表征技術(shù)-紅外

1、第二章第二章 紅外光譜紅外光譜n紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理n影響紅外光譜吸收頻率的因素影響紅外光譜吸收頻率的因素n紅外光譜儀及樣品制備技術(shù)紅外光譜儀及樣品制備技術(shù) n各類化合物的紅外特征光譜各類化合物的紅外特征光譜 n紅外圖譜解析紅外圖譜解析 n紅外光譜的應(yīng)用紅外光譜的應(yīng)用 第一節(jié)第一節(jié) 紅外光譜的基本原理紅外光譜的基本原理紅外光區(qū)分三個區(qū)段：紅外光區(qū)分三個區(qū)段： 近紅外區(qū)：近紅外區(qū)：0.752.5 m，133334000/cm, 泛音區(qū)（用于泛音區(qū)（用于研究研究 單鍵的倍頻、組頻吸收）單鍵的倍頻、組頻吸收） 中紅外區(qū)中紅外區(qū)：2.525 m，4000400/cm, 基頻振動區(qū)（各種

2、基頻振動區(qū)（各種基團基頻振動吸收）基團基頻振動吸收） 遠紅外區(qū)：遠紅外區(qū)：25 m以上，以上， 轉(zhuǎn)動區(qū)（價鍵轉(zhuǎn)動、晶格轉(zhuǎn)動）轉(zhuǎn)動區(qū)（價鍵轉(zhuǎn)動、晶格轉(zhuǎn)動）紅外光譜的產(chǎn)生：紅外光譜的產(chǎn)生： 用波長用波長2.525 m,頻率頻率4000400/cm的光波照射樣品，引起分的光波照射樣品，引起分子內(nèi)振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷所產(chǎn)生的吸收光譜。子內(nèi)振動和轉(zhuǎn)動能級躍遷所產(chǎn)生的吸收光譜。 分子振動的類型分子振動的類型雙原子分子振動雙原子分子振動 多原子分子振動多原子分子振動各種振動方式及能量各種振動方式及能量n分子振動方式分為：分子振動方式分為： 伸縮振動伸縮振動 -對稱伸縮振動對稱伸縮振動 s -反對稱伸縮振動反對

3、稱伸縮振動 as 彎曲振動彎曲振動 -面內(nèi)彎曲振動面內(nèi)彎曲振動 -剪式振動剪式振動 s -平面搖擺平面搖擺 -面外彎曲振動面外彎曲振動- -非平面搖擺非平面搖擺 -扭曲振動扭曲振動 n 按能量高低為：按能量高低為： as s s 高頻區(qū)高頻區(qū) 低頻區(qū)低頻區(qū) n紅外光譜的選律紅外光譜的選律:使分子偶極矩發(fā)生改變的振動是紅外使分子偶極矩發(fā)生改變的振動是紅外活性的活性的. 振動自由度和峰數(shù)振動自由度和峰數(shù)含n個原子的分子，自由度為： 線性分子有 3n-5 個 非線性分子有 3n-6 個 理論上每個自由度在IR中可產(chǎn)生1個吸收峰，實際上IR光譜中的峰數(shù)少于基本振動自由度，原因是： 1 振動過程中，伴隨

4、有偶極矩的振動才能產(chǎn)生吸收峰 2 頻率完全相同的吸收峰，彼此發(fā)生簡并（峰重疊） 3 強、寬峰覆蓋相近的弱、窄峰 4 有些峰落在中紅外區(qū)之外 5 吸收峰太弱，檢測不出來二氧化碳的二氧化碳的IR光譜光譜 O=C=O O=C=O O=C=O O=C=O 對稱伸縮振動 反對稱伸縮振動 面內(nèi)彎曲振動 面外彎曲振動 不產(chǎn)生吸收峰 2349 667 667 因此O=C=O的 IR光譜只有2349 和 667/cm 二個吸收峰 紅外光譜是研究波數(shù)在紅外光譜是研究波數(shù)在4000-4004000-400cmcm-1-1范圍內(nèi)不同范圍內(nèi)不同波長的紅外光通過化合物后被吸收的譜圖。譜圖以波波長的紅外光通過化合物后被吸收

5、的譜圖。譜圖以波長或波數(shù)為橫坐標(biāo)，以透光度為縱坐標(biāo)而形成。長或波數(shù)為橫坐標(biāo)，以透光度為縱坐標(biāo)而形成。透光度以下式表示：透光度以下式表示：%100%0IITI：表示透過光的強度；表示透過光的強度； I0：表示入射光的強度。表示入射光的強度。紅外光譜的表示方法紅外光譜的表示方法橫坐標(biāo)：波數(shù)橫坐標(biāo)：波數(shù)( )4004000 cm-1；表示吸收峰的位置。表示吸收峰的位置?？v坐標(biāo)：透過率（縱坐標(biāo)：透過率（T %），），表示吸收強度。表示吸收強度。T，表明吸收的越好，表明吸收的越好，故曲線低谷表示是一個好的吸收帶。故曲線低谷表示是一個好的吸收帶。 vIR光譜得到的結(jié)構(gòu)信息光譜得到的結(jié)構(gòu)信息從譜圖可得信息：

6、從譜圖可得信息： 1 吸收峰的位置（吸收頻率） 2 吸收峰的強度 ,常用 vs (very strong), s (strong), m (medium), w (weak), vw (very weak), b (broad) ,sh (sharp),v (variable) 表示 3 吸收峰的形狀 (尖峰、寬峰、肩峰)應(yīng)用：有機化合物的結(jié)構(gòu)解析應(yīng)用：有機化合物的結(jié)構(gòu)解析定性：基團的特征吸收頻率定性：基團的特征吸收頻率定量：特征峰的強度定量：特征峰的強度常見術(shù)語常見術(shù)語n基頻峰、倍頻峰、合頻峰、熱峰基頻峰、倍頻峰、合頻峰、熱峰n基頻峰是分子吸收光子后從一個能級躍遷到相鄰的高基頻峰是分子吸收光

7、子后從一個能級躍遷到相鄰的高一能級產(chǎn)生的吸收。一能級產(chǎn)生的吸收。V =0 V=1 n倍頻峰倍頻峰(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，躍遷兩個以上能基產(chǎn)生的吸收峰，出現(xiàn)在基頻峰波數(shù)躍遷兩個以上能基產(chǎn)生的吸收峰，出現(xiàn)在基頻峰波數(shù)n倍處。倍處。2 為弱吸收。為弱吸收。n合頻峰是在兩個以上基頻峰波數(shù)之和合頻峰是在兩個以上基頻峰波數(shù)之和(組頻組頻 1+ 2)或差或差( 1 - 2處出現(xiàn)的吸收峰。合頻峰均為弱峰。處出現(xiàn)的吸收峰。合頻峰均為弱峰。n熱峰來源于躍遷時低能級不是基態(tài)的一些吸收峰。熱峰來源于躍遷時低能級不是基態(tài)的一些吸收峰。紅外吸收強度及其表示符號紅

8、外吸收強度及其表示符號 摩爾消光系數(shù)（摩爾消光系數(shù)（）強度強度符號符號200很強很強VS75200強強S2575中等中等M525弱弱W05很弱很弱VW結(jié)論結(jié)論 2. 必須是能引起分子偶極矩變化的振動才能產(chǎn)生紅外吸收必須是能引起分子偶極矩變化的振動才能產(chǎn)生紅外吸收光譜。光譜。1. 紅外輻射光的頻率與分子振動的頻率相當(dāng)，才能滿足分紅外輻射光的頻率與分子振動的頻率相當(dāng)，才能滿足分子振動能級躍遷所需的能量，而產(chǎn)生吸收光譜。子振動能級躍遷所需的能量，而產(chǎn)生吸收光譜。 產(chǎn)生紅外光譜的必要條件是：產(chǎn)生紅外光譜的必要條件是： 第二節(jié)第二節(jié) 影響紅外光譜吸收頻率的因素影響紅外光譜吸收頻率的因素 n外在因素外在因

9、素 n內(nèi)部因素內(nèi)部因素 質(zhì)量效應(yīng)質(zhì)量效應(yīng) 電子效應(yīng)電子效應(yīng) 空間效應(yīng)空間效應(yīng) 氫鍵效應(yīng)氫鍵效應(yīng) 偶極場效應(yīng)偶極場效應(yīng) 振動的偶合振動的偶合 各種化學(xué)鍵的紅外吸收位置各種化學(xué)鍵的紅外吸收位置外在因素（測定條件）外在因素（測定條件）正己酸在液態(tài)和氣態(tài)的紅外光譜正己酸在液態(tài)和氣態(tài)的紅外光譜a 蒸氣（蒸氣（134）b 液體（室溫）液體（室溫） 樣品所處物態(tài)、制備樣品的方法、溶劑的性質(zhì)、氫鍵、結(jié)晶條件、吸樣品所處物態(tài)、制備樣品的方法、溶劑的性質(zhì)、氫鍵、結(jié)晶條件、吸收池厚度、色散系統(tǒng)以及測試溫度等收池厚度、色散系統(tǒng)以及測試溫度等 返回質(zhì)量效應(yīng)質(zhì)量效應(yīng) X-H X-H 鍵的伸縮振動波數(shù)（鍵的伸縮振動波數(shù)（c

10、mcm-1-1） 化學(xué)鍵化學(xué)鍵波數(shù)（波數(shù)（cmcm-1-1）化學(xué)鍵化學(xué)鍵波數(shù)（波數(shù)（cmcm-1-1）C-HC-H30003000F-H F-H Cl-HCl-H4000400028902890C=C-HC-H3100-30003100-3000Br-H Br-H I-HI-H2650 2650 23102310Ar-HAr-H3100-30003100-3000Si-HSi-HGe-HGe-H2150215020702070C C-H C-H33003300Sn-H Sn-H 18501850 同主族元素，隨質(zhì)量增大頻率變??；同主族元素，隨質(zhì)量增大頻率變?。煌芷谠兀S原子序數(shù)增大頻率升高

11、。同周期元素，隨原子序數(shù)增大頻率升高。2) 1(2XXHDDXHXHXHXDXDXHXDXDXHXmmmmmmmmmmmmmmmm將（將（mX+1）/（mX+2）近似為近似為1，則上式可簡化為：，則上式可簡化為： 2DXHX當(dāng)對一些含氫基團的紅外吸收峰指認(rèn)困難時，可將該官能團的氫進當(dāng)對一些含氫基團的紅外吸收峰指認(rèn)困難時，可將該官能團的氫進行氘代，該官能團的吸收峰應(yīng)移向低頻率，若位移值與計算值相符，行氘代，該官能團的吸收峰應(yīng)移向低頻率，若位移值與計算值相符，說明對該吸收峰的指認(rèn)是正確的。說明對該吸收峰的指認(rèn)是正確的。 電子效應(yīng)電子效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)、中介效應(yīng)、共軛效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)、中介效應(yīng)、共軛效應(yīng) （1

12、）誘導(dǎo)效應(yīng)）誘導(dǎo)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)：RCOR中極性基團的取代使C=O 移向高波數(shù) 化合物 RCHO RCOR RCOCl RCOF ClCOCl FCOF C=O 1713 1715 1800 1920 1828 1928共軛效應(yīng)共軛效應(yīng)：使C=O 移向低波數(shù) R-CH=CH2 C=C 1650 CH3CN C=N 2255 RCOOR C=O 1735 (C2H5)2C=C(CN)COOC2H5 C=C 1629 , C=N 2224, C=O 1727（2 2）中介效應(yīng)）中介效應(yīng) CN+HRRO-CNHRRO在許多情況下，誘導(dǎo)效應(yīng)和在許多情況下，誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)會同時存在共軛效應(yīng)會同時

13、存在: : RCOOR RCOOR R R1 1CO-NRCO-NR2 2 RCOS-Ar ArCO-SR R RCOS-Ar ArCO-SR R1 1CORCOR2 2 C=O C=O 1735 1690 1710 1665 17151735 1690 1710 1665 1715 (-I +C) (+C -I) (-I (-I +C) (+C -I) (-I +C) (+C -I) +C) (+C -I) （3 3）共軛效應(yīng)）共軛效應(yīng): :共軛效應(yīng)使不飽和鍵的波數(shù)顯著降低共軛效應(yīng)使不飽和鍵的波數(shù)顯著降低 空間效應(yīng)空間效應(yīng)HHHC=C=CH1645cm-11610cm-11565cm-130

14、17cm-13040cm-13060cm-1（1 1）環(huán)張力）環(huán)張力對紅外吸收波數(shù)的影響對紅外吸收波數(shù)的影響: :環(huán)數(shù)減小，環(huán)的張力增大，環(huán)外雙鍵加強，吸收頻率增大，環(huán)數(shù)減小，環(huán)的張力增大，環(huán)外雙鍵加強，吸收頻率增大，環(huán)內(nèi)雙鍵減弱，吸收頻率減小環(huán)內(nèi)雙鍵減弱，吸收頻率減?。?）空間位阻）空間位阻跨環(huán)共軛效應(yīng)偶極場效應(yīng)偶極場效應(yīng)n偶極場效應(yīng)（Field effect)是通過分子內(nèi)空間相對位置起作用的，只有在立體結(jié)構(gòu)上互相靠近的基團之間才能產(chǎn)生F效應(yīng)，例如： 環(huán)己酮 4，4-二甲基環(huán)己酮 2-溴-環(huán)己酮 4，4-二甲基-2-溴-環(huán)己酮 nC=O 1712 1712 1716 1728 n-氯代丙酮的

15、三個異構(gòu)體的C=O 吸收頻率不同氫鍵效應(yīng)氫鍵效應(yīng)n氫鍵使吸收峰向低波數(shù)位移，并使吸收強度加強，例如：n- 和-羥基蒽醌n-二酮n -酮酯正己酸在液態(tài)和氣態(tài)的紅外光譜正己酸在液態(tài)和氣態(tài)的紅外光譜a 蒸氣（蒸氣（134）b 液體（室溫）液體（室溫） 振動偶合效應(yīng)振動偶合效應(yīng)n當(dāng)一個化學(xué)鍵的伸縮振動與另一個化學(xué)鍵的振動吸收頻率很接近時，就會發(fā)生振動偶合。振動偶合的結(jié)果是吸收峰發(fā)生分裂，強度加強。n費米共振：一個化學(xué)鍵的某一種振動的基頻和他自己或另一個連在一起的化學(xué)鍵的某一種振動的倍頻或組頻很接近時，可以發(fā)生偶合，這種偶合成為費米共振。如：n-CHO的C-H伸縮振動28302695n與C-H彎曲振動1

16、390的倍頻2780 發(fā)生費米共振， 結(jié)果產(chǎn)生2820和2720二個吸收峰。影響紅外光譜吸收強度的因素影響紅外光譜吸收強度的因素振動中偶極矩的變化幅度越大，吸收強度越大振動中偶極矩的變化幅度越大，吸收強度越大n極性大的基團，吸收強度大，C=O 比 C=C 強， CN 比 C C 強 n使基團極性降低的誘導(dǎo)效應(yīng)使吸收強度減小，使基團極性增大的誘導(dǎo)效應(yīng)使吸收強度增加。n共軛效應(yīng)使電子離域程度增大，極化程度增大，吸收強度增加。n振動耦合使吸收增大，費米振動使倍頻或組頻的吸收強度顯著增加。n形成氫鍵使振動吸收峰變強變寬。n能級躍遷的幾率，v=0 v=2 比 v=0 v=1 能階大，但幾率小，吸收峰弱第

17、三節(jié)第三節(jié) 紅外光譜儀及樣品制備技術(shù)紅外光譜儀及樣品制備技術(shù)n色散型紅外光譜儀 n傅立葉變換紅外光譜儀（FTIR） n 紅外樣品的制備色散型紅外光譜儀色散型紅外光譜儀傅里葉變換紅外光譜儀傅里葉變換紅外光譜儀干涉儀干涉儀光源光源樣品室樣品室檢測器檢測器顯示器顯示器繪圖儀繪圖儀計算機計算機干涉圖干涉圖光譜圖光譜圖FTS傅里葉變換紅外光譜儀工作原理圖傅里葉變換紅外光譜儀工作原理圖 邁克爾干涉儀工作原理圖邁克爾干涉儀工作原理圖 干涉圖干涉圖 FTIR光譜儀的優(yōu)點光譜儀的優(yōu)點 n掃描速度快（幾十次掃描速度快（幾十次/秒），信號累加，信噪比提高秒），信號累加，信噪比提高（可達（可達60：1）。）。n光通量

18、大，所有頻率同時測量，檢測靈敏度高，樣品光通量大，所有頻率同時測量，檢測靈敏度高，樣品量減少。量減少。n掃描速度快，可跟蹤反應(yīng)歷程，作反應(yīng)動力學(xué)研究，掃描速度快，可跟蹤反應(yīng)歷程，作反應(yīng)動力學(xué)研究，并可與并可與GC、LC聯(lián)用。聯(lián)用。n測量頻率范圍寬，可達到測量頻率范圍寬，可達到45006cm-1n雜散光少，波數(shù)精度高，分辨率可達雜散光少，波數(shù)精度高，分辨率可達0.05/cmn對溫度、濕度要求不高。對溫度、濕度要求不高。n光學(xué)部件簡單，只有一個動鏡在實驗中運動，不易磨光學(xué)部件簡單，只有一個動鏡在實驗中運動，不易磨損。損。紅外光譜的測定方法紅外光譜的測定方法n樣品要求：干燥無水、濃度適當(dāng)、多組分樣要

19、先分離樣品要求：干燥無水、濃度適當(dāng)、多組分樣要先分離n固體樣品：固體樣品：溴化鉀壓片法溴化鉀壓片法 糊狀法（加石蠟油糊狀法（加石蠟油 NujolNujol調(diào)成糊狀調(diào)成糊狀) ) 溶液法（溶劑溶液法（溶劑CSCS2 2, CCl, CCl4 4 ,CHCl ,CHCl3 3) ) 薄膜法薄膜法 (高分子化合物）高分子化合物） 液體樣品：液膜法液體樣品：液膜法 溶液法（水溶液樣品可用溶液法（水溶液樣品可用AgClAgCl池子）池子）n氣體樣品：氣體樣品槽氣體樣品：氣體樣品槽紅外光譜的分區(qū)紅外光譜的分區(qū)n400-2500cm-1:這是X-H單鍵的伸縮振動區(qū)。n2500-2000cm-1:此處為叁鍵和

20、累積雙鍵伸縮振動區(qū)n2000-1500cm-1:此處為雙鍵伸縮振動區(qū)n1500-600cm-1:此區(qū)域主要提供C-H彎曲振動的信息 第四節(jié)第四節(jié) 各類化合物的紅外特征光譜各類化合物的紅外特征光譜各種有機化合物的紅外光譜n飽和烴 n不飽和烴 n醇、酚和醚 n含羰基化合物 n含氮化合物 n其他含雜原子有機化合物 n金屬有機化合物 n高分子化合物 n無機化合物 飽和烴飽和烴nC-HC-H伸縮振動伸縮振動：對稱伸縮振動（s）和反對稱伸縮振動（as） ，在3000-2800cm-1之間，as較s在較高頻率。 nC-HC-H彎曲振動彎曲振動 ：1475-1300 cm-1 ，甲基的對稱變形振動出現(xiàn)在137

21、5 cm-1處 ，對于異丙基和叔丁基，吸收峰發(fā)生分裂。nC-CC-C平面搖擺平面搖擺：800-720cm-1對判斷-(CH2)n-的碳鏈長度有用， n4 725, n=3 729-726, n=2 743-734, n=1 785-770nC-CC-C伸縮振動：伸縮振動：1253-800cm-1， 對結(jié)構(gòu)分析作用不大。烷烴吸收峰不飽和烴不飽和烴n烯烴n炔烴n芳香烴烯烴雙鍵的特征吸收影響雙鍵碳碳伸縮振動吸收的因素影響雙鍵碳碳伸縮振動吸收的因素n對稱性對稱性：對稱性越高，吸收強度越低。n取代基取代基：與吸電子基團相連，振動波數(shù)下降。n取代基的質(zhì)量效應(yīng)：雙鍵上的氫被氘取代后，波數(shù)下降10-20cm-

22、1。n共軛效應(yīng)共軛效應(yīng)：使波數(shù)下降約30cm-1 。圖圖2-9 1-己烯的紅外光譜圖己烯的紅外光譜圖 3060cm-1: 烯烴烯烴CH伸縮振動；伸縮振動；1820:910cm-1倍頻；倍頻；1650cm-1: C=C伸縮振動；伸縮振動；995，905cm-1: C=CH2 非平面搖擺振動非平面搖擺振動圖圖 2-10 順式和反式順式和反式2，2，5，5四甲基己烯紅外光譜四甲基己烯紅外光譜a 順式順式 b 反式反式 烯烴類型烯烴類型CH面外彎曲振動吸收位置面外彎曲振動吸收位置（cm-1）R1CH=CH2995-985，910-905R1R2C=CH2895-885R1CH=CHR2(順順)730-

23、650R1CH=CHR2(反）反）980-965R1R2C=CHR3840-790=C-H的面外彎曲振動的面外彎曲振動對判斷雙鍵的取代類型有用炔烴化合物n炔鍵C-H伸縮振動：3340-3300厘米-1，波數(shù)高于烯烴和芳香烴，峰形尖銳。nC-C叁鍵伸縮振動：2100厘米-1 ，峰形尖銳，強度中到弱。干擾少，位置特征。末端炔基該吸收強。分子對稱性強時，該吸收較弱。n腈類化合物，C-N叁鍵伸縮振動出現(xiàn)在2300-2220厘米-1，波數(shù)比炔烴略高，吸收強度大。3340cm-1 ：叁鍵叁鍵CH伸縮振動，伸縮振動，3020cm-1: 苯環(huán)苯環(huán)=CH伸縮振動伸縮振動2115cm-1: C=C三鍵三鍵伸縮振動

24、伸縮振動 苯基乙炔苯基乙炔1-己炔己炔正丁腈正丁腈丙二烯類n兩個雙鍵共用中間碳原子，耦合強烈，1600厘米-1無吸收，在2000-1915厘米-1和1100-1000厘米-1附近有不對稱和對稱伸縮振動，兩峰相距900厘米-1，前者為中強峰，后者為弱峰。芳香烴芳香烴 振動類型振動類型波數(shù)（波數(shù)（cm-1）說明說明芳環(huán)芳環(huán)C-H伸縮振伸縮振動動305050強度不定強度不定骨架振動骨架振動1600，1500，1580（共軛）（共軛）峰形尖銳，通常為峰形尖銳，通常為4個峰，但不一定同時個峰，但不一定同時出現(xiàn)出現(xiàn)C-H彎曲振動彎曲振動（面外）（面外）910650隨取代情況改變隨取代情況改變?nèi)〈降娜〈?/p>

25、的C-H面外彎曲振動吸收峰位置面外彎曲振動吸收峰位置對判斷苯環(huán)取代類型有用取代類型取代類型C-HC-H面外彎曲振動吸收峰位置（面外彎曲振動吸收峰位置（cmcm-1-1）苯苯670670單取代單取代770-730770-730，710-690710-690二取代二取代1 1，2-2-770-735770-7351 1，3-3-810-750810-750，710-690710-6901 1，4-4-833-810833-810三取代三取代1 1，2 2，3-3-780-760780-760，745-705745-7051 1，2 2，4-4-885-870885-870，825-805825-8

26、051 1，3 3，5-5-865-810865-810，730-675730-675四取代四取代1 1，2 2，3 3，4-4-810-800810-8001 1，2 2，3 3，5-5-850-840850-8401 1，2 2，4 4，5-5-870-855870-855五取代五取代870870 各類取代苯的倍頻吸收和面外彎曲振動吸收（判斷取代類型）各類取代苯的倍頻吸收和面外彎曲振動吸收（判斷取代類型）甲苯的紅外光譜圖甲苯的紅外光譜圖 苯乙烯的紅外光譜圖苯乙烯的紅外光譜圖 1630cm-1:C=C伸縮振動；伸縮振動；1600，1580，1450cm-1:苯環(huán)骨架振動苯環(huán)骨架振動 苯環(huán)二取

27、代的紅外光譜（苯環(huán)二取代的紅外光譜（a. 鄰位鄰位 b. 間位間位 c. 對位）對位）醇、酚和醚醇、酚和醚醇和酚存在三個特征吸收：羥基醇和酚存在三個特征吸收：羥基OH 伸縮振動和彎曲振動，伸縮振動和彎曲振動，C-O伸縮振動。伸縮振動。 基團基團吸收位置（吸收位置（cm-1）說明說明OH36503580（游離）（游離）35503450（二聚體）（二聚體）34003200（多聚體）（多聚體）3600-2500（分子內(nèi)締合）（分子內(nèi)締合）尖尖中強，較尖中強，較尖強，寬強，寬寬，散寬，散CO1050（伯）（伯）1100（仲）（仲）1150（叔）（叔）1200（酚）（酚）強，酚的吸收峰發(fā)強，酚的吸收峰發(fā)

28、生裂分，峰形特別生裂分，峰形特別H內(nèi)彎曲，強，寬面內(nèi)彎曲，強，寬面外彎曲，寬面外彎曲，寬正丁醇的紅外光譜正丁醇的紅外光譜 3450cm-1：締合締合OH伸縮振動；伸縮振動；1350cm-1：OH面內(nèi)彎曲振動面內(nèi)彎曲振動 苯酚的紅外光譜圖苯酚的紅外光譜圖 乙醇在乙醇在CCl4中濃度變化中濃度變化對紅外吸收的影響對紅外吸收的影響 濃度對羥基吸收峰的影響濃度對羥基吸收峰的影響羰基化合物羰基化合物n醛酮n羧酸、羧酸鹽n酸酐n酯n酰鹵n酰胺羰基化合物的羰基化合物的C=O伸縮振動吸收峰位置伸縮振動吸收峰位置 化合物類型化合物類型吸收峰位置（吸收峰位置（cm-1）醛醛1735-17

29、15酮酮1720-1710酸酸1770-1750酯酯1745-1720酰胺酰胺1700-1680（酰胺（酰胺“I”峰）峰）酸酐酸酐1820和和1760醛酮n醛氫伸縮振動：2900-2700厘米-1有尖銳的小吸收峰出現(xiàn)，該峰往往分叉為雙峰。正丁醛正丁醛 2720cm-1: 醛基醛基CH伸縮振動，特征；伸縮振動，特征；1730cm-1：C=O 伸縮振動伸縮振動 苯甲醛苯甲醛 三氯乙酸由于氯原子吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)的影響，羰基伸縮振動位移到由于氯原子吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)的影響，羰基伸縮振動位移到1754cm-1 羧酸和羧酸鹽羧酸和羧酸鹽CO2-的反對稱伸縮振動，的反對稱伸縮振動，1650-1540，最強峰，對稱

30、伸縮振動，最強峰，對稱伸縮振動，1420-1300，強峰，強峰苯甲酸苯甲酸 33002500 cm-1：羧酸二聚體的羧酸二聚體的OH伸縮振動，峰形寬，散；伸縮振動，峰形寬，散；1695 cm-1：C=O伸縮振動，因與苯環(huán)共軛移向低波數(shù)；伸縮振動，因與苯環(huán)共軛移向低波數(shù)；920cm-1：OH非平面搖擺振動，特征非平面搖擺振動，特征酯酯 乙酸甲酯乙酸甲酯 1740cm-1：C=O伸縮振動；伸縮振動；1190cm-1：C-O-C非對稱伸縮振動，第一吸收非對稱伸縮振動，第一吸收 苯甲酸甲酯酸酐n有兩個羰基伸縮振動，相差60cm-1，反對稱伸縮位于高頻區(qū)，對稱伸縮振動位于低頻區(qū)。開鏈酸酐的高波數(shù)峰比低波

31、數(shù)峰強，有張力的環(huán)狀酸酐兩峰的相對強度正好相反，強度差別比開鏈酸酐懸殊。三甲基乙酸酐酰鹵n鹵素原子直接與羰基相連，強誘導(dǎo)效應(yīng)使羰基伸縮振動大大升高。 脂肪族位于1800厘米-1附近。 芳香酰鹵此區(qū)雙峰：1773，1736，由C=O鍵的伸縮振動和C-X的彎曲振動產(chǎn)生feimi共振引起nC-X伸縮振動：脂肪族1000-910厘米-1，峰形寬大，芳香族1250-1110厘米-1，通常分裂為數(shù)個峰。nC-X彎曲振動：1310-1040厘米-1金剛烷酰氯酰胺nN-H伸縮振動：3540-3125厘米-1，伯酰胺為強度相近的雙峰，相距120厘米-1，仲酰胺為單峰，叔酰胺無此峰。n羰基伸縮振動：1690-16

32、20厘米-1（酰胺I峰）nN-H彎曲振動+C-N伸縮振動：1650-1580厘米-1（酰胺II峰）nC-N伸縮振動：1430-1050 （酰胺III峰）吡嗪酰胺（抗結(jié)核病藥）胺、亞胺和胺鹽胺、亞胺和胺鹽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伸縮振伸縮振動動伯胺類伯胺類3500-3300兩個峰，強度中兩個峰，強度中 仲胺類仲胺類3500-3300一個峰，強度中一個峰，強度中 亞胺類亞胺類3400-3300一個峰，強度中一個峰，強度中NH彎曲振彎曲振動動伯胺類伯胺類1650-1590強度強，中強度強，中 仲胺類仲胺類1650-1550強度極弱強度極弱C

33、-N振動振動芳香芳香胺胺伯伯1340-1250強度強強度強 仲仲1350-1280強度強強度強 叔叔1360-1310強度強強度強 脂肪脂肪胺胺 1220-1020強度中，弱強度中，弱 1410強度弱強度弱含氮化合物含氮化合物 2-戊胺戊胺 3400 cm-1 NH2反對稱伸縮振動；反對稱伸縮振動；3340 cm-1 NH2對稱伸縮振動對稱伸縮振動1590cm-1NH2剪式振動；剪式振動；1185cm-1：CN伸縮振動伸縮振動 硝基化合物硝基化合物 NOONOO對稱伸縮振動對稱伸縮振動 反對稱伸縮振動反對稱伸縮振動(13901320cm-1) （16151540cm-1） 金屬有機化合物金屬有

34、機化合物三苯基砷的紅外光譜圖三苯基砷的紅外光譜圖3078cm-1：苯基苯基C-H伸縮振動；伸縮振動；1607cm-1: 苯基苯基C=C伸縮振動；伸縮振動；1488，1432 cm-1苯苯環(huán)骨架振動；環(huán)骨架振動；734，694 cm-1：單取代苯的單取代苯的C-H彎曲振動彎曲振動 其他含雜原子有機化合物其他含雜原子有機化合物高分子化合物高分子化合物 聚異戊二烯的紅外光譜圖聚異戊二烯的紅外光譜圖1652 cm-1: C=C伸縮振動；伸縮振動；1438 cm-1：甲基反對稱變形振動和亞甲基剪式振動重甲基反對稱變形振動和亞甲基剪式振動重疊；疊；1369 cm-1：甲基對稱變形振動甲基對稱變形振動 第五

35、節(jié)第五節(jié) 紅外圖譜解析紅外圖譜解析n紅外光譜的分區(qū)紅外光譜的分區(qū) n紅外標(biāo)準(zhǔn)譜圖及檢索紅外標(biāo)準(zhǔn)譜圖及檢索n薩特勒紅外譜圖集是較常用的譜圖薩特勒紅外譜圖集是較常用的譜圖集，數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)上資源集，數(shù)據(jù)庫，網(wǎng)上資源 n紅外圖譜的解析步驟紅外圖譜的解析步驟n紅外圖譜的解析實例紅外圖譜的解析實例紅外光譜的分區(qū)紅外光譜的分區(qū)n400-2500cm-1:這是X-H單鍵的伸縮振動區(qū)。n2500-2000cm-1:此處為叁鍵和累積雙鍵伸縮振動區(qū)n2000-1500cm-1:此處為雙鍵伸縮振動區(qū)n1500-600cm-1:此區(qū)域主要提供C-H彎曲振動的信息 紅外圖譜的解析步驟紅外圖譜的解析步驟 n化合物類型的判斷化

36、合物類型的判斷 有機物和無機物有機物和無機物 飽和化合物與不飽和化合物飽和化合物與不飽和化合物 烯烴或芳烴烯烴或芳烴n推斷可能含有的功能團推斷可能含有的功能團 先看特征頻率區(qū)（3600-1350），再看指紋區(qū)（1350-400）。 先看強峰，再看弱峰 先找特征吸收峰，再找相關(guān)峰佐證 n計算分子的計算分子的不飽和度不飽和度，根據(jù)不飽和度的結(jié)果推斷分子中可能存在，根據(jù)不飽和度的結(jié)果推斷分子中可能存在的官能團。的官能團。n根據(jù)吸收峰的位置、強度、形狀分析各根據(jù)吸收峰的位置、強度、形狀分析各種官能團及其相對關(guān)系，種官能團及其相對關(guān)系，推出化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)推出化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu) 222banU其中n為分子

37、中4價原子的數(shù)目，如C，Si；a為 分子中3價原子的數(shù)目，如P，N；b為分子中1價原子的數(shù)目，如H，F(xiàn)，Cl，Br，I。氧和硫的存在對不飽和度沒有影響。不飽和度不飽和度某化合物的分子式某化合物的分子式C6H14，紅外譜圖如下，紅外譜圖如下，試推測該化合物的結(jié)構(gòu)。試推測該化合物的結(jié)構(gòu)。從譜圖看，譜峰少，峰形尖銳，譜圖相對簡單，可能化合物從譜圖看，譜峰少，峰形尖銳，譜圖相對簡單，可能化合物為對稱結(jié)構(gòu)。為對稱結(jié)構(gòu)。 從分子式可看出該化合物為烴類，不飽和度的計算：從分子式可看出該化合物為烴類，不飽和度的計算：U=（62+2-14）/2=0表明該化合物為飽和烴類。由于表明該化合物為飽和烴類。由于1380

38、cm-1的吸收峰為一單峰，的吸收峰為一單峰，表明無偕二甲基存在。表明無偕二甲基存在。775cm-1的峰表明亞甲基基團是獨立存在的峰表明亞甲基基團是獨立存在的。因此結(jié)構(gòu)式應(yīng)為：的。因此結(jié)構(gòu)式應(yīng)為：由于化合物分子量較小，精細結(jié)構(gòu)較為明顯，當(dāng)化合物的分由于化合物分子量較小，精細結(jié)構(gòu)較為明顯，當(dāng)化合物的分子量較高時，由于吸收帶的相互重疊，其紅外吸收帶較寬。子量較高時，由于吸收帶的相互重疊，其紅外吸收帶較寬。CH3CH2CHCH3CH2CH3解答解答譜峰歸屬譜峰歸屬 3000-2800cm-1：飽和飽和CH的反對稱和對稱伸的反對稱和對稱伸縮振動（甲基：縮振動（甲基：2960和和2872cm-1，亞甲基：

39、亞甲基：2926和和2853cm-1）。）。1461cm-1：亞甲基和甲基彎曲振動（分別為亞甲基和甲基彎曲振動（分別為1470和和1460cm-1）。）。1380cm-1：甲基彎曲振動甲基彎曲振動(1380cm-1)。775cm-1：乙基乙基CH2的平面搖擺振動（的平面搖擺振動（780cm-1）。）。試推斷化合物試推斷化合物C4H5N的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)解答解答 不飽和度計算：不飽和度計算：U=（42+2-5+1）/2=3由不飽和度分析，分子中可能存在一個雙鍵和一個叁鍵。由于分子中含由不飽和度分析，分子中可能存在一個雙鍵和一個叁鍵。由于分子中含N，可能分子中存在可能分子中存在CN基團?；鶊F。由紅外譜圖

40、看：從譜圖的高頻區(qū)可看到由紅外譜圖看：從譜圖的高頻區(qū)可看到:2260cm-1，氰基的伸縮振動吸收氰基的伸縮振動吸收；1647cm-1 ，乙烯基的乙烯基的C=C伸縮振動吸收。可推測分子結(jié)構(gòu)為：伸縮振動吸收?？赏茰y分子結(jié)構(gòu)為：由由1865，990，935cm-1：表明為末端乙烯基。表明為末端乙烯基。1418cm-1：亞甲基的彎曲振亞甲基的彎曲振動（動（1470cm-1，受到兩側(cè)不飽和基團的影響，向低波數(shù)位移）和末端乙烯受到兩側(cè)不飽和基團的影響，向低波數(shù)位移）和末端乙烯基彎曲振動（基彎曲振動（1400cm-1）。）。驗證推測正確。驗證推測正確。CH2CHCH2CN試推測化合物試推測化合物C8H8O的

41、分子結(jié)構(gòu)。的分子結(jié)構(gòu)。解答解答 不飽和度的計算不飽和度的計算U=（82+2-8）/2=5不飽和度大于不飽和度大于4，分子中可能由苯環(huán)存在，由于僅含，分子中可能由苯環(huán)存在，由于僅含8個碳，因此分子個碳，因此分子應(yīng)為含一個苯環(huán)一個雙鍵。應(yīng)為含一個苯環(huán)一個雙鍵。1610，1580，1520，1430cm-1：苯環(huán)的骨架振動（苯環(huán)的骨架振動（1600、1585、1500及及1450cm-1）。）。證明苯環(huán)的存在。證明苯環(huán)的存在。825cm-1：對位取代苯（對位取代苯（833-810cm-1）。）。1690cm-1：醛基醛基C=O伸縮振動吸收（伸縮振動吸收（1735-1715cm-1，由于與苯環(huán)發(fā)由于與

42、苯環(huán)發(fā)生共軛向低波數(shù)方向位移）。生共軛向低波數(shù)方向位移）。2820和和2730cm-1：醛基的醛基的CH伸縮振動（伸縮振動（2820和和2720cm-1）。）。1465和和1395 cm-1：甲基的彎曲振動（甲基的彎曲振動（1460和和1380cm-1）。）。由以上信息可知化合物的結(jié)構(gòu)為：由以上信息可知化合物的結(jié)構(gòu)為：CH3CHOAnalysis: C8H8O 解答解答IUPAC Name: acetophenone第六節(jié)最新紅外分析技術(shù)及應(yīng)用第六節(jié)最新紅外分析技術(shù)及應(yīng)用n紅外顯微鏡紅外顯微鏡(IR microscope)n漫 反 射 傅 立 葉 變 換 紅 外 光 譜 技 術(shù) （漫 反 射

43、傅 立 葉 變 換 紅 外 光 譜 技 術(shù) （ d i f f u s e reflectance spectroscopy, DRS）n衰減全反射傅立葉變換紅外光譜技術(shù)（衰減全反射傅立葉變換紅外光譜技術(shù)（attenuated total internal reflectance FTIR,ATR-FTIR）n光聲光譜技術(shù)（光聲光譜技術(shù)（photoacoustic spectoscopu, PAS）n時間分辨時間分辨(Time-Resolved)光譜光譜n步進掃描步進掃描 (Step-Scan)光譜光譜n基體分離基體分離(Matrix-Isolation)光譜光譜n光熱光熱(Photother

44、ma1)光譜光譜n多維多維(Maltidimensiona1)光譜等光譜等色-紅聯(lián)用技術(shù)n氣相色譜、高效液相色譜、超臨界流體色譜、薄層色譜、熱重分析與博里葉變換紅外聯(lián)用(即GCFT-1R、HPI CFT-IR、SFCFT-IR、TLCFT-IR、TGAFT- IR)大大拓寬了其應(yīng)用范圍，目前已用于石油、化工、生化、醫(yī)藥、食品環(huán)保、油僚、涂料、超導(dǎo)材料等各個領(lǐng)域 而且新的紅外儀器掃描速度快(50次秒)、分辯率高(0.1cm-1 或更高)、靈敏(mg-pg)，故亦可用于分子動力學(xué)的研究。全反射光路圖（全反射光路圖（n1 光密物質(zhì)光密物質(zhì) n2光疏物質(zhì)光疏物質(zhì) dp 光在光疏物質(zhì)中入射深度）光在光疏

45、物質(zhì)中入射深度）光線在樣品和棱鏡間多次全反射光線在樣品和棱鏡間多次全反射圖中上層為樣品，下層為棱鏡圖中上層為樣品，下層為棱鏡 紅外顯微鏡紅外顯微鏡n使樣品觀察與定性定量分析能夠同步進行，對于鑒別和確定基體樣品中有意義的區(qū)域或質(zhì)點(如基體雜質(zhì)，機體病原體)特別有用，n如：紅外和拉曼顯微光譜儀可以表征和定量分析聚丙烯纖維中不同色素質(zhì)點。 圖4-47 人毛發(fā)的截面圖象（a）可見圖象 （b）3300 cm-1的NH伸縮振動紅外成象紅外顯微鏡紅外顯微鏡衰減全反射傅立葉變換紅外光譜技術(shù)優(yōu)點衰減全反射傅立葉變換紅外光譜技術(shù)優(yōu)點 1）不破壞樣品，不需要對樣品進行分離和制樣，對樣品的大）不破壞樣品，不需要對樣品

46、進行分離和制樣，對樣品的大小、形狀沒有特殊要求。小、形狀沒有特殊要求。2）可測量含水和潮濕的樣品。）可測量含水和潮濕的樣品。3）檢測靈敏度高，測量區(qū)域小，檢測點可為數(shù)微米。）檢測靈敏度高，測量區(qū)域小，檢測點可為數(shù)微米。4）能得到測量位置物質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)信息，某化合物或官能團）能得到測量位置物質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)信息，某化合物或官能團空間分布的紅外光譜圖象及微區(qū)的可見顯微圖象?？臻g分布的紅外光譜圖象及微區(qū)的可見顯微圖象。5）能進行紅外光譜數(shù)據(jù)庫檢索以及化學(xué)官能團輔助分析，以）能進行紅外光譜數(shù)據(jù)庫檢索以及化學(xué)官能團輔助分析，以確定物質(zhì)的確定物質(zhì)的 種類和性質(zhì)。種類和性質(zhì)。6）操作簡便、自動化，用計算機進行選

47、點、定位、聚焦和測）操作簡便、自動化，用計算機進行選點、定位、聚焦和測量。量。 n測定抗肝炎藥聯(lián)苯雙酯同質(zhì)異晶體分析同質(zhì)異晶體分析；n測定蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)中心中的電子傳遞、表層吸附作用電子傳遞、表層吸附作用；n測定血漿濃度血漿濃度、臨床分析評價人血漿中全血底物組分全血底物組分；n用近紅外反射光譜法鑒定胸癌組織胸癌組織；胸部正常組織及良性和惡性腫瘤FTRaman光譜中700l900cm 的差異。n藥物揮發(fā)成分定性定量分析成分定性定量分析（GC和GCIR聯(lián)用）；n基于FTIR光譜和拉曼光譜的心血管動脈粥樣硬化斑組織的心血管動脈粥樣硬化斑組織的臨床醫(yī)學(xué)診斷臨床醫(yī)學(xué)診斷；n對骨、牙齒、血管、肝等人體組織的

48、研究可用于體內(nèi)診斷；n用紅外顯微鏡法可進行丙烯共聚物纖維的法醫(yī)分析法醫(yī)分析。n用溫反射FTIR光譜法進行骨骼古生物學(xué)研究骨骼古生物學(xué)研究；(1)(1)在臨床醫(yī)學(xué)和藥學(xué)方面的應(yīng)用在臨床醫(yī)學(xué)和藥學(xué)方面的應(yīng)用近紅外光譜技術(shù)在制藥過程分析中的應(yīng)用近紅外光譜技術(shù)在制藥過程分析中的應(yīng)用n（NIRS是采用近紅外的方法直接分析液體、固體粉末、半固體、膠狀等多種物態(tài)樣品，使實驗室和工廠的產(chǎn)品分析實現(xiàn)在線化在線化，在幾秒鐘得到待測參數(shù)，與反饋控制技術(shù)連用則實現(xiàn)生產(chǎn)過程的在線控制技術(shù)。用于藥材鑒定、萃取分離、粉末混合、干燥、藥材鑒定、萃取分離、粉末混合、干燥、制粒、包衣、結(jié)晶、發(fā)酵、合成和包裝過程制粒、包衣、結(jié)晶、發(fā)酵、合成和包裝過程的在線檢測分析，化學(xué)計量學(xué)方法是NIRS必不可少的組成部分，用于光譜信號的處理和定性定量分析模型的建立。定量校正模型的建立是其核心技術(shù)之一，分為線性校正方法和非線性校正方法）癌癥的傅里葉變換紅外光譜分析n診斷應(yīng)用范圍診斷應(yīng)用范圍：肺癌、皮膚癌、甲狀腺癌、乳腺癌、細胞或組織；n靶物質(zhì)和測定峰靶物質(zhì)和測定峰：核酸中磷酸二酯鍵vsPO 糖原中 C-OH峰強度的改變 蛋白質(zhì)中氨基酸殘基 COH的(vc-o)吸收峰的位移 脂質(zhì)中CHn吸收峰的位移 (2)在化學(xué)、化工方面