一、基本原理一、基本原理 二、紅外光譜儀及樣品制備技術 二、紅外光譜儀及樣品制備技術 三、影響振動頻率的因素 三、影響振動頻率的因素 四、各類有機化合物的紅外特征吸收 四、各類有機化合物的紅外特征吸收 五、紅外譜圖解析及應用 五、紅外譜圖解析及應用 一、基本原理1.1 近紅外、中紅外和遠紅外 波段名稱 波長 波數（cm-1 近紅外0.75—2.5 13300－4000 中紅外 2.5－25 4000－400 遠紅外 25－1000 400－10 1.2 紅外光譜的產生： 用頻率4000~400cm -1 (波長2.5~25m)的光波照射樣品, 引起分子內振動和轉動能級躍遷所產生的吸收光譜。 1.3波長和波數 電磁波的波長（ ）、頻率（v）、能量（E）之間的關系： 橫坐標：波數()400～4000 cm -1 ；表示吸收峰的位置。 縱坐標：透過率（T%），表示吸收強度。 T越小紅外光譜圖解析步驟，吸收越好，曲線低谷表示是一個好的吸收帶。 1.4紅外光譜的表示方法 1.5分子振動與紅外光譜 1.5.1 分子的振動方式：伸縮振動，彎曲振動 (1)伸縮振動： 沿軸振動，只改變鍵長，不改變鍵角 (2853cm -1 (2926cm -1 剪式振動(δs)面內搖擺振動(ρ) 彎曲振動只改變鍵角,不改變鍵長同一鍵型： 面內彎曲振動的頻率大于面外彎曲振動的頻率。
vv vvss 以上振動產生的吸收峰叫基頻峰。以上振動產生的吸收峰叫基頻峰。 基頻峰：基頻峰：分子吸收光子后從一個能級躍遷到相鄰的 分子吸收光子后從一個能級躍遷到相鄰的 高一能級產生的吸收。 高一能級產生的吸收。 倍頻峰：倍頻峰：指指 22的振動吸收帶，出現在強的基頻 的振動吸收帶，出現在強的基頻 峰的大約 峰的大約22倍處 (實際比兩倍低實際比兩倍低))。一般為弱吸收峰。 。一般為弱吸收峰。 羰基伸縮振動頻率在 羰基伸縮振動頻率在1715cm 1715cm --11 左右，在 左右，在3400cm 3400cm --11 附近 附近 倍頻峰，通常與羥基的伸縮振動吸收峰重疊。 倍頻峰，通常與羥基的伸縮振動吸收峰重疊。 合頻峰：出現在兩個或多個基頻峰之和（組頻出現在兩個或多個基頻峰之和（組頻 11 振動偶合：振動偶合： 當分子中兩個或兩個以上相同的基團與同一個原 當分子中兩個或兩個以上相同的基團與同一個原 子連接時，其振動吸收峰常發生裂分，形成雙峰，這 子連接時，其振動吸收峰常發生裂分，形成雙峰，這 種現象叫振動偶合。 種現象叫振動偶合。 伸縮振動偶合、彎曲振動偶合、伸縮與彎曲振動偶合 伸縮振動偶合、彎曲振動偶合、伸縮與彎曲振動偶合 C-H彎曲振動：1380、1370cm-1 C=O伸縮振動： 1845、1775cm -1 兩個羰基反對稱振動的偶合譜帶 兩個羰基對稱振動的偶合譜帶 10 Fermi Fermi（費米）共振： （費米）共振： 當強度很弱的倍頻帶或合頻帶位于某一強基頻帶 當強度很弱的倍頻帶或合頻帶位于某一強基頻帶 附近時，弱的倍頻帶或合頻帶和基頻帶之間發生偶合， 附近時，弱的倍頻帶或合頻帶和基頻帶之間發生偶合， 產生費米共振，吸收強度大大加強。
產生費米共振，吸收強度大大加強。 11 -CHO的C-H伸縮振動2830~2695cm -1 與C-H彎曲振動 1390cm -1 的倍頻2780cm -1 發生費米共振，結果產生 2820、2720cm -1 二個吸收峰。 12 1.5.2 振動自由度和選律 分子振動時,分子中各原子之間的相對位置稱為該分 子的振動自由度. 分子中每一個原子都可以沿x、y、z軸方向移動，有 三個自由度。含n個原子的分子，有3n個自由度。 其中，平動自由度：3 理論上每個振動自由度在IR中可產生1個吸收峰，實際上IR光譜中的峰數少于基本振動自由度。 13 轉動 平動 14 峰數目減少的原因： IR選律：只有偶極矩(μ)發生變化的振動，才能有 紅外吸收。 吸收峰太弱，檢測不出來15 例：二氧化碳的 例：二氧化碳的IR IR光譜 光譜 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 面內彎曲振動 面內彎曲振動 面外彎曲振動 面外彎曲振動 不產生吸收峰 不產生吸收峰 2349 667 667 2349 667 667 因此 因此O=C=O IR光譜只有光譜只有 和和667cm 667cm --1 二個吸收峰二個吸收峰 16 O有3種振動形式，相應的呈現3個吸收譜帶。
17 結論： 只有引起分子偶極矩發生變化的振動才能產生紅外吸收光譜。 紅外輻射光的頻率與分子振動的頻率相等，才能發生振動能級躍遷，產生吸收吸收光譜。 產生紅外光譜的必要條件是： 18 1.6 IR光譜得到的結構信息 峰強：吸收峰的強度vs (very strong), (weak),vw (very weak), sh(sharp) 峰形：吸收峰的形狀(尖峰、寬峰、肩峰) 19 分子內各種官能團的特征吸收峰只出現在紅外光波譜的一定范圍，如：C=O的伸縮振動一般在1700 cm-1左右。 1650cm -1 1715cm -1 1780cm -1 吸電子效應：高波數移動；推電子效應：低波數移動 20 峰的強度取決于分子振動時偶極矩的變化。偶極矩的變化越小，譜帶強度越弱。 極性大的基團，吸收強度大。極性大的基團，吸收強度大。 使基團極性降低的誘導效應，吸收強度減小，使基團極性降低的誘導效應，吸收強度減小， 使基團極性增大的誘導效應，吸收強度增加。 使基團極性增大的誘導效應，吸收強度增加。 共軛效應使共軛效應使ππ電子離域程度增大，極化度增大，吸收強度增加 電子離域程度增大，極化度增大，吸收強度增加.. 形成氫鍵使振動吸收峰變強變寬。
形成氫鍵使振動吸收峰變強變寬。 振動耦合使吸收增大。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。費米振動使倍頻或組頻的吸收強度顯著增加。 21 不同基團可能在同一頻率范圍內都有紅外吸收，如-OH、-NH的伸縮振動峰都在 cm -1， 者峰形狀有顯著不同。峰形的不同有助于官能團的鑒別。 22 二、紅外光譜儀及樣品制備技術 二、紅外光譜儀及樣品制備技術 色散型紅外光譜儀色散型紅外光譜儀 傅立葉變換紅外光譜儀（傅立葉變換紅外光譜儀（FT FT--IR IR）） 紅外樣品的制備紅外樣品的制備 23 2.1 2.1 色散型紅外光譜儀 色散型紅外光譜儀 24 2.2 Fourier 2.2 Fourier變換紅外光譜儀 變換紅外光譜儀(FT (FT--IR IR儀儀) 儀器組成及工作原理由光源(硅碳棒、高壓汞燈)、Michellson干涉儀、 檢測器、計算機和記錄儀組成。 25 邁克遜干涉儀 干涉圖 干涉圖 26 FI-IR光譜中背景峰（水、CO ）的扣除：背景干涉圖 樣品干涉圖 27 FTIR FTIR光譜儀的優點 光譜儀的優點 信號累加信號累加，，信噪比提高 信噪比提高（（可達 可達60 60：：11））。
。 檢測靈敏度高檢測靈敏度高，，樣品量減少 樣品量減少。。 波數精度高波數精度高，，分辨率可達 分辨率可達00..05 05cm cm --11 測量頻率范圍寬測量頻率范圍寬，，可達到 可達到~~66cm cm --11 掃描速度快掃描速度快（（幾十次 幾十次//秒秒）），，可跟蹤反應歷程 可跟蹤反應歷程，，作反 應動力學研究應動力學研究，，并可與 并可與GC GC、、LC LC聯用 聯用。。 對溫度對溫度、、濕度要求不高 濕度要求不高。。 光學部件簡單光學部件簡單，，只有一個動鏡在運動 只有一個動鏡在運動， ，不易磨損 不易磨損。。 28 2.3 2.3 紅外光譜的測定方法 紅外光譜的測定方法 11.. 對樣品的要求 對樣品的要求 單一組分的純物質，純度應>98%，便于與純化合物的標準進行對照。 試樣要干燥無水。水本身有紅外吸收，不僅嚴重干擾樣品譜，還會侵蝕吸收池的鹽窗。 樣品的濃度和測試厚度應選擇適當，以使光譜圖中的大多數吸收峰的透射比處于10%~80%范圍內。 29 固體樣品的制備a.壓片法: 將1~2mg固體試樣與200mg純KBr研細混合， 研磨到粒度小于2μ m，在油壓機上壓成透明薄片， 即可用于測定。
b.糊狀法: 研細的固體粉末和石蠟油調成糊狀，涂在兩鹽 窗上，進行測試，此法可消除水峰的干擾。 液體石蠟本身有紅外吸收，此法不能用來研究 飽和烷烴的紅外吸收。 2.制樣方法制樣方法 30 對沸點較高的液體，直接滴在兩塊鹽片之間，形成沒有氣泡的毛細厚度液膜，然后用夾具固定紅外光譜圖解析步驟，放入儀器 光路中進行測試。 液體吸收池法對于低沸點液體樣品和定量分析，要用固定密封液體 池。制樣時液體池傾斜放置，樣品從下口注入，直至 液體被充滿為止，用聚四氟乙烯塞子依次堵塞池的入 口和出口，進行測試。 31 氣態樣品的制備氣態樣品一般都灌注于氣體吸收池內進行測試。 32 三、影響振動頻率的因素 1、鍵力常數k和原子質量的影響 對于A-H(A=C、N、O)鍵的伸縮振動: 單一粒子的簡諧振動 —化學鍵的力常數，單位為N.cm-133 振動方程式（Hooke定律） cm-1 —折合質量，單位為g一般成鍵雙原子的伸縮振動: 34 結論 結論:: 化學鍵的力常數 化學鍵的力常數kk越大，原子的折合質量越小， 越大，原子的折合質量越小， 振動頻率越大，吸收峰將出現在高波數區；反 振動頻率越大，吸收峰將出現在高波數區；反 之，出現在低波數區。
之，出現在低波數區。 35 化學 （KJmol -1 力常數k（N.cm -1 波數范圍（cm -1 0.154347.3 4.5 700～1200 0.134610.9 9.6 1620～1680 0.116836.8 15.6 2100～2600 OHNHCHCHCHCNCCCOCCCOCC/N.cm -1 7.76.45.95.14.817.715.612.19.65.44.5 一些常見化學鍵的力常數如下表所示： 力常數k：與鍵長、鍵能有關 36kk值值 對單鍵而言， 對單鍵而言，kk一般為 一般為5510 10 55 dyn/cm dyn/cm 對雙鍵而言， 對雙鍵而言，kk一般為 一般為10 10 10 10 55 dyn/cm dyn/cm 對三鍵而言， 對三鍵而言，kk一般為 一般為15 15 10 10 55 dyn/cm dyn/cm 37 折合質量μ ，(v)，紅外吸收信號將出現在高波數區。2800-3000cm -1 3000-3600cm -1 兩振動原子只要有一個原子的質量減小，μ值減小。 μ：12/13=0.92 14/15=0.93 16/17=0.94 38 X-H鍵伸縮振動頻率（cm -1 CC--HH NN--HH OO--HH FF--HH Si Si- -HH PP--HH SS--HH Cl Cl--HH Ge Ge- -HH As--HH Se Se--HH Br Br--HH Sn Sn--HH Sb Sb--HH II--HH 從左到右，X電負性增大，K增大，波數增高； 從上到下，X電負性減小，K減小，波數減小。
39 2、電子效應 誘導效應使基團電荷分布發生變化，從而改變了鍵的力常數，使振動頻率發生變化. 40 推電子基，C=O電荷中心向O移動，C=O極性增強，雙鍵性降低，低頻移動； 吸電子基，C=O電荷中心向幾何中心靠近，C=O極性降低，雙鍵性增強，高頻移動。 41 1715cm -1 1665-1685 CH C=CH-CN 42 43 在許多情況下，誘導效應和在許多情況下，誘導效應和共軛效應會同時存在 共軛效應會同時存在:: RCOORRCOOR RR 11 CO CO--NR NR 22 RR 11 COR COR 22 1715 ((--II 吸電子誘導占優勢p-π共軛占優勢 44 成鍵碳原子的雜化狀態CH CH CH C-H3300 45 44、空間效應：環張力和空間位阻 、空間效應：環張力和空間位阻 環張力環張力 環張力大：環外雙鍵加強，吸收頻率增大；環內雙鍵減弱，吸收頻率減小。
CH 1750 46 1815 47 空間位阻（降低共軛程度，向高頻移動）空間位阻（降低共軛程度，向高頻移動） 48 Br1730 Br1742 α-鹵代酮規律（甾體類化合物中常見） 49 66、氫鍵效應（醇、酚、胺、羧酸類） 、氫鍵效應（醇、酚、胺、羧酸類） 吸收峰向低波數移動；峰型變寬；吸收強度加強。吸收峰向低波數移動；峰型變寬；吸收強度加強。 醇羥基： 游離態 二聚體 3600~3640cm-1 3500~3600cm -1 3200~3400cm -1 5051 固體或液體羧酸，一般以二聚體形式存在。 固體或液體羧酸，一般以二聚體形式存在。 RCO RCO 22 游離態游離態 二聚體 二聚體 vv cmcm --1 1750～～ vv OH OH cm cm --1 3300～～ 52 物態變化的影響一般，同種物質： 氣態的特征頻率較高，液態和固態較低。 丙酮： vC=O(氣)＝1738 cm-1， vC=O(液)＝1715 cm-1。
溶劑也會影響吸收頻率。 53 四、各類有機化合物的紅外特征吸收 紅外光譜的分區 紅外光譜的分區 兩個區 4000-1500cm-1 ：官能團區 官能團的特征吸收峰，吸收峰較少，容易辨認。 1500-400cm-1 ：指紋區 C－C、C－N、C－O 等單鍵伸縮振動和各種彎曲 振動的吸收峰。 特點是譜帶密集、難以辨認。 54 四個區 四個區 00cm 2500cm --11 X--HH單鍵的伸縮振動區 單鍵的伸縮振動區 --cm cm --11 叁鍵和累積雙鍵伸縮振動區叁鍵和累積雙鍵伸縮振動區 --cm cm --11 雙鍵伸縮振動區雙鍵伸縮振動區 --600cm 600cm --11 彎曲振動，彎曲振動，C C--CC、、CC--OO、、CC--NN等伸縮振動。 等伸縮振動。 55 八個峰區 56 峰區（4000－2500cm -1 X－H伸縮振動吸收范圍。X代表O、N、C、S， 對應醇、酚、羧酸、胺、亞胺、炔烴、烯烴、芳烴 及飽和烴類的O－H、N－H、C－H 伸縮振動。 O－H醇與酚：游離態：3640～3610cm -1 ，峰形尖銳。
締合態：3300cm -1 羧酸：3300～2500cm-1 ，中心約3000cm -1 ,譜帶寬 57 N－H胺類：游離——3500～3300cm -1 締合——吸收位置降低約100cm -1 伯胺：3500，3400cm-1，（吸收強度比羥基弱） 仲胺：3400cm-1（吸收峰比羥基要尖銳） 叔胺：無吸收 酰胺：伯酰胺：3350，3150cm -1 附近出現雙峰 仲酰胺：3200cm -1 附近出現一條譜帶 叔酰胺：無吸收 58 C－H烴類：3300～2700 cm -1 范圍，3000 cm -1 是分界線。 不飽和碳（三鍵、雙鍵及苯環）＞3000 cm -1 飽和碳（除三元環外）＜3000 cm -1 炔烴：～3300 cm -1 ，峰很尖銳 烯烴、芳烴：3100～3000 cm -1 59 飽和烴基：3000～2700 cm-1，兩個峰 －CH3：v ～2870cm-1（m） －CH2－：v ～2850cm-1（s） ＞CH－：～2890 cm-1 醛基：2850～2720 cm -1 ，兩個吸收峰 C-H伸縮振動與C-H彎曲振動（約1390cm-1）倍頻 產生Fermi共振。
巰基：2600～2500 cm -1 ，譜帶尖銳，容易識別 60 第二峰區（2500－2000 cm -1 譜帶為中等強度吸收或弱吸收。干擾少，容易識別。 ：2280～2100cm-1 乙炔及全對稱雙取代炔在紅外光譜中觀測不到。 CN：2250～2240cm-1，譜帶較CC 與苯環或雙鍵共軛，向低波數移動20～30cm-161 第三峰區（2000－1500cm -1 1900～1650cm-1 ，峰尖銳，強吸收峰。 變化規律： 62 吸收位于波數端，特征，無干擾。酸酐： 兩個羰基振動偶合產生雙峰，波長位移60～80 cm -1 酯：脂肪酯：～1735cm -1 不飽和酸酯或苯甲酸酯--低波數位移約20 cm -1 羧酸：～1720 cm -1 若在3000 cm -1 出現強、寬吸收，可確認羧基存在。 63 在2850～2720cm -1 吸收，出現1～2條譜帶，結合此峰，可判斷醛基存在。 酮：的特征吸收帶 酰胺：1690～1630 cm -1 ，締合態約1650 cm -1 常出現3個特征帶：酰胺、、帶 伯酰胺：～1690 cm -1 1640cm -1 (氫鍵締合) 仲酰胺：～1680 cm -1 1530cm -1 (，N-H彎曲)， 1260 cm -1 （，C-N伸縮） 叔酰胺：～1650 cm -1 64 1670~1600cm -1 ，強度中等或較低 烯烴：1680～1610 cm -1 芳環骨架振動：苯環、吡啶環及其它芳環 1650~1450 cm -1 范圍 苯：～1600，1580，1500，1450cm -1 吡啶：～1600，1570，1500，1435 cm -1 呋喃：～1600，1500，1400 cm -1 喹啉：～1620，1596，1571，1470 cm -1 65 硝基、亞硝基化合物：強吸收 脂肪族：v 1580～1540cm -1 1380～1340cm -1 芳香族：v 1550～1500cm -1 1360～1290cm -1 亞硝基：1600～1500 cm -1 胺類化合物：－NH2位于1640～1560 cm -1 吸收帶（彎曲振動）。
66 第四峰區: 指紋區（1500～600 cm -1 C－H彎曲振動 烷烴： －CH 約1450cm -1 1380cm -1 －CH(CH 1380cm -1 、1370 cm -1 （振動偶合） －C(CH 1390cm -1 、1370cm -1 （振動偶合） ＞CH－1340 cm -1 （不特征） 67 烯烴： 面內：1420～1300 cm -1 ，不特征 面外：1000～670 cm -1 ，容易識別，可用于判斷 取代情況。（P229） 68 69 苯：910～670 cm -1 一取代：770～730 cm-1，710～690 cm -1 二取代：鄰：770～735 cm -1 對：860～800 cm -1 間：900～800 cm -1 ，810～750 cm -1 725～680cm -1 面內：1250～950cm-1范圍，應用價值小 面外：910～650 cm-1，可判斷取代基的相對位置 （P230） 70 Ar Ar- -HH 71 醇、酚：1250～1000 cm -1 ，強吸收帶 酚：～1200 cm -1 伯醇：1050 cm -1 仲醇：1100 cm -1 叔醇：1150 cm -1 醚：C－O－C伸縮振動位于1250～1050 cm -1 C－O伸縮振動 1300～1000 cm -1 72 酯：C－O－C 伸縮振動，1300～1050 cm -1 條譜帶，強吸收酸酐：C－O－C 伸縮振動，1300～1050 cm -1 ：對稱伸縮振動，1400～1300cm -1 脂肪族：1380～1340 cm -1 芳香族：1360～1284 cm -1 73 COOH，COO ：羧酸二聚體在約1420cm -1 ，1300～ 1200 cm -1 處出現兩條強吸收帶。
（O-H面外彎曲振動與C-O伸縮振動偶合產生） NH ：面內彎曲：1650～1500cm -1 面外彎曲：900～650 cm -1 【CH 800～700cm -1 ，平面搖擺，弱吸收帶 785-770743-734 729-726 725-722 74 五、紅外譜圖解析及應用 化合物的鑒定： 鑒定已知化合物： 1.觀察特征頻率區：判斷官能團，以確定所屬化 合物的類型。 2.觀察指紋區：進一步確定基團的結合方式。 3.對照標準譜圖驗證。 75 1.計算不飽和度 2.官能團的確定( >1500 cm -1 3.指紋區確定細節（1500～600cm -1 綜合以上分析提出化合物的可能結構紅外譜圖解析的基本步驟： 紅外譜解析要點及注意事項 1.紅外吸收譜的三要素（位置、強度、峰形） 2.同一基團的幾種振動的相關峰是否同時存在 76 1.烷烴： 2853～2962cm-1 1460cm-1 、1380cm -1 C—H（—CH 723cm-1 C—H[—(CH 吸收峰將出現在734～743cm-1 772.烯烴 3030cm-1 =C—H伸縮振動； 1625cm-1 C＝C伸縮振動； ）面內彎曲振動；78 ＝C－H的平面彎曲振動吸收峰位置： 順式：700cm -1 79＝C－H的平面彎曲振動吸收峰位置： 反式：965cm -1 8081 例：未知物分子式為C 16，其紅外圖譜如下圖 所示，試推其結構。
C=C伸縮振動C-H彎曲振動 910的倍頻 CH 82解：不飽和度為1，具有一個烯基或一個環。 3079cm-1 處有吸收峰，存在與不飽和碳相連的氫，該 化合物為烯； 在1642cm-1 處有C=C伸縮振動吸收，證實烯基存在。 910、993cm-1 處C-H彎曲振動吸收說明該化合物有端 乙烯基；1823cm -1 的吸收是910吸收的倍頻； 2928、1462cm-1 的較強吸收和2951、1379cm -1 的較弱 吸收知未知物CH 未知物為正構端取代乙烯，即1-辛稀。素材和資料部分來自 素材和資料部分來自 網絡，如有幫助請下載 網絡，如有幫助請下載!!
