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1、第第6章章 红外吸收光谱红外吸收光谱2022/10/71第1页，本讲稿共100页课程引入课程引入目前市场上出售的保鲜膜，从原材料上主要分为三目前市场上出售的保鲜膜，从原材料上主要分为三大类：大类：1.聚乙烯（聚乙烯（PE或或LDPE）主要用于普通水果、蔬菜等的包装，具有很强主要用于普通水果、蔬菜等的包装，具有很强的耐热性。的耐热性。2.聚偏二氯乙烯（聚偏二氯乙烯（PVDC）主要用于一些熟食、火腿等产品的包装。对气体、主要用于一些熟食、火腿等产品的包装。对气体、水蒸汽有很强的阻隔性，即密封性好，同时又具水蒸汽有很强的阻隔性，即密封性好，同时又具有极好的耐热性，有透明感。有极好的耐热性，有透明感。
2、2022/10/72第2页，本讲稿共100页3.聚氯乙烯（聚氯乙烯（PVC）一般来说，它是可以用于食品包装的。一般来说，它是可以用于食品包装的。PVC 保鲜膜的优点是透气，且具有优良的延伸性保鲜膜的优点是透气，且具有优良的延伸性 和强度，所以密封性能好；缺点是不耐高温和强度，所以密封性能好；缺点是不耐高温 ，因此，如果使用不当就会影响健康。，因此，如果使用不当就会影响健康。PE和和PVDC这两种材料的保鲜膜对人体是安这两种材料的保鲜膜对人体是安 全的，可以放心使用。而全的，可以放心使用。而PVC保鲜膜则对人保鲜膜则对人 体危害比较大。体危害比较大。如何鉴别如何鉴别 PE、PVDC或或PVC？2
3、022/10/73第3页，本讲稿共100页 一、定义 当红外光照射分子时，将引起分子的振动和转动能级跃迁而产生的连续吸收光谱，称为红外吸收光谱（IR）。6-1 概述IR（远）IR(中)UV-Vis2022/10/74第4页，本讲稿共100页 分子振动能级差为0.051.0eV，比转动能级差（0.0001 0.05 eV）大，因此分子发生振动能级跃迁时，不可避免地伴随转动能级跃迁，红外光谱实际上是分子的振动-转动光谱，即带状光谱。2022/10/75第5页，本讲稿共100页红外光谱红外光谱 当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，
4、并由其振动或转动运动引吸收了某些频率的辐射，并由其振动或转动运动引起偶极矩的净变化，产生分子振动和转动能级从基起偶极矩的净变化，产生分子振动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。记录光强度减弱。记录红外光的百分透射比（红外光的百分透射比（T%）与）与波数（波数（）或波长（）或波长（）关系的曲线）关系的曲线，就得到红外，就得到红外光谱。光谱。2022/10/76第6页，本讲稿共100页名称（m）（cm1）近红外中红外远红外0.782.52.525251000128204000400040040010二、红外光谱的分类 红
5、外区的光谱除用波长红外区的光谱除用波长表征外，表征外，更常用波数更常用波数表征。表征。2022/10/77第7页，本讲稿共100页三、红外吸收光谱法特点（1）特征性好。红外吸收光谱对有机或无机化合物的定性分析具有鲜明的特征性。每一种官能团和化合物都具有特有的吸收光谱，其特征吸收谱带的数目、频率、谱带形状和强度都随化合物及其聚集状态的不同而异。因此根据化合物的吸收光谱，就像辨认人的指纹一样，可找出该化合物或具有的官能团。2022/10/78第8页，本讲稿共100页（2）分析时间短）分析时间短。通过检索、与标准红外吸收谱图对照，通过检索、与标准红外吸收谱图对照，一般可在一般可在1030min完成分
6、析。若用计算机检完成分析。若用计算机检索标准谱图，可在几分钟内完成分析。索标准谱图，可在几分钟内完成分析。（3）所用试样量少）所用试样量少。对固体和液体试祥，进行常量定性分析只对固体和液体试祥，进行常量定性分析只需需20mg，半微量分析约，半微量分析约5mg，微量分析约，微量分析约20g。对气体试样约。对气体试样约200mL。2022/10/79第9页，本讲稿共100页（4）操作简便、不破坏试样。绘制红外吸收谱图前的制样技术比较简单，制样后不改变试样组成，试样用后可回收再从事其它研究。2022/10/710第10页，本讲稿共100页四、红外光谱在化学领域中的应用1.用于分子结构的基础研究：测定
7、分子的键长、键角，推断出分子的立体构型、化学键的强 弱、计算热力学函数。2.用于化学组成的分析：红外光谱最广泛的应 用在于对物质的化学组成进行分析，根据光 谱中吸收峰的位置和形状推断未知物结构，依照特征吸收峰的强度测定混合物中各组分 的含量，它已成为现代结构化学、分析化学 最常用和不可缺少的工具。2022/10/711第11页，本讲稿共100页一、红外吸收光谱产生的条件一、红外吸收光谱产生的条件 (1)分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变分子振动时，必须伴随有瞬时偶极矩的变 化，分子才会吸收特定频率的红外光。化，分子才会吸收特定频率的红外光。（偶合作用）（偶合作用）分子是否显示红外活性（产生红
8、外吸收），与分分子是否显示红外活性（产生红外吸收），与分子是否有永久偶极矩无关，如子是否有永久偶极矩无关，如CO2分子。只有同核双分子。只有同核双原子分子才是非红外活性，如原子分子才是非红外活性，如H2、N2等。等。(2)照射分子的红外光的频率与分子某种振动照射分子的红外光的频率与分子某种振动 频率相同时，才能产生跃迁，在红外谱图频率相同时，才能产生跃迁，在红外谱图 上出现相应的吸收带上出现相应的吸收带。（E辐射辐射=E振动振动）6-2 红外吸收光谱法的基本原理2022/10/712第12页，本讲稿共100页二、分子振动与红外吸收峰1.双原子分子的振动简谐振动：分子中的原子视为小球，其间的化
9、学键看作不计质量的弹簧。原子沿 键轴方向的伸缩振动。m1、m2为双原子分子中 的两个原子质量。r为分子键的长度。2022/10/713第13页，本讲稿共100页分子振动的总能量分子振动的总能量E 其中：其中：为振动频率；为振动频率；h为普朗克常数；为普朗克常数；为振动量为振动量 子数，子数，=0，1，2，3.n。当分子发生当分子发生=1的振动能级跃迁时，用经典力学的振动能级跃迁时，用经典力学虎克（虎克（Hooke）定律导出其吸收红外光的振动频率）定律导出其吸收红外光的振动频率为：为：k为化学键的力常数。为化学键的力常数。为两个原子的折合质量。为两个原子的折合质量。2022/10/714第14页
10、，本讲稿共100页任何分子的原子总是在围绕它们的平衡位置附近任何分子的原子总是在围绕它们的平衡位置附近 作微小的振动，这些振动的振幅很小，而振动的作微小的振动，这些振动的振幅很小，而振动的 频率却很高（频率却很高（v=10131014Hz），正好和红外光），正好和红外光 的振动频率在同一数量级。的振动频率在同一数量级。分子发生振动能级跃迁时需要吸收一定的能量，分子发生振动能级跃迁时需要吸收一定的能量，这种能量通常可由照射体系的红外线供给。振动这种能量通常可由照射体系的红外线供给。振动 能级是量子化的，分子振动只能吸收一定的能量能级是量子化的，分子振动只能吸收一定的能量吸收的能量将取决于键力常数
11、（吸收的能量将取决于键力常数（k）与两端连接的）与两端连接的 原子的质量，即取决于分子内部的特征。这就是原子的质量，即取决于分子内部的特征。这就是 红外光谱可以测定化合物结构红外光谱可以测定化合物结构的理论依据。的理论依据。2022/10/715第15页，本讲稿共100页红外吸收光谱的术语：基频峰：当分子吸收红外辐射后，振动能级从 基态跃迁到第一激发态时所产生的 吸收峰。KNcm-1，cm-1Ar相对原子量。相对原子量。2022/10/716第16页，本讲稿共100页倍频峰：倍频峰：振动能级从基态跃迁到第二激发振动能级从基态跃迁到第二激发 态、第三激发态态、第三激发态所产生的吸收所产生的吸收
12、峰。峰。组（合）频峰：组（合）频峰：多原子分子中各种振动形式多原子分子中各种振动形式 的能级之间，存在可能的相互作用的能级之间，存在可能的相互作用 。如果吸收的红外辐射能量为两个。如果吸收的红外辐射能量为两个 相互作用相互作用 基频之和或之差，就会基频之和或之差，就会 产生组（合）频峰。产生组（合）频峰。2022/10/717第17页，本讲稿共100页泛频峰：倍频峰和组（合）频峰统称为泛 频峰。基频峰的强度倍频峰强度 组（合）频峰强度2022/10/718第18页，本讲稿共100页2.多原子分子的振动多原子分子的振动 双原子分子只有一种振动形式双原子分子只有一种振动形式 沿键轴方向的伸缩振动；
13、沿键轴方向的伸缩振动；多原子分子的振动多原子分子的振动 除伸缩振动外，还有改变键角的弯曲除伸缩振动外，还有改变键角的弯曲 振动。振动。一般来说，键长的改变比键角的改变需要更大的能量，因此伸缩振动出现在高频区，而弯曲振动则出现在低频区。2022/10/719第19页，本讲稿共100页分子的振动形式可分成两大类：分子的振动形式可分成两大类：（1）伸缩振动）伸缩振动()对称伸缩振动（对称伸缩振动（s）反对称伸缩振动（反对称伸缩振动（as）CH22022/10/720第20页，本讲稿共100页（2）变形或弯曲振动）变形或弯曲振动()面内变形振动：剪式振动（面内变形振动：剪式振动（)面内摇摆振动面内摇摆
14、振动()面外变形振动：面外摇摆振动（面外变形振动：面外摇摆振动（）扭曲变形振动（扭曲变形振动（）CH22022/10/721第21页，本讲稿共100页水分子振动对应红外吸收峰如何判断红外吸收峰的数目？2022/10/722第22页，本讲稿共100页3.红外吸收峰的数目与强度红外吸收峰的数目与强度 每一种振动形式，应能产生一个吸收峰（基频每一种振动形式，应能产生一个吸收峰（基频峰）。即多原子分子所产生的基频峰数目应等于峰）。即多原子分子所产生的基频峰数目应等于该分子所具有的振动形式数目。但注意有红外活该分子所具有的振动形式数目。但注意有红外活性与非红外活性之别。性与非红外活性之别。峰数与分子自由
15、度有关。无瞬间偶极矩变峰数与分子自由度有关。无瞬间偶极矩变 化时，无红外吸收。化时，无红外吸收。N个原子组成的个原子组成的线性分子：线性分子：3N-5（自由度）（自由度）N个原子组成的个原子组成的非线性分子：非线性分子：3N-6（自由度）（自由度）2022/10/723第23页，本讲稿共100页CO2分子的振动形式：线性分子：线性分子：3N-5=33-5=4其中：对称伸缩无吸收；面内和面外弯曲吸收峰其中：对称伸缩无吸收；面内和面外弯曲吸收峰 重叠（重叠（667cm-1）；反对称伸缩）；反对称伸缩2349cm-1。只有只有2个基频峰。个基频峰。2022/10/724第24页，本讲稿共100页实际
16、峰数往往不同于理论计算基本振动数目实际峰数往往不同于理论计算基本振动数目 的原因：的原因：（1）没有偶极矩变化振动过程不引起红外吸）没有偶极矩变化振动过程不引起红外吸 收。收。（2）频率完全相同的振动彼此发生简并。）频率完全相同的振动彼此发生简并。（3）强宽峰往往要覆盖与它频率相近的弱而）强宽峰往往要覆盖与它频率相近的弱而 窄的吸收峰。窄的吸收峰。（4）吸收峰落在中红外区域（）吸收峰落在中红外区域（4 000400cm-1 ）以外。）以外。2022/10/725第25页，本讲稿共100页（5）吸收强度太弱，以致无法测定。）吸收强度太弱，以致无法测定。（倍频和组频的产生）（倍频和组频的产生）（6
17、）振动偶合：当两个振动频率相同或相近的）振动偶合：当两个振动频率相同或相近的基团相邻并具有一公共原子时，由于一个键的基团相邻并具有一公共原子时，由于一个键的振动通过公共原子使另一个键的长度发生改变，振动通过公共原子使另一个键的长度发生改变，产生一个产生一个“微扰微扰”，其结果使振动频率发生变，其结果使振动频率发生变化，一个向高频移动，一个向低频移动，谱带化，一个向高频移动，一个向低频移动，谱带裂分。裂分。1 820cm-1 1 760cm-1 酯2022/10/726第26页，本讲稿共100页（7）费米（）费米（Fermi）振动）振动 当倍频或组频峰与基频峰相近时，产生强吸当倍频或组频峰与基频
18、峰相近时，产生强吸收带或峰的分裂现象。如醛基收带或峰的分裂现象。如醛基CHO的的C-H伸缩伸缩振动与其弯曲振动倍频的振动与其弯曲振动倍频的Fermi振动，出现振动，出现2820cm-1和和2720cm-1附近强度相近的双峰。但附近强度相近的双峰。但2820cm-1的醛氢的醛氢C-H伸缩常被伸缩常被CH3和和CH2的的C-H伸伸缩振动（缩振动（2870、2850cm-1）掩盖。）掩盖。1773cm-1和1736 cm-1出现两个C=O吸收峰2022/10/727第27页，本讲稿共100页吸收峰强度的影响因素吸收峰强度的影响因素（1）（）（瞬间）瞬间）偶极矩变化大，吸收峰强。偶极矩变化大，吸收峰强
19、。红外吸收谱带的红外吸收谱带的强度取决于分子振动时偶极矩的变化。强度取决于分子振动时偶极矩的变化。而偶极矩与分子结构的对称性有关。而偶极矩与分子结构的对称性有关。振动的对称性振动的对称性越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度越高，振动中分子偶极矩变化越小，谱带强度也就越弱。一般，极性较强的基团（如也就越弱。一般，极性较强的基团（如CO，CX等等)振动，吸收强度较大；极性较弱的基团振动，吸收强度较大；极性较弱的基团(如如CC、CC、NN等等)振动，吸收较弱。振动，吸收较弱。2022/10/728第28页，本讲稿共100页问题：C=O 强；C=C 弱；为什么？它们都是不饱和键，但对称性不同，CO
20、键在伸缩振动时偶极矩变化很大，CO基的跃迁几率大，红外光谱强度大；而CC双键则在伸缩振动时偶极矩变化很小，红外光谱强度小。红外光谱的吸收强度常定性地用s(强)、m(中等)、w(弱)、vw(极弱)等来表示。2022/10/729第29页，本讲稿共100页 对于同一类型的化学键，偶极矩的变化与结构的对称性有关。如CC双键在下述三种结构中，吸收强度的差别非常大：原因：对于CC双键来说。结构(1)的对称性最差，因此吸收较强，而结构(3)的对称性相对来说最高，故吸收最弱。2022/10/730第30页，本讲稿共100页（2）对于同一试样，在不同的溶剂中，或在同一溶剂中不同浓度的试样中，由于氢键的影响以及
21、氢键强弱的不同，使原子间的距离增大，偶极矩变化增大，吸收增强。如：醇类的OH基在四氯化碳溶剂中伸缩振动的强度比在乙醚溶剂中弱得多。而在不同浓度的四氯化碳溶液中，由于缔合状态不同，强度也有很大差别。2022/10/731第31页，本讲稿共100页（3 3）谱带的强度与振动形式有关。）谱带的强度与振动形式有关。强极性基团的红外振动吸收带，其强度要比紫外强极性基团的红外振动吸收带，其强度要比紫外及可见光区最强的电子跃迁及可见光区最强的电子跃迁小小2 23 3个数量级个数量级。由于红。由于红外光谱的能量较低，外光谱的能量较低，测定时必须用较宽的狭缝测定时必须用较宽的狭缝，这样，这样就使测得的红外吸收带
22、的峰值及宽度，受所用狭缝宽就使测得的红外吸收带的峰值及宽度，受所用狭缝宽度强烈影响。同一物质的摩尔吸光系数度强烈影响。同一物质的摩尔吸光系数随不同仪器随不同仪器而改变。因此而改变。因此在定性鉴定中用处不大。在定性鉴定中用处不大。由基态跃迁到第一激发态，产生一个由基态跃迁到第一激发态，产生一个强的吸收强的吸收 峰峰-基频峰基频峰；由基态直接跃迁到第二激发态，产；由基态直接跃迁到第二激发态，产 生一个生一个弱的吸收弱的吸收峰峰-倍频峰倍频峰。2022/10/732第32页，本讲稿共100页6-3 红外吸收光谱与分子结构的关系红外吸收光谱与分子结构的关系一、基团的特征吸收峰与相关峰一、基团的特征吸收
23、峰与相关峰基团频率：在有机物分子中，各种基团基团频率：在有机物分子中，各种基团 （官能团）都有自己特定的红外吸收区域。（官能团）都有自己特定的红外吸收区域。能代表该基团存在并有较高强度的吸收峰能代表该基团存在并有较高强度的吸收峰 位置，称为该基团（官能团）的特征频率位置，称为该基团（官能团）的特征频率 （基团频率）。（基团频率）。特征吸收峰：对应的吸收峰称为该基团特征吸收峰：对应的吸收峰称为该基团 （官能团）的特征吸收峰。（官能团）的特征吸收峰。2022/10/733第33页，本讲稿共100页相关峰：一个官能团除了有特征峰外，还有相关峰：一个官能团除了有特征峰外，还有 很多其它的振动形式吸收峰
24、，通常把这些相很多其它的振动形式吸收峰，通常把这些相 互依存而又可相互佐证的吸收峰，称为相关互依存而又可相互佐证的吸收峰，称为相关 峰。峰。2800 3000 cm-1 CH3 特征峰；特征峰；1650 1850 cm-1 C=O 特征峰；特征峰；基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化基团所处化学环境不同，特征峰出现位置变化CH2COCH2 1715 cm-1 酮酮CH2COO 1735 cm-1 酯酯CH2CONH 1680 cm-1 酰胺酰胺2022/10/734第34页，本讲稿共100页 二、红外光谱的分区 常见的有机化合物基团的红外吸收在4000670cm-1范围内。为便于光谱解析，
25、分成两大区域。1.特征区（官能团区）：红外吸收光谱中波数40001300cm1的范围称为特征区。由伸缩振动产生的吸收带。基团的特征吸收一般位于该高频区，该区域内吸收峰比较稀疏，是鉴定官能团最有价值的区域。2022/10/735第35页，本讲稿共100页官能团区又分成四个区域：官能团区又分成四个区域：（1）40002500cm-1区域：区域：XH伸缩振动区（伸缩振动区（X=O，N，C，S）。该区吸收说明含氢原子官能团的存在。该区吸收说明含氢原子官能团的存在。如如N-H（3500 3300cm-1）、）、O-H（3700 3200cm-1）、）、C-H（3300 2700cm-1）。）。(2)25
26、00 2000 cm-1区域：区域：三键、累积双键伸缩振动区。如三键、累积双键伸缩振动区。如-C N、-C C-、CCC、CCO。2022/10/736第36页，本讲稿共100页（3）2000 1500 cm-1区域：双键伸缩振动区。如C=O、C=C、C=N、N=O、-NH2的弯曲振动和芳烃 的骨架振动（呼吸振动）。（4）1500 1300 cm-1区域：C-H的弯曲振动。如-CH3（1380和1460 cm-1）、-CH2（1470 cm-1）。2022/10/737第37页，本讲稿共100页2.指纹区：红外吸收光谱中波数在1300670cm1范围的吸收。除单键的伸缩振动外，还有各种振动间的
27、偶合，该区域峰形复杂、密集。在指纹区各官能团吸收峰的波数不具有明显的特征性，吸收峰密集，如人的指纹，化合物上微小的变化都会引起指纹区吸收峰的改变。特征区和指纹区的功用正好相互补充。2022/10/738第38页，本讲稿共100页指纹区又分为两个区域：指纹区又分为两个区域：（1）1300900cm-1区域：区域：所有单键和重原子双键（所有单键和重原子双键（P=O、S=O）的伸缩振动。的伸缩振动。（2）900670cm-1区域：区域：该区域吸收峰很重要，用来判断该区域吸收峰很重要，用来判断 -(CH2)n-存在、顺反结构、苯环取代类存在、顺反结构、苯环取代类 型等。型等。2022/10/739第3
28、9页，本讲稿共100页指纹区的应用：指纹区的应用：（1）判断甲基是否存在。）判断甲基是否存在。甲基的对称变形振动出现在甲基的对称变形振动出现在13701380cm-1，是一，是一个个很特征的吸收带很特征的吸收带，可作为判断有无甲基存在的，可作为判断有无甲基存在的依据。当一个碳原子上存在两个甲基时，即依据。当一个碳原子上存在两个甲基时，即 由于两个甲基的对称变形振由于两个甲基的对称变形振动互相偶合而使动互相偶合而使1370cm-1附近的吸收带发生分裂，附近的吸收带发生分裂，从而出现从而出现两个峰两个峰。2022/10/740第40页，本讲稿共100页（2）确定顺反构型。如烯烃的CH面外变形振动出
29、现的位置，很大程度上决定于双键取代情况。反式构型 （990970cm-1）顺式构型 （690cm-1）2022/10/741第41页，本讲稿共100页（3）确定苯的取代位置。判断含芳基化合物结构，除用官能团特征频率外，还取决于环上的取代形式。取代类型吸收峰数C-H（cm-1）单取代邻位二取代间位二取代对位二取代2个1个3个1个740，690740860,780，7108052022/10/742第42页，本讲稿共100页三、影响基团频率的因素 化学键的振动频率不仅与其性质有关，还受分子的内部结构和外部因素影响。各种化合物中相同基团的特征吸收并不总在一个固定频率上。1.内部因素（1）诱导效应（I
30、效应）吸电子基团使吸收峰向高频方向移动 （兰移）。2022/10/743第43页，本讲稿共100页R-COR C=0 1715cm-1 R-COH C=0 1730cm-1 R-COCl C=0 1800cm-1 R-COF C=0 1920cm-1以脂肪酮为例：2022/10/744第44页，本讲稿共100页（2）共轭效应（）共轭效应（C效应）效应）由于分子间形成大由于分子间形成大键引起的基团频率键引起的基团频率 红移红移现象。现象。2022/10/745第45页，本讲稿共100页（3）氢键效应 分子形成氢键(分子内氢键或分子间氢键)后，对峰位，峰强产生极明显影响，使伸缩振动频率向低波数方向
31、移动（红移），吸收强度增大。1 760cm-1 1 700cm-12022/10/746第46页，本讲稿共100页2.外部因素（1）物态影响 试样状态、测定条件的不同等外部因素都会引起频率位移。一般气态时 C=O伸缩振动频率最高，而液态或固态的振动频率最低。同一化合物的气态、液态或固态光谱有较大的差异，因此在查阅标准图谱时，要注意试样状态及制样方法等。2022/10/747第47页，本讲稿共100页（2）溶剂影响 红外吸收光谱常用的溶剂为CS2、CCl4、CHCl3。溶质与溶剂间的相互作用会引起频率位移。应尽量采用非极性溶剂。2022/10/748第48页，本讲稿共100页 红外光谱的最大特点
32、是具有特征性。红外光谱的特征性与化学振动的特征性是分不开的。有机化合物的种类很多，但大多数都由C、H、O、N、S、卤素等元素构成，而其中大部分又是仅由C、H、O、N四种元素组成。所以说大部分有机物的红外光谱基本上都是由这四种元素所形成的化学键的振动贡献的。四、常见化合物的特征基团频率2022/10/749第49页，本讲稿共100页1.烷烃类烷烃类 只有只有C-C和和C-H的伸缩和弯曲振动吸收。的伸缩和弯曲振动吸收。（1）C-H伸缩振动：伸缩振动：30002800cm-1吸收。吸收。CH3 2960 cm-1 反对称伸缩振动反对称伸缩振动 2870 cm-1 对称伸缩振动对称伸缩振动 CH2 2
33、930 cm-1 反对称伸缩振动反对称伸缩振动 2850 cm-1 对称伸缩振动对称伸缩振动 CH 2890 cm-1 弱吸收弱吸收 均在均在3000cm-1以下以下2022/10/750第50页，本讲稿共100页（2）-CH3和-CH2-弯曲振动：1500cm-1吸收，一般都落在指纹区。如CH3在1375cm-1处的分裂现象：异丙基等强度的（1385、1368cm-1）双峰，叔丁基强度不等的（1395、1368cm-1）双峰“异丙基或叔丁基分裂异丙基或叔丁基分裂”2022/10/751第51页，本讲稿共100页2022/10/752第52页，本讲稿共100页2.烯烃类烯烃类 主要指主要指C=
34、C键和键和=C-H振动吸收。振动吸收。（1）30903010cm-1，中等强度（，中等强度（m）吸收）吸收 峰峰判断不饱和化合物存在。判断不饱和化合物存在。（2）1700 1600cm-1，C=C伸缩振动，较弱伸缩振动，较弱 （w）易变。）易变。（3）1600cm-1，C=C共轭时，强度（共轭时，强度（m）增）增 大。大。（4）990、910cm-1指纹区，指纹区，2个强（个强（s）弯曲）弯曲 振动吸收带。振动吸收带。2022/10/753第53页，本讲稿共100页2022/10/754第54页，本讲稿共100页3.炔烃类炔烃类 主要指主要指C C和和 CH 的振动吸收。的振动吸收。（1）C
35、C 23002100cm-1，强（强（w）、尖细峰。）、尖细峰。（2）CH 33003200cm-1，中等（中等（m）、尖锐峰。）、尖锐峰。4.芳烃类芳烃类 主要指苯环上的主要指苯环上的C-H和和C=C的振动吸收。的振动吸收。（1）C-H 31003000cm-1 弱（弱（s）三个峰。）三个峰。烯烃只有一个峰。（区别）烯烃只有一个峰。（区别）2022/10/755第55页，本讲稿共100页（2）单环芳烃 C=C键伸缩振动（16501450 cm-1）常常观察到的三个吸收带分别出现在 16201590cm-1，1580cm-1和15201480cm-1。1500cm-1附近的吸收带最强；1600
36、cm-1附近吸收带居中；1580cm-1的吸收带最弱，常常被1600cm-1 附近的吸收带所掩盖或变成它的一个肩。确定芳环结构:3030cm-1附近C-H伸缩振动（多个）及1600和1500cm-1附近的C=C伸缩振动。2022/10/756第56页，本讲稿共100页（3）确定苯的取代位置。判断含芳基化合物结构，除用官能团特征频率外，还取决于环上的取代形式。取代类型吸收峰数C-H（cm-1）单取代邻位二取代间位二取代对位二取代2个1个3个1个740，690740860,780，7108052022/10/757第57页，本讲稿共100页 邻、间及对位二甲苯的红外光谱8602022/10/758
37、第58页，本讲稿共100页5.羰基化合物（1850 1650 cm-1）碳氧双键的特征峰，强度大，峰尖锐，周围干扰少，可用于判断C=O羰基。含C=O基的化合物有酮类、醛类、酸类、酯类以及酸酐等。2022/10/759第59页，本讲稿共100页醛醛和和酮酮的的区区分分？2022/10/760第60页，本讲稿共100页醛类的醛类的C=O基：基：醛类的羰基伸缩振动吸收出现在醛类的羰基伸缩振动吸收出现在1725cm-1附附近。共轭作用使羰基吸收向低波数移动。近。共轭作用使羰基吸收向低波数移动。区分醛（区分醛（1725cm-1）和酮（）和酮（1715cm-1）？）？在在CH伸缩振动的低频侧，伸缩振动的低
38、频侧，醛有两个中等醛有两个中等强度的特征吸收峰，分别位于强度的特征吸收峰，分别位于2820cm-1和和2720cm-1附近，后者较尖锐，和其它附近，后者较尖锐，和其它CH伸缩伸缩振动吸收不相混淆，极易识别。振动吸收不相混淆，极易识别。根据根据CO伸缩振动吸收（伸缩振动吸收（1700cm-1）以及）以及2720cm-1峰可以判断醛基存在。峰可以判断醛基存在。2022/10/761第61页，本讲稿共100页羧酸的C=O基：l-17601700 cm-1 C=O伸缩振动（s）k-33002500 cm-1 O-H伸缩振动（很宽、特征峰）m-1300 1200 cm-1 C-O伸缩振动n-955 91
39、5 cm-1 O-H（面外变形、s、较特征）k 吸收带非常宽，是因形成氢键而缔合的OH伸缩振动，成一系列多重叠峰。2022/10/762第62页，本讲稿共100页6.醇类 O-H 37003200 cm-1 确定 醇、酚、酸。在非极性溶剂中：浓度较小时，峰形尖锐，强吸收；浓度较大时，发生缔合作用，峰形较宽。2022/10/763第63页，本讲稿共100页 从上述讨论中可以看到：基团的特征吸收大多集中在40001350cm-1区域内，因而这一段频率范围称为基团频率区(或特征频率区)，而1350650cm-1的低频区称为指纹区。用一组相关峰可以更确定地鉴别官能团，这是应用红外光谱进行定性鉴定的一个
40、重要原则。2022/10/764第64页，本讲稿共100页500100015002000250030003500C-H，N-H，O-HN-HCNC=NS-HP-HN-O N-NC-FC-XO-HO-H（氢键）C=OC-C，C-N，C-O=C-HC-HCCC=C常见基团的红外吸收带特征区指纹区2022/10/765第65页，本讲稿共100页6-4 红外吸收光谱仪两种类型：色散型 干涉型（傅里叶变换红外光谱仪）2022/10/766第66页，本讲稿共100页2022/10/767第67页，本讲稿共100页内部结构2022/10/768第68页，本讲稿共100页傅里叶变换红外光谱仪工作原理图 光源干
41、涉仪样品池检测器计算机 记录仪没有色散元件，增加了干涉仪和计算机。2022/10/769第69页，本讲稿共100页 色散型红外分光光度的结构和紫外一可见分光光度计大体一样，也由光源、吸收池、单色器、检测器以及记录显示装置组成。两者最基本的一个区别是，前者的吸收池是放在光源和单色器之间，后者则是放在单色器的后面。UV-Vis:光源单色器吸收池检测器IR:光源吸收池单色器检测器2022/10/770第70页，本讲稿共100页一、光源 能斯特灯和硅碳棒两种。是一种惰性固体，用电加热后发射高强度连续红外辐射。1.硅碳棒：两端粗中间细的实心棒，中间为发 光部分，其直径约5mm，长约 50mm。硅碳棒在室
42、温下是导体，并有正的电阻温度系数，工作前不 需预热。优点：坚固、寿命长、发光面积大。缺点：工作时电极接触部分需用水冷却。2022/10/771第71页，本讲稿共100页2.能斯特灯：由氧化铅、氧化钇和氧化钍烧结 制成，是一直径为13mm，长约20 50mm的小空棒或实心棒，两端绕 有铂丝作为导线。在工作之前，由一 辅助加热器进行预热。优点：发出的光强度高，使用寿命可达6个月 至一年。缺点：机械强度差，稍受压或受扭就会损坏，经常开关也会缩短其寿命。2022/10/772第72页，本讲稿共100页二、单色器 红外单色器由一个或几个色散元件(棱镜或光栅)，入射和出射狭缝，以及用于聚焦和反射光束的反射
43、镜构成。2022/10/773第73页，本讲稿共100页三、样品池三、样品池 红外吸收池使用可透过红外的材料制成窗片，红外光谱仪可以测定固、液、气态样品。用于测定红外光谱的样品必须有较高的纯度（98%）才能获得准确结果。1.样品制备要求（1）试样的浓度和测试厚度应选择适当，以 使光谱图中大多数吸收峰的透射比处于 1570%范围内(Tmax1-5%,T基线=90-95%)。2022/10/774第74页，本讲稿共100页 浓度太小，厚度太薄，会使一些弱的吸收峰和光谱的细微部分不能显示出来；过大，过厚，又会使强的吸收峰超越标尺刻度而无法确定它的真实位置。有时为了得到完整的光谱图，需要用几种不同浓度
44、或厚度的试样进行测绘。（2）试样中不应含有游离水。水分的存在不仅会侵蚀吸收池的盐窗，而且水分本身在红外区有吸收，将使测得的光谱图变形。2022/10/775第75页，本讲稿共100页2022/10/776第76页，本讲稿共100页（3）试样应该是单一组分的纯物质。多组分试样在测定前应尽量预先进行组分分离（如采用色谱法柱分离、蒸馏、重结晶、萃取法等），否则各组分光谱相互重叠，以致对谱图无法进行正确的解释。2.样品制备技术（1）固体样品制备a.溴化钾压片法 粉末样品常采用压片法，一般取23mg2022/10/777第77页，本讲稿共100页样品与样品与200300mg干燥的干燥的KBr粉末在玛瑙研
45、钵中粉末在玛瑙研钵中混匀，混匀，充分研细至颗粒直径小于充分研细至颗粒直径小于2m（中（中IR从从2m开始），用不锈钢铲取开始），用不锈钢铲取7090mg放入压片模具放入压片模具内，在压片机上用内，在压片机上用510107 Pa 压力压成透明薄片，压力压成透明薄片，即可用于测定。即可用于测定。固体样品的分散质点大小影响吸光系数固体样品的分散质点大小影响吸光系数。如：颗粒直径大于波长，发生散射而使红外吸收如：颗粒直径大于波长，发生散射而使红外吸收损失，导致谱图基线抬高和分辨率降低。损失，导致谱图基线抬高和分辨率降低。固体试样制作时分散、均匀。否则，造成吸光度与固体试样制作时分散、均匀。否则，造成吸
46、光度与浓度间不呈线性关系而偏离朗白浓度间不呈线性关系而偏离朗白-比尔定律。比尔定律。2022/10/778第78页，本讲稿共100页常用的压片材料除常用的压片材料除KBr外，还有外，还有KCl、NaCl、KI、AlI3、CsI、AgCl等。等。b.糊装法糊装法 将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡混合调将干燥处理后的试样研细，与液体石蜡混合调成糊状，加在两成糊状，加在两KBr盐片中间进行测定。液体石蜡盐片中间进行测定。液体石蜡自身的吸收带简单，但此法不能用来研究饱和烷烃自身的吸收带简单，但此法不能用来研究饱和烷烃的吸收情况。的吸收情况。2022/10/779第79页，本讲稿共100页c.溶液法溶
47、液法 对于不宜研成细末的固体样品，如果能溶于溶剂，对于不宜研成细末的固体样品，如果能溶于溶剂，可制成溶液，按照液体样品测试的方法进行测试。可制成溶液，按照液体样品测试的方法进行测试。d.薄膜法薄膜法 一些高聚物样品，一般难于研成细末，可一些高聚物样品，一般难于研成细末，可制成制成薄膜薄膜直接进行红外光谱测定。直接进行红外光谱测定。一种是将高聚物加热熔融再压制成薄膜。一种是将高聚物加热熔融再压制成薄膜。再一种是直接涂在盐片上。若聚合物难以研磨，可再一种是直接涂在盐片上。若聚合物难以研磨，可加入挥发性溶剂（如氯仿）一起研磨，并在红外灯下加入挥发性溶剂（如氯仿）一起研磨，并在红外灯下进行，使溶剂蒸发
48、后再压片。进行，使溶剂蒸发后再压片。2022/10/780第80页，本讲稿共100页（2）液体样品的制备）液体样品的制备a.液体池法液体池法 沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体沸点较低，挥发性较大的试样，可注入封闭液体池中。液层厚度一般为池中。液层厚度一般为0.011mm。b.液膜法液膜法 沸点较高的试样，直接滴在两块盐片之间，形成沸点较高的试样，直接滴在两块盐片之间，形成液膜。液膜。如果液态分子间出现溶剂效应、缔合、氢键、解离如果液态分子间出现溶剂效应、缔合、氢键、解离等，液态吸收谱带的频率、数目、强度会发生较大变等，液态吸收谱带的频率、数目、强度会发生较大变化。化。液体样品的制备中
49、溶剂选择很重要。液体样品的制备中溶剂选择很重要。2022/10/781第81页，本讲稿共100页（3）气态试样的制备 气态试样可在气体吸收池内进行测定，它的两端粘有红外透光的NaCI或KBr窗片。先将气体池抽真空，再将试样注入。2022/10/782第82页，本讲稿共100页四、检测器 常用的红外检测器有两种：热检测器和光检测器。热检测器：真空热电偶、热释电检测器和热 电检测器（现最常用）。光检测器：采用硒化铅（PbSe）等，受光照 后导电性能变化而产生信号。光检测器比热检测器灵敏，需液氮低温冷却2022/10/783第83页，本讲稿共100页6-5 红外吸收光谱法的应用红外吸收光谱法的应用一
50、、定性分析 每一化合物都具有特征的红外吸收光谱，其谱带数目、位置、形状、和相对强度均随化合物及其聚集态的不同而不同，根据化合物的光谱，就像辨认人的指纹一样，确定化合物或其官能团是否存在。根据化合物的红外光谱的特征基团频率来检定物质含有哪些基团，从而确定有关化合物的类别。目前最常用、最方便的方法是利用计算机自动检索、匹配。指纹区许多吸收峰都是特征区吸收峰的相关峰，用来确定化合物的细微结构。2022/10/784第84页，本讲稿共100页二、定量分析 与其它分光光度法（紫外-可见分光光度法）一样，红外光谱定量分析是根据物质组分的吸收峰强度来进行的，它的理论基础是lambertbeer定律。红外光谱