材料分析方法第三章_紅外光譜

1、材料的價鍵分析材料的價鍵分析l材料性質(zhì)不僅與元素，結(jié)構(gòu)，價態(tài)等因素有關(guān)，材料性質(zhì)不僅與元素，結(jié)構(gòu)，價態(tài)等因素有關(guān)，還與其價鍵狀態(tài)有關(guān)；還與其價鍵狀態(tài)有關(guān)；l價鍵分析主要分析其基團(tuán)以及化學(xué)鍵性質(zhì)，與價鍵分析主要分析其基團(tuán)以及化學(xué)鍵性質(zhì)，與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)；分子結(jié)構(gòu)有關(guān)；l價鍵分析主要研究鍵的振動狀態(tài)；價鍵分析主要研究鍵的振動狀態(tài)；l主要有三種方式：紅外光譜，拉曼光譜和高分主要有三種方式：紅外光譜，拉曼光譜和高分辯能量損失譜；辯能量損失譜；第三章第三章 紅外吸收光譜紅外吸收光譜l紅外光譜的發(fā)展歷史紅外光譜的發(fā)展歷史l紅外光譜的特點(diǎn)紅外光譜的特點(diǎn)l紅外光譜基本原理紅外光譜基本原理l紅外光譜的基本概念紅外

2、光譜的基本概念l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l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) l各類化合物的紅外光譜各類化合物的紅外光譜 l紅外圖譜解析紅外圖譜解析 紅外光譜的發(fā)展歷史紅外光譜的發(fā)展歷史 在十九世紀(jì)初就發(fā)現(xiàn)了紅外線在十九世紀(jì)初就發(fā)現(xiàn)了紅外線,到到1892年有人利用巖鹽年有人利用巖鹽棱鏡和測熱幅射計(jì)棱鏡和測熱幅射計(jì)(電阻溫度計(jì)電阻溫度計(jì))測定了測定了20多種有機(jī)化合物的多種有機(jī)化合物的紅外光譜紅外光譜 1905年科伯倫茨發(fā)表了年科伯倫茨發(fā)表了128種有機(jī)和無機(jī)化合物的紅外種有機(jī)和無機(jī)化合物的紅外光譜，紅外光譜與分子結(jié)構(gòu)間的特定聯(lián)系才被確認(rèn)。光譜，紅外光譜

3、與分子結(jié)構(gòu)間的特定聯(lián)系才被確認(rèn)。 到到1930年前后，隨著量子理論的提出和發(fā)展，紅外光譜年前后，隨著量子理論的提出和發(fā)展，紅外光譜的研究得到了全面深入的開展，并且測得大量物質(zhì)的紅外的研究得到了全面深入的開展，并且測得大量物質(zhì)的紅外光譜。光譜。 1947年第一臺實(shí)用的雙光束自動記錄的紅外分光光度計(jì)年第一臺實(shí)用的雙光束自動記錄的紅外分光光度計(jì)問世。這是一臺以棱鏡作為色散元件的第一代紅外分光光問世。這是一臺以棱鏡作為色散元件的第一代紅外分光光度計(jì)。度計(jì)。 到了六十年代，用光柵代替棱鏡作分光器到了六十年代，用光柵代替棱鏡作分光器 的第二的第二 代紅外光譜儀投入了使用。這種計(jì)算機(jī)化的光柵為分光代紅外光譜

4、儀投入了使用。這種計(jì)算機(jī)化的光柵為分光部件的第二代紅外分光光度計(jì)仍在應(yīng)用。部件的第二代紅外分光光度計(jì)仍在應(yīng)用。 七十年代后期，干涉型傅里葉變換紅外光譜儀七十年代后期，干涉型傅里葉變換紅外光譜儀(FT-IR)投入了使用，這就是第三代紅外分光光度計(jì)。投入了使用，這就是第三代紅外分光光度計(jì)。 近來，已采用可調(diào)激光器作為光源來代替單色器，近來，已采用可調(diào)激光器作為光源來代替單色器，研制成功了激光紅外分光光度計(jì)，即第四代紅外分光光研制成功了激光紅外分光光度計(jì)，即第四代紅外分光光度計(jì)，它具有更高的分辨率和更廣的應(yīng)用范圍，但目前度計(jì)，它具有更高的分辨率和更廣的應(yīng)用范圍，但目前還未普及還未普及。紅外光譜的特點(diǎn)

5、紅外光譜的特點(diǎn)（1）紅外光譜是依據(jù)樣品吸收譜帶的）紅外光譜是依據(jù)樣品吸收譜帶的位置、強(qiáng)度、形狀、位置、強(qiáng)度、形狀、個數(shù)個數(shù)，推測分子中某種官能團(tuán)的存在與否，推測官能團(tuán)，推測分子中某種官能團(tuán)的存在與否，推測官能團(tuán)的鄰近基團(tuán)，確定化合物結(jié)構(gòu)。的鄰近基團(tuán)，確定化合物結(jié)構(gòu)。 （2）紅外光譜）紅外光譜不破壞不破壞樣品，并且對任何樣品的存在狀態(tài)樣品，并且對任何樣品的存在狀態(tài)都適用，如氣體、液體、可研細(xì)的固體或薄膜似的固體都適用，如氣體、液體、可研細(xì)的固體或薄膜似的固體都可以分析。測定方便，制樣簡單。都可以分析。測定方便，制樣簡單。（3）紅外光譜）紅外光譜特征性高特征性高。由于紅外光譜信息多，可以對。由于紅

6、外光譜信息多，可以對不同結(jié)構(gòu)的化合物給出特征性的譜圖，從不同結(jié)構(gòu)的化合物給出特征性的譜圖，從“指紋區(qū)指紋區(qū)”就就可以確定化合物的異同。所以人們也常把紅外光譜叫可以確定化合物的異同。所以人們也常把紅外光譜叫“分子指紋光譜分子指紋光譜”。 (4）分析時間短。一般紅外光譜做一個樣可在）分析時間短。一般紅外光譜做一個樣可在1030分鐘分鐘內(nèi)完成。如果采用傅里葉變換紅外光譜儀在內(nèi)完成。如果采用傅里葉變換紅外光譜儀在一秒鐘一秒鐘以內(nèi)以內(nèi)就可完成掃描。為快速分析的動力學(xué)研究提供了十分有就可完成掃描。為快速分析的動力學(xué)研究提供了十分有用的工具。用的工具。 （5）所需樣品用量少，且可以回收。紅外光譜分析一次）所

7、需樣品用量少，且可以回收。紅外光譜分析一次用樣量約用樣量約15mg，有時甚至可以只用幾十微克。，有時甚至可以只用幾十微克。lIR光譜表示法：光譜表示法： 橫坐標(biāo)為吸收波長（m），或吸收頻率（波數(shù)/cm） 縱坐標(biāo)常用百分透過率T%表示l從譜圖可得信息：從譜圖可得信息： 1. 吸收峰的位置（吸收頻率） 2. 吸收峰的強(qiáng)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)1-己烯的紅外光譜

8、圖己烯的紅外光譜圖 3080cm-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；993，910cm-1: C=CH2 非平面搖擺振動非平面搖擺振動 常見術(shù)語：常見術(shù)語： 基頻峰、倍頻峰、合頻峰、熱峰基頻峰、倍頻峰、合頻峰、熱峰: 基頻峰基頻峰是分子吸收光子后從一個能級躍遷到相鄰的是分子吸收光子后從一個能級躍遷到相鄰的高一能級產(chǎn)生的吸收。高一能級產(chǎn)生的吸收。V =0 V=1 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，躍遷兩個以上能級產(chǎn)生的吸收峰，出現(xiàn)在基頻峰波數(shù)躍遷兩個

9、以上能級產(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。 合頻峰合頻峰是在兩個以上基頻峰波數(shù)之和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。 熱峰熱峰來源于躍遷時低能級不是基態(tài)的一些吸收峰。來源于躍遷時低能級不是基態(tài)的一些吸收峰。紅外光譜的劃分紅外區(qū)域紅外區(qū)域 /m /cm1能級躍遷類能級躍遷類型型近紅外區(qū)近紅外區(qū)0.752.5131584000OH、NH及及C H 鍵 的 倍鍵 的 倍頻吸收頻吸收中紅外區(qū)中紅外區(qū)2.5254000-400分子振動分子振動遠(yuǎn)紅外區(qū)遠(yuǎn)紅外區(qū)251000

10、400-10分子轉(zhuǎn)動分子轉(zhuǎn)動 紅外光譜原理l紅外吸收的產(chǎn)生紅外吸收的產(chǎn)生 在分子內(nèi)部具有振動和轉(zhuǎn)動能級，當(dāng)物質(zhì)被一束紅外光線輻照時，只要紅外光的能量與能級躍遷的能級合適，在分子內(nèi)部就可以產(chǎn)生振動或轉(zhuǎn)動躍遷，產(chǎn)生紅外吸收。因此其吸收的能量是量子化的，有躍遷的兩個能級決定。紅外光譜基本原理紅外光譜基本原理-雙原子分子振動分析化學(xué)鍵的振動與頻率：化學(xué)鍵的振動與頻率： 雙原子分子雙原子分子中化學(xué)鍵的振動可按中化學(xué)鍵的振動可按諧振子諧振子處理。處理。m1m2用虎克定律來表示振動頻率、原子質(zhì)量和鍵力常數(shù)之間的關(guān)系：用虎克定律來表示振動頻率、原子質(zhì)量和鍵力常數(shù)之間的關(guān)系： 21k若用波數(shù)取代振動頻率若用波數(shù)

11、取代振動頻率,則有下式則有下式:雙原子分子振動分析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 鍵的力常數(shù)（單位：鍵的力常數(shù)（單位：N/cm）；）； reduced mass of atoms 1 and 2 (m1 and m2) = = m1* m2 / ( m1 + m2 ) m1m2 化學(xué)鍵的力常數(shù)越大，折合質(zhì)量越小，則

12、化學(xué)鍵化學(xué)鍵的力常數(shù)越大，折合質(zhì)量越小，則化學(xué)鍵的振動頻率越高，吸收峰將在高波數(shù)區(qū)出現(xiàn)。的振動頻率越高，吸收峰將在高波數(shù)區(qū)出現(xiàn)。 vvv多原子分子的振動l簡正振動是分子質(zhì)心保持不變，整體不轉(zhuǎn)動，每簡正振動是分子質(zhì)心保持不變，整體不轉(zhuǎn)動，每個原子均在其平衡位置附近做簡諧振動，其振動個原子均在其平衡位置附近做簡諧振動，其振動頻率和相位均相同，即每個原子都在同一瞬間通頻率和相位均相同，即每個原子都在同一瞬間通過其平衡位置，而且同時達(dá)到其最大位移值過其平衡位置，而且同時達(dá)到其最大位移值l多原子分子的振動可以分解為很多簡單的簡正運(yùn)多原子分子的振動可以分解為很多簡單的簡正運(yùn)動來描述動來描述l分子中的任何一

13、個復(fù)雜振動均可以分解為簡正振分子中的任何一個復(fù)雜振動均可以分解為簡正振動的線性組合動的線性組合 l伸縮振動和變形振動伸縮振動和變形振動 簡正振動簡正振動的基本形式的基本形式亞甲基的振動伸縮振動對稱伸縮振動不對稱伸縮振動變形振動面內(nèi)變形振動面外變形振動面內(nèi)搖擺剪式振動面外搖擺扭曲振動Sass面內(nèi)面外各種振動方式及能量各種振動方式及能量l分子振動方式分為： 伸縮振動 -對稱伸縮振動 s -反對稱伸縮振動 as 彎曲振動 -面內(nèi)彎曲振動 -剪式振動 -平面搖擺 -面外彎曲振動 -面外搖擺 -面外扭曲 l按能量高低為： as s 高頻區(qū) 低頻區(qū) l紅外光譜的選律:使分子偶極矩發(fā)生改變的振動 是紅外活性

14、的. 振動自由度和峰數(shù)振動自由度和峰數(shù)l含含n個原子的分子，自由度為：個原子的分子，自由度為： 直線型分子有直線型分子有 3n-5 個個 非直線型分子有非直線型分子有 3n-6 個個 理論上每個自由度在IR中可產(chǎn)生1個吸收峰，實(shí)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，伴隨有偶極矩的振動才能產(chǎn)生吸收峰伴隨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)生簡并簡并（峰重疊） 3 強(qiáng)、寬峰覆蓋覆蓋相近的弱、窄峰 4 有些峰落在中紅外區(qū)之外落在中紅外區(qū)之外 5 有些吸收峰太弱太弱，檢測不出來吸收強(qiáng)度l紅外吸收光譜的強(qiáng)度主要取決于分子振動時的偶紅外吸收光譜的強(qiáng)度主

15、要取決于分子振動時的偶極距變化，而偶極距的變化又與分子的振動方式極距變化，而偶極距的變化又與分子的振動方式有關(guān)。有關(guān)。l振動的對稱性越高，振動分子中的偶極距的變化振動的對稱性越高，振動分子中的偶極距的變化越小，譜帶強(qiáng)度越弱。越小，譜帶強(qiáng)度越弱。l一般來說，一般來說，極性強(qiáng)度越強(qiáng)的基團(tuán)，其吸收強(qiáng)度越極性強(qiáng)度越強(qiáng)的基團(tuán)，其吸收強(qiáng)度越強(qiáng)；極性較弱的基團(tuán)其振動吸收也較弱強(qiáng)；極性較弱的基團(tuán)其振動吸收也較弱 基團(tuán)頻率l在紅外光譜中，每種官能團(tuán)均具有特征的結(jié)構(gòu)，在紅外光譜中，每種官能團(tuán)均具有特征的結(jié)構(gòu)，因此也具有特定的吸收頻率。因此也具有特定的吸收頻率。l根據(jù)特征頻率就可以對有機(jī)物的基團(tuán)進(jìn)行鑒別。根據(jù)特征頻

16、率就可以對有機(jī)物的基團(tuán)進(jìn)行鑒別。這也是紅外光譜分析有機(jī)物結(jié)構(gòu)的依據(jù)。這也是紅外光譜分析有機(jī)物結(jié)構(gòu)的依據(jù)。l在中紅外中，把在中紅外中，把40001300波數(shù)范圍稱為基團(tuán)頻波數(shù)范圍稱為基團(tuán)頻率區(qū)，把率區(qū)，把1800600波數(shù)稱為指紋頻率區(qū)。波數(shù)稱為指紋頻率區(qū)。 儀器裝置l色散型紅外光譜儀光源，吸收池，單色器和檢測器以及數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)組成 lFourier變換紅外光譜儀變換紅外光譜儀 光源，吸收池，干涉儀和檢測器以及數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)組成 Fourier變換紅外光譜儀l是七十年代發(fā)展起來的一種紅外光譜儀。是七十年代發(fā)展起來的一種紅外光譜儀。l具有掃描速度快，測量時間短，可以在具有掃描速度快，測量時間短，可以

17、在1s內(nèi)獲得紅內(nèi)獲得紅外光譜，適合快速反應(yīng)的研究。外光譜，適合快速反應(yīng)的研究。l可以進(jìn)行與色譜和質(zhì)譜的聯(lián)用?？梢赃M(jìn)行與色譜和質(zhì)譜的聯(lián)用。l檢測靈敏度高，檢測極限可達(dá)檢測靈敏度高，檢測極限可達(dá)1091012g；l分辨率高，波數(shù)精度可達(dá)分辨率高，波數(shù)精度可達(dá)0.01cm1；l光譜范圍廣，可研究整個紅外區(qū)。光譜范圍廣，可研究整個紅外區(qū)。l測定精度高，可達(dá)測定精度高，可達(dá)0.1%，而雜散光小于，而雜散光小于0.01%。 傅立葉變換紅外光譜儀傅立葉變換紅外光譜儀- -干涉儀干涉儀光源l紅外光譜的光源主要采用Nernst燈或硅碳棒。lNernst燈的工作溫度為1700度，其優(yōu)點(diǎn)是發(fā)光強(qiáng)度高，使用壽命長以及

18、穩(wěn)定性好。其缺點(diǎn)是價格貴，機(jī)械強(qiáng)度差，操作復(fù)雜。l硅碳棒的工作溫度在12001500度。其優(yōu)點(diǎn)是在低波數(shù)區(qū)的發(fā)光強(qiáng)度高，使用低波數(shù)范圍可低致200cm1。此外，硅碳棒堅(jiān)固，發(fā)光面積大，壽命長。吸收池和檢測器l由于玻璃，石英等常規(guī)透明材料不能透過紅外線，由于玻璃，石英等常規(guī)透明材料不能透過紅外線，因此紅外吸收池必須采用特殊的透紅外材料制作因此紅外吸收池必須采用特殊的透紅外材料制作如：如：NaCl，KBr，CsI，KRS-5等作為窗口。由于等作為窗口。由于該類材料均屬于無機(jī)鹽，很容易吸收水汽發(fā)生潮該類材料均屬于無機(jī)鹽，很容易吸收水汽發(fā)生潮解。固體粉體樣品可以直接與解。固體粉體樣品可以直接與KBr混

19、合壓片，直混合壓片，直接進(jìn)行測定。接進(jìn)行測定。l紅外光譜的單色器主要由光柵，準(zhǔn)直器和狹縫構(gòu)紅外光譜的單色器主要由光柵，準(zhǔn)直器和狹縫構(gòu)成。紅外檢測器一般采用高真空熱電偶，熱釋電成。紅外檢測器一般采用高真空熱電偶，熱釋電檢測器和碲鎘汞檢測器。記錄系統(tǒng)目前一般采用檢測器和碲鎘汞檢測器。記錄系統(tǒng)目前一般采用計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)。 紅外光譜制樣方法l樣品要求：干燥無水、濃度適當(dāng)、多組分樣要 先分離l固體樣品：溴化鉀壓片法 糊狀法（石蠟油 或六氯丁二烯糊劑) 溶液法（溶劑CS2,、CCl4 、CHCl3) 薄膜法 (高分子化合物） 液體樣品：液膜法 溶液法（水溶液樣品可用AgCl池）l氣體樣品：氣體樣品槽各種化

20、合物的紅外光譜l飽和烴飽和烴 l不飽和烴不飽和烴 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其他含雜原子有機(jī)化合物其他含雜原子有機(jī)化合物 l金屬有機(jī)化合物金屬有機(jī)化合物 l高分子化合物高分子化合物 l無機(jī)化合物無機(jī)化合物 飽和烴飽和烴lC-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。此處基本無其他特征吸收，可作為烷基存在的依據(jù) 。 lC-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1375 cm-1處 ，可作為甲基存在的證據(jù)； 對于異丙基

21、和叔丁基，吸收峰發(fā)生分裂。l亞甲基平面搖擺亞甲基平面搖擺：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=1 785-770lC-CC-C伸縮振動伸縮振動：1253-800cm-1， 對結(jié)構(gòu)分析作用不大。正己烷的紅外光譜圖 C-HC-H彎曲振彎曲振動動 ：1475-1300 cm-1C-HC-H伸縮伸縮振動振動：3000-2800cm-1之間2，2，4-三甲基戊烷的紅外光譜圖 C-HC-H彎曲振彎曲振動動 ：1475-1300 cm-1C-HC-H伸縮伸縮振動振動：3000-2800cm-1之間 環(huán)己烷環(huán)己烷

22、1460cm-1,CH2剪式振動不飽和烴不飽和烴l烯烴烯烴l炔烴炔烴l芳香烴芳香烴 烯烴雙鍵的特征吸收烯烴雙鍵的特征吸收初步判斷烯烴結(jié)構(gòu)的存在 所有烯烴的C-H伸縮振動都大于3000，但不能憑此判斷烯烴的存在 ，苯環(huán) C-H 大于3000 影響影響碳碳雙鍵碳碳雙鍵伸縮振動吸收的因素伸縮振動吸收的因素l對稱性對稱性：對稱性越高，吸收強(qiáng)度越低。l取代基取代基：與吸電子基團(tuán)相連，振動波數(shù)下 降。l取代基的質(zhì)量效應(yīng)：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10-20 厘米-1。l共軛效應(yīng)共軛效應(yīng)：使波數(shù)下降約30厘米-1 。1-己烯的紅外光譜圖己烯的紅外光譜圖 3080cm-1: 烯烴烯烴C

23、H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；993，910cm-1: C=CH2 非平面搖擺振動非平面搖擺振動烯烴類型烯烴類型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)730-650R1CH=CHR2(反）反）980-965R1R2C=CHR3840-790烯烴類型對烯烴類型對=C-H的面外彎曲振動的影響的面外彎曲振動的影響對判斷雙鍵的取代類型非常有用對判斷雙鍵的取代類型非常有用對判斷烯烴類型非常有用順式和反式順式和反

24、式2-戊烯紅外光譜戊烯紅外光譜炔烴化合物l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。lC-C叁鍵伸縮振動：2100厘米-1 ，峰形尖銳，強(qiáng)度中到弱。干擾少，位置特征。末端炔基該吸收強(qiáng)。分子對稱性強(qiáng)時，該吸收較弱。乙炔由于分子對稱，沒有C-C叁鍵伸縮振動吸收。l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(qiáng)度大。由于氫鍵締合，N-H鍵 峰形較寬 ，易于區(qū)別 。炔烴的特征吸收 3291cm-1 ：叁鍵：叁鍵CH伸縮振動，伸縮振動，3060cm-1: 苯環(huán)苯環(huán)=CH伸縮振動伸縮振動2111cm-1: C=C三鍵三鍵伸縮振動

25、伸縮振動 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(qiáng)度不定強(qiáng)度不定骨架振動骨架振動1600，1500，1580（共軛），（共軛），1450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最為有用 ，可檢測苯的衍生物 判斷苯環(huán)存在 的主要依據(jù) 同時存在，方能判斷苯環(huán)的存在 芳環(huán)芳環(huán)C-H面外彎曲振動及其泛頻：面外彎曲振動及其泛頻：770730cm-1 vs 710690cm-1 s5個相鄰個相鄰H770735cm-1 vs4個相

26、鄰個相鄰H900860cm-1 m810750cm-1 vs 725680cm-1 m3個相鄰個相鄰H860800cm-1 vs2個相鄰個相鄰H =CH在在3018cm-1，骨架振動在，骨架振動在1606、1495及及1466cm-1，四個鄰接氫的吸收在，四個鄰接氫的吸收在742cm-1。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； 1659，1601，1601，1496cm-1等等:苯環(huán)骨架振動苯環(huán)骨架振動 1630醇和酚醇和酚基團(tuán)基團(tuán)吸收位置（吸收位置（cm-1）說明說明OH36503580(游離游離)35503450

27、(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(qiáng)，較尖中強(qiáng)，較尖強(qiáng)，寬強(qiáng)，寬寬，散寬，散CO1050(伯伯)1100(仲仲)1150(叔叔)1200(酚酚)強(qiáng)，酚的吸收峰發(fā)生強(qiáng)，酚的吸收峰發(fā)生裂分，峰形特別裂分，峰形特別HO13501260(伯伯) 13501260(仲仲) 14101310(叔）叔）14101310(酚酚)面內(nèi)彎曲，強(qiáng)面內(nèi)彎曲，強(qiáng)正丁醇的紅外光譜正丁醇的紅外光譜 3333cm-1：締合：締合OH伸縮振動伸縮振動 2-乙基-1-丁醇（3334cm-1：締合：締合OH伸縮振動；伸縮振動； 1053 cm-1：伯醇：伯醇C-O伸縮振

28、動，伸縮振動， 1381 cm-1：甲基對稱變形振動）：甲基對稱變形振動）苯酚的紅外光譜圖苯酚的紅外光譜圖 乙醇在乙醇在CCl4中濃度變化對紅外吸收的影響中濃度變化對紅外吸收的影響 O-H伸縮振動吸收峰向低頻率方向位移，在3400 -3200 cmcm-1-1區(qū)出現(xiàn)一個寬而強(qiáng)的吸收峰。醚醚（1）醚的特征吸收為碳氧鍵的伸縮振動）醚的特征吸收為碳氧鍵的伸縮振動 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 ，較弱。，較弱。 在在 11501060cm-1，較強(qiáng)。，較強(qiáng)。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為為 的強(qiáng)吸收，的強(qiáng)吸收， 10751020cm-1處為處為 ，強(qiáng)度較弱。，強(qiáng)度較弱。 C O CasC O Cs正丁醚 （1123cm-1: COC反對稱伸縮振動）反對稱伸縮振動）注意：注意： 一般情況下，只用一般情況下，只用IR來判別醚是困難來判別醚是困難的。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、酯類都會在酯類都會在11001250cm-1范圍有強(qiáng)的范圍有強(qiáng)的 C-O吸收。吸收。羰基化合物l醛酮l羧酸、羧酸鹽l酸酐l酯l酰鹵l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

30、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1735-1715酮酮1720-1710酸酸1770-1750酯酯1745-1720酰胺酰胺1700-1680（酰胺（酰胺“I”帶）帶）酸酐酸酐1820和和1760出現(xiàn)在出現(xiàn)在1900 -1600cm-1 ，峰強(qiáng)，特峰強(qiáng)，特征明顯，征明顯，多數(shù)情況多數(shù)情況下，第一下，第一吸收吸收醛酮l醛氫伸縮振動：2900-2700cm-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 2720、2824cm-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 醛基醛基CH伸縮振動位于

31、伸縮振動位于2820-2720 cm-12820-2720 cm-1，極易，極易識別，和識別，和C=O 伸縮振伸縮振動動 就可判斷醛的存在。苯甲醛苯甲醛 （3030cm-1芳環(huán)芳環(huán)CH伸縮振動；伸縮振動； 2820，2738cm-1：醛基：醛基CH伸縮振動；伸縮振動； 1703cm-1：羰基：羰基C=O伸縮振動，羰基與苯環(huán)共軛，吸收移向低頻率）伸縮振動，羰基與苯環(huán)共軛，吸收移向低頻率） 苯乙酮的紅外光譜圖苯乙酮的紅外光譜圖在苯乙酮中羰基因?yàn)榕c苯環(huán)共軛，所以在苯乙酮中羰基因?yàn)榕c苯環(huán)共軛，所以 C=O在在1680cm-1。 3-戊酮的紅外光譜圖戊酮的紅外光譜圖 羧酸和羧酸鹽羧酸和羧酸鹽CO2-的反

32、對稱伸縮振動，的反對稱伸縮振動，1650-1540，最強(qiáng)峰，對稱伸縮振動，最強(qiáng)峰，對稱伸縮振動，1420-1300，強(qiáng)峰，強(qiáng)峰特征吸收峰 2-甲基丙酸甲基丙酸 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；1710 cm-1：C=O伸縮振動；伸縮振動；930cm-1: O-H非平面搖擺振動非平面搖擺振動 苯甲酸的紅外光譜圖苯甲酸的紅外光譜圖 25003300cm-1為為 OH，1689cm-1為為 C=O，1294cm-1為為 C-O943cm-1為為OH1294苯甲酸鈉的苯甲酸鈉的IR譜圖譜圖的非對稱和對稱伸縮振動在的非對稱和對稱伸縮振

33、動在1563和和1413cm-1COO15631413酯酯 酯類化合物的特征吸收 羰基伸縮振動：大多情況下不是第一吸收羰基伸縮振動：大多情況下不是第一吸收 C-O-C伸縮振動伸縮振動區(qū)別酯與區(qū)別酯與其他羰基其他羰基化合物的化合物的主要依據(jù)主要依據(jù) 對稱伸縮振動對稱伸縮振動 吸收較弱吸收較弱 ，1100 cm-1C-O-C非對稱伸縮振動，均很強(qiáng)非對稱伸縮振動，均很強(qiáng) ，酯最有用，酯最有用的特征吸收，的特征吸收， 通常為第一吸收通常為第一吸收 ，1210-1160 1210-1160 cm-1酯酯 乙酸甲酯乙酸甲酯 1746cm-1：C=O伸縮振動；伸縮振動；1246cm-1：C-O-C非對稱伸縮

34、振動，均很強(qiáng)非對稱伸縮振動，均很強(qiáng) 酸酐l有兩個羰基伸縮振動，相差60厘米-1，反對稱伸縮位于高頻區(qū)，對稱伸縮振動位于低頻區(qū)。l開鏈酸酐的高波數(shù)峰比低波數(shù)峰強(qiáng)，有張力的環(huán)狀酸酐兩峰的相對強(qiáng)度正好相反，強(qiáng)度差別比開鏈酸酐懸殊，由此判斷酸酐是開鏈還是環(huán)狀 。 乙酸酐的紅外光譜圖乙酸酐的紅外光譜圖 1827、1755為為 C=O，1825強(qiáng)；強(qiáng)；1124為為 C-O反對稱 對稱 鄰苯二甲酸酐環(huán)狀酐 酰鹵l鹵素原子直接與羰基相連，強(qiáng)誘導(dǎo)效應(yīng)使羰基伸縮振動鹵素原子直接與羰基相連，強(qiáng)誘導(dǎo)效應(yīng)使羰基伸縮振動大大升高。大大升高。 脂肪族酰鹵位于脂肪族酰鹵位于1800厘米厘米-1附近。附近。 芳香酰鹵此區(qū)雙峰：

35、芳香酰鹵此區(qū)雙峰：1773，1736，由，由C=O鍵的伸縮振鍵的伸縮振動和動和C-X的彎曲振動產(chǎn)生費(fèi)米共振引起的彎曲振動產(chǎn)生費(fèi)米共振引起lC-X伸縮振動：脂肪族伸縮振動：脂肪族1000-910厘米厘米-1，峰形寬大，芳，峰形寬大，芳香族香族1250-1110厘米厘米-1，通常分裂為數(shù)個峰。，通常分裂為數(shù)個峰。lC-X彎曲振動：彎曲振動：1310-1040厘米厘米-1。酰鹵 鹵素原子對羰基電子的吸引非常強(qiáng)烈，使羰基的雙鹵素原子對羰基電子的吸引非常強(qiáng)烈，使羰基的雙鍵性增加，羰基伸縮振動向高頻率方向位移鍵性增加，羰基伸縮振動向高頻率方向位移 金剛烷酰氯 酰胺酰胺（1）伯酰胺）伯酰胺(RCONH2)

36、(a)NH：NH2在在35403180cm-1有兩個尖的吸收帶。有兩個尖的吸收帶。 在稀的在稀的CHCl3溶液中測試時，在溶液中測試時，在34003390cm-1和和 35303520cm-1出現(xiàn)。出現(xiàn)。 (b) C=O：即酰胺：即酰胺I帶。出現(xiàn)在帶。出現(xiàn)在17101630cm-1。（c)NH2面內(nèi)變形振動：即酰胺面內(nèi)變形振動：即酰胺帶。此吸收較弱，帶。此吸收較弱， 并靠近并靠近C=O。一般在。一般在16551590cm-1。 （d)C-N譜帶：在譜帶：在14201400cm-1(s)，酰胺，酰胺III帶。帶。吡嗪酰胺（抗結(jié)核病藥）（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。 在壓片法或濃溶液中，在壓片法或濃溶液中，NH會可能出現(xiàn)幾個吸收會可能出現(xiàn)幾個吸收 帶帶。 (b) C=O：即酰胺：即酰胺I帶。在帶。在16801630cm-1。(c)NH和和C-N之間偶合造成酰胺之間偶合造成酰胺帶和酰胺帶和酰胺帶。帶。 酰胺酰胺帶在帶在15701510cm-1。 酰胺酰胺帶在帶在13351200cm-1。 苯甲酰苯胺苯甲酰苯胺(Ph-CO-NH-Ph)(Ph-CO-NH-Ph)的紅外光譜的紅外光譜NHNH在在3346cm3346cm-1-1，一個峰，為仲酰胺。酰胺，一個峰，為仲酰胺。酰胺I I帶帶C=OC=O在

38、在1657cm1657cm-1-1; ;酰胺酰胺帶在帶在1538cm1538cm-1-1，酰胺，酰胺帶在帶在1323cm1323cm-1-1。 （3）叔酰胺）叔酰胺(R-CO-NR2)： 叔酰胺的氮原子上沒有質(zhì)子，其唯一特征叔酰胺的氮原子上沒有質(zhì)子，其唯一特征 的譜帶是的譜帶是C=O，在，在16801630cm-1。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伸縮振動伸縮振動伯胺類伯胺類3500-3300兩個峰，強(qiáng)度中兩個峰，強(qiáng)度中 仲胺類仲胺類3500-3300一個峰，強(qiáng)度中一個峰，強(qiáng)度中 亞胺類亞胺類3400-3300一個

39、峰，強(qiáng)度中一個峰，強(qiáng)度中NH彎曲振動彎曲振動伯胺類伯胺類1650-1590強(qiáng)度強(qiáng)，中強(qiáng)度強(qiáng)，中 仲胺類仲胺類1650-1550強(qiáng)度極弱強(qiáng)度極弱C-N振動振動芳香胺芳香胺伯伯1340-1250強(qiáng)度強(qiáng)強(qiáng)度強(qiáng) 仲仲1350-1280強(qiáng)度強(qiáng)強(qiáng)度強(qiáng) 叔叔1360-1310強(qiáng)度強(qiáng)強(qiáng)度強(qiáng) 脂肪胺脂肪胺 1220-1020強(qiáng)度中，弱強(qiáng)度中，弱 1410強(qiáng)度弱強(qiáng)度弱 1-戊胺戊胺 1613cm-1NH2剪式（彎曲）振動；剪式（彎曲）振動；1072cm-1：CN伸縮振動伸縮振動 哌啶哌啶 3276cm-1：N-H伸縮振動；伸縮振動；1460cm-1：CH2剪式振動；剪式振動；1115cm-1：C-N伸縮振動；伸縮

40、振動；745cm-1：N-H非平面搖擺振動非平面搖擺振動 硝基化合物硝基化合物 (1) 有兩個很強(qiáng)的吸收帶，分別為有兩個很強(qiáng)的吸收帶，分別為 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） 受共軛基團(tuán)的影響較大，對位有給電子取代基受共軛基團(tuán)的影響較大，對位有給電子取代基 的芳香族硝基化合物的的芳香族硝基化合物的 較低。較低。 如如p-NH2-Ph-NO2 中中 1475cm-1， 1310cm-1。 asNO2asNO2as

41、NO2NOs2NOas2NOs2NOas2 間二硝基苯的紅外光譜間二硝基苯的紅外光譜 1535為為 , 1355為為 NOs2紅外圖譜解析紅外圖譜解析l紅外光譜的分區(qū) l紅外光譜的應(yīng)用l紅外圖譜的解析步驟l紅外圖譜的解析實(shí)例紅外光譜的分區(qū)紅外光譜的分區(qū)l4000-2500cm-1: 這是X-H單鍵的伸縮振動區(qū)。l2500-2000cm-1: 此處為叁鍵和累積雙鍵伸縮振動區(qū)l2000-1500cm-1: 此處為雙鍵伸縮振動區(qū)(苯環(huán)骨架振動)l1500-600(400)cm-1: 此區(qū)域主要提供C-H彎曲振動的信息 紅外光譜的應(yīng)用2.2.未知物結(jié)構(gòu)的確定未知物結(jié)構(gòu)的確定紅外圖譜的解析步驟紅外圖譜的

42、解析步驟 l化合物類型的判斷化合物類型的判斷 有機(jī)物和無機(jī)物有機(jī)物和無機(jī)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l推斷可能含有的功能團(tuán)推斷可能含有的功能團(tuán) 先看特征頻率區(qū)（3600-1350），再看指紋區(qū)（1350-400）。 先看強(qiáng)峰，再看弱峰 先找特征吸收峰，再找相關(guān)峰佐證 l計(jì)算分子的不飽和度，根據(jù)不飽和度的結(jié)果推斷分子中計(jì)算分子的不飽和度，根據(jù)不飽和度的結(jié)果推斷分子中可能存在的官能團(tuán)。可能存在的官能團(tuán)。l根據(jù)吸收峰的位置、強(qiáng)度、形狀分析各種官能團(tuán)及其相根據(jù)吸收峰的位置、強(qiáng)度、形狀分析各種官能團(tuán)及其相對關(guān)系，推出化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)對關(guān)系，推出化合物的化學(xué)結(jié)

43、構(gòu) 見 P 38-46222banU=其中n為分子中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：化合物的分子式為：化合物的分子式為C8H8O，IR光譜圖如下如下，試光譜圖如下如下，試 推斷其可能的分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。推斷其可能的分子結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)。 U=5單取代苯單取代苯甲基酮甲基酮69176112651360144615951685292430053062苯環(huán)苯環(huán)VC=C甲基彎曲振動甲基彎曲振動甲基酮的特征甲基酮的特征 C=O共軛酮共軛酮CCH3O飽和與不飽和飽和與不飽和-CH3、CH2對稱與反對稱對稱與反對稱伸縮振動伸縮振動 紅外識譜歌紅外識譜歌 紅

46、外可分遠(yuǎn)中近，中紅特征指紋區(qū)，紅外可分遠(yuǎn)中近，中紅特征指紋區(qū)，1300來分界，注意橫軸劃分異。來分界，注意橫軸劃分異?？磮D要知紅外儀，弄清物態(tài)液固氣?？磮D要知紅外儀，弄清物態(tài)液固氣。樣品來源制樣法，物化性能多聯(lián)系。樣品來源制樣法，物化性能多聯(lián)系。識圖先學(xué)飽和烴，三千以下看峰形。識圖先學(xué)飽和烴，三千以下看峰形。2960、2870是甲基，是甲基，2930、2850亞甲峰。亞甲峰。1470碳?xì)鋸?，碳?xì)鋸潱?380甲基顯。甲基顯。二個甲基同一碳，二個甲基同一碳，1380分二半。分二半。面內(nèi)搖擺面內(nèi)搖擺720，長鏈亞甲亦可辨。，長鏈亞甲亦可辨。烯氫伸展過三千，排除倍頻和鹵烷。烯氫伸展過三千，排除倍頻和鹵

47、烷。末端烯烴此峰強(qiáng)，只有一氫不明顯。末端烯烴此峰強(qiáng)，只有一氫不明顯。化合物，又鍵偏，化合物，又鍵偏，1650會出現(xiàn)。會出現(xiàn)。烯氫面外易變形，烯氫面外易變形，1000以下有強(qiáng)峰。以下有強(qiáng)峰。910端基氫，再有一氫端基氫，再有一氫990。順式二氫順式二氫690，反式移至，反式移至970；單氫出峰單氫出峰820，干擾順式難確定。，干擾順式難確定。炔氫伸展三千三，峰強(qiáng)很大峰形尖。炔氫伸展三千三，峰強(qiáng)很大峰形尖。三鍵伸展二千二，炔氫搖擺六百八。三鍵伸展二千二，炔氫搖擺六百八。芳烴呼吸很特征，芳烴呼吸很特征，16001430。16502000，取代方式區(qū)分明。，取代方式區(qū)分明。900650，面外彎曲定芳?xì)?。，面外彎曲定芳?xì)?。五氫吸收有兩峰，五氫吸收有兩峰?0