红外谱图解析基本知识2009-11-1 来源：天津市金贝尔科技有限公司>>进入该公司展台1.红外光谱法的一般特点特征性强、测定快速、不破坏试样、试样用量少、操作简便、能分析各种状态的试样、分析灵敏度较低、定量分析误差较大2.对样品的要求①试样纯度应大于98％，或者符合商业规格Ø这样才便于与纯化合物的标准光谱或商业光谱进行对照Ø多组份试样应预先用分馏、萃取、重结晶或色谱法进行分离提纯，否则各组份光谱互相重叠，难予解析②试样不应含水(结晶水或游离水)水有红外吸收，与羟基峰干扰，而且会侵蚀吸收池的盐窗。
所用试样应当经过干燥处理③试样浓度和厚度要适当使最强吸收透光度在5～20%之间3.定性分析和结构分析红外光谱具有鲜明的特征性，其谱带的数目、位置、形状和强度都随化合物不同而各不相同。
因此，红外光谱法是定性鉴定和结构分析的有力工具①已知物的鉴定将试样的谱图与标准品测得的谱图相对照，或者与文献上的标准谱图(例如《药品红外光谱图集》、Sadtler标准光谱、Sadtler商业光谱等)相对照，即可定性使用文献上的谱图应当注意：试样的物态、结晶形状、溶剂、测定条件以及所用仪器类型均应与标准谱图相同②未知物的鉴定未知物如果不是新化合物，标准光谱己有收载的，可有两种方法来查对标准光谱：A.利用标准光谱的谱带索引，寻找标准光谱中与试样光谱吸收带相同的谱图B.进行光谱解析，判断试样可能的结构。
然后由化学分类索引查找标准光谱对照核实解析光谱之前的准备：Ø了解试样的来源以估计其可能的范围Ø测定试样的物理常数如熔沸点、溶解度、折光率、旋光率等作为定性的旁证Ø根据元素分析及分子量的测定，求出分子式Ø计算化合物的不饱和度Ω，用以估计结构并验证光谱解析结果的合理性解析光谱的程序一般为：A.从特征区的最强谱带入手，推测未知物可能含有的基团，判断不可能含有的基团B.用指纹区的谱带验证，找出可能含有基团的相关峰，用一组相关峰来确认一个基团的存在C.对于简单化合物，确认几个基团之后，便可初步确定分子结构D.查对标准光谱核实③新化合物的结构分析红外光谱主要提供官能团的结构信息，对于复杂化合物，尤其是新化合物，单靠红外光谱不能解决问题，需要与紫外光谱、质谱和核磁共振等分析手段互相配合，进行综合光谱解析，才能确定分子结构。
④鉴定细菌，研究细胞和其它活组织的结构4.定量分析(资料来源：)Ø红外光谱有许多谱带可供选择，更有利于排除干扰。
红外光源发光能量较低，红外检测器的灵敏度也很低，ε＜103Ø吸收池厚度小、单色器狭缝宽度大，测量误差也较大☆对于农药组份、土壤表面水份、田间二氧化碳含量的测定和谷物油料作物及肉类食品中蛋白质、脂肪和水份含量的测定，红外光谱法是较好的分析方法4 基团频率区中红外光谱区可分成4000 cm-1 ~1300(1800) cm-1和1800 (1300 ) cm-1 ~ 600 cm-1两个区域。
最有分析价值的基团频率在4000 cm-1 ~ 1300 cm-1 之间，这一区域称为基团频率区、官能团区或特征区。
区内的峰是由伸缩振动产生的吸收带，比较稀疏，容易辨认，常用于鉴定官能团。
在1800 cm-1 (1300 cm-1 )~600 cm-1 区域内，除单键的伸缩振动外，还有因变形振动产生的谱带。
这种振动基团频率和特征吸收峰与整个分子的结构有关。
当分子结构稍有不同时，该区的吸收就有细微的差异，并显示出分子特征。
这种情况就像人的指纹一样，因此称为指纹区。
指纹区对于指认结构类似的化合物很有帮助，而且可以作为化合物存在某种基团的旁证。
基团频率区可分为三个区域(1) 4000 ~2500 cm-1 X-H伸缩振动区，X可以是O、N、C或S等原子。
O-H基的伸缩振动出现在3650 ~3200 cm-1 范围内，它可以作为判断有无醇类、酚类和有机酸类的重要依据。
当醇和酚溶于非极性溶剂(如CCl4)，浓度于0.01mol. dm-3时，在3650 ~3580 cm-1 处出现游离O-H基的伸缩振动吸收，峰形尖锐，且没有其它吸收峰干扰，易于识别。
当试样浓度增加时，羟基化合物产生缔合现象，O-H基的伸缩振动吸收峰向低波数方向位移，在3400 ~3200 cm-1 出现一个宽而强的吸收峰。
胺和酰胺的N-H伸缩振动也出现在3500~3100 cm-1 ，因此，可能会对O-H伸缩振动有干扰。
C-H的伸缩振动可分为饱和和不饱和的两种：饱和的C-H伸缩振动出现在3000 cm-1以下，约3000~2800 cm-1 ，取代基对它们影响很小。
如-CH3 基的伸缩吸收出现在2960 cm-1和2876 cm-1附近；R2CH2基的吸收在2930 cm-1 和2850 cm-1附近；R3CH基的吸收基出现在2890 cm-1 附近，但强度很弱。
不饱和的C-H伸缩振动出现在3000 cm-1以上，以此来判别化合物中是否含有不饱和的C-H键。
苯环的C-H键伸缩振动出现在3030 cm-1附近，它的特征是强度比饱和的C-H浆键稍弱，但谱带比较尖锐。
不饱和的双键=C-H的吸收出现在3010~3040 cm-1范围内，末端= CH2的吸收出现在3085 cm-1附近。
叁键ºCH上的C-H伸缩振动出现在更高的区域(3300 cm-1 )附近。
(2) 2500~1900 cm-1为叁键和累积双键区，主要包括-CºC、-CºN等叁键的伸缩振动，以及-C =C=C、-C=C=O等累积双键的不对称性伸缩振动。
对于炔烃类化合物，可以分成R-CºCH和R¢-C ºC-R两种类型：R-CºCH的伸缩振动出现在2100~2140 cm-1附近；R¢-C ºC-R出现在2190~2260 cm-1附近；R-C ºC-R分子是对称，则为非红外活性。
-C ºN 基的伸缩振动在非共轭的情况下出现2240~2260 cm-1附近。
当与不饱和键或芳香核共轭时，该峰位移到2220~2230 cm-1附近。
若分子中含有C、H、N原子，-C ºN基吸收比较强而尖锐。
若分子中含有O原子，且O原子离-C ºN基越近，-C ºN基的吸收越弱，甚至观察不到。
(3) 1900~1200 cm-1为双键伸缩振动区该区域重要包括三种伸缩振动：C=O伸缩振动出现在1900~1650 cm-1 ，是红外光谱中特征的且往往是最强的吸收，以此很容易判断酮类、醛类、酸类、酯类以及酸酐等有机化合物。
酸酐的羰基吸收带由于振动耦合而呈现双峰苯的衍生物的泛频谱带，出现在2000~1650 cm-1范围，是C-H面外和C=C面内变形振动的泛频吸收，虽然强度很弱，但它们的吸收面貌在表征芳核取代类型上有一定的作用。
指纹区(1) 1800(1300) cm-1 ~ 900 cm-1区域是C-O、C-N、C-F、C-P、C-S、P-O、Si-O等单键的伸缩振动和C=S、S=O、P=O等双键的伸缩振动吸收。
其中：1375 cm-1的谱带为甲基的dC-H对称弯曲振动，对识别甲基十分有用，C-O的伸缩振动在1300~1000 cm-1 ，是该区域最强的峰，也较易识别。
(2) 900 ~ 650 cm-1区域的某些吸收峰可用来确认化合物的顺反构型。
利用上区域中苯环的C-H面外变形振动吸收峰和2000~ 1667cm-1区域苯的倍频或组合频吸收峰，可以共同配合确定苯环的取代类型。
红外光谱红外光区划分：通常将红外波谱区分为近红外(near-infrared)，中红外(middle-infrared)和远红外(far-infrared)。
区域波长范围(mm)波数范围(cm-1)频率(Hz)近红外0.78-2.512800-40003.8´1014-1.2´1014中红外2.5-504000-2001.2´1014-6.0´1012远红外50-1000200-106.0´1012-3.0´1011常用2.5-154000-6701.2´1014-2.0´1013当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收某些频率的辐射，产生分子振动能级和转动能级从基态到激发态的跃迁，使相应于这些吸收区域的透射光强度减弱。
记录红外光的百分透射比与波数或波长关系曲线，就得到红外光谱。
物质的红外光谱是其分子结构的反映，谱图中的吸收峰与分子中各基团的振动形式相对应。
通过比较大量已知化合物的红外光谱，发现：组成分子的各种基团，如O-H、N-H、C-H、C=C、C=O和CºC等，都有自己的特定的红外吸收区域，分子的其它部分对其吸收位置影响较小。
通常把这种能代表基团存在、并有较高强度的吸收谱带称为基团频率，其所在的位置一般又称为特征吸收峰。
分子吸收红外辐射后，由基态振动能级(n=0)跃迁至第一振动激发态(n=1)时，所产生的吸收峰称为基频峰。
因为(振动量子数的差值) △n=1时，nL=n，所以基频峰的位置(nL)等于分子的振动频率。
在红外吸收光谱上除基频峰外，还有振动能级由基态(n=0)跃迁至第二激发态(n=2)、第三激发态(n=3)¼，所产生的吸收峰称为倍频峰。
由n = 0跃迁至n = 2时，△n = 2，则nL = 2n，即吸收的红外线谱线(nL )是分子振动频率的二倍，产生的吸收峰称为二倍频峰。
下图是双原子分子的能级示意图，图中EA和EB表示不同能量的电子能级，在每个电子能级中因振动能量不同而分为若干个n = 0、1、2、3……的振动能级，在同一电子能级和同一振动能级中，还因转动能量不同而分为若干个J = 0、1、2、3……的转动能级。
由于分子非谐振性质，各倍频峰并非正好是基频峰的整数倍，而是略小一些。
以HCl为例：基频峰(n0→1) 2885.9 cm-1 最强二倍频峰(n0→2 ) 5668.0 cm-1 较弱三倍频峰(n0→3 ) 8346.9 cm-1 很弱四倍频峰(n0→4 ) 10923.1 cm-1 极弱五倍频峰(n0→5 ) 13396.5 cm-1 极弱除此之外，还有合频峰(n1+n2，2n1+n2，¼)，差频峰(n1-n2，2n1-n2，¼)等，这些峰多数很弱，一般不容易辨认。
倍频峰、合频峰和差频峰统称为泛频峰。
红外光谱特点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：通过红外光谱的波数位置、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；文章链接：中国化工仪器网/tech_news/Detail/42089.html。