，2023年，2月20日，星期三73

图一31-己烯的红外谱图第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱1、=C–H伸缩振动；2、–C–H伸缩振动；3、C=C伸缩振动；4、C-H弯曲振动第73页，共133页，2023年，2月20日，星期三74

烯烃类型

CH面外弯曲振动吸收位置（cm-1）

R1CH=CH2

995-985，910-905

R1R2C=CH2

895-885

R1CH=CHR2(顺)

730-650

R1CH=CHR2(反）

980-965

R1R2C=CHR3

840-790

返回

表一5=CH的面外弯曲振动第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱第74页，共133页，2023年，2月20日，星期三75

（2）、炔烃化合物：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。C-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。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。第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱返回

第75页，共133页，2023年，2月20日，星期三76

~3340cm-1：叁键C—H伸缩振动，~3020cm-1:苯环=C—H伸缩振动~2115cm-1:伸缩振动图一4苯基乙炔的红外光谱图第76页，共133页，2023年，2月20日，星期三77

图一51-己炔红外光谱第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱第77页，共133页，2023年，2月20日，星期三78

图一6正丁腈的红外谱图第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱第78页，共133页，2023年，2月20日，星期三79

丙二烯类：两个双键共用中间碳原子，耦合强烈，1600cm-1无吸收，在2000-1915cm-1和1100-1000cm-1附近有不对称和对称身下厮守，两峰相距900cm-1，前者为中强峰，后者为弱峰。

第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱返回

第79页，共133页，2023年，2月20日，星期三80

振动类型

波数（cm-1）

说明

芳环C-H伸缩振动

3050±50

强度不定

骨架振动

1650~1450

峰形尖锐，通常为4个峰，但不一定同时出现

C-H弯曲振动（面外）

910~650

随取代情况改变

表一6芳香烃的特征吸收

（3）、芳香烃：第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱返回

第80页，共133页，2023年，2月20日，星期三81

表一7取代苯的C-H面外弯曲振动吸收峰位置取代类型

C-H面外弯曲振动吸收峰位置（cm-1）

苯

670

单取代

770-730，710-690

二取代

1，2-

770-735

1，3-

810-750，710-690

1，4-

833-810

三取代

1，2，3-

780-760，745-705

1，2，4-

885-870，825-805

1，3，5-

865-810，730-675

四取代

1，2，3，4-

810-800

1，2，3，5-

850-840

1，2，4，5-

870-855

五取代

870

第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱第81页，共133页，2023年，2月20日，星期三82

图一7各类取代苯的倍频吸收和面外弯曲振动吸收第82页，共133页，2023年，2月20日，星期三83

图一8甲苯的红外光谱图

第83页，共133页，2023年，2月20日，星期三84

图一9苯乙烯的红外光谱图

~1630cm-1:C=C伸缩振动；~1600，1580，1450cm-1:苯环骨架振动第84页，共133页，2023年，2月20日，星期三85

图二0α-甲基萘的红外光谱图

返回

第85页，共133页，2023年，2月20日，星期三86

醇和酚存在三个特征吸收：羟基OH伸缩振动和弯曲振动，C-O伸缩振动。

基团

吸收位置（cm-1）

说明

υO—H

3650~3580（游离）

3550~3450（二聚体）

3400~3200（多聚体）

3600-2500（分子内缔合）

尖

中强，较尖

强，宽

宽，散

δC—O

1050（伯）

1100（仲）

1150（叔）

1200（酚）

强，有时发生裂分

δH—O

1500~1250

650

面内弯曲，强，宽

面外弯曲，宽

3、醇、酚和醚：表一8醇和酚的特征吸收第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱返回

第86页，共133页，2023年，2月20日，星期三87

图二1正丁醇的红外光谱

~3450cm-1：缔合O—H伸缩振动；~1350cm-1：O—H面内弯曲振动

第87页，共133页，2023年，2月20日，星期三88

图二2苯酚的红外光谱图第88页，共133页，2023年，2月20日，星期三89

图二3乙醇在CCl4中浓度变化对红外吸收的影响

第89页，共133页，2023年，2月20日，星期三90

浓度对羟基吸收峰的影响：返回

图二4第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱第90页，共133页，2023年，2月20日，星期三91

（1）、醛酮

（2）、羧酸、羧酸盐

（3）、酯

（4）、酸酐

（5）、酰卤

（6）、酰胺

返回

4、羰基化合物：第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱91

（1）、醛酮

（2）、羧酸、羧酸盐

（3）、酯

（4）、酸酐

（5）、酰卤

（6）、酰胺

返回

4、羰基化合物：第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱第91页，共133页，2023年，2月20日，星期三92

表一9羰基化合物的C=O伸缩振动吸收化合物类型

吸收峰位置（cm-1）

醛

1735-1715

酮

1720-1710

酸

1770-1750

酯

1745-1720

酰胺

1700-1680酸酐

1820和1760

第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱第92页，共133页，2023年，2月20日，星期三93

（1）、醛酮：

醛和酮的C=O伸缩振动吸收位置是差不多的(图二5~图二7),虽然醛的羰基吸收位置比相应的酮高10~15cm-1,单这一区别不足以区分两类化合物,然而醛氢伸缩振动：2900-2700厘米-1有尖锐的小吸收峰出现，根据此峰可以判断醛的存在。

第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱第93页，共133页，2023年，2月20日，星期三94

~2720cm-1:醛基C—H伸缩振动，特征；~1730cm-1：—C=O伸缩振动

图二5正丁醛红外光谱图第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱第94页，共133页，2023年，2月20日，星期三95

图二6苯甲醛红外光谱图第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱第95页，共133页，2023年，2月20日，星期三96

苯异丙基酮：

-1694cm-1：C=O伸缩振动，羰基与苯环共轭，吸收移向低波数；-1580cm-1：苯环骨架振动，与羰基共轭，移向低波数图二7苯基异丙基的红外光谱图第96页，共133页，2023年，2月20日，星期三97

表二0羧酸和羧酸盐的特征吸收CO2-的对称伸缩振动，1650-1540，最强峰，反对称伸缩振动，1420-1300，强峰

（2）、羧酸、羧酸盐第97页，共133页，2023年，2月20日，星期三98

图20-282-甲基丙酸红外光谱图

3300~2500cm-1：羧酸二聚体的O—H伸缩振动，峰形宽，散；1710cm-1：C=O伸缩振动第98页，共133页，2023年，2月20日，星期三99

图20-29苯甲酸红外光谱图

第99页，共133页，2023年，2月20日，星期三100

图三0乙酸铅红外光谱图

~1550cm-1：—COO—反对称伸缩振动；~1405cm-1：—COO—对称伸缩振动

第100页，共133页，2023年，2月20日，星期三101

（3）、酯

图三1乙酸甲酯~1740cm-1：C=O伸缩振动；~1190cm-1：C-O-C非对称伸缩振动，第一吸收

第101页，共133页，2023年，2月20日，星期三102

图三2苯甲酸甲酯红外谱图第102页，共133页，2023年，2月20日，星期三103

（4）、酸酐：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。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。

第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱返回

第103页，共133页，2023年，2月20日，星期三104

图三3丙酐的红外光谱第104页，共133页，2023年，2月20日，星期三105

图三4三甲基乙酸酐红外谱图第105页，共133页，2023年，2月20日，星期三106

图三5邻苯二甲酸酐红外谱图第106页，共133页，2023年，2月20日，星期三107

（5）、酰卤：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。脂肪族位于1800厘米-1附近。C-X伸缩振动：脂肪族1000-910厘米-1，峰形宽大，芳香族1250-1110厘米-1，通常分裂为数个峰。C-X弯曲振动：1340厘米-1第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱返回

第107页，共133页，2023年，2月20日，星期三108

图三6金刚烷酰氯红外谱图第108页，共133页，2023年，2月20日，星期三109

（6）、酰胺：N-H伸缩振动：3540-3125厘米-1，伯酰胺为强度相近的双峰，相距120厘米-1，仲酰胺为单峰，叔酰胺无此峰。羰基伸缩振动：1690-1620厘米-1（酰胺I峰）N-H弯曲振动+C-N伸缩振动：1650-1580厘米-1（酰胺II峰）C-N伸缩振动：1430-1400（酰胺III峰）第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱返回

第109页，共133页，2023年，2月20日，星期三110

图三7吡嗪酰胺（抗结核病药）红外谱图第110页，共133页，2023年，2月20日，星期三111

表二1第三节红外光谱分析

§五各种有机化合物的红外光谱返回

第111页，共133页，2023年，2月20日，星期三112

表二2含氮化合物（胺、亚胺和胺盐）吸收峰特征

特征吸收

化合物

吸收峰位置(cm-1)

吸收峰特征

NH伸缩振动

伯胺类

3500-3300

两个峰，强度中

仲胺类

3500-3300

一个峰，强度中

亚胺类

3400-3300

一个峰，强度中

NH弯曲振动

伯胺类

1650-1590

强度强，中

仲胺类

1650-1550

强度极弱

C-N振动

芳香胺

伯

1340-1250

强度强

仲

1350-1280

强度强

叔

1360-1310

强度强

脂肪胺

1220-1020

强度中，弱

1410

强度弱

5、含氮化合物第112页，共133页，2023年，2月20日，星期三113

~1590cm-1NH2剪式振动；~1185cm-1：C—N伸缩振动

图三82-戊胺红外谱图第113页，共133页，2023年，2月20日，星期三114

~3310cm-1：弱峰，N—H伸缩振动；~1460cm-1：CH2剪式振动+CH3反对称变形振动；~1110Cm-1：C—N伸缩振动；~715cm-1：N—H非平面摇摆振动图三9二己胺红外谱图第114页，共133页，2023年，2月20日，星期三115

图四0三乙胺红外谱图第115页，共133页，2023年，2月20日，星期三116

6、金属有机化合物

图四1三苯基砷的红外光谱图

3078cm-1：苯基C-H伸缩振动；1607cm-1:苯基C=C伸缩振动；1488，1432cm-1苯环骨架振动；734，694cm-1：单取代苯的C-H弯曲振动

第116页，共133页，2023年，2月20日，星期三117

7、高分子化合物：

图四2聚异戊二烯的红外光谱图

1652cm-1:C=C伸缩振动；1438cm-1：甲基反对称变形振动和亚甲基剪式振动重叠；1369cm-1：甲基对称变形振动

第117页，共133页，2023年，2月20日，星期三118

1、先行工作

2、谱图采集

3、谱图解析

4、示例

返回

第三节红外光谱分析

§六样品红外分析步骤第118页，共133页，2023年，2月20日，星期三119

（1）、该化合物的信息收集：试样来源、熔点、沸点、折光率、旋光率、状态、用途、是否混合物等；（2）、样品的分离与纯化（化学、物理方法与计算机差谱）；（3）、应用其他的分离分析方法1、先行工作返回

第三节红外光谱分析

§六样品红外分析步骤第119页，共133页，2023年，2月20日，星期三120

（1）、制样方法的选择（压片、涂膜等）；（2）、扫描样品得样品红外图（扣除背景）。2、谱图采集：第三节红外光谱分析

§六样品红外分析步骤返回

第120页，共133页，2023年，2月20日，星期三121

（1）、确定化合物的类型

（2）、查找特征基团频率，推测分子可能的基团

（3）、查找红外指纹区，进一步验证基团的相关峰

（4）、能过其它定性方法进一步确证：

UV-Vis、MS、NMR、Raman等。(略)（5）、不饱和度的计算（已知分子式）

3、谱图解析：第三节红外光谱分析

§六样品红外分析步骤返回

第121页，共133页，2023年，2月20日，星期三122

a）、区分无机物和有机物

b）、区别饱和与不饱和化合物（3000cm-1前有峰为饱和C-H峰，后有峰可能有不饱和C-H峰）c）、区分脂肪族和芳香族化合物（1）、确定化合物的类型：返回

第三节红外光谱分析

§六样品红外分析步骤第122页，共133页，2023年，2月20日，星期三123

氢键区：4000~2500cm-1

三键区：2500~2000cm-1

双键区：2000~1500cm-1

（2）、查找特征基团频率，推测分子可能的基团第三节红外光谱分析

§六样品红外分析步骤返回

第123页，共133页，2023年，2月20日，星期三124

（3）、查找红外指纹区，进一步验证基团的相关峰：a）1460cm-1和；1380cm-1：b）900~650cm-1强峰，，判断芳烃