红外光谱图解析知识点

讲透了！红外光谱图解析知识点汇总

利用红外吸收光谱进行有机化合物定性分析可分为两个方面：

一是官能团定性分析，主要依据红外吸收光谱的特征频率来鉴别含有哪些官能团，以

确定未知化合物的类别；

二是结构分析，即利用红外吸收光谱提供的信息，结合未知物的各种性质和其它结构

分析手段（如紫外吸收光谱、核磁共振波谱、质谱）提供的信息，来确定未知物的化学

结构式或立体结构。

原理

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，是振-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，透过率下％对波数或波长的曲线，即为红外光谱。

频率V

低

号v能量-

—h--------

200nx400nmBOOnm2.E15|11m5m

矩波长入------------------长

光波谱区及能量跌迁相关图

辐射f分子振动能级跃迁-红外光谱一官能团一分子结构

2、红外光谱特点

・红外吸收只有振-转跃迁，能量低；

•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；

•特征性强，可定性分析，红外光谱的波数位置、波峰数目及强度可以确定分子结

构；

・定量分析；

・固、液、气态样均可，用量少，不破坏样品；

・分析速度快；

•与色谱联用定性功能强大。

3、分子中振动能级的基本振动形式

红外光谱中存在两类基本振动形式：伸缩振动和弯曲振动。

对称伸缩振动不对称伸缩振动

：2926cmT：2853cm-l

CLO

分子结构与红外光谱

Z、分子官能团与红外光谱吸收峰

（i）分子的整体振动图像可分解为若干简振模式的叠加，每个简振模式（振动能

级跃迁）对应于一定频率的）对应于一定频率的光吸收峰，全部具有红外活性的

简振模式的光吸收峰就构成了该分子的振动吸收光谱，即红外光谱。

（2）分子的简振模式（振动能级）决定于分子的结构，因此可以将分子结构与其红

外光谱联系在一起。

（3）分子的一个简振模式是其所有原子特定运动分量的叠加，也就是说，在一个简

振模式下，所有原子都在进行（相同频率）运动运动。但是一般只有某一个（或几

个）基团的运动起着主要作用，而其它原子的运动相对弱的多。所以，分子的一个简

振模式可以看作只是个别基团（官能团）的运动，因此，可以将分子的红外光谱吸收

峰与其官能团相对应。

2、官能团的主要振动方式

（1）化学键长度改变

对称伸缩振动、%反对称伸缩振动

（2）化学键键角/二面角改变

剪式振动句面内摇摆振动P

3、H2O与CH4的简正振动模式

红外光谱解析三要素

1、红外光谱吸收峰一一线形与线宽

＞自然宜度

和定性UA£C%

叩gHK.丁）f

＞多・软地宣

高斯峰彩r

,3…Tg2）1一唏1

＞磁撞增宣（压力增竟）波SUcin・1

常温常压下y＞4c/n-'

洛仑兹峰彩

，例=A，r~~--T中红外知多辨率一®在4cm，If可；

E+4d广近红外知中倍频与合频峰的等合意会

＞饱和增富更大，分辨率一般在4或Bern•，即可；测

光强度较高时产生高阶响应量气体分子的枫动光谓的转动MMM

需要低温低用条件与更高的分f阵。

2、红外光谱吸收峰一一位置

力需风电子结构

折合■量,原子料类

官能团振动频率的改变，反映了化合物结构或所处环境的不同。影响官能团吸收频率

的因素可以分成内部因素和外部因素两大类。内部因素本质上就是指官能团所处的分

子结构对其吸收频率的影响，如振动耦合、费米共振、电子效应、空间效应、氢键和

质量效应等。外因一般包括温度、浓度、溶剂、样品状态、制样方法等。

影响红外光谱吸收峰的内部因素

（1）振动耦合

两个基团相邻且振动基频相差又不大时，振动的耦合引起吸收频率偏离基频，一个移

向高频方向（反对称），一个移向低频方向（对称），这种现象称为振动耦合。

o=c=o

1

•/2350cm.•

・•・•:——一

-O=C-------••c=o-

••••

\1340cm1/

••

•o4—=c=—o►

(2)费米共振

当一种振动模式的倍频或合频与另一振动基频相近时，由于其相互作用而产生的强吸

收带或发生的峰裂分称为费米共振。费米共振作用也是一种振动耦合作用，只不过是

发生在基频与倍频或合频之间。

1388cm1

\t

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

1340cm-1Lccc!

1338cm1

1286cm1

t

v=lO=C=O

-------II

669cm-1

(3)电子效应

(4)空间效应

a.环的张力

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

尻空间障碍

分子中大的基团存在空间位阻作用，迫使邻近基团的键角改变，使其振动吸收频率发

生改变。当共貌体系的共平面性被破坏或偏离时，共钝体系也受到影响或破坏，其吸

收频率将移向高波数。

(S)氢键

氢键的形成降低了化学键的力常数，吸收频率移向低波数方向；振动时的偶极矩变化

加大，吸收强度增加，常形成宽而强的吸收峰。胺基发生分子缔合，其吸收频率多则

可降低WOem-1或更多。竣基形成强烈氢键，羟基吸收频率移至

2.SOO^'5OOOcw<-1。

（4）质量效应

当一些含氢基团与某些基团的吸收峰发生重叠，可将该官能团的氢进行笈代，使其吸

收峰移向低波数，将原来的重叠峰分离开。例如在蛋白质中酰胺I带的吸收峰与水分

子的。-H弯曲振动的强吸收峰重叠在一起，因此经常使用重水代替水来研究溶液状

态下的蛋白质分子。

影响红外光谱吸收峰的外部因素

（1）外部因素对官能团吸收频率的影响往往是通过内因起作用的。温度对物质的红

外吸收光谱有明显的影响。低温下，物质的吸收带尖锐；温度越高，带宽增加，带数

减少。

（2）同一物质由于所处状态不同，分子间相互作用力不同，测得的光谱也有所不

同。一般在气态下测得的谱带的波数最高，并能观察到振动谱带的转动精细结构。

（3）当液体样品或固体样品溶于有机溶剂中时，样品分子和样品分子和溶剂分子

之间会发生相互作用，导致样品分子的红外振动频率发生变化。如果样品分子中含

有极性基团，则溶剂的极性越强，二者相互作用愈强，样品的红外光谱的变化越

大。

（4）由于多种外部因素对官能团吸收频率的影响都会有所影响，所以当把未知物红

外谱图与已知样品或标准谱图对比时，应注意作图条件，最好能以大致相同条件下得

到的光谱图进行对比。

解析红外光谱图

Z、振动自由度

振动自由度是分子独立的振动数目。N个原子组成分子，每个原子在空间上具有三

个自由度，分子振动自由度F=3N-6（非线性分子）；F=3N-5（线性分子）。

为什么计算振动自由度很重要，因为它反映了吸收峰的数量，谱带简并或发生红外

非活性振动使吸收峰的数量会少于振动自由度。

无双键或环状结构

=―一个双键或一个环状结构

U=2T两个双键，两个换，双键+环，一个三键

U=4f分子中可能含有苯环

(J=S一分子中可能含一个苯环+一个双键

2、红外光谱峰的类型

基频峰：分子吸收一定频率红外线，振动能级从基态跃迁至第一振动激发态产生的

吸收峰，基频峰的峰位等于分子或者基团的振动频率，强度大，是红外的主要吸收

峰。

泛频峰：分子的振动能级从基态跃迁至第二振动激发态、第三振动激发态等高能态

时产生的吸收峰，此类峰强度弱，难辨认，却增加了光谱的特征性。

特征峰和指纹峰：特征峰是可用于鉴别官能团存在的吸收峰，对应于分子中某化学

键或基团的振动形式，同一基团的振动频率总是出现在一定区域；而指纹区吸收峰

特征性强，对分子结构的变化高度敏感，能够区分不同化合物结构上的微小差异。

3、影响峰位的因素

|影响峰位的因素

|溶剂效应

诱导效应使振动频率向高波数移动；共甄效应使振动频率向低波数移动；氢键效应

使伸缩频率降低，分子内氢键对峰位影响大且不受浓度影响，分子间氢键受浓度影

响较大，浓度稀释，吸收峰位置发生改变；碳原子杂化轨道中S成分增加，键能增

加，伸缩振动频率增加；溶剂极性增加，则极性基团的伸缩振动频率减小。

4、谱图解析实例

红外谱图解析步骤

先特征，后指纹；先强峰，后次强峰；寻找一组相关峰一佐证。

先识别特征区的第一强峰，找出其相关峰，进行归属。

若饱和度＞=4,优先考虑苯环结构。

下图是分子式为C9H7NO的有机物的红外吸收光谱，确定其分子式。

不饱和度U=(2+2*9+1-7)/2=7-可能含苯环

NH3270c〃小峰归属如下：

v1638cm1

co>n含酰胺结构-CO-N

%1533cmu

1

N1323c/%

vc-/v

3300cm1

2100C7771含一C三

vcVs=Vc

讥CH1268cM

“3030(7/2-'

I'c-c（芳环骨架）1597,1495和1445c〃，卜=>含单取代苯

V-V

九H763,694cm1双峰)

红外光谱应用实例

工、。。2在Z八。上的活化

C02活化转变为有价值的有机化合物是催化领域的一个热点也是一个难点。Noei等

人通过超高真空傅里叶红外光谱(UHM-FTIRS)研究了在羟基化的ZnO纳米颗粒

上的COa活化。他们将干净的Nn。粉末样品暴露于COz中并在红外谱图中观察到

18

了碳酸盐相关振动带的形成，并使用COZ的同位素置换实验对此进行了验证，证

明了2八。纳米颗粒在COo活化方面的高活性。

①①

。

uU。

eE

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oo」

ss

qq

<4

1800150012009006001800160014001200

1

Wavenumber(cm')Wavenumber(cm)

2、CO吸附在锐钛矿相的TiO2上

Setvii^等人用红外反射吸收光谱(IRRAS)结合程序升温脱附(TPD),扫描隧道

显微镜(STM)和PFT理论计算等研究了一氧化碳在锐钛矿TiO2(W1)晶面的

吸附。/RRAS谱图显示在2181C3T处仅有一个CO带，结合TPD,估计分离的

分子的吸附能量为O.37±OQ3eM,在较高的覆盖率下，吸收峰移动到略小的值。又

结合STM成像和样品的受控退火证实了TPD估算的吸附能和轻微的排斥分子间相

互作用。CO分子在稍高的温度下从富电子的外在供体缺陷位点解吸，与金红石

TiOz(1W)表面上的CO吸附的比较表明，锐钛矿型TiO2中电子定域的趋势比

金红石下1。2中弱得多。

时光质。于

Rn

同I附N露

物T吸暴

F无粒

附与

吸过的颗

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多,干纳

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S带

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0吸-W烈后

0V1强

1面H理

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0e吸并e于致

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W其往。暴合

上，面不粒结

。中表与颗点

八O

N程剂米位

过C+

与化纳2

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0。了。二

5催于究八

2CN

90ueq-0sq<8lleq」osq499ueq-0sq42、际在研的

3实存谱的上

CO后，在22工5C3-1处观察到新的CO振动带，是吸附在三齿碳酸盐结构内的游

离Nn位点上的CO所致。不同温度下记录的UHV-FTIRS数据表明，在预吸附的

。。2时，CO在多晶N八。上的结合能显着增加，而且在2八。粉末颗粒上存在的羟

基物质不会导致在UHV条件下CO振动带的显著变化。

g①

uU。

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<<

23002200210020001800160014001200.1000800

Wavenumberfem-1)Wavenumber(cm)

常见有机物红外光谱

烧

烷

、

1

8UBq』osq<

甲基与莫甲基的特征峰

问方式红外吸收区域注择

C-HV.M，2950强R为O*、时移至2K50~2750,强度中等

C-HVB22KO-286O强

R-CHjCH，147OU43O中

CH413931365中管平基因耦合要分而有双峰

cj12S0.8D0中fit注无期政

C-HV.24M6292O中三元环中此峰育于3俱助

C-HV,286IK21M0中

R-CH,-R,

C-H61475444s中

C-Cy770-720中MCH,).-,"大于4时的在72"

C-HV29(”卜2800强

R3C-H

CH51375U中

烯屋的特征峰

包■CHyV=CH.vOC”

内

WIM4M6351420-14059920-400强

3W5-J075中J(M0>J4)10中

MM强1JU612W重1005.9近中

X16MM64。

3W5-3075中1420*1410■MMMMO*

—中

X1665-1625

却中13・1395♦73545中

—44kMM0强度可支

K1MMM665

—J(M0>34)10中1310-1290990-960中

比・»!

X

*4301()中M5(k79O中

—■

WUMIi与H*&1X5O.175U

注理»、、■旃无实用食义

JM双连

附.皿刖

3、芳煌

不同类型取代苯的特征峰:

*

取代类型6&

芳氯面外弯曲770-730（5个相邻氢）

900-840（孤立重）—

与坏骨架振动710-680

,

取代类型（ik

900-860（孤立复）

芳氯面外弯曲865-810

770-735（4个相邻氢）860-780（2个相邻氢）

与坏骨架振动810-750（3个相邻氢）

725-680（3个相锦第）

取代类型55A

810-750（3个相令建）900-860（孤立夏）900-840（孤立氢）

芳氢面外弯曲

780-760860-800（2个相邻氢）850-800

与坏骨架振动

725-680730-690730-675

*

取代类型&

芳氨面外穹曲

860-780（2个相邻氧）900-840（孤立室）900-840（孤立氢）

与坏骨架振动

4、醇

羟基的特征峰:

羟基类型0-H,vO-H,5C-O(H),V

游离羟基3650-3580,尖1500-1250.强,宽1275-1000,强

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

分子间缔合3550-3200.宽

分子内缔合3600-2500.宽

结晶水3600-3100,弱，尖1645-1615,弱，宽

5、胺

氨基的特征峰:

氨基类型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

缔合氨基3400-3100,宽

G、酮

8、酸

工。、酯

11、炭基

埃基的特征峰:

化合物种类C=O,v其它峰

醛1765-1645C-H合频，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带,N-H,6+C-N,v,1580-1480;

酸胺HI带,C-N,v+N-H,8,1350-1200

1870-1770,%

酸好C-O-C,v,1300-900

1800-1720,vs

猷卤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、双键、累积双键与叁键、累积双键与叁键